Cos'è l'energia di attivazione?
Tutta la materia è composta da molecole. Molte molecole possono coesistere pacificamente quasi indefinitamente. Alcune molecole, tuttavia, causano una sorta di reazione quando entrano in contatto con alcune molecole. Perché questa reazione si verifichi, le molecole devono essere avvicinate estremamente e in un particolare orientamento. L'energia di attivazione è anche coinvolta in molte reazioni, poiché in genere, le reazioni comportano anche la rottura di legami preesistenti.
È spesso necessaria una notevole quantità di energia affinché abbia luogo una reazione chimica, a causa della forza dei legami che devono essere rotti. La quantità di energia di attivazione richiesta per avviare una reazione è spesso chiamata barriera energetica. Questa energia è raramente fornita dalle molecole che si scontrano, quindi sono necessari altri fattori per aiutare le molecole a cancellare la barriera energetica e facilitare la reazione chimica. Il calore, un fattore fisico e l'aggiunta di un enzima appropriato, un fattore chimico, sono due esempi di fattori che attivano molECULE.
Una volta iniziata una reazione chimica, rilascia spesso energia sufficiente, di solito come calore, per attivare la reazione successiva e così via in una reazione a catena. Questo è esattamente ciò che accade con un fuoco. Il legno può sdraiarsi in una cima a legna per anni senza esplodere spontaneamente in fiamme. Una volta incendiato, attivato da una scintilla, si consuma letteralmente mentre il calore che viene rilasciato fornisce l'energia di attivazione per mantenere il resto del legno in fiamme. Il riscaldamento di una miscela aumenterà la velocità della reazione.
Per la maggior parte delle reazioni biologiche, il riscaldamento è poco pratico poiché la temperatura corporea è limitata a un intervallo molto piccolo. Il calore può essere usato solo come modo per superare la barriera energetica in misura molto limitata prima che le cellule vengano danneggiate. Per le reazioni per la vita, le cellule devono usare gli enzimi per ridurre selettivamente l'energia di attivazione delle reazioni.
Gli enzimi sono molecole proteiche che agiscono comecatalizzatori biologici. Un catalizzatore è una molecola che accelera una reazione chimica, ma rimane invariata alla fine della reazione. Quasi ogni reazione metabolica che si svolge all'interno di un organismo vivente è catalizzata da un enzima. Gli enzimi hanno forme tridimensionali precise e possiedono un sito attivo, che è dove una molecola può attaccarsi all'enzima. La forma del sito attivo consente a alcune molecole di legarsi perfettamente, quindi ogni tipo di enzima agisce di solito su un solo tipo di molecola, chiamata molecola di substrato. Le reazioni catalizzate dagli enzimi avranno luogo rapidamente a temperature molto più basse rispetto a loro.
Ad esempio, durante la respirazione, le molecole di glucosio reagiscono con molecole di ossigeno e vengono scomposte per formare anidride carbonica e acqua e rilasciare energia. Poiché il glucosio e l'ossigeno non sono naturalmente reattivi, è necessario aggiungere una piccola quantità di energia di attivazione per avviare il processo di respirazione. Quando una delle molecole del substrato si lega to L'enzima richiesto, la forma della molecola sarà leggermente modificata. Questo a sua volta rende più facile per quella molecola legarsi ad altre molecole o cambiare nel prodotto della reazione. Pertanto, l'enzima ha ridotto l'energia di attivazione della reazione o ha reso più facile la reazione.
Se la barriera energetica non esistesse, le complesse molecole ad alta energia da cui dipende la vita sarebbe instabile e si rompe molto più facilmente. La barriera energetica di attivazione quindi impedisce la maggior parte delle reazioni. Questo garantisce un ambiente stabile per tutti gli esseri viventi.