Co je to aktivační energie?

Veškerá hmota je tvořena molekulami. Mnoho molekul může pokojně existovat téměř donekonečna. Některé molekuly však způsobují nějakou reakci, když přicházejí do styku s určitými molekulami. Aby k této reakci mohlo dojít, musí být molekuly přivedeny velmi těsně k sobě a ve zvláštní orientaci. Aktivační energie je také zapojena do mnoha reakcí, protože reakce obvykle zahrnují i ​​přerušení dříve existujících vazeb.

Pro chemickou reakci je často zapotřebí značné množství energie, kvůli síle vazeb, které je třeba rozbít. Množství aktivační energie potřebné k zahájení reakce se často nazývá energetická bariéra. Tato energie je zřídka poskytována molekulárními srážkami, takže jsou nezbytné další faktory, které pomohou molekulám vyčistit energetickou bariéru a usnadnit chemickou reakci. Teplo, fyzický faktor a přidání vhodného enzymu, chemického faktoru, jsou dva příklady faktorů, které aktivují molekuly.

Jakmile chemická reakce začala, často uvolňuje dostatek energie, obvykle jako teplo, k aktivaci další reakce atd. V řetězové reakci. To je přesně to, co se stane s ohněm. Dřevo může ležet v dřevníku po celá léta, aniž by spontánně prasklo v plamenech. Po zapálení, aktivovaném jiskrou, se doslova spotřebuje, protože uvolněné teplo dodává aktivační energii, aby zbytek dřeva hořel. Zahřívání směsi zvýší rychlost reakce.

Pro většinu biologických reakcí je zahřívání nepraktické, protože tělesná teplota je omezena na velmi malý rozsah. Teplo lze použít pouze jako způsob, jak překonat energetickou bariéru ve velmi omezené míře před poškozením buněk. Aby reakce proběhly po celý život, musí buňky používat enzymy k selektivnímu snížení aktivační energie reakcí.

Enzymy jsou proteinové molekuly, které působí jako biologické katalyzátory. Katalyzátor je molekula, která urychluje chemickou reakci, ale na konci reakce zůstává nezměněna. Téměř každá metabolická reakce, která probíhá v živém organismu, je katalyzována enzymem. Enzymy mají přesné trojrozměrné tvary a mají aktivní místo, kde se molekula může k enzymu připojit. Tvar aktivního místa umožňuje určitým molekulám se k němu perfektně vázat, takže každý typ enzymu bude obvykle působit pouze na jeden typ molekuly, nazývaný substrátová molekula. Reakce, které jsou katalyzovány enzymy, budou probíhat rychle při mnohem nižších teplotách než bez nich.

Například během dýchání molekuly glukózy reagují s molekulami kyslíku a rozkládají se na oxid uhličitý a vodu a uvolňují energii. Protože glukóza a kyslík nejsou přirozeně reaktivní, je nutné přidat malé množství aktivační energie, aby se zahájil dýchací proces. Když se jedna z molekul substrátu váže na požadovaný enzym, tvar molekuly se mírně změní. To zase usnadňuje této molekule vázat se na jiné molekuly nebo změnit na produkt reakce. Enzym jako takový snížil aktivační energii reakce nebo usnadnil uskutečnění reakce.

Pokud by energetická bariéra neexistovala, složité molekuly vysoké energie, na nichž závisí život, by byly nestabilní a snáze by se rozpadaly. Aktivační energetická bariéra proto zabraňuje většině reakcí. Tím je zajištěno stabilní prostředí pro všechny živé věci.