Reaksiyon Kinetiği, Stoikiometri Kavramı, Volümetrik Araçlar ve Kalibrasyonları, Metabolizma Doç.Dr.Mustafa ALTINIŞIK ADÜTF Biyokimya AD Aydın 2007

Download Report

Transcript Reaksiyon Kinetiği, Stoikiometri Kavramı, Volümetrik Araçlar ve Kalibrasyonları, Metabolizma Doç.Dr.Mustafa ALTINIŞIK ADÜTF Biyokimya AD Aydın 2007

Reaksiyon Kinetiği,
Stoikiometri Kavramı,
Volümetrik Araçlar ve
Kalibrasyonları, Metabolizma
Doç.Dr.Mustafa ALTINIŞIK
ADÜTF Biyokimya AD
Aydın 2007
REAKSİYON KİNETİĞİ
Reaksiyon (tepkime) türleri
Gerçekte tüm organik tepkimeler dört sınıftan birine
uyar:
-Yer değiştirme (substitüsyon) tepkimeleri
-Katılma tepkimeleri
-Ayrılma tepkimeleri
-Çevrilme (yeniden düzenlenme) tepkimeleri
Yer değiştirme (substitution) tepkimeleri, doymuş
bileşiklere ve aromatik bileşiklere özgü tepkimelerdir.
Bir yer değiştirmede, bir grup bir başka grubun yerine
geçer.
Katılma (addition) tepkimeleri, çoklu bağlı
bileşiklere özgü tepkimelerdir.
Bir katılmada katılan reaktifin tüm kısımları üründe yer
alır; iki molekül bir moleküle dönüşür.
Ayrılma (elimination) tepkimeleri, katılmaların tersi
tepkimelerdir.
Bir ayrılmada bir molekül bir başka küçük molekülün
elemanlarını yitirir.
Ayrılma tepkimeleri, ikili ve üçlü bağlı bileşiklerin
eldesi için önemlidir.
Çevrilme tepkimelerinde, molekülü oluşturan kısımlar
yeniden düzenlenir.
Organik bileşiklerin tepkimeleri daima kovalent
bağların kırılma ve oluşmasını içerir.
Bir kovalent bağ, temel olarak iki farklı yoldan
kırılabilir:
-Heterolitik bağ kırılması
-Homolitik bağ kırılması
Heterolitik bağ kırılmasında, oluşacak parçacıklardan
biri bağ elektronlarının her ikisini de alır ve iyonlar
oluşur.
Bir bağın bir karbon atomuna heterolizi sonucu ya
pozitif yüklü bir iyon olan karbokatyon ya da negatif
yüklü bir iyon olan karbanyon oluşur.
Karbokatyonlar, elektronca eksiktir; değerlik
kabuklarında sadece altı elektron bulundururlar;
elektron arayan reaktifler olmalarından dolayı
elektrofiller olarak tanımlanırlar.
Elektrofiller, tepkimelerinde kendilerine kararlı
değerlik elektron kabuğu sağlayacak olan ilave
elektronlar arayan reaktiflerdir.
Karbanyonlar, tepkimelerinde elektron çiftlerini
verebilecek, dolayısıyla negatif yüklerini nötrleştirecek
proton veya bir başka pozitif merkez ararlar ve
nükleofiller olarak tanımlanırlar.
Nükleofiller, ortaklanmamış elektron çiftine sahip ve
tepkimelerinde proton veya bir başka pozitif merkez
arayan reaktiflerdir.
Homolitik bağ kırılmasında, oluşacak her bir parçacık
bağ elektronlarından birer tane alarak ayrılır ve
radikaller oluşur.
Tipik olarak homolitik bağ yıkılmasıyla oluşan
serbest radikaller, eşleşmemiş tek elektron
içeren atom veya atom gruplarıdırlar.
Genel olarak biyokimyasal reaksiyonlarda,
nükleofiller ile elektrofiller arasındaki etkileşimden
kimyasal bağlar oluşur veya mevcut bağlar yıkılarak
yenileri oluşturulur.
Nükleofilik yer değiştirme tepkimeleri, bir nükleofil
ile, ayrıldığında zayıf bazik özellikte bir molekül veya
iyon olan bir substitüente sahip substrat arasında
gerçekleşir.
Alkil halojenürler nükleofil yer değiştirme reaksiyonları
için oldukça iyi substrattırlar.
İki ana nükleofilik yer değiştirme tepkimesi
vardır:
SN1 (Nükleofilik Substitüsyon 1)
SN2 (Nükleofilik Sübstitüsyon 2 “iki moleküllü”)
Bu tepkimelerde izlenilen yollar birbirinden farklıdır.
SN2 (Nükleofilik Sübstitüsyon 2 “iki moleküllü”)
tepkimesi, toplam ikinci dereceden nükleofilik yer
değiştirme tepkimesidir; geçiş hali denilen ve
atomların kararsız bir düzenlenmesinin oluşumuyla
yürür. (Hughes-Ingold mekanizması)
SN2 tepkimesi için enerji diyagramları:
Ekzergonik tepkime
(Go<0)
Endergonik tepkime
(Go>0)
SN2 tepkimeleri, organik sentezlerde bir fonksiyonel
grubu diğerine dönüştürme imkanı verir. Bu işlem,
fonksiyonel grup dönüşümü veya fonksiyonel grup
değiştirme olarak adlandırılır.
SN1 (Nükleofilik Substitüsyon 1) tepkimesi, toplam
birinci dereceden yer değiştirme tepkimesidir; birden
fazla basamaktan meydana gelir. Basamaklardan
biri çok yavaş ise, toplam tepkime hızı, esas olarak
bu yavaş basamağın hızına eşit olur. Bu yavaş
basamak, hız sınırlayıcı veya hız belirleyici basamak
olarak adlandırılır.
SN1 tepkimesi için enerji diyagramı:
Hidroliz, su ile gerçekleşen nükleofilik yer değiştirme
reaksiyonudur.
Eliminasyon (ayrılma) tepkimelerinde, reaktanın bitişik
atomlarından bazı molekül parçaları çıkarılır. Bu ayrılma,
bir çoklu bağın oluşumuna yol açar.
Eliminasyon (ayrılma) tepkimeleri iki türdür:
iki moleküllü E2 tepkimesi
bir moleküllü E1 tepkimesi
Bunların mekanizmaları da SN2 ve SN1 tepkimelerine
benzer.
E2 tepkimesi, iki moleküllüdür, bir basamakta yürüyen
bir tepkimedir.
E2 tepkimesi, her bir reaktana göre birinci dereceden ve
toplam ikinci derecedendir.
E1 tepkimesi, SN1 tepkimeleri gibi bir moleküllüdür,
birden fazla basamaklıdır.
Katılma tepkimeleriyle, ikili bağ bulunduran
bileşiklerde (doymamış bileşikler) ikili bağın her bir
karbon atomuna bir reaktifin kısımları katılır.
Bir alkene hidrojen katılması sonucu bir alkan oluşur
ki bir alkene hidrojen katılması işlemi bazen
indirgenme tepkimesi olarak tanımlanır.
Katılma tepkimeleri de elektrofillerle nükleofiller
arasında gerçekleşmektedir.
Bir katılma tepkimesinde, reaktifin kısımları reaktan
molekülüne aynı taraftan katılıyorsa bu tür katılma sin
katılma olarak adlandırılır; reaktifin kısımları reaktanın
ters taraflarına katılıyorsa anti katılma olarak
adlandırılır.
İndirgenme-yükseltgenme tepkimeleri, bir organik
bileşik için genellikle hidrojen içeriğinin artması veya
azalması ile sonuçlanır.
Bir organik bileşiğin indirgenmesi, genellikle onun
hidrojen içeriğinin artması veya oksijen içeriğinin
azalmasıyla ilişkilendirilir.
Bir organik bileşiğin yükseltgenmesi, genellikle onun
hidrojen içeriğinin azalması veya oksijen içeriğinin
artmasıyla ilişkilendirilir.
Bir organik bileşiğin indirgenmesiyle, CH bağ sayısı
artar veya CO bağ sayısı azalır.
Bir organik bileşiğin yükseltgenmesiyle, CH bağ
sayısı azalır veya CO bağ sayısı artar.
Bir organik bileşiğin yükseltgenmesi, daha genel olarak
karbondan daha elektronegatif herhangi bir element
içeriğinin arttığı bir tepkime olarak tanımlanabilir.
Örneğin hidrojen atomlarının yerine klor atomlarının
geçmesi bir yükseltgenmedir.
Bir organik bileşik indirgendiğinde bir başka madde
yükseltgenir.
İndirgenen maddeye yükseltgen (okside edici) denir.
Yükseltgenen maddeye indirgen (indirgeyici) denir.
Serbest radikal tepkimeleri, genelde başlama, gelişme,
sonlanma basamaklarını içeren zincir reaksiyonlar
şeklinde gerçekleşirler.
Reaksiyon Hızı
Kimyasal reaksiyonların hızı, zaman birimi başına (1
dakikada veya 1 saniyede) oluşan ürünün veya ürüne
dönüşen substratın miktarıyla ifade edilir.
Kimyasal reaksiyonların hızı, reaksiyona katılan
maddelerin konsantrasyonlarıyla orantılıdır ve hız
eşitliği diye adlandırılan bir eşitlikle matematiksel
olarak ifade edilir.
A + B  Ürünler
a ve b üsleri,
tepkimenin
derecesini
ifade eder.
A’ya göre 1. ve B’ye göre 1.dereceden, toplam
ikinci dereceden tepkimedir.
Reaksiyonun hızı, A’nın ve B’nin konsantrasyonuna
bağlıdır.
A veya B’nin konsantrasyonu iki katına çıkarılırsa
reaksiyonun hızı da iki katına çıkar.
A’ya göre 0.ve B’ye göre 2.dereceden, toplam ikinci
dereceden tepkimedir.
Reaksiyonun hızı A’nın konsantrasyonuna bağlı
değil, B’nin konsantrasyonuna bağlıdır.
B’nin konsantrasyonu iki katına çıkarılırsa
reaksiyonun hızı da iki katına çıkar.
A’ya göre 1. ve B’ye göre 0. dereceden, toplam
birinci dereceden tepkimedir.
Reaksiyonun hızı A’nın konsantrasyonuna bağlı,
B’nin konsantrasyonuna bağlı değildir.
STOİKİOMETRİ KAVRAMI
Stoikiometri, bir kimyasal reaksiyonda reaktanlarla
ürünlerin ağırlıkları arasındaki ilişkiyi ifade eder.
3,45 gram alüminyumun HCl ile etkileşmesinden kaç gram AlCl3 elde
edilir?
27,0 gram Al 1 mol
3,45 gram Al (1x3,45)/27 mol
2 mol Al ile 2 mol AlCl3
(1x3,45)/27 mol Al ile [(1x3,45)/27]x2/2 mol AlCl3
1 mol AlCl3 133,3 gram
[(1x3,45)/27]x2/2 mol AlCl3 [(1x3,45)/27]x133,3=17,0 gram
0.125 M H2SO4 çözeltisinin 35.0 mL’sini nötralize etmek için 0.102 M
NaOH çözeltisinden kaç mL gerekir?
1000 mL H2SO4 0,125 mol
35,0 mL H2SO4 (35.0x0,125)/1000 mol
1 mol H2SO4 2 mol NaOH ile nötralize
(35,0x0,125)/1000 mol H2SO4 (35,0x0,125x2)/1000 mol NaOH ile nötralize
0,102 mol NaOH 1000 mL
(35,0x0,125x2)/1000 mol NaOH  [(35,0x0,125x2)/1000]x1000/0,102=85,8mL
VOLÜMETRİK ARAÇLAR VE
KALİBRASYONLARI,
SANTRİFÜJLER
Volümetrik araçlar
Hacim ölçüm araçları, sıvı ölçümlerinde kullanılırlar.
Ölçü birimi litredir (L).
Litre (L)
Mililitre (mL) =cc
Mikrolitre (L)
Nanolitre (nL)
Pikolitre (pL)
Femtolitre (fL)
100
10-3
10-6
10-9
10-12
10-15
-Pipetler
-Büretler
-Mezürler (dereceli silindirler)
-Balon jojeler
Volümetrik araçlardır.
Volümetrik araçlarla sıvı ölçümümde dikkat edilecek
hususlar:
-Damla oluşumu önlenmelidir
-Menisküs çizgisine dikkat edilmelidir
*Berrak solüsyonların seviyeleri menisküs çizgisinin
altından okunur
*Civa ölçümünde menisküs çizgisinin üst kısmından
okuma yapılmalıdır
*Ölçümü yapılan sıvının ısısı kalibrasyonda kullanılan
sıvıların ısısıyla aynı olmalıdır.
Pipetler
Pipetler, Bir solüsyondan belli hacimde sıvı almaya
yarayan özel araçlardır.
En çok kullanılan pipet çeşitleri:
-Cam pipetler: Büllü pipet, Mohr (dereceli pipetler),
Sulandırma pipetleri, Serolojik pipetler
-Mikropipetler
-Semiotomatik pipetler
-Dispenserler
Büllü pipetlerin ortalarında bül denilen şişkin bir kısım
bulunur. Uç kısımları ince ve uzundur.
Bülün üzerindeki sayı, ince
kısımlardan biri üzerindeki çizgiye
kadar alınabilecek sıvı hacmini
gösterir.
Büllü pipetler, büyük bir
hassasiyetle çalışma gerektiğinde
kullanılır.
Büllü pipetlerin 1 mL, 2 mL, 5 mL, 10 mL, 25 mL
hacimli olanları çok kullanılır.
Dereceli (taksimatlı) pipetlerin düz ve
dar bir boşlukları vardır. Dereceli
pipetlerin taksimatları suya göre yapılır.
Dereceli bir pipetin total hacmi üst
ucunda yazılıdır. Üst uçta “0” rakamı
olan bazı pipetlerin total hacmi alt
uçtaki en son taksimattan anlaşılır.
Dereceli pipetler, büyük bir hassasiyet
gerektirmeyen hallerde kullanılırlar.
Dereceli (taksimatlı) pipetlerin 1 mL, 2 mL, 5 mL, 10
mL, 25 mL hacminde olanları çok kullanılır.
Sulandırma pipetlerinin ucunda,
0,1’den 1’e kadar derecelenmiş
bir kapiller boru ile, bu borunun
açıldığı geniş bir boşluk bulunur.
Sulandırma pipetleri, eritrosit ve
lökosit sayımında kullanılırlar.
Şişkin kısımda bulunan cam
boncuk, sulandırma çözeltileri
ile kanın karışmasını sağlar.
Mikropipetler, 10-500 L arasındaki küçük hacimler
içindirler. Çoğu, pipetleme işleminden sonra pipetin iç
duvarını kaplayan sıvı miktarını içerecek (to containTC) şekilde kalibre edilirler. Uygun kullanım, pipetin
en ince noktasına kadar son solüsyon ile çalkalanmasını
gerektirir.
Semiotomatik pipetler 1 mL’den 20 mL’ye kadar
hacimler içindirler. Volümü dijital olarak gösteren
modeller de vardır.
Ayarlanabilir hacimli
mekanik semiotomatik
pipetler
Sabit hacimli mekanik
semiotomatik pipetler
Semiotomatik pipetlerin numuneyi içine çeken kısım
(uçlar), genellikle iç yüzeyinde camdan daha az miktarda
sıvı tutmaya meyilli olan tek kullanımlık (disposable)
plastik bir maddeden yapılır.
Dispenserler de 1 mL’den 20 mL’ye kadar hacimler
içindirler. Volümü dijital olarak gösteren modeller de
vardır.
Cam pipetlerin kalibrasyonunun kontrolü için pipetle
belli sıcaklıkta ve belli hacimde su alınarak tartılır.
Diğer taraftan alınan hacimdeki su için teorik ağırlık ve
bunun aynı zamanda x0,005 standart sapmaya göre alt-üst
değerleri hesaplanır.
Değişik sıcaklıklarda 1 mL suyun ve civanın
ağırlıkları
Sıcaklık (oC)
Su (g)
Civa (g)
23
0,9966
13,541
24
0,9964
13,539
25
0,9961
13,537
26
0,9959
13,534
27
0,9956
13,532
Örneğin; 24oC’de 10 mL su için hesaplanan teorik ağırlık
9,964±0,04982 g olarak ifade edilir.
Pipetle alınan belli hacimdeki suyun tartarak
saptanan ağırlığı hesaplanan teorik ağırlığın alt-üst
sınırları arasında kalıyorsa pipetin hassasiyeti
yeterlidir; bu sınırlar dışında kalıyorsa pipetin
hassasiyeti bozulmuştur.
Örneğin; 24oC’de 10 mL su için tartımla bulunan
ağırlık 9,964±0,04982 g (9,91418 g ile 10,01382 g
arasında) ise pipetin hassasiyeti yeterlidir.
Mikropipetlerin kalibrasyonunu kontrol etmekte klasik
yöntem, mikropipetle ölçülen civanın gravimetrik
ölçümüdür.
Büretler
Bir çeşit pipettirler.
Boşaltma ucunda sıvının
akışını kontrol edebilmek
için bir kapama musluğu
vardır.
Büretler, titrasyon için
kullanılırlar.
Büretlerin kapasitesi 2 mL veya daha az olanlarına
mikrobüret denir; bunların taksimatları 0,01 mL veya
daha küçüktür.
Büretlerin otomatik ve dijital göstergeli olanları da vardır.
Ölçü silindirleri (mezürler)
Silindir biçiminde, çeşitli çap ve boyda, üzerleri
taksimatlı cam veya propilen kaplardır. Bunlar, büyük bir
hassasiyetle çalışmayı gerektirmeyen ölçüm işlerinde
kullanılırlar.
Kısa form mezürler
Uzun form mezürler
Balon jojeler
Belli hacimde, alt kısımları yuvarlak ve şişkin, üst
kısımları silindirik, ince uzun boyunlu kapaklı cam veya
propilen kaplardır. Boyun kısmında bir kalibrasyon
çizgisi bulunur. Bu çizgiye kadar aldıkları sıvı miktarı
üzerlerinde yazılıdır.
Balon jojeler, hassas solüsyonlar ve ayıraç
hazırlanmasında, bir maddeyi belli bir oranda seyreltmek
gibi işlemlerde kullanılırlar.
Balon jojeler, çeşitli hacimlerde bulunurlar.
Santrifüjler
Santrifüj, yoğunlukları farklı olan maddelerin yer
çekimine bağlı olarak ayırımını hızlandıran bir araçtır.
Tüm santrifüjler bir rotor, çevirme mili (şaft) ve
motordan oluşur. Rotor, bir kapak ve mandalla
hazırlanan bir odada bulunur.
Çoğu santrifüjlerde açma düğmesi, zaman göstergesi, hız
kontrolü, takometre ve fren vardır. Bazı santrifüjler,
odadaki ısıyı ayarlamak için soğutucu ile
donatılmışlardır.
Santrifüjlerin rotorları, sabit açılı başlık ve horizontal
başlık olmak üzere iki tiptir.
Sabit açılı bir rotorun biçimi, genellikle küçük
partiküllerin sedimantasyonunun horizontal başlıklı
rotordan daha hızlı olmasını sağlar.
Horizontal başlıklı rotorun
tipik olarak serbestçe
sallanan dört adet kovası
vardır.
Çeşitli büyüklükteki tüpler
için uygun aplikatörler
kullanılır.
Santrifüje tüplerin yerleşimi karşı tarafın ağırlığı ile eşit
ve simetrik olmalıdır. Rotorun dengesizliği titreşime
neden olur, bu da cam tüplerin kırılmasına ve cihazın
aşınmasına neden olur.
Santrifüj çalıştırıldığında tüpte bulunan partiküller,
uygulanan santrifüj alanına (merkezkaç kuvvet),
partikülün şekline, yoğunluğuna ve ortamın
yoğunluğuna bağlı olarak değişen hızlarda çökerler.
Bir santrifüjde iki fazın ayrılması için gerekli güç,
rölatif santrifüj kuvveti (RCF) olarak tanımlanır.
RCF, yerçekiminin katı olarak 3000xg, 5000xg,
10000xg gibi ifade edilir.
Bir santrifüjün maksimum rölatif santrifüj gücü (RCF)
şöyle hesaplanır:
RCF = 1,118 x 10-5 x r x n2
RCF  yerçekiminin (g) katı olarak maksimum rölatif
santrifüj gücü
1,118 x 10-5  deneysel bir faktör
r  cm olarak dönme merkezinden tüpün dibine kadar
olan horizontal mesafe (yarıçap)
n  rotorun dakikadaki dönme hızı (rpm)
Uygulanan
rpm’de santrifüjle
sağlanan RCF,
Dole ve Cotzias
adlı iki
araştırıcının
geliştirdiği
nonogramdan da
saptanabilir.
Yoğunlukları ve büyüklükleri birbirinden farklı olan
heterojen bir karışım santrifüjlendiğinde yoğunlukları ve
büyüklükleri aynı olan gruplar birlikte çökerler.
Yoğunluk ve büyüklükleri büyük olandan küçük olana
doğru bir çökme sırası izlenir.
Bir doku homojenatında sırasıyla parçalanmamış hücre,
hücre zarı, çekirdek, mitokondri, lizozomlar,
mikrozomlar ve en son ribozomlar çöker.
Santrifüj tipleri:
-Manuel santrifüjler
-Elektrikli santrifüjler
Rutin santrifüjler
Genel amaçlı santrifüjler
Mikrosantrifüjler
Kan bankası amaçlı santrifüjler
Yüksek devirli santrifüjler
Rutin santrifüjlerin farklı maksimal hız ve maksimal
RCF’e sahip çeşitleri vardır:
13000 rpm
16060 x g
5000 rpm
2600 x g
4000 rpm
2028 x g
Genel amaçlı santrifüjlerin de farklı maksimal hız ve
maksimal RCF’e sahip çeşitleri vardır:
13000 rpm
16060 x g
10000 rpm
15320 x g
15000 rpm
21885 x g
Mikrosantrifüjlerin de farklı maksimal hız ve maksimal
RCF’e sahip çeşitleri vardır:
13000 rpm
16060 x g
Kan bankası amaçlı santrifüjlerin de farklı maksimal hız
ve maksimal RCF’e sahip çeşitleri vardır:
5050 rpm
8525 x g
10000 rpm
15317 x g
Yüksek devirli santrifüjlerin de farklı maksimal hız ve
maksimal RCF’e sahip çeşitleri vardır:
15000 rpm
21885 x g
17000 rpm
25040 x g
23300 rpm
50377 x g
Klinik laboratuvarlarda santrifügasyonun kullanım
amaçları:
-Partikülleri süspanse oldukları solüsyondan ayırma
Kandan hücreleri ayırma
Biyolojik sıvıların hücresel elemanlarını ve diğer
kısımlarını konsantre etmek
Numuneden presipite edilmiş proteinleri uzaklaştırmak
İmmünokimyasal ölçümlerde serbest ligantları ayırmak
-Farklı yoğunluktaki iki likit fazı ayırmak
METABOLİZMA
Canlılarda moleküllerin yıkılımının olduğu ekzergonik
tepkimeler katabolizma olarak adlandırılmaktadır.
Yeni bileşiklerin yapıldığı endergonik sentez tepkimeleri
anabolizma olarak adlandırılmaktadır.
Anabolik ve katabolik olaylar birlikte metabolizmayı
oluşturmaktadırlar.
Egzergonik tepkimeler, sabit sıcaklık ve basınç altında
kimyasal reaksiyonla oluşan ürünlerin toplam serbest
enerjisi reaksiyona giren maddelerin toplam serbest
enerjisinden küçük (G<0) olan tepkimelerdir.
Ekzergonik reaksiyon, yazıldığı şekilde soldan sağa
doğru kendiliğinden ilerler.
G değeri negatif ()
ve büyük olan
reaksiyonlar
(ekzergonik
reaksiyonlar),
termodinamik olarak
elverişli reaksiyonlar
olarak tanımlanırlar.
Termodinamik olarak elverişli bazı reaksiyonlar,
ölçülebilecek hızda gerçekleşmez. Reaksiyonunun
başlaması için aktivasyon enerjisi diye tanımlanan bir
miktar enerji gereklidir.
Endergonik tepkimeler, sabit sıcaklık ve basınç altında
kimyasal reaksiyonla oluşan ürünlerin toplam serbest
enerjisi reaksiyona giren maddelerin toplam serbest
enerjisinden büyük (G>0) olan tepkimelerdir.
Endergonik reaksiyon, yazıldığı şekilde soldan sağa
doğru kendiliğinden ilerlemez.
G değeri pozitif (+)
olan reaksiyonlar
(endergonik
reaksiyonlar),
termodinamik olarak
elverişli olmayan
reaksiyonlar olarak
tanımlanırlar.
Sabit sıcaklık ve basınç altında kimyasal reaksiyonla
oluşan ürünlerin toplam serbest enerjisi reaksiyona giren
maddelerin toplam serbest enerjisine eşit ise (G=0)
sistem dengededir. Sistemde herhangi bir değişiklik
olmamaktadır.
AB ve BC gibi art arda gelen iki kimyasal
reaksiyonun (bu iki reaksiyon sonunda A reaktantından
(substrat) C ürünü oluştuğundan, B iptal edilir ve toplam
reaksiyon AC şeklinde yazılabilir ) her biri kendi
denge sabitine ve karakteristik standart serbest enerji
değişikliğine sahiptir.
AB
GoıAB
BC
GoıBC
AC
GoıAC
AB
GoıAB
BC
GoıBC
AC
GoıAC
AC toplu reaksiyonu için GoıAC standart serbest
enerji değişikliği, iki alt basamak reaksiyonun standart
serbest enerji değişikliklerinin toplamına eşittir.
GoıAC = GoıAB + GoıBC
Standart serbest enerji değişikliklerinin toplanabilme
özelliği, termodinamik olarak elverişsiz (Goı pozitif,
endergonik) bir reaksiyonun yüksek olarak ekzergonik
bir reaksiyona ortak bir ara madde vasıtasıyla bağlanarak
ileri yönde yürüyebilmesini açıklar.
Glukoz + Pi Glukoz-6-fosfat + H2O
ATP + H2O  ADP + Pi
Goı= 13, 8 kJ/mol
Goı= 30, 5 kJ/mol

Glukoz + ATP Glukoz-6-fosfat + ADP
Goı= 16, 7 kJ/mol
Toplam reaksiyon ekzergoniktir.
ATP’nin bağlarında depolanmış olan enerji, glukoz ve
fosfattan oluşumu endergonik olan Glukoz-6-fosfatın
sentezini sürdürmek için kullanılabilmektedir.
Hücrelerde Glukoz-6-fosfatın ATP’den fosfat transferi
vasıtasıyla oluşmasının yolu, burada anlatılan art arda
gelen reaksiyonlar gibi değildir; fakat net sonuç, toplam
reaksiyonun aynısıdır.
Termodinamik hesaplamalarda önemli olan, başlangıç
ve son durumlardır; bunların arasındaki yolun biçimi
önemli değildir.
Glukozdan glukoz-6-fosfatın oluşmasındaki gibi bir
strateji, bütün canlı hücreler tarafından, metabolik ara
ürünler ve hücresel komponentlerin sentezinde kullanılır.
Bellidir ki bu strateji, hücrede ATP gibi bileşikler devamlı
olarak varsa işler.
Bütün canlılarda ekzergonik ve endergonik olaylar
arasında biyolojik enerjinin taşınmasında, yüksek enerjili
fosfat bileşiği olan adenozin trifosfat (ATP) molekülü rol
oynamaktadır.
Heterotrofik hücreler, besleyici moleküllerin yıkılması
vasıtasıyla bir kimyasal formdan serbest enerji elde
ederler ve bu enerjiyi, ADP ile Pi’tan ATP yapmak için
kullanırlar.
ATP, kimyasal enerjisinin bir kısmını
-metabolik ara maddeler ve küçük önmaddelerden
makromoleküllerin sentezi,
-konsantrasyon gradientine karşı membranların bir
tarafından diğer tarafına maddelerin taşınması,
-mekanik hareket gibi endergonik süreçler için
bağışlar.
ATP’den enerji bağışı, genellikle ATP’nin ADP ve Pi’ta
veya AMP ile 2Pi’ta dönüşümü ile sonuçlanarak yürüyen
reaksiyonda ATP’nin kovalent katılımını gerektirir.
ATP’nin hidrolizi için aktivasyon enerjisi nispeten
yüksektir.
Fosforik asit anhidrit bağlarının hızlı yıkılımı, yalnızca
bir enzim tarafından katalizlendiğinde gerçekleşir.
Enzimler, biyokimyasal olayların vücutta yaşam ile
uyumlu bir şekilde gerçekleşmesini sağlayan, biyolojik
sistemlerin reaksiyon katalizörleridirler; aktivasyon
enerjisini düşürmek suretiyle bir reaksiyonun hızını
artırırlar.
Metabolik yollarda birçok enzim görev alır ve her bir
enzimin bir reaksiyonu katalize etmesiyle metabolik yol
ilerler.
Metabolizma, canlı
ortamda yapısal
dönüşümlerin ve enerji
değişmelerinin tamamı
olarak tanımlanabilir.
Hücrede metabolik olaylar dinamik bir denge halinde
düzenlenmektedir. Anabolik ve katabolik olaylar arasında
gayet ince olarak ayarlanmış bir denge bulunmaktadır.
Bu denge sayesinde hücrenin kimyasal kompozisyonu
değişmeden kalmaktadır.
Metabolizmanın düzenlenmesinde genellikle üç farklı
mekanizma etkili olmaktadır ki bunlar allosterik etki,
enzim konsantrasyonu ve hormonal etkidir.
Beslenme-öncül madde konsantrasyonu, transport,
kofaktörün ortamda bulunması, ürüne duyulan ihtiyaç,
ürün inhibisyonu ve nöral kontrol, metabolik yolların
düzenlenmesinde etkili diğer faktörlerdir.