自由能與自發性
偶聯反應(coupled reactions)
偶聯反應是大自然讓一個「上坡」變化得以發生的辦法——把它拴在一個更陡的「下坡」變化上,就像用滑輪上一個沉重下墜的配重,去把一件較輕的東西拉上去一樣。一個本來絕不會自己進行的反應(它的吉布斯能想往上升),只要你把它和另一個釋放大量自由能的反應連起來,使兩者合在一起總體上仍然下坡,就能被推著往前走。
記帳的方式就是簡單相加。當兩個反應共享一個中間體、當作一個整體進行時,它們的吉布斯能變化會疊加起來。只要合併後的 ΔG 為負,整個偶聯過程就是自發的——哪怕其中一半單獨看是不利的。那個有利的夥伴,實際上是從自己的自由能預算裡「替」那個不利的反應「埋了單」。
它為什麼重要:這正是讓生命成為可能的把戲。活細胞把那些耗能、儲能的苦差事——合成蛋白質、泵送離子、收縮肌肉——縫接到 ATP 分子的分解上,後者釋放的大量自由能,驅動了那些不利的步驟。一句老實話:偶聯需要一個真正的機械式連接(共享的中間體、一種酶或催化劑),而不是僅僅兩個反應在同一隻燒杯裡並排發生。
在細胞裡,把兩個胺基酸連起來的 ΔG 為正,不會自己進行。細胞把它和分解 ATP(ΔG 為很大的負值)偶聯起來;兩者相加總和為負,於是這個鍵便形成了。
一個有利的反應,替一個不利的反應付清自由能的帳。
偶聯從不違背第二定律——它並沒有讓一個孤立看來不利的反應變得有利,只是把它打包進一個更大的系統裡,而這個系統的總自由能仍在下降。「能量貨幣」ATP 就是細胞通用的偶聯媒介。
又稱
另見