基本介紹
- 中文名：吸能反應
- 外文名：endergonic reaction
- 所屬學科：生物化學
- 簡介：需要引入能量的化學反應
- 舉例：光合作用，電解煉鋁等
- 相關概念：自由能
基本介紹,自由能的概念,ATP循環,ATP的生成方式,底物水平磷酸化,氧化磷酸化,
基本介紹
世界上的事是複雜的。有些化學反應新產生的分子，內部能量比反應前的分子能量少，多餘的能量分裂出來，形成形成放能反應。
例如，木材或石油燃燒，硫酸在水裡稀釋，火藥爆炸……都是放能反應。
不過，也有許多化學反應，不僅不放出能量，反而要吸收能量才能進行，被稱為吸能反應。
一些化學反應，像光合作用，電解煉鋁……都是吸能反應。
放能反應產生的能量，在一般的情況下，都以熱能的形式釋放出來，不能直接變成機械能、電能或者光能，不過也有例外。
放能反應是釋放能量的一種，如果熱是以這種形式釋放，就可以用另一個名詞“放熱”。在這些名詞中，erg指的是功或能，therm指的是熱，自發的反應是另一同意詞。
自發反應的例子(A→B) (見表1)，能量產物B少於反應物A，這種區別或能量變化是
。在本例中，
的符號為負，因為B的能量少於A的能量。
自發的(A→B)和非自發的(C→D)反應的例子。雖然A→B能量是向下坡走，由於能量的活性被迫受阻，可能會妨礙A→B，除非輸入能量。注意如果A→B推動C→D，那么，ΔE2的絕對值應比ΔE1小。
表1C→D反應是吸能反應，非自發的上升反應的例子，此處產生的能量大於反應物。除非有能量的輸入，否則該反應不會發生。在E2的例子中，符號是正，因D的能量大於C，在物理和生物界很多重要的反應和過程都是吸能反應，因此，需要輸入能量，在生物界吸能反應，例如C→D是連結的或成雙的，並被放能反應驅動，例如A→B；注意最終產物D的能量水平比開始的反應物A要小。
雖然A→B的反應是向下的、自發的，但因為它是能量屏障，並不一定發生，這叫做能量活性化，首先要克服它。換言之，雖然把A→B的反應劃歸為自發的，但還必須輸入一些能量以激活機體，作為“起動泵”。正如所看到的，有幾個重要的生物化學途徑是伴隨激活過程的開始而發生的，酶的作用也是很明顯的，因為它們具有減弱激化能量的作用。
儘管能量的激化妨礙了某些事物，但正如我們知道的，在這方面仍依靠某些很高的能量活化過程。氮的氧化物，以及其它機動車所排出的廢氣，都是當前的許多新事物，根據如下的反應氮與氧形成了氮的氧化物。
這些自發的反應都有高能的活化作用。在汽車的發動機內，以最高的溫度和最大的壓力，用以激化速個反應，並產生一些有毒物質。確實很幸運，該反應具有很高的能量激活作用，否則大氣就要著火了。
由於在物質代謝過程中，開始必須激化始動反應物，以及因為酶可以減弱能量的活化，因此酶控制了全過程。
自由能的概念
一切生命活動離不開能量，對於生物化學來說，最有用的熱力學常數是自由能。自由能是指一個反應體系中能夠做功的那一部分能量，如果體系不做功，則自由能轉化為熱能而散失。在25℃、1個大氣壓、反應物濃度為1mol/L時，這個反應體系的自由能變化稱為標準自由能變化(
)。由於細胞內的反應常在pH=7的條件下進行，故pH=7為生物體的標準狀態，以
表示此時標準自由能的變化。自由能的變化
與的關係為：
R為氣體常數，T為絕對溫度；
[A]，[B]為反應物的摩爾濃度(mol/L)，[C]，[D]為產物的摩爾濃度(moI/L)；
孤立或靜止地研究某個體系的自由能是不現實的，但研究反應體系的自由能變化，對於了解生物體內進行的反應有著重要作用。當一個反應的
時，這個反應可以自發進行，而
時則表示化學反應達到平衡狀態。當
時，反應不能自發進行，需要輸入能量，故為吸能反應。在生物體內吸能反應常與放能反應偶聯在一起才能進行，而此時吸能反應所需的能量常由ATP提供。
ATP循環
ATP作為細胞內放能與吸能反應的主要中間媒介物，在各種生命活動及代謝過程中直接或間接起供能作用。ATP為腺苷三磷酸，3個磷酸之間有2個磷酸酯鍵。當ATP水解成ADP時釋放的能量比一般磷酸酯鍵水解時釋放出的能量多得多，因而可以使需要加入自由能的吸能反應得以進行。而ADP與無機磷酸鹽又可利用生物氧化時釋放出的自由能磷酸化成ATP。由此而構成生物體內的ATP循環。
ATP循環是生物體內能量轉換的最基本方式。活細胞中每千克組織中ATP的絕對濃度僅為幾個毫摩爾，但成人在靜息狀態下24小時內消耗ATP達40kg以上。由此可見ATP的生成與分解在物質代謝中速率之快。
ATP的生成方式
在生物體內，ATP的生成方式主要有兩種：底物水平磷酸化和氧化磷酸化，其中氧化磷酸化是產生ATP的主要方式。
底物水平磷酸化
生物氧化過程中，代謝物分子內能量發生重排，產生的高能磷酸鍵轉移到ADP分子上生成ATP的過程稱為底物水平磷酸化。例如在糖酵解過程中存在兩處底物水平磷酸化產生ATP：
在三羧酸循環中存在一處底物水平磷酸化，即：
生成的GTP很容易轉變為ATP。
氧化磷酸化
生物氧化過程中，產生ATP的最主要方式是氧化磷酸化。底物脫下的2H，經呼吸鏈傳遞到氧生成水時，釋放的能量將ADP磷酸化成為ATP，這個過程即為氧化磷酸化。氧化作用和磷酸化作用是兩個不同的過程，氧化作用即電子在呼吸鏈傳遞的過程放出能量，而磷酸化作用則是貯存能量，氧化和磷酸化密切偶聯在一起，實現ATP的生成。
