11.2. Изменение стандартной свободной энергии реакции и его связь с константой равновесия

Рассмотрим реакцию

этой реакции дается уравнением

где изменение стандартной свободной энергии, -газовая постоянная, -абсолютная температура, молярные концентрации (точнее активности) реагирующих веществ. изменение свободной энергии реакции при стандартных условиях, когда каждое из реагирующих веществ присутствует в концентрации Таким образом, реакции зависит от природы реагирующих веществ [охарактеризованной с помощью в уравнении (6)] и от их концентрации [выраженной как логарифмическая функция в уравнении (6)].

Для упрощения расчетов по изменению свободной энергии при биохимических реакциях условно принято считать, что стандартное состояние - это состояние при Отсюда активность соответствующая в уравнениях (6) и (9), равна 1, Активность воды в этих уравнениях также принята равной В данной книге будет фигурировать понятие изменения стандартной свободной энергии при обозначаемое как В качестве единицы энергии будет использоваться килокалория (ккал).

Можно легко вывести соотношение между стандартной свободной энергией и константой равновесия реакции. В состоянии равновесия Уравнение (6) тогда приобретает следующий вид:

и тогда

Константа равновесия при стандартных условиях, определяется следующим образом:

Вставляя уравнение (9) в уравнение (8), получаем

Преобразуя последнее уравнение, получаем

Подставив вместо их значения - соответственно получим

где выражено в ккал/моль. Таким образом, стандартная свободная энергия и константа равновесия реакции связаны между собой простым выражением. Например, константа равновесия 10 соответствует изменению стандартной свободной энергии —1,36 ккал/моль при 25°С (табл. 11.1).

В качестве примера вычислим и для изомеризации дигидроксиацетонфосфата в глицеральдегид-3-фосфат. Эта реакция идет при гликолизе В состоянии равновесия отношение концентрации глицеральдегид-3-фосфата к концентрации дигидроксиацетонфосфата при 25°С (298 К) и составляет 0,0475. Изменение стандартной свободной энергии для этой реакции рассчитывается из уравнения (11):

Теперь вычислим для этой реакции, когда начальная концентрация дигидроксиацетонфосфата равна и начальная концентрация глицеральдегид-3-фосфата . Подставляя эти величины в уравнение (6), получаем

Таблица 11.1. (см. скан) Связь между и (при 25 С)

Отрицательное значение для указывает, что изомеризация дигидроксиацетонфосфата в глицеральдегид-3-фосфат может протекать спонтанно, когда эти соединения присутствуют в указанных выше концентрациях. Отметим, что для этой реакции имеет отрицательное значение, хотя положительно. Важно подчеркнуть, что соотношение величин и для реакции больше, меньше или равно зависит от концентрации реагирующих веществ. Критерием спонтанности реакции служит значение а не