Molecole di ATP ed energia libera di Gibbs

Richiami sull'energia libera

In base al secondo principio della termodinamica è possibile prevedere se una qualsiasi trasformazione chimica o fisica è o non è spontanea solo conoscendo sia la variazione di entropia del sistema sia quella dell'ambiente. Conoscendo invece un'altra grandezza termodinamica, legata esclusivamente al sistema di reazione e, quindi, più facilmente misurabile senza dover considerare l'ambiente esterno si può stabilire la spontaneità o meno di una reazione.

Questa grandezza è l'energia libera ed è stata proposta dal matematico americano J. Willard Gibbs (1839-1903); per questo motivo viene indicata con la lettera G e, spesso, denominata energia libera di Gibbs.

L'energia libera è una grandezza termodinamica che dipende dall'entalpia, dalla temperatura e dall'entropia del sistema.

L'equazione che definisce l'energia libera è la:

Il seguente simbolo rappresenta l'equazione: G H = TSH:

entalpia (H): temperatura assoluta (T); entropia (S)

L'energia libera ha le proprietà di un'energia potenziale, cioè tende a un minimo in una trasformazione spontanea e ha come unità di misura il kilo-Joule per mole.

Durante una trasformazione a pressione e temperatura costanti, abbiamo una variazione di energia libera espressa dalla relazione:

∆G = ∆H - T∆S

Poiché essa tende a raggiungere un minimo, possiamo affermare che una qualsiasi trasformazione chimica o fisica risulta spontanea se la variazione di energia libera è negativa, cioè se:

∆G < 0

Dato che la variazione di energia libera di un sistema dipende sia dalla variazione di entropia (∆S) sia da quella di entalpia (∆H), essa tiene conto di entrambe le tendenze che caratterizzano i processi spontanei: la tendenza al rafforzamento dei legami che si registra nelle reazioni esotermiche, cioè quelle con ∆H < 0; (la maggior parte delle reazioni spontanee è,

infatti, esotermica)la tendenza all'aumento del disordine e quindi all'aumento dell'entropia (∆S > 0). L'ATP e i suoi prodotti di idrolisi sono ioni, il ΔG dipende anche dal pH e dalla forza ionica. Negli organismi viventi non si verificano mai le condizioni standard che si riflettono nel valore dell'energia libera standard (ΔG0'). I valori di ΔG possono essere influenzati in modo determinante da altri composti presenti in elevate concentrazioni e in grado di interagire potenzialmente con i substrati e i prodotti di una reazione metabolica. Un esempio è quanto avviene nelle cellule ad opera