Back to chapter

7.6:

אנרגיה חופשית

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Free Energy

Languages

Share

אנרגיה חופשית, בקיצור G על שם המדען גיבס שגילה אותה, היא מידה של אנרגיה שימושית שניתן להפיק מתגובה לביצוע עבודה. בהתאם לכיוון האנרגיה במערכת, ניתן להתייחס לתגובות כאֶנדֶרגוֹנִיות כאֶקסֶרגוֹנִיות או כנמצאות בשיווי משקל. אם אין שינוי נטו ב-G, התגובה היא בשיווי משקל, מה שיגרום לתאים למות, כי לא ישארו להם שאריות אנרגיה לביצוע עבודה.כתוצאה מכך, הם נמנעים משיווי משקל על-ידי שינוי הריכוזים של מגיבים ותוצרים לשמירה על מטבוליזם פעיל. בצמחים, ההמרה של פחמן דו-חמצני ומים כדי לייצר גלוקוז וחמצן, דורשת אנרגיה כימית המומרת מאור השמש. האנרגיה הנכנסת למערכת, מאוחסנת בקשרים של מולקולת הגלוקוז, מה שהופך אותה לתגובה אֶנדֶרגוֹנִית.יש קליטה של אנרגיה לתוך המערכת. התגובה ההפוכה מתרחשת בנשימה תאית, אשר מפרקת גלוקוז וחמצן כדי לייצר פחמן דו-חמצני ומים. תגובה זו היא אֶקסֶרגוֹנִית.אנרגיה המאוחסנת במולקולות הגלוקוז נפלטת.

7.6:

אנרגיה חופשית

Free energy—abbreviated as G for the scientist Gibbs who discovered it—is a measurement of useful energy that can be extracted from a reaction to do work. It is the energy in a chemical reaction that is available after entropy is accounted for. Reactions that take in energy are considered endergonic and reactions that release energy are exergonic. Plants carry out endergonic reactions by taking in sunlight and carbon dioxide to produce glucose and oxygen. Animals, in turn, break down the glucose from plants using oxygen and make carbon dioxide and water. When a system is at equilibrium, there is no net change in free energy. In order for cells to keep metabolism running and stay alive, they must stay out of equilibrium by constantly changing concentrations of reactants and products

Free Energy

The direction of energy flow through the system determines if the reaction is endergonic or exergonic. Systems with no net change in free energy are considered to be at equilibrium. Most chemical reactions are reversible—they can proceed in both directions. To stay alive, cells must stay out of equilibrium by constantly changing the concentrations of reactants and products so that metabolism continues to run.

Endergonic Versus Exergonic Reactions

If a reaction requires an input of energy to move forward, then the change in free energy, or the ΔG of the reaction is positive and the reaction is considered endergonic—energy has entered the system. In plants, the building of glucose molecules and oxygen from carbon dioxide and water—with the help of sunlight—is considered endergonic. The glucose molecules are considered as energy storage molecules.

Conversely, if energy is released in a reaction, then the change in free energy, or ΔG is negative and the reaction is considered exergonic. The products have less free energy than the reactants—energy has exited the system. This occurs in animals that break down glucose using oxygen to make carbon dioxide and water. The energy in the glucose molecules has been released.

Suggested Reading

Mayorga, Luis S., María José López, and Wayne M. Becker. “Molecular Thermodynamics for Cell Biology as Taught with Boxes.” CBE Life Sciences Education 11, no. 1 (2012): 31–38. [Source]