Spontaneous and Non-Spontaneous Reactions

자유에너지 (Free Energy, G)

반응의 자발성은 **자유에너지 변화 (ΔG)**로 판단한다.

  • ΔG < 0: 자발적 반응 (spontaneous) — 에너지 방출
  • ΔG > 0: 비자발적 반응 (non-spontaneous) — 에너지 필요
  • ΔG = 0: 평형 (equilibrium)

표준 자유에너지 변화 (ΔG°)

  • ΔG°: 모든 반응물/생성물의 농도가 1 M일 때의 자유에너지 변화
  • 생물학에서는 pH 7 기준으로 ΔG°’ 사용 (수소이온 농도 10⁻⁷ M)

연계 반응 (Coupled Reactions)

비자발적 반응(ΔG > 0)은 자발적 반응(ΔG < 0)과 coupling하여 진행될 수 있다.

예시: ATP 가수분해(ΔG = −46 ~ −54 kJ/mol)를 이용해 에너지 비용이 드는 반응 구동.

ATP가 세포에서 이 역할을 담당.

Redox Reactions의 자발성

전자 전달 반응의 자발성은 **redox potential 차이 (ΔE’₀)**로 판단:

  • n: 전달되는 전자 수
  • ΔE’₀ (mV): 전자 수용체 E’₀ − 전자 공여체 E’₀
  • ΔE’₀ > 0 이면 ΔG° < 0 → 자발적 전자 전달

예시: NADH → O₂

  • NADH/NAD⁺ E’₀ = −320 mV
  • H₂O/O₂ E’₀ = +820 mV
  • ΔE’₀ = 1140 mV → 매우 자발적 (ΔG° ≈ −219 kJ/mol for 2e⁻)

Panel 14-1: Redox potential 측정 방법과 ΔG 계산.

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