5.5: תגובות צימוד

Last updated
Save as PDF

Page ID: 208393

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

ישנם מספר רב של סוגים שונים של תגובות המתרחשות בתוך תאים. ככלל אצבע, תגובה המייצרת מולקולות קטנות יותר מגדולות יותר תהיה מועדפת תרמודינמית, בעוד שתגובות המייצרות מולקולות גדולות יותר מקטנות יותר יהיו שליליות. באופן דומה תעדיף תגובה שמובילה למולקולה הנעה מאזור בריכוז גבוה יותר לאזור בריכוז נמוך יותר. אז איך בדיוק נוכל לבנות את המולקולות הגדולות, כגון DNA וחלבונים, ושיפועי ריכוז שהחיים תלויים בהם?

כפי שציינו קודם ניתן למקם תגובות לשתי קבוצות, אלו המועדפות תרמודינמית (ΔG שלילי, קבוע שיווי המשקל גדול יותר, בדרך כלל הרבה יותר גדול, מ-1) ואלו שאינן חיוביות (חיובי\(ΔG\), קבוע שיווי משקל פחות, לרוב הרבה פחות מ-1). תגובות מועדפות תרמודינמית קשורות בדרך כלל לשחרור אנרגיה מפירוק צורות מזון שונות (הידועות באופן כללי כקטבוליזם), בעוד שתגובות הבונות ביומולקולות (הידועות באופן כללי בשם אנבוליזם) הן בדרך כלל לא חיוביות מבחינה תרמודינמית. חילוף החומרים של האורגניזם הוא הסכום הכולל של כל התגובות השונות הללו.

תגובות שליליות מתרחשות כאשר הן מחוברות לתגובות חיוביות תרמודינמיות. זה דורש ששתי התגובות יחלקו ביניים משותף. בדוגמה זו שתי התגובות חולקות את הרכיב "D". נניח שהתגובה העליונה אינה חיובית בעוד שהתגובה התחתונה חיובית. מה קורה? נניח ששתי התגובות מתרחשות בקצב מדיד, אולי באמצעות תיווך של זרזים מתאימים, הפועלים להורדת אנרגיית ההפעלה של תגובה, וכי E קיים בתוך המערכת. בתחילת הניתוח שלנו, הריכוזים של A ו- B גבוהים. ^{לאחר מכן נוכל להשתמש בעקרון של לה שאטלייה כדי לבצע את התחזיות שלנו 152.}

הבה נמחיש כיצד פועל העיקרון של לה שאטלייה. נניח לרגע שהתגובה

\[A + B \rightleftharpoons C + D\]

הגיע לשיווי משקל. עכשיו שקול מה קורה לתגובה אם, למשל, הסרנו (איכשהו, אל תדאג איך) כל \(C\) מהמערכת. לחלופין, שקול מה קורה אם נוסיף עוד B למערכת. התשובה היא שהתגובה נעה ימינה למרות שתגובה זו אינה חיובית מבחינה תרמודינמית, על מנת לבסס מחדש את מצב שיווי המשקל. אם כל C היה מוסר, תגובת C+D ל- A + B לא הייתה יכולה להתרחש; תגובת A+B תימשך בצורה לא מאוזנת עד שרמת C (ו- D) תעלה ותגובת C+D ל- A + B תאזן את תגובת A+B ל- C + D. במקרה השני, תוספת B תוביל לייצור מוגבר של C+ D עד שריכוזם יגיע לנקודה בה תגובת C+D ל- A + B איזנה את תגובת A+B ל- C + D. סוג זה של התנהגות נובע ישירות מהעובדה שבשיווי משקל מערכות התגובה אינן סטטיות, אלא דינמיות (ברמה המולקולרית) - הדברים עדיין מתרחשים, הם פשוט מאוזנים כך שלא מתרחש שינוי נטו. כשמוסיפים או לוקחים משהו מהמערכת, הוא הופך להיות לא מאוזן, כלומר הוא כבר לא נמצא בשיווי משקל. מכיוון שהתגובות מתרחשות בקצב מדיד, המערכת תחזור לשיווי משקל לאורך זמן.

אז בחזרה למערכת התגובה שלנו. ככל שתגובת A+B השלילית מתרחשת ומתקרבת לשיווי משקל היא תייצר כמות קטנה של C + D. עם זאת, תגובת D+חיובית; היא תייצר F ובמקביל תסיר את D מהמערכת. כאשר D מוסר, הוא משפיע על תגובת A+B (מכיוון שהוא הופך את "תגובת הגב" C + D לפחות סבירה למרות ש"התגובה קדימה "A+B נמשכת.) התוצאה היא שיופקו יותר C ו- D. בהנחה שיש כמויות מספיקות של E, יותר D יוסר. התוצאה הסופית היא שלמרות שהוא לא חיובי מבחינה אנרגטית, יופקו יותר ויותר C ו- D, בעוד D ישמש לייצור F. זוהי נוכחות המרכיב המשותף D וניצולו כמגיב בתגובת D+ E המניעה את הסינתזה של C מ- A ו- B, דבר שבדרך כלל לא היה צפוי להתרחש במידה רבה. תאר לעצמך אם כן, מה קורה אם C הוא גם מגיב בתגובה חיובית אחרת? בדרך זו מערכות תגובות מקושרות זו לזו, והמערכת הביולוגית ממשיכה להשתמש באנרגיה ובחומר מהעולם החיצון כדי לייצר את המולקולות המורכבות הדרושות לתחזוקה, צמיחה ורבייה ¹⁵³.

שאלות לענות ולהרהר

מהם המרכיבים הנפוצים של מערכת שאינה שיווי משקל וכיצד טרדיגרד מיובש ממלא את הדרישות הללו?
אתה משתמש בחיכוך כדי להצית אש. מהיכן מגיעה האנרגיה שמשחררת האש?
תגובה נמצאת בשיווי משקל ואנו מגדילים את כמות המגיב. מה קורה מבחינת כמות המגיב והמוצר?
תגובה היא בשיווי משקל ואנו מגדילים את כמות המוצר. מה קורה מבחינת כמות המגיב והמוצר?
מה עושה תוספת של זרז למערכת שכבר נמצאת בשיווי משקל?
מה עושה תוספת של זרז למערכת רחוקה משיווי משקל?
מאיפה האנרגיה מגיעה כדי להגיע למצב ההפעלה/תגובה ביניים?
מדוע זרז אינו משנה את מצב שיווי המשקל של מערכת?
מדוע זרזים נדרשים לכל החיים?

הפניות

http://en.wikipe צור קישור dia.org/Wiki/העיקרון של Le_Chatelier
haha.nu/מדע/גוף האדם המדהים/

תורמים וייחוסים

Template:ContribKlymkowsky