自由能与自发性
偶联反应(coupled reactions)
偶联反应是大自然让一个「上坡」变化得以发生的办法——把它拴在一个更陡的「下坡」变化上,就像用滑轮上一个沉重下坠的配重,去把一件较轻的东西拉上去一样。一个本来绝不会自己进行的反应(它的吉布斯能想往上升),只要你把它和另一个释放大量自由能的反应连起来,使两者合在一起总体上仍然下坡,就能被推着往前走。
记账的方式就是简单相加。当两个反应共享一个中间体、当作一个整体进行时,它们的吉布斯能变化会叠加起来。只要合并后的 ΔG 为负,整个偶联过程就是自发的——哪怕其中一半单独看是不利的。那个有利的伙伴,实际上是从自己的自由能预算里「替」那个不利的反应「埋了单」。
它为什么重要:这正是让生命成为可能的把戏。活细胞把那些耗能、储能的苦差事——合成蛋白质、泵送离子、收缩肌肉——缝接到 ATP 分子的分解上,后者释放的大量自由能,驱动了那些不利的步骤。一句老实话:偶联需要一个真正的机械式连接(共享的中间体、一种酶或催化剂),而不是仅仅两个反应在同一只烧杯里并排发生。
在细胞里,把两个氨基酸连起来的 ΔG 为正,不会自己进行。细胞把它和分解 ATP(ΔG 为很大的负值)偶联起来;两者相加总和为负,于是这个键便形成了。
一个有利的反应,替一个不利的反应付清自由能的账。
偶联从不违背第二定律——它并没有让一个孤立看来不利的反应变得有利,只是把它打包进一个更大的系统里,而这个系统的总自由能仍在下降。「能量货币」ATP 就是细胞通用的偶联媒介。
又称
另见