¿Qué es la energía de activación?
Toda la materia está compuesta de moléculas. Muchas moléculas pueden coexistir pacíficamente casi indefinidamente. Algunas moléculas, sin embargo, causan algún tipo de reacción cuando entran en contacto con ciertas moléculas. Para que ocurra esta reacción, las moléculas deben estar muy juntas y en una orientación particular. La energía de activación también está involucrada en muchas reacciones, porque típicamente, las reacciones también implican la ruptura de enlaces preexistentes.
A menudo se requiere una cantidad sustancial de energía para que tenga lugar una reacción química, debido a la fuerza de los enlaces que deben romperse. La cantidad de energía de activación requerida para iniciar una reacción a menudo se denomina barrera de energía. Las moléculas que colisionan rara vez proporcionan esta energía, por lo que se necesitan otros factores para ayudar a las moléculas a eliminar la barrera energética y facilitar la reacción química. El calor, un factor físico y la adición de una enzima apropiada, un factor químico, son dos ejemplos de factores que activan las moléculas.
Una vez que ha comenzado una reacción química, a menudo libera suficiente energía, generalmente como calor, para activar la siguiente reacción y así sucesivamente en una reacción en cadena. Esto es precisamente lo que sucede con un incendio. La madera puede permanecer en una pila de leña durante años sin estallar en llamas espontáneamente. Una vez incendiado, activado por una chispa, se consume literalmente a medida que el calor que se libera suministra la energía de activación para mantener el resto de la leña encendida. Calentar una mezcla aumentará la velocidad de la reacción.
Para la mayoría de las reacciones biológicas, el calentamiento no es práctico ya que la temperatura corporal se limita a un rango muy pequeño. El calor solo se puede usar como una forma de superar la barrera energética en un grado muy limitado antes de que las células se dañen. Para que tengan lugar las reacciones de por vida, las células deben usar enzimas para disminuir selectivamente la energía de activación de las reacciones.
Las enzimas son moléculas de proteínas que actúan como catalizadores biológicos. Un catalizador es una molécula que acelera una reacción química, pero permanece sin cambios al final de la reacción. Casi todas las reacciones metabólicas que tienen lugar dentro de un organismo vivo son catalizadas por una enzima. Las enzimas tienen formas tridimensionales precisas y poseen un sitio activo, que es donde una molécula puede unirse a la enzima. La forma del sitio activo permite que ciertas moléculas se unan perfectamente, por lo que cada tipo de enzima generalmente actuará en un solo tipo de molécula, llamada molécula sustrato. Las reacciones que son catalizadas por enzimas tendrán lugar rápidamente a temperaturas mucho más bajas que sin ellas.
Por ejemplo, durante la respiración, las moléculas de glucosa reaccionan con las moléculas de oxígeno y se descomponen para formar dióxido de carbono y agua y liberar energía. Debido a que la glucosa y el oxígeno no son naturalmente reactivos, se debe agregar una pequeña cantidad de energía de activación para comenzar el proceso de respiración. Cuando una de las moléculas del sustrato se une a la enzima requerida, la forma de la molécula cambiará ligeramente. Esto a su vez facilita que esa molécula se una a otras moléculas o se convierta en el producto de la reacción. Como tal, la enzima ha reducido la energía de activación de la reacción, o ha facilitado la reacción.
Si la barrera energética no existiera, las complejas moléculas de alta energía de las que depende la vida serían inestables y se descompondrían mucho más fácilmente. Por lo tanto, la barrera de energía de activación evita que la mayoría de las reacciones tengan lugar. Esto asegura un ambiente estable para todos los seres vivos.