大學中的確有一批好學深思的學生,怎麼樣將這群學生挑選出來,給予不同於一般的全新設計的課程,讓他們有機會充分發展他們的潛力,而不至於毫無聲息地消失在現今傳統的教育体制中,是當前大學面對未來最大的挑戰。

Lecture 4: 生命的化學工業:化學反應與酵素

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化學反應的方向和難易度是由甚麼決定的?

生物與非生物間的不同,在於生物得以吸收能量,並將能量利用於自身結構的維持與更新。能量的轉換即是一連串連鎖的化學反應,而化學反應有方向性也有發生難易度的差別,是甚麼決定了化學反應的方向,決定了反應自發性產生的容易度?

不是能量的自由能

自由能是個弔詭的名詞,從原文Gibbs free energy而來的翻譯,容易讓人誤會自由能是「能量」,然而自由能卻不是。倘若自由能是能量,勢必要遵守熱力學第一定律,也就是能量守恆,那麼我們常用來判斷化學反應自發進行與否的自由能變化量(ΔG),能量「變化」到哪裡去了?實際上能量並沒有變化,沒有不同形式的轉換,因為自由能不是能量,而是個被人類思維建構出來的,用來表達化學反應狀態的函數。

為什麼需要酵素?

回到生物體內的情況。生物的能量運用受限於體內環境限制,這些化學反應無法像在實驗桌上般,利用升溫或是加壓的方式,促使反應物越過活化能變成產物,此時催化劑(酵素)的參與就變得無比重要。

酵素作用的生物模型

沒有酵素參與的時候,若要把化學鍵打斷,需要先施予能量讓反應物越過活化能,鍵打斷後再釋出能量。又了酵素參與又是甚麼情況?已知大部分酵素是蛋白質,過去認為酵素會像鎖與鑰匙般與反應物完美結合,然後把鍵打斷,但現在卻發現不完全是如此,酵素還有更有效率的運作方式… …