Основы биохимии Том 2 - А. Ленинджер 1985
Биоэнергетика и метаболизм
ATP-Цикл и биоэнергетика клетки
Величины ∆G0' и ∆G различаются, и это различие имеет важное значение
Следует ясно отдавать себе отчет в том, что изменение свободной энергии ∆G и изменение стандартной свободной энергии ∆G0' - это две разные величины. Как мы уже знаем, при любом спонтанном химическом или физическом процессе свободная энергия реакционной системы всегда уменьшается, т. е. ∆G выражается всегда отрицательной величиной. Но мы знаем также, что любой химической реакции соответствует строго определенное изменение стандартной свободной энергии ∆G0', которое может быть положительным, отрицательным или равным нулю в зависимости от константы равновесия данной реакции. По величине изменения стандартной свободной энергии ∆G0' мы судим о том, в каком направлении и как далеко пойдет реакция до того момента, когда в системе установится равновесие, если эта реакция протекает в стандартных условиях, т е. при исходных концентрациях всех компонентов 1,0 М, pH 7,0 и температуре 25 ˚С Величина ∆G0', следовательно, есть строго определенная константа, характерная для каждой данной реакции. Истинное же изменение свободной энергии ∆G для данной химической реакции зависит от условий, при которых эта реакция фактически протекает (т.е. от концентрации реагирующих компонентов, pH и температуры), а эти условия могут и не совпадать со стандартными. Кроме того, величина ∆G любой реакции, стремящейся к равновесию, всегда отрицательна и уменьшается по абсолютной величине (становится менее отрицательной) с приближением к равновесию; в момент достижения равновесия она равна нулю, и это свидетельствует о том, что за счет данной реакции больше уже не может быть произведено никакой работы.
Значения ∆G и ∆G0' для реакции А + В → С + D связаны уравнением
в котором величины, выделенные красным, характеризуют истинное состояние данной системы.
Рассмотрим простой пример. Примем, что реакция А + В → С + D протекает при стандартной температуре (25°С) и стандартном давлении (1 атм), но что исходные концентрации компонентов А, В. С и D не равны между собой и ни для одного из компонентов не равны стандартному значению 1,0 М. Чтобы определить истинное изменение свободной энергии ∆G для случая, когда равновесие устанавливается при этих нестандартных исходных концентрациях, достаточно просто подставить в приведенное выше уравнение истинные исходные концентрации компонентов А, В. С и D; величины R, T и ∆G0' сохранят при этом, разумеется, свое обычное значение. Решение этого уравнения дает величину ∆G. т.е. изменение свободной энергии данной реакции для тех концентраций компонентов, при которых эта реакция фактически протекает. Величина ∆G будет отрицательной и будет уменьшаться во времени, поскольку концентрации А и В по мере протекания реакции будут снижаться, а концентрации С и D возрастать. Итак, величина ∆G реально протекающей химической реакции всегда имеет отрицательное значение и всегда стремится к нулю, тогда как ∆G0' есть величина постоянная.
Важно помнить, что величины ∆G0' и ∆G указывают лишь максимальное количество свободной энергии, которое теоретически способна дать рассматриваемая реакция. Это количество энергии может быть использовано только в том случае, если в наличии имеется какой-нибудь высокоэффективный механизм, способный уловить эту энергию и направить ее на выполнение полезной работы. Если же такого механизма нет, то при постоянной температуре и постоянном давлении никакая работа за счет данной реакции не может быть выполнена.