活性化エネルギーとは何ですか？

すべての物質は分子で構成されています。 多くの分子がほぼ​​無期限に平和的に共存できます。 ただし、一部の分子は、特定の分子と接触すると何らかの反応を引き起こします。 この反応が起こるためには、分子を非常に近づけて特定の方向に持っていく必要があります。 通常、反応には既存の結合の破壊も含まれるため、活性化エネルギーも多くの反応に関与します。

壊れる必要のある結合の強度のため、化学反応を起こすにはかなりの量のエネルギーが必要になることがよくあります。 反応を開始するのに必要な活性化エネルギーの量は、しばしばエネルギー障壁と呼ばれます。 このエネルギーは分子の衝突によって提供されることはめったにないため、分子がエネルギー障壁をクリアして化学反応を促進するのに役立つ他の要因が必要です。 熱、物理的要因、および適切な酵素、化学的要因の追加は、分子を活性化する要因の2つの例です。

化学反応が開始されると、通常は熱などの十分なエネルギーを放出して、連鎖反応で次の反応を開始します。 これはまさに火災で起こることです。 木材は、自然に炎に爆発することなく、何年もウッドパイルに横たわることができます。 スパークによって活性化されると、火が点けられると、放出される熱が活性化エネルギーを供給して残りの木材を燃やし続けるため、文字通りそれ自体を消費します。 混合物を加熱すると、反応の速度が上がります。

ほとんどの生物学的反応では、体温が非常に小さい範囲に制限されているため、加熱は実用的ではありません。 熱は、細胞が損傷する前に非常に限られた範囲でエネルギー障壁を克服する方法としてのみ使用できます。 生命の反応が起こるためには、細胞は酵素を使用して反応の活性化エネルギーを選択的に下げる必要があります。

酵素は、生物学的触媒として機能するタンパク質分子です。 触媒は、化学反応を高速化する分子ですが、反応の終了時には変化しません。 生体内で起こるほぼすべての代謝反応は、酵素によって触媒されます。 酵素は正確な三次元形状をもち、分子が酵素に結合できる活性部位を持っています。 活性部位の形状により、特定の分子が完全に結合できるため、通常、各タイプの酵素は基質分子と呼ばれる1種類の分子のみに作用します。 酵素によって触媒される反応は、酵素なしの場合よりもはるかに低い温度で急速に起こります。

たとえば、呼吸中にグルコース分子は酸素分子と反応し、分解されて二酸化炭素と水を生成し、エネルギーを放出します。 グルコースと酸素は自然には反応しないため、呼吸プロセスを開始するには少量の活性化エネルギーを追加する必要があります。 基質分子の1つが必要な酵素に結合すると、分子の形状がわずかに変化します。 これにより、その分子が他の分子に結合したり、反応の生成物に変化しやすくなります。 そのため、酵素は反応の活性化エネルギーを低下させるか、反応が起こりやすくしました。

エネルギー障壁が存在しなかった場合、生命が依存する複雑な高エネルギー分子は不安定になり、はるかに簡単に分解されます。 したがって、活性化エネルギー障壁は、ほとんどの反応が起こるのを防ぎます。 これにより、すべての生物の安定した環境が確保されます。