4. NGUYÊN LÝ THỨ II CỦA NHIỆT ðỘNG HỌC
4.6. Thế chuyển nhóm – Các hợp chất giàu năng lượng (cao năng)
Cũng như những phản ứng hoỏ học thụng thường, cỏc phản ứng của quỏ trỡnh trao ủổi chất trong cơ thể luôn luôn kèm theo một biến thiên năng lượng tự do (∆G hay ∆G0).
Cỏc nhà hoỏ sinh thường quan tõm ủến những phản ứng cú biến thiờn năng lượng tự do õm (∆G hay ∆G0 < 0) với ý nghĩa ủõy là phần năng lượng mà cơ thể cú thể dựng ủể thực hiện cụng cú ớch như cỏc quỏ trỡnh sinh tổng hợp, vận chuyển ion, co cơ, thực hiện cỏc sung ủiện của tế bào thần kinh…
Người ta thường sử dụng danh từ thế chuyển nhúm ủể chỉ biến thiờn năng lượng tự do của phản ứng chuyển một nhúm nhất ủịnh từ một phõn tử chất này (chất cho) sang một chất khỏc (chất nhận) thường là nước. Như vậy thế chuyển nhóm theo một nghĩa hẹp chính là biến thiên năng lượng tự do của phản ứng thuỷ phân một hợp chất sinh học (chính xác hơn là thuỷ phân một liên kết).
Vớ dụ, phản ứng thuỷ phõn ATP trong ủiều kiện cơ thể:
ATP + H2O → ADP + H3PO4
∆G0 = –7,3 Kcal/mol ủược gọi là thế chuyển nhúm phosphat của ATP.
Phản ứng thuỷ phân acetyl CoA:
∆G0 = –8,2 Kcal/mol là thế chuyển nhóm acetyl của acetyl CoA sang nước.
BẢNG 3.5. THẾ CHUYỂN NHÓM CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT
Hợp chất ∆∆∆∆G0 Kcal/mol Hợp chất ∆∆∆∆G0 Kcal/mol
creatinphosphat –10,3 glucose–1–phosphat –5,0
acetyl–S–CoA –8,2 glucose–6–phosphat –3,3
Những hợp chất cú ∆G0 > –6 Kcal/mol thường ủược gọi là những hợp chất giàu năng lượng (hay hợp chất cao năng). Trong cụng thức cấu tạo của cỏc hợp chất này, liờn kết tại ủú xảy ra sự thuỷ phõn ủược ký hiệu bằng dấu ∼ .
Ví dụ phân tử ATP: Adenosin –P ∼ P ∼ P
acetyl–S–CoA: CH3COO ∼ S–CoA
Cỏc phản ứng thuỷ phõn của cỏc chất cao năng thường ủúng vai trũ "kốm" những phản ứng ủũi hỏi năng lượng theo cơ chế phản ứng liên hợp rất phổ biến trong cơ thể.
CÂU HỎI TỰ LƯỢNG GIÁ
3.1. Thế nào là nội năng của một hệ? Nội năng phụ thuộc vào những yếu tố nào?
3.2. Nội dung và biểu thức của nguyờn lý thứ nhất của nhiệt ủộng học.
3.3. Hiệu ứng nhiệt của phản ứng. Phỏt biểu ủịnh luật Hess về hiệu ứng nhiệt của phản ứng. Tại sao núi ủịnh luật Hess là hệ quả của nguyờn lý thứ nhất của nhiệt ủộng học.
3.4. ðịnh nghĩa nhiệt sinh, nhiệt cháy của một chất. Công thức tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng dựa vào nhiệt sinh, nhiệt cháy.
3.5. ðịnh nghĩa nhiệt nguyên tử hoá của một chất. Năng lượng liên kết là gì? Chúng có quan hệ với nhau như thế nào?
3.6. Tính ∆Hs0 của Ca(OH)2 biết hiệu ứng nhiệt của phản ứng:
CaO + H2O → Ca(OH)2
∆H = –15,26 Kcal/mol
∆Hs0 của CaO và H2O tương ứng là: –151,8 và –68,3 Kcal/mol.
3.7. Khi ủốt chỏy 1 mol glucose thấy thoỏt ra 673 Kcal. Tớnh ∆Hs0của glucose biết ∆Hs0 của CO2 và H2O tương ứng là: –94,1 và –68,3Kcal/mol.
3.8. Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng: C2H4 + H2 = C2H6 biết năng lượng liên kết EH–
H = 104; EC=C = 147; EC–C = 83; EC–H = 98,8 Kcal/mol.
3.9. Nội dung và cỏch phỏt biểu nguyờn lý thứ II của nhiệt ủộng học. Entropy là gỡ? í nghĩa của hàm số này.
3.10. Năng lượng tự do là gì? Dựa vào nó khi nào một phản ứng tự diễn biến?
argininphosphat –7,7 alanylglycin –4,1
ATP –7,3 acetyl cholin –3,2
3.11. Tỏc ủộng của cỏc yếu tố enthalpy và entropy lờn chiều hướng diễn biến của một phản ứng.
3.12. Cỏc phản ứng sau ủõy cú xảy ra khụng ở ủiều kiện tiờu chuẩn?
3.13. Phản ứng sau ủõy xảy ra theo chiều nào ở ủiều kiện tiờu chuẩn?
Biết ∆Hs0 – 4,8 –57,8 Kcal/mol.
S02 98 49,1 49,0 45,1 7,6 cal/mol.K 3.14. Cho phản ứng:
NH4OCONH2 → CO2 + 2 NH3
Biết ∆HS300 K –154,4 –94,1 –11,0 Kcal/mol.
∆GS300K –109,6 –94,4 –3,98 Kcal/mol.
Hỏi: Ở ủiều kiện này (3000K) phản ứng xảy ra theo chiều nào? Ở nhiệt ủộ nào thỡ phản ứng diễn ra theo chiều ngược lại?
3.15. Cho phản ứng:
C2H4 + H2O(h) → C2H5OH(h) Biết ∆GS0 16,3 –54,6 –40,3 Kcal/mol S0298 52,5 45,1 54,5 cal/mol.K
Hỏi: Ở 250C phản ứng diễn ra theo chiều nào? Toả nhiệt hay thu nhiệt.
3.16. Nờu một vài phương phỏp xỏc ủịnh biến thiờn năng lượng tự do của phản ứng. Thế chuyển nhúm là gỡ? ðối với những hợp chất sinh học thỡ thế chuyển nhúm ủược quy ước như thế nào? Hãy cho biết ý nghĩa của bảng thế chuyển nhóm. Thế nào là liên kết giàu năng lượng (liên kết có năng lượng cao).
Bài 4
ðỘNG HOÁ HỌC
MỞ ðẦU
ðộng hoỏ học nghiờn cứu về tốc ủộ của cỏc phản ứng hoỏ học và cỏc yếu tố ảnh hưởng ủến tốc ủộ như: nồng ủộ chất phản ứng, nhiệt ủộ, chất xỳc tỏc. Trờn cơ sở ủú cho phộp tỡm hiểu về cơ chế của các phản ứng.