Hva er aktiveringsenergi?

All materie består av molekyler. Mange molekyler kan fredelig sameksistere nesten på ubestemt tid. Noen molekyler gir imidlertid en slags reaksjon når de kommer i kontakt med visse molekyler. For at denne reaksjonen skal skje, må molekylene bringes ekstremt nær hverandre og i en bestemt orientering. Aktiveringsenergi er også involvert i mange reaksjoner, fordi reaksjoner typisk også innebærer brudd på eksisterende bindinger.

Det kreves ofte en betydelig mengde energi for at en kjemisk reaksjon skal finne sted, på grunn av styrken til bindingene som må brytes. Mengden aktiveringsenergi som kreves for å starte en reaksjon kalles ofte energibarrieren. Denne energien tilføres sjelden ved at molekylene kolliderer, så andre faktorer er nødvendige for å hjelpe molekylene med å fjerne energisperren og lette den kjemiske reaksjonen. Varme, en fysisk faktor, og tilsetning av et passende enzym, en kjemisk faktor, er to eksempler på faktorer som aktiverer molekyler.

Når en kjemisk reaksjon har startet, frigjør den ofte nok energi, vanligvis som varme, til å aktivere den neste reaksjonen og så videre i en kjedereaksjon. Dette er nettopp det som skjer med en brann. Tre kan ligge i en tre haug i årevis uten å sprenges i flammer spontant. Når den er satt i brann, aktivert av en gnist, forbruker den seg bokstavelig talt da varmen som frigjøres forsyner aktiveringsenergien for å holde resten av veden. Oppvarming av en blanding vil øke reaksjonshastigheten.

For de fleste biologiske reaksjoner er oppvarming upraktisk da kroppstemperaturen er begrenset til et veldig lite område. Varme kan bare brukes som en måte å overvinne energisperren i svært begrenset grad før celler blir skadet. For at reaksjonene for livet skal finne sted, må celler bruke enzymer for selektivt å senke reaksjonsaktiveringsenergien.

Enzymer er proteinmolekyler som fungerer som biologiske katalysatorer. En katalysator er et molekyl som fremskynder en kjemisk reaksjon, men forblir uendret på slutten av reaksjonen. Nesten hver metabolsk reaksjon som finner sted i en levende organisme katalyseres av et enzym. Enzymer har presise tredimensjonale former og har et aktivt sted, og det er her et molekyl kan feste seg til enzymet. Formen på det aktive setet gjør at visse molekyler kan binde seg perfekt til det, så hver enzymtype vil vanligvis virke på bare en type molekyl, kalt substratmolekyl. Reaksjoner som er katalysert av enzymer vil finne sted raskt ved mye lavere temperaturer enn uten dem.

Under respirasjon reagerer for eksempel glukosemolekyler med oksygenmolekyler og brytes ned for å danne karbondioksid og vann og frigjøre energi. Fordi glukose og oksygen ikke er naturlig reaktive, må en liten mengde aktiveringsenergi tilsettes for å starte respirasjonsprosessen. Når et av substratmolekylene binder seg til det nødvendige enzym, vil formen på molekylet bli litt forandret. Dette igjen gjør det lettere for det molekylet å binde seg til andre molekyler eller endre seg til reaksjonsproduktet. Som sådan har enzymet redusert reaksjonsaktiveringsenergien, eller gjort det lettere for reaksjonen å finne sted.

Hvis energibarrieren ikke eksisterte, ville de komplekse høyenergimolekylene som liv avhenger av være ustabile og bryte ned mye lettere. Aktiveringsenergibarrieren forhindrer derfor de fleste reaksjoner fra å finne sted. Dette sikrer et stabilt miljø for alle levende ting.