[생물 임용 노트]생체 에너지론 - 1) 열 역학 법칙과 △G

열역학 법칙

• 1법칙 : 에너지의 변환이 일어나도 에너지의 총량은 일정하다.
• 2법칙 : 모든 자발적 과정은 엔트로피가 증가한다.
  총계(universe) = 반응계 + 외계

△G(자유에너지 변화)

• 깁슨 자유에너지(G) : 일정한 온도와 압력에서 일을 할 수 있는 에너지의 양
  • 에너지 방출 : △G < 0
  • 에너지 흡수 : △G > 0
• 엔탈피(H) : 반응계의 열량
  • 발열 반응 : △H < 0
  • 흡열 반응 : △H > 0
• 엔트로피(S) : 반응계의 무질서도, 단순하고 무질서할수록 크다.
• △G = △H - T△S

K_eq와의 관계

K_eq(평형 상수) : 반응물과 생성물의 평형상태 농도
aA + bB ↔ cC + dD라는 화학 반응에서,
K_eq = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^b
이러한 평형 상태로의 추진력을 △G로 표시한다.

△G의 모습

• △G° : 표준 자유에너지 변화, 298K, 1 기압, 반응물과 생성물의 농도가 1M일 때의 △G
• △G'° : 생화학 표준상태의 표준변환 상수, H₂O, H⁺, Mg²⁺가 반응물/생성물일때는 포함하지 않음
• △G'° = -RTlnk'_eq
  • k'_eq > 1.0, △G'° < 0 / 정방향 진행
  • k'_eq = 1.0, △G'° = 0 / 평형 상태
  • k'_eq < 1.0, △G'° > 0 / 역방향 진행
  • 반응이 진행될수록 △G'°는 0에 가까워진다.

이러한 표준 자유에너지의 변화는 가산적이다.

• 만일 A↔B의 △G'°를 △G'₁°, A↔B의 △G'°를 △G'₂°라 하면, A↔C의 △G'_total° = △G'₁° + △G'₂° 이다.