DSCN6184 (Kopiowanie)

$.1J. Kinetyka reakcji i działanie enzymu

Zgodnie ze wzorem:

E=mi?

gdzie: E - energia całkowita, m - masa, c - prędkość światła, każdy układ materialny, a więc np. układ cząsteczek, posiada pewną energię.

Badaniem energii układów zajmuje się nauka zwana termodynamika. Przedstawienie zasad termodynamiki chemicznej przekracza oczywiście ramy niniejszego podręcznika, jednakże znajomość niektórych stosowanych w tej nauce wielkości jest niezbędna do zrozumienia podstawowych zagadnień biochemicznych. Jednym z najważniejszych w termodynamice chemicznej pojęć (tzw. parametrów stanu układu) jest energia wewnętrzna.

w ^

U^V

l%LJł

Energia wewnętrzna jest to całkowita energia układu

Składa się na nią eneigia ruchu najmniejszych cząstek i atomów, energia wiązań chemicznych, oddziaływań międzycząsteczkowych, eneigia jądrowa i wszystkie inne formy energii zawarte w układzie (nawet te, których do dziś nic poznaliśmy). Jak zatem widać, absolutna wartość energii wewnętrznej nie jest znana; natomiast możemy badać zmiany energii wewnętrznej.

Wyobraźmy sobie, że dwie cząsteczki chemiczne znajdą się w bezpośrednim kontakcie. Może się wówczas zdarzyć, że nastąpi ich połączenie albo inna zmiana powodująca powstanie nowego układu (na przykład nowej cząsteczki chemicznej). Powstaniu tego nowego związku może towarzyszyć wydzielenie energii, najczęściej w postaci ciepła. O ile energię wewnętrzną układu „wyjściowego” oznaczymy jako G,, zaś energię układu powstałego jako G_„ to możemy ułożyć równanie:

G, - G₂ = AG

gdzie AG to różnica energii obu układów („wyjściowego” i „końcowego"). Wtrtość tę (AG) nazywamy też czasem przyrostem energii swobodnej, ptzy czym przez pojęcie „energii swobodnej” rozumiemy tę część energii wewnętrznej, którą dany układ może oddać (bądź przyłączyć) przy przemianach.

1^/ 1tfr

Czy zawsze w następstwie zetknięcia się dwóch cząsteczek dochodzi do powstania nowego układu? Oczywiście nie! Największe prawdopodobieństwo takiego przekształcenia istnieje wówczas, gdy eneigia wewnętrzna układu „wyjściowego" (przed reakcją) a więc substratów, jest większa niż eneigia nowo powstałego układu (produktu). W tym przypadku w przebiegu reakcji dochodzi do wydzielenia energii. Reakcja chemiczna, w której dochodzi do wydzielenia energii, nosi nazwę reakcji egzoergicznej. Natomiast gdy energia wewnętrzna nowo powstałego układu jest większa niż energia układów „wyjściowych”, reakcja będzie miała szansę zajść tylko wówczas, gdy dostarczymy dodatkowej energii spoza reagujących układów. Taki proces, który wymaga dodatkowego nakładu energetycznego, nazywamy reakcja endoeryiczna.

Zjawiska egzo- i endoergiczne możemy lepiej zrozumieć, prześledziwszy jeszcze raz reakcję: CH O+60, 3=t 6C0,+6H,0

6    12 6    z    2    2

Strzałki w obie strony wskazują, że reakcja jest odwracalna; jednakże kierunek jej przebiegu determinowany jest przede wszystkim warunkami energetycznymi. Spalenie jednej gramocząsteczki glukozy (a więc ok.! 80 g tego związku) powoduje wyzwolenie energii (w standardowych warunkach: temperatura 298 K, ciśnienie 1013 hPa) w ilości ok. 2900 kJ. Rozpadowi cząsteczki cukru towarzyszy zatem zmniejszenie energii wewnętrznej układu, natomiast wzrost entropii.

Proces odwrotny, anaboliczny - synteza glukozy z dwutlenku węgla i wody - wymaga zmniejszenia entropii. Energia wewnętrzna glukozy jest większa niż eneigia wewnętrzna dwutlenku węgla i wody razem wziętych; a zatem reakcja w tym kierunku zrealizowana może być jedynie poprze/ dostarczenie dodatkowej energii reagującym substratom. Wiemy z rozdziału I. że najczęściej organizmy żywe wykorzystują w tym celu energię światła słonecznego._