酶只能催化自发进行的反应怎么理解？
2024-11-19 阅读 21
更新于 2024年11月21日
“自发进行”不太准确。我的理解是：酶可以催化热力学允许的反应，不论动力学是否允许。因为酶会改变反应过程，绕过原来动力学的限制。但热力学是与过程无关的，酶改变不了。
举例来说，把氢气和氧气放在一起，常温常压。没有催化剂的时候，由于活化能太高，氢和氧无法化合。这就是热力学允许，动力学不允许。这个反应就无法进行，也就谈不上“自发”。但如果加入催化剂，比如铂，降低了活化能，反应就可以进行了。酶也是催化剂，道理是一样的。
所以，那句话不太准确。限制酶的是这个反应是否符合热力学原理，而不是是否自发。比较近似的说法是“酶只能改变反应速度，不能改变化学平衡”。
意思就是酶只能催化热力学上可以进行的反应，改变反应的动力学过程。
首先所有反应在理论上都是可行的，只是程度与速度的问题
其次你猜为什么有的反应要催化剂
酶是一种生物催化剂，它能够加速化学反应的速率，但并不改变反应的热力学性质。自发进行的反应是指反应在给定条件下能够自然发生，不需要外界能量的输入。酶只能催化自发进行的反应，意味着酶不能使非自发反应发生，也不能改变反应的平衡常数。
酶通过降低反应的活化能来加速反应速率。活化能是反应物分子转变为产物分子所需的最小能量。酶通过提供一个反应活性中心，使反应物分子更容易接近并形成过渡态，从而降低活化能。然而，酶并不能改变反应物和产物之间的能量差，即反应的吉布斯自由能变化（ΔG）。如果ΔG为正，反应是非自发的，即使有酶的催化，反应也不会发生。
因此，酶只能催化自发进行的反应，即ΔG为负的反应。通过降低活化能，酶可以加速这些反应的速率，使反应在生物体内更加高效地进行。
你对酶催化反应的理解基本正确。酶只能催化热力学上允许的反应，也就是自发进行的反应。这意味着：
反应的方向是由反应物和产物的自由能决定的。 如果反应物自由能高于产物，反应就能自发进行 (ΔG<0)。酶的作用是降低反应的活化能，加快反应速率，但不能改变反应的方向或平衡点。即使没有酶，自发反应也能进行，只是速度非常缓慢。 很多生物体内的反应在没有酶的情况下，速率慢到几乎无法进行，以至于无法维持生命活动。关于暗反应中 RuBP 羧化酶的作用：你的理解 不完全正确。虽然 CO₂ 的固定在热力学上是自发反应，但在没有 RuBP 羧化酶的催化下，这个反应的速率极其缓慢，不足以支持植物的生长和生存。RuBP 羧化酶是光合作用暗反应中的关键酶，它催化 CO₂ 与 RuBP 结合，生成两个 3-磷酸甘油酸分子。这个反应是 CO₂ 进入生物圈的主要途径，对地球上的生命至关重要。总结：酶是生物催化剂，它们加速热力学上允许的反应，但不能使热力学上不允许的反应发生。即使没有酶，自发反应也能进行，但速率可能非常缓慢，不足以维持生命活动。希望以上解释能够解答你的疑惑。
酶只能催化自发进行的反应，这是因为酶作为生物催化剂，只能加速反应的速度，而不能改变反应的热力学方向或使非自发反应自发发生。
在化学反应中，自发性由反应的自由能变化（ΔG）决定。对于一个自发反应，ΔG必须小于零（即反应是放能的）。酶在这种情况下通过降低反应的活化能，使反应更容易发生，但酶不会改变ΔG的大小或符号，也就是说，酶不能将一个ΔG为正（即非自发）的反应转变为自发反应。
因此，酶只能催化那些本来就有能力自发进行的反应。对于非自发反应，需要额外的能量输入（如ATP水解提供的能量）来使其发生。
