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Setzen wir nun diese Idee der Gleichung
in die Praxis um. Stellen wir uns also vor, dass
wir ein paar Reaktionen haben, wir haben eine Reaktion, wo
A zu B wird und wir haben eine Reaktion B
zu C. Dies ist nicht nur ein imaginäres Szenario,
sondern es ist genau das, was die Zellen tun müssen.
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Zellen haben in ihrem Inneren Tausende von Reaktionen,
die zu jeder Zeit ablaufen, und diese
Reaktionen bewegen sich auf einem zusammenhängenden Pfad,
wie etwa die Oxidation von Glukose.
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Wenn ich mir diese Reaktionen anschauen würde, würde ich sehen, wie Glukose
im ersten Schritt der Oxidation
zu Glukose-6-Phosphat umgewandelt wird. Im
nächsten Schritt wird Glucose-6-phosphat
in Fruktose-6-Phosphat umgewandelt. Nun, das sind
A, B und C. A ist Glucose, B ist Glucose-6-phosphat,
aber dann ist das Glukose-6-Phosphat, das in der ersten Reaktion hergestellt wurde,
das Substrat
für die zweite Reaktion, denn aus Glucose-6-phosphat
wird Fructose-6-Phosphat. Stoffwechselwege können
auf diese Weise miteinander verknüpft werden.
Wir haben also ein Szenario, bei dem A zu B wird und B
zu C. Was passiert nun, wenn ich zum Beispiel
die Reaktion B nach C nehme und
die Menge von C erhöhe, was passiert dann
mit der Delta-G-Gleichung? Nun, wenn
ich die Konzentration von C erhöhe, sagen wir mal
auf größer als B, dann bedeutet das,
dass der logarithmische Term selbst zunehmen wird.
Und wie wir schon sagten, wenn der log-Term für
eine Reaktion zunimmt, dann steigt der Wert von Delta
G. Erinnern Sie sich, dass ich sagte, dass
wenn das Delta G für eine Reaktion positiv ist,
wird sich die Reaktion rückwärts bewegen. Wenn wir also
diese Reaktion positiv genug machen, wird die Reaktion
von B nach C rückwärts ablaufen und
B erzeugt. Das wird nicht isoliert geschehen,
denn B wird in der ersten Gleichung beeinflusst.
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Ein Überschuss an B wird sich also auf die
Reaktion von A nach B auswirken. Wir können also sehen, wie die
Produktion von C tatsächlich die
Rückwärtsbewegung bis zurück zu A begünstigt.
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Was ich Ihnen mit diesem Prinzip veranschaulicht habe, ist
dass diese Prozesse miteinander verbunden sind.
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Also gut. Die Verflechtung der Prozesse bedeutet also,
dass die Delta-Gs selbst
ebenfalls miteinander verknüpft sind. Also wie gesagt, wenn ich
in die andere Richtung gehe, sagen wir, ich entscheide mich dafür,
die A-Konzentration zu erhöhen, was wird dann
passieren? Nun, wir könnten das Ganze umdrehen,
sagen wir, wenn wir mehr A herstellen, dann wird eine größere Menge
des Substrats, also des Ausgangsstoffs A,
dazu führen, dass der logarithmische Term abnimmt,
was bedeutet, dass wir die Produktion von B bevorzugen werden.
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Wenn die Konzentration von B ansteigt, dann bedeutet das,
dass B jetzt das Substrat für die
nachfolgende Reaktion zu C wird, was bedeutet, dass
C ebenfalls begünstigt wird. Jetzt habe ich gerade
ein Prozess beschrieben, bei dem Sie A erhöhen und die
eine Reaktion ganz nach unten geht. Dieses Verdrängen
der Reaktion wird durch die Erhöhung der Menge des
des Eduktes ermöglicht. Wenn ich also die Menge an
Edukt erhöhe, schiebe ich eine Reaktion an. Was passiert
dann mit C? Nun, wenn ich das mache, wird
die Reaktion von B nach C in Richtung C ablaufen.
Wenn ich die
Reaktion in Richtung von C verschiebe, also
weniger B sein wird, bedeutet das, dass A
sich nach rechts zu bewegen scheint und mehr zu
B wird. Was ich in diesem Beispiel gemacht habe, ist das, was
ich "eine Reaktion ziehen" nenne. Das Schieben einer Reaktion
bezieht sich auf die Erhöhung der Menge des Eduktes
und das Ziehen einer Reaktion bedeutet das Entfernen
einer bestimmten Menge des Produkts.
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Die Gleichung oben, die Delta-G-Gleichung, bezieht sich also
auf das Schieben und Ziehen, über das ich
gesprochen habe. Erinnern Sie sich, dass Ziehen ein
Produkt entfernen bedeutet und Schieben bedeutet, dass das
Edukt, also B kleiner und
A größer werden würde. Wir erinnern uns, dass das bedeutet,
dass der logarithmische Term immer negativer wird,
d.h. das Delta G wird kleiner und
nimmt ab und wird negativer, die Vorwärtsreaktion
wird also begünstigt. Also durch Ziehen und Schieben
einer Reaktion, wird eine Reaktion begünstigen, die sich in
die Vorwärtsrichtung bewegt.
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Betrachten wir nun ein anderes Problem. Nehmen wir
das Problem, bei dem wir eine Reaktion haben, die
einen bekannten Wert für ΔG0' hat und dann sehen wir, was
dieser Wert tatsächlich über die Reaktion aussagt.
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In diesem Fall würde ich gerne eine Situation betrachten,
in der ΔG0' einen negativen Wert hat.
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Der ΔG0' ist also negativ.
Und nehmen wir weiter an, dass die Reaktion von
A nach B geht und wir mit gleichen Mengen
von A und B beginnen. Nun sage ich, lassen wir die
Reaktion an den Ort gelangen, an dem sie ihr
Gleichgewicht findet. Wir beginnen also mit den gleichen
Mengen, aber diese reagieren je nach
Energiebedarf des Systems und sie sind
zu einer bestimmten Endkonzentration
von A und B im Gleichgewicht.
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Die Frage ist, wie hoch ist die Konzentration
von ihnen im Gleichgewicht? Nun, lassen Sie uns die
Gleichung ansehen. Wir wissen, dass im Gleichgewicht Delta
G gleich Null ist, und ich habe gesagt, dass die
ΔG0' ist eine negative Zahl ist, das bedeutet also,
dass Null gleich einer negativen Zahl ist, plus
RT mal dem natürlichen Logarithmus von B über A.
Wenn ich die negative Zahl zur anderen
Seite der Gleichung nehme, bedeutet das, dass eine positive
Zahl gleich RT mal dem natürlichen Logarithmus
von B über A ist. Warum ist das wichtig?
Die Bedeutung liegt darin, dass wenn für dieses Protokoll
der Term positiv ist, es mehr B als A geben muss.
Das ist eine der Eigenschaften von Logarithmen.
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Nun, wenn es
mehr B als A gibt und wir mit gleichen Mengen
von B und A angefangen haben, was bedeutet das? Es bedeutet,
dass wenn die Reaktion mit gleichen Mengen begann
und sie sich vorwärts bewegt, dass die Reaktion
die ein negatives ΔG0' hatte, vorteilhaft war und sich
vorwärts bewegt, als wir die gleichen Konzentrationen hatten.
Nun sagen die Leute gemeinhin, was das bedeutet, ist
dass, wenn dies geschieht, die Reaktion
exergon ist, das ΔG0'zeigt, dass eine Reaktion exergon
ist. Wir können die genaue Richtung einer Reaktion nicht vorhersagen,
ohne alle
Konzentrationen von A und B zu kennen, aber die Tendenz
für eine Reaktion mit einem negativen Wert von
ΔG0' ist exergon. Nun können wir auch das Gegenteil sagen, nämlich
dass wenn der ΔG0' für eine Reaktion
positiv ist, können wir die gleiche Analyse durchführen und
wir würden feststellen, dass das Gleichgewicht der
Konzentrationen eine größere Menge von
A als B wäre. Dies würde bedeuten, dass die Reaktion
endergon war, denn wenn wir mit
gleichen Mengen beginnen und am Ende mit mehr A
als B rauskommen, bedeutet das, dass die Reaktion rückwärts ablaufen muss.