Что такое энергия активации?

Вся материя состоит из молекул. Многие молекулы могут мирно сосуществовать почти бесконечно. Некоторые молекулы, однако, вызывают некую реакцию, когда вступают в контакт с определенными молекулами. Чтобы эта реакция произошла, молекулы должны быть расположены очень близко друг к другу и в определенной ориентации. Энергия активации также участвует во многих реакциях, потому что обычно реакции также включают разрыв ранее существовавших связей.

Часто для протекания химической реакции требуется значительное количество энергии из-за прочности связей, которые необходимо разорвать. Количество энергии активации, необходимое для начала реакции, часто называют энергетическим барьером. Эта энергия редко обеспечивается столкновением молекул, поэтому необходимы другие факторы, чтобы помочь молекулам преодолеть энергетический барьер и облегчить химическую реакцию. Тепло, физический фактор, и добавление подходящего фермента, химического фактора, являются двумя примерами факторов, которые активируют молекулы.

После того, как химическая реакция началась, она часто выделяет достаточно энергии, обычно в виде тепла, чтобы активировать следующую реакцию и так далее в цепной реакции. Это именно то, что происходит с огнем. Дерево может лежать в поленнице годами, не вспыхивая спонтанно. После того, как он подожжен, активирован искрой, он буквально поглощает себя, поскольку выделяемое тепло поставляет энергию активации, чтобы поддерживать горение остальной части дерева. Нагревание смеси увеличит скорость реакции.

Для большинства биологических реакций нагрев нецелесообразен, так как температура тела ограничена очень маленьким диапазоном. Тепло может использоваться только в качестве способа преодоления энергетического барьера в очень ограниченной степени, прежде чем клетки будут повреждены. Чтобы протекали реакции на всю жизнь, клетки должны использовать ферменты, чтобы избирательно снижать энергию активации реакций.

Ферменты - это белковые молекулы, которые действуют как биологические катализаторы. Катализатор - это молекула, которая ускоряет химическую реакцию, но остается неизменной в конце реакции. Почти каждая метаболическая реакция, происходящая в живом организме, катализируется ферментом. Ферменты имеют точную трехмерную форму и обладают активным центром, в котором молекула может присоединиться к ферменту. Форма активного сайта позволяет определенным молекулам идеально связываться с ним, поэтому каждый тип фермента обычно воздействует только на один тип молекулы, называемый субстратной молекулой. Реакции, которые катализируются ферментами, будут происходить быстро при гораздо более низких температурах, чем без них.

Например, во время дыхания молекулы глюкозы реагируют с молекулами кислорода и расщепляются с образованием диоксида углерода и воды и выделяют энергию. Поскольку глюкоза и кислород не реагируют естественным образом, необходимо добавить небольшое количество энергии активации, чтобы начать процесс дыхания. Когда одна из молекул субстрата связывается с требуемым ферментом, форма молекулы будет слегка изменена. Это, в свою очередь, облегчает связывание этой молекулы с другими молекулами или превращение в продукт реакции. Как таковой, фермент уменьшил энергию активации реакции или облегчил протекание реакции.

Если бы энергетический барьер не существовал, сложные молекулы высоких энергий, от которых зависит жизнь, были бы нестабильны и разрушались бы намного легче. Поэтому барьер энергии активации предотвращает большинство реакций. Это обеспечивает стабильную среду для всех живых существ.