Hvad er aktiveringsenergi?
Alt stof består af molekyler. Mange molekyler kan fredeligt eksistere næsten ubestemt. Nogle molekyler medfører imidlertid en form for reaktion, når de kommer i kontakt med visse molekyler. For at denne reaktion skal finde sted, skal molekylerne bringes ekstremt tæt sammen og i en bestemt orientering. Aktiveringsenergi er også involveret i mange reaktioner, fordi reaktioner typisk også involverer brud på forudgående eksisterende bindinger.
Der kræves ofte en betydelig mængde energi for at en kemisk reaktion kan finde sted på grund af styrken af bindingerne, der skal bruges. Mængden af aktiveringsenergi, der kræves for at starte en reaktion, kaldes ofte energibarrieren. Denne energi leveres sjældent af molekylerne, der kolliderer, så andre faktorer er nødvendige for at hjælpe molekylerne med at fjerne energibarrieren og lette den kemiske reaktion. Varme, en fysisk faktor, og tilsætning af et passende enzym, en kemisk faktor, er to eksempler på faktorer, der aktiverer molekyler.
Når en kemisk reaktion er startet, frigiver den ofte nok energi, som regel som varme, til at aktivere den næste reaktion og så videre i en kædereaktion. Det er netop, hvad der sker med en brand. Træ kan ligge i en træhøjde i årevis uden at sprænge spontant i flammer. Når den først er tændt, aktiveret af en gnist, bruger den bogstaveligt talt sig selv, da varmen, der frigøres, forsyner aktiveringsenergien til at holde resten af træet brændende. Opvarmning af en blanding øger reaktionshastigheden.
Ved de fleste biologiske reaktioner er opvarmning upraktisk, da kropstemperatur er begrænset til et meget lille område. Varme kan kun bruges som en måde at overvinde energibarrieren i meget begrænset omfang, før celler ødelægges. For at reaktionerne for livet skal finde sted, skal celler bruge enzymer til selektivt at sænke reaktionsernes aktiveringsenergi.
Enzymer er proteinmolekyler, der fungerer som biologiske katalysatorer. En katalysator er et molekyle, der fremskynder en kemisk reaktion, men forbliver uændret i slutningen af reaktionen. Næsten hver metabolsk reaktion, der finder sted i en levende organisme, katalyseres af et enzym. Enzymer har præcise tredimensionelle former og besidder et aktivt sted, som er, hvor et molekyle kan binde sig til enzymet. Formen på det aktive sted tillader visse molekyler at binde perfekt til det, så hver enzymtype vil normalt virke på kun en type molekyle, kaldet substratmolekylet. Reaktioner, der katalyseres af enzymer, finder sted hurtigt ved meget lavere temperaturer end uden dem.
For eksempel reagerer glukosemolekyler under åndedræt med iltmolekyler og nedbrydes til dannelse af kuldioxid og vand og frigiver energi. Da glukose og ilt ikke er naturligt reaktive, skal der tilsættes en lille mængde aktiveringsenergi for at starte respirationsprocessen. Når et af substratmolekylerne binder til det krævede enzym, ændres molekylets form lidt. Dette gør det igen lettere for det molekyle at binde til andre molekyler eller ændre sig til reaktionsproduktet. Som sådan har enzymet reduceret reaktionens aktiveringsenergi eller gjort det lettere for reaktionen at finde sted.
Hvis energibarrieren ikke eksisterede, ville de komplekse højenergimolekyler, som livet afhænger af, være ustabil og nedbrydes meget lettere. Aktiveringsenergibarrieren forhindrer derfor de fleste reaktioner i at finde sted. Dette sikrer et stabilt miljø for alle levende ting.