Qu'est-ce que l'énergie d'activation?

Toute la matière est composée de molécules. De nombreuses molécules peuvent coexister pacifiquement presque indéfiniment. Certaines molécules, cependant, provoquent une sorte de réaction lorsqu'elles entrent en contact avec certaines molécules. Pour que cette réaction se produise, les molécules doivent être rapprochées très étroitement et dans une orientation particulière. L'énergie d'activation est également impliquée dans de nombreuses réactions, car généralement, les réactions impliquent également la rupture de liens préexistants.

Une réaction chimique nécessite souvent beaucoup d’énergie, en raison de la force des liaisons à rompre. La quantité d'énergie d'activation nécessaire pour déclencher une réaction s'appelle souvent la barrière d'énergie. Cette énergie est rarement fournie par les molécules qui entrent en collision; d'autres facteurs sont donc nécessaires pour aider les molécules à éliminer la barrière d'énergie et faciliter la réaction chimique. La chaleur, facteur physique, et l'ajout d'une enzyme appropriée, un facteur chimique, sont deux exemples de facteurs activant des molécules.

Une fois qu'une réaction chimique a commencé, elle libère souvent assez d'énergie, généralement sous forme de chaleur, pour activer la réaction suivante et ainsi de suite dans une réaction en chaîne. C'est précisément ce qui se passe avec un feu. Le bois peut rester dans un tas de bois pendant des années sans s'enflammer spontanément. Une fois incendié, activé par une étincelle, il se consume littéralement car la chaleur dégagée fournit l'énergie d'activation nécessaire pour que le reste du bois brûle. Chauffer un mélange augmentera la vitesse de la réaction.

Pour la plupart des réactions biologiques, le chauffage n'est pas pratique car la température corporelle est limitée à une très petite plage. La chaleur ne peut être utilisée que de manière très limitée pour surmonter la barrière d'énergie avant que les cellules ne soient endommagées. Pour que les réactions nécessaires à la vie aient lieu, les cellules doivent utiliser des enzymes pour réduire sélectivement l’énergie d’activation des réactions.

Les enzymes sont des molécules de protéines qui agissent comme des catalyseurs biologiques. Un catalyseur est une molécule qui accélère une réaction chimique, mais reste inchangé à la fin de la réaction. Presque toutes les réactions métaboliques au sein d'un organisme vivant sont catalysées par une enzyme. Les enzymes ont des formes tridimensionnelles précises et possèdent un site actif, où une molécule peut se fixer à l’enzyme. La forme du site actif permet à certaines molécules de s'y lier parfaitement. Ainsi, chaque type d’enzyme agit généralement sur un seul type de molécule, appelé molécule substrat. Les réactions catalysées par les enzymes se produiront rapidement à des températures beaucoup plus basses que sans elles.

Par exemple, lors de la respiration, les molécules de glucose réagissent avec les molécules d'oxygène et sont décomposées en dioxyde de carbone et en eau et libèrent de l'énergie. Étant donné que le glucose et l'oxygène ne sont pas naturellement réactifs, une petite quantité d'énergie d'activation doit être ajoutée pour démarrer le processus de respiration. Lorsque l'une des molécules du substrat se lie à l'enzyme requise, la forme de la molécule sera légèrement modifiée. Cela permet à cette molécule de se lier plus facilement à d'autres molécules ou de se transformer en produit de la réaction. En tant que telle, l’enzyme a réduit l’énergie d’activation de la réaction ou facilité la réalisation de celle-ci.

Si la barrière d'énergie n'existait pas, les molécules complexes à haute énergie dont dépend la vie seraient instables et se décomposeraient beaucoup plus facilement. La barrière d'énergie d'activation empêche donc la plupart des réactions de se produire. Cela garantit un environnement stable pour tous les êtres vivants.