Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
•установлению статистически равномерного состояния, увеличивая степень упорядоченности за счет окружающей их материи. Однако в конце концов всегда наступают смерть и распад, все обращается в гграх н пыль.
В уравнении (2.1), предполагающем постоянство температуры, объема и давления, изменение энтропии AS для любого реального процесса всегда положительно (разд. 2.4), и ТAS составляет ту часть общей энергии, которая не может быть использована для совершения полезной химической работы.
2.4. Свободная энергия
Биологические процессы часто протекают при постоянных температуре и давлении, и, следовательно, АР (изменение стандартной свободной энергии), входящая в уравнение (2.1),очень важна. В этом смысле F0 (иногда обозначаемая так, как впервые предложил Гиббс —буквой G) представляет ту долю общей энергии Е, которая может 'быть использована для совершения полезной химической работы. Изменение стандартной свободной энергии (AF0 или AG0) равно увеличению или уменьшению свободной энергии при 'превращении 1 моля исходного вещества в 1 моль продукта реакции, протекающей при 25 °С и pH 7,0, Эту величину нельзя путать с реальным изменением AF, или ко, которое зависит от условий реакции, Следует отметить, что биологическая стандартная свободная энергия, обычно обозначаемая AF' или ДО'-, отличается о,т 'соответствующей физической величины AF0, или AG0, Проводя расчеты, физики всегда, в том числе и в случае ионов водорода,, используют молярные концентрации; биологи же в качестве точки отсчета предпочитают нейтральную величину pH, т. е. концентрацию И+, равную 10-7 г-ион• л-1. Точно так же при выводе стандартных величии они часто основываются на атмосферной концентрация С02 (0,03%), выражаемой не в молях, а в процентах. Необходимо также подчеркнуть, что используемые величппы приблизительны, основаны на многих предположениях н на данных, не всегда отличающихся большой точностью.
Член АР в уравнении (2.1) представляет то изменение общей энергии АЕ, с помощью которого может выполняться полезная химическая работа. В отличие от отдельных эидергонических, т. е. требующих энергии реакций, которые не могут протекать 'изолированно, но связаны с другими реакциями — экзергониче-•скими, т. е. поставляющими энергию, в реальных процессах свободная энергия системы по мере приближения к равновесию всегда уменьшается, а энтропия возрастает. Преимущество использования AF по сравнению с AS при попытках предсказать
протекание той или иной химической реакции заключается в том, что в первом случае достаточно знать изменение для системы, в то время как во втором — для системы и ее окружения.
2.5. Свободная энергия и равновесие
Величина и знак изменения свободной энергии позволяют нам предсказать глубину протекания химических реакций и их направление, Здесь вступает в силу закон действующих масс,, который утверждает, что если в результате реакции между соединениями А и В образуются С и D, то скорость прямой реакции в любых условиях максимальна в начале процесса и связана с концентрацией соответствующих соединений, обозначаемой [А], [В] и т. д., так, как это представлено на схеме 2.2.
Схема 2,2
Н
Дана реакция А+В ч ¦ ¦> C+D
Скорость прямой реакции=У1 = [А][В]Й1 Скорость обратной реакции=Уа=[С][В]Аа (где ki и Аз —константы скорррти реакции).
Аналогичным образом, скорость обратной реакции в начальный момент времени равна 0, но по мере образования С и <D она увеличивается, в то время как скорость прямой реакции уменьшается, пока не будет достигнуто равновесие, когда обе скорости становятся равными по величине и противоположными по знаку. Тогда
[AJ[B]Ai=[C][D]fe2,
*1 ,, [С] |D]
где К — это константа равновесия.
Из схемы 2.2 можно видеть, что если в результате прямой реакции [А] и [В] сильно уменьшаются, то К является очень
большой величиной. Если же в равновесии ["А] *'[В] =|[С] -\[D],
то /С =1 „ а если равновесие сдвинуто влево, то Д’<;1. Константа равновесия К связана с рассмотренной выше свободной энергией AF' соотношением
AF' = —RT In К, (2.2)
где R — газовая постоянная, Т — абсолютная температура (°С+ +273), In К — натуральный логарифм (т. е. логарифм по основанию е). Подставив в это уравнение значения R и Т и заменив loge на lgio, получим (для температуры 25 °С)
AF = —1,36 lg/C- (2.3)
Эта стандартная свободная энергия является мерой различий между стандартными условиями и состоянием равновесия, когда а/'=0. Обычно ее измеряют в килокалориях или джоулях
Таблица 2.1. Связь между К и AF' (из соотношения А/г/—--RT In К)
AF', ккал 1 Характеристика реакции
К j
-1-6,81 0,00001 Идет с большим трудом
4-5,45 0,0001 Идет с трудом, неблагоприятна
