Examkin

Soru

Zorluk: ZorBiyoenerjetik Temel Kavramlar ve Termodinamik

Hücresel bir proteinin katlanma süreci (protein folding) sırasında, polipeptit zinciri içindeki amino asit yan zincirleri arasında yeni bağların oluşmasıyla ortama ısı verildiği (ΔH<0\Delta H < 0) ve zincirin daha düzenli bir yapıya kavuşmasıyla sistemin entropisinin azaldığı (ΔS<0\Delta S < 0) belirlenmiştir. Bu biyofiziksel sürecin, bir şaperon proteininden bağımsız olarak, vücut sıcaklığında (310 K310 \text{ K}) kendiliğinden (istemli) gerçekleşebilmesi için temel termodinamik şart aşağıdakilerden hangisidir?

  1. A
    Sistemin toplam entalpi salınımının (entalpi değişimi), ortamdaki düzensizlik artışından her zaman daha fazla olması
  2. Mutlak sıcaklık ile entropi değişiminin çarpımının mutlak değerce (∣TΔS∣|T\Delta S|), entalpi değişiminin mutlak değerinden (∣ΔH∣|\Delta H|) daha küçük olmasıCevap
  3. C
    Sürecin gerçekleştiği ortam sıcaklığının, reaksiyonun denge sıcaklığı olan ΔH/ΔS\Delta H / \Delta S oranından daha yüksek bir değere sahip olması
  4. D
    Enzimatik katalizörlerin (şaperonlar) varlığı sayesinde reaksiyonun standart serbest enerji değişiminin (ΔG∘′\Delta G^{\circ'}) pozitiften negatife dönüştürülmesi

Cevap

Sürecin istemli olabilmesi için ∣TΔS∣<∣ΔH∣|T\Delta S| < |\Delta H| şartının sağlanması gerekir.
Protein katlanması gibi hem entalpi değişiminin (ΔH\Delta H) hem de entropi değişiminin (ΔS\Delta S) negatif olduğu süreçlerde, reaksiyonun istemli (ekzorgonik) olabilmesi sıcaklığa bağlıdır. ΔG=ΔH−TΔS\Delta G = \Delta H - T\Delta S formülüne göre, −TΔS-T\Delta S terimi pozitif bir değer alarak istemliliğe karşı koyar. Reaksiyonun kendiliğinden ilerleyebilmesi için negatif olan entalpi teriminin mutlak değerce bu pozitif terimden büyük olması (∣ΔH∣>∣TΔS∣|\Delta H| > |T\Delta S|) şarttır.

Adım Adım Çözüm

1
Gibbs serbest enerji denklemini yazın.
ΔG=ΔH−TΔS\Delta G = \Delta H - T\Delta S
Bir sürecin istemliliğini belirleyen temel termodinamik eşitlik budur.
2
Verilen işaretleri denkleme yerleştirin.
ΔG=(−deg˘er)−T(−deg˘er)=−ΔH+T∣ΔS∣\Delta G = (-\text{değer}) - T(-\text{değer}) = -\Delta H + T|\Delta S|
ΔH\Delta H negatif olduğu için giren enerji, −TΔS-T\Delta S ise pozitif (unfavorable) bir terim haline gelir.
3
İstemlilik şartını (ΔG<0\Delta G < 0) analiz edin.
∣ΔH∣>∣TΔS∣|\Delta H| > |T\Delta S| olmalıdır.
Toplam enerjinin negatif çıkabilmesi için negatif olan entalpi teriminin, pozitif hale gelen entropi terimini sayısal olarak yenmesi gerekir.
4
Sıcaklık bağımlılığını değerlendirin.
T<ΔH/ΔST < \Delta H / \Delta S
Bu tür reaksiyonlar (ekzotermik ve entropisi azalan) sadece düşük sıcaklıklarda kendiliğinden gerçekleşir.

Anahtar Kavram

Gibbs Serbest Enerjisi ve Sıcaklık Bağımlılığı

İpuçları

1
Gibbs serbest enerji formülünü (ΔG=ΔH−TΔS\Delta G = \Delta H - T\Delta S) hatırlayın ve ΔG\Delta G'nin negatif olması gerektiğini unutmayın.
2
Eğer hem ΔH\Delta H hem de ΔS\Delta S negatifse, −TΔS-T\Delta S terimi matematiksel olarak pozitif bir sayıya dönüşür. Bu pozitif sayı ΔG\Delta G'yi sıfırın üzerine çıkarmaya çalışır.
3
Negatif olan ΔH\Delta H teriminin, pozitif hale gelen TΔST\Delta S teriminden baskın çıkması için mutlak değerce daha büyük olması gerekir.

Daha Fazla Pratik

Farklı işaret kombinasyonları (örneğin ΔH>0\Delta H > 0 ve ΔS>0\Delta S > 0) için sıcaklık bağımlılığını inceleyen soruları çözebilirsiniz.

Alternatif Yöntem

Sıcaklık analizi yaparak da çözülebilir: Bu tip reaksiyonlar 'entalpi kontrollü' reaksiyonlardır ve sadece T<ΔH/ΔST < \Delta H / \Delta S koşulunda gerçekleşirler.
Tahmini Süre:2m 0s
Bu soruyu puanla

Konular

Biyoenerjetik Temel Kavramlar ve Termodinamik

Bu konudan daha fazla soru