Главная задача энергетического метаболизма – аккумуляция энергии, полученной в результате окислительно-восстановительных превращений субстратов в такую форму, которая может быть использована для роста клеток и осуществления всех их функций.
Основными формами аккумуляции энергии в клетках являются трансмембранная разность электрохимических потенциалов ионов, а также «макроэргические» химические соединения.
В клетках, как и в неживых системах, самопроизвольно протекают только те химические процессы, которые приводят к уменьшению свободной энергии системы, т.е. той доли общей энергии, которая может быть превращена в работу. Такие реакции называют экзэргоническими. Напротив, если ДОО, то реакция не может протекать самопроизвольно, так как требует притока энергии.
Уравнение Гиббса описывает взаимосвязь между свободной энергией, энтальпией и энтропией.
Кратко рассмотрим основные уравнения химической термодинамики.
где ДН – изменение энтальпии; AS – изменение энтропии.
При реакциях в растворах изменение свободной энергии определяется уравнением:
где R – газовая постоянная; Т – абсолютная температура;
– константа равновесия химической реакции.
При стандартных условиях каждая химическая реакция характеризуется свободной энергией, вычисляемой по формуле:
AG° = -2,303 RT lgK или AG = -1,363 lgKeq ккал/моль-1 при 25C.
При окислительно-восстановительных реакциях изменение свободной энергии определяется уравнением:
где п – количество перенесенных электронов:
F – число Фарадея: заряд одного моля электронов; Е «' – стандартный окислительно-восстановительный потенциал для окислителя и восстановителя, В.
Эти уравнения удобно применять при расчетах. Например, можно подсчитать, сколько энергии выделяется в результате дыхания;
Таким образом, AG = 2 • 23062 кал • моль-1 - В-[0,815 - (-0,32)] В = 52351 кал/моль.
Прочие статьи:
Охарактеризуйте строение и биологическое значение
АТФ, почему АТФ называют основным источником энергии в клетке?
Рис.1. Схема строения АТФ
АТФ - это аденозинтрифосфат, нуклеотид, относящийся к группе нуклеиновых кислот. Концентрация АТФ в клетке мала (0,04%; в скелетных мышцах 0,5%). Молекула АТФ состоит из аденина, рибозы и трех остатков фосфорн ...
Метабионтные живые системы
Второй цикл структурной агрегации живых систем — метабионт-ный — состоял в агрегации монобионтов на основе интегративной эволюции их надорганизменных ассоциаций. В ходе эволюции этих ассоциаций, наряду с усложнением обычных внутрипопуляци ...
Гипотеза А.И Опарина.
Пик исследований А. И. Опарина и его соавторов приходился на 50-60-е годы, хотя его книга «Происхождение жизни» была опубликована еще в 1924 году.
Появление жизни он рассматривал как единый естественный процесс, который состоял из прот ...