Uskutečnitelnost chemických reakcí
Pochody v biologických systémech probíhají obvykle za konstantního tlaku (atmosférický) a teploty. Rovněž objemové změny při reakcích jsou minimální. K popisu energie systémů se proto používají veličiny definované za těchto podmínek. Důležitým kriteriem, podle kterého posuzujeme chemické reakce, je jejich schopnost probíhat spontánně, bez dodání energie. Např. plyny samovolně expandují z oblasti vyššího tlaku do oblasti s tlakem nižším, rozpuštěná látka difunduje z oblasti s vyšší koncentrací do oblasti s koncentrací nižší, kyslík reaguje s vodíkem za vzniku vody. Samovolné reakce probíhají tak dlouho, až systém dosáhne své největší stability tj. rovnovážného stavu. V opačném směru tyto děje samovolně nikdy neproběhnou. Kriteriem spontánnosti reakcí probíhajících za konstantního tlaku a teploty je hodnota změny volné energie (Gibbsovy energie, G) v průběhu reakce. Spontánně probíhat mohou jen ty reakce, při nichž se volná energie soustavy snižuje, tedy hodnota ΔG má zápornou hodnotu (ΔG < 0). Označují se jako exergonní. Při dosažení rovnovážného stavu klesne ΔG na nulu (ΔG =0) a reakce se zastaví. Děje s ΔG > 0 jsou endergonní a nemohou proběhnout samovolně. Jejich průběh v biochemických drahách však může být umožněn na základě spřažení s některou exergonní reakcí s vysokou zápornou hodnotou ΔG.Při pochodech spřažení se uplatňují organické sloučeniny, které mají schopnost ve své struktuře „zachytit a uložit“ volnou energii uvolňovanou při exergonních dějích v metabolismu a při dějích, které naopak přísun energie vyžadují, ji rozpadem molekuly opět uvolnit. Tyto látky jsou označovány jako makroergní sloučeniny (sloučeniny s vysokým obsahem energie) a slouží jako jakési „úschovny volné energie“ v buňkách. V této roli se uplatňují především některé organické deriváty kyseliny fosforečné. Nejběžnějším z nich je adenosintrifosfát (ATP), který je syntetizován z adenosindifosfátu (ADP) a anorganického fosfátu (Pi) za využití volné energie uvolněné v průběhu exergonických reakcí. Štěpení ATP na ADP a anorganický fosfát je silně exergonická reakce. Principem spřažení je, že endergonní reakce probíhá současně se exergonním štěpením makroergní sloučeniny a přenos energie je zprostředkován enzymem.
Např. reakce: pyruvát + CO2 → oxalacetát, je endergonní a nemohla by samovolně probíhat. Při metabolismu je tato reakce spřažena s reakcí ATP → ADP + Pi , která je exergonní. Spřažení obou reakcí pomocí enzymu pyruvátkarboxylasy umožní průběh první, energeticky nevýhodné reakce. Spřažení obvykle znázorníme tímto zápisem:
Literatura:
Jiří Dostál, Hana Paulová, Jiří Slanina, Eva Táborská: Biochemie pro posluchače bakalářských oborů (Brno, 2009).
Copyright © 2011, Biochemický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita
Správce stránky: jrslanina(zavináč)med(tečka)muni(tečka)cz
Stránky vznikly s podporou FOND ROZVOJE VYSOKÝCH ŠKOL, projekt č. 2482/2011