生物大分子的化學

自由能變化(delta G)

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山坡上的球會自己滾下去;要把它推回上面,你就得做功。化學反應也有「下坡」和「上坡」,而有一個數字能告訴你一個反應會自發往哪個方向走。這個數字就是自由能變化,記作 delta G。

delta G 衡量在細胞的條件下,一個反應釋放或需要多少可用的能量。如果 delta G 為負,反應是下坡的(稱為放能反應):它能自發進行並放出可用的能量。如果 delta G 為正,反應是上坡的(吸能反應):它不會自發發生,需要輸入能量才能被往前推。如果 delta G 為零,反應處於平衡——正反兩個方向以同樣的速度進行,不做淨功。要緊的是,delta G 只告訴你方向和能量的收支,而不告訴你速度:一個強烈下坡的反應,在酶降低它路上的能壘之前,仍可能慢到幾乎不動。

delta G 是讓生物能量學說得通的那本帳。搭建大分子、把離子逆勢泵送,delta G 都是正的,所以細胞通過把它們與一個強烈下坡的反應(通常是 ATP 被分解)聯結起來支付費用,使兩者相加後變為負、得以進行。知道 delta G 的正負,生物學家就能預測某一步是需要能量還是供應能量、以及兩個反應能否被耦合起來彼此驅動。它是判斷生命化學將往哪個方向流動的指南針。

把 ATP 分解成 ADP 的 delta G 是強烈的負值(下坡);連接兩個胺基酸的 delta G 是正值(上坡)。細胞把它們聯結起來,使合併後的 delta G 為負——讓 ATP 的能量去為那個本來不可能成的鍵供能。

負值意味著下坡、自發;正值意味著上坡。

delta G 為負,說的是反應「能夠」發生,而不是「會很快」發生。自發不等於迅速——這正是為什麼即便強烈下坡的反應,通常也要等一種酶,而酶只改變速度、不改變 delta G。

又稱
Gibbs free energy changedelta G吉布斯自由能变化吉布斯自由能變化