Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
2.8. Энергия связи
Сходные оценки величин, упомянутые выше, можно получить из эмпирических значений энергии связей. Огги основаны на теплоте образования различных соединений. Однако здесь возникает одно затруднение: энергия связи ие абсолютная величина, она зависит от того, в каком месте в молекуле эта связь находится, Например, для разрыва первой связи Н—О в молекуле воды требуется меньше энергии, чем для разрыва второй. Подобным же образом двойная связь С = 0 в какой-либо кислоте прочнее, чем две одинарные связи С—О, а С = 0 в С02 проч-
/Н
нее, чем в альдегиде —С7 (табл. 2.2). Поэтому значение
40
энергии связи, полученное для одного какого-то соединения, нельзя безоговорочно использовать для другого; однако из набора известных значений можно выбрать то, которое наиболее подходит к данному случаю. Таким образом, хотя выбор оцен-
Таблица 2.2.
Эмпирические значения энергии сиязей, ккол-моль-1
Образование углеводов [уравнение (1,1)]
C-I-I 99 Разрыв связи Образование
связи
с---с 83 -L
С---0 (спирт) 77 + 190 -83
С = 0 (кислота) 180 + 190 -99
С=0 (С02) 190 + 110 ---77
Н---0 110 +110 -110
0 = 0 118 +600 -118
Н---Н 104 ---487
Разность- + 113 ккал
ки не совсем объективен, зато мы приходим к одному и тому же результату независимо от того, используем ли мы значения энергии связи, полученные непосредственно из данных по окислению глюкозы (>см. выше) или из данных по совершенно другим реакциям. Так, взяв значения энергии связей, приведенные в табл. 2.2. для гипотетической единицы СН20, и учитывая число таких единиц, соединенных связью С—С в глюкозе, сахарозе или крахмале, мы вновь получим для энергии их образования величину, равную примерно М2 ккал (470 кДж).
190
190
О + н
110
МО
99
83
77
ПО
Н +¦ 0 :
118
2.9. Расщепление воды
Расчеты подобного рода позволяют оценить полное изменение энергии при образовании и диссоциации воды. Как мы уже говорили, связь Н—О в молекуле воды разрывается при фотосинтезе и вновь образуется при дыхании, так что можно оценить полное изменение энергии, связанное с переносом водорода (транспортом электронов) в этих процессах:
1
Н—Н + ~2
НМ10ЖН)
(2.6)
Разрыв связей Образование связей
104 (—240 кДж)
+ 163
Для протекания реакции в обратном направлении, т. е. для расщепления воды (в виде -пара) до Н2 и 02, требуется +57 ккал (рис. 4.13). Во многих случаях, однако, процесс фотосинтеза не приводит к образованию газообразных водорода и кислорода. Вместо этого происходит перенос водорода от воды на кофер-мент NADP+ — конечный окислитель в фотосинтетической -системе транспорта электронов (разд. 4.9).
Сходным образом при дыхании водород передается от NADPH (или от родственного кофермента NADH) к кислороду с образованием воды. Изменение свободной энергии при восстановлении NADP (или при окислении NADPIT) составляет около 52 ккал.
2.10. Резонанс
Как мы уже говорили, энергия одной и той же связи может иметь разное значение в зависимости от условий; иначе говоря, она изменяется в соответствии с положением связи в молекуле. Отчасти это связано с так называемым'резонансом. Например, в уравнении (1.7) молекула С02 представлена таким образом, чтобы подчеркнуть способность атомов кислорода оттягивать на себя электроны. Такое изображение позволяет также увидеть распределение электронов между С и О; в сфере притяжения каждого ядра находится по 8 электронов:
|[К»слороду необходимы два электрона, чтобы довести их число до восьми, и он является двухвалентным; углероду необходимы четыре электрона, и он четырехвалентен.] Подобное распределение двух пар электронов между С и О порождает двойные связи, и, если хотят указать структуру связи, СОг обычно представляют в виде 0 = С = 0. Сходным образом бензольное кольцо, содержащее шесть атомов углерода, можно представить так, как это сделано на рис. 2.1. Видно, что в формах А и Б все требования к структуре с точки зрения валентности (И одновалентен, С четырехвалентен) выполнены и четко зафиксировано
хх
положение одинарных и двойных связей в кольце. Однако и более условные формы В и Г также отвечают этим требованиям. В последнее время отдают предпочтение форме Д, в которой положение двойных связей не фиксируется. Фактически В и Г' представляют собой крайние формы, а Д — промежуточную. На самом деле форма Д лучше отражает реальную ситуацию, чем В или Г, поскольку измерение расстояния между атомами углерода показывает, что в бензольном кольце длина связей не coin Н
НС^ СН НС ^сн
НС^ СН НС. ,^сн
¦С- с-
