Vad är aktiveringsenergi?

All materia består av molekyler. Många molekyler kan fredligt samexistera nästan på obestämd tid. Vissa molekyler orsakar emellertid någon form av reaktion när de kommer i kontakt med vissa molekyler. För att denna reaktion ska ske måste molekylerna föras extremt nära varandra och i en viss orientering. Aktiveringsenergi är också involverat i många reaktioner, eftersom reaktioner vanligtvis också innebär att de befintliga bindningarna bryts.

En betydande mängd energi krävs ofta för att en kemisk reaktion ska äga rum på grund av styrkan hos bindningarna som måste brytas. Mängden aktiveringsenergi som krävs för att starta en reaktion kallas ofta energibarriären. Denna energi tillhandahålls sällan av molekylerna som kolliderar, så andra faktorer är nödvändiga för att hjälpa molekylerna att rensa energibarriären och underlätta den kemiska reaktionen. Värme, en fysisk faktor och tillsats av ett lämpligt enzym, en kemisk faktor, är två exempel på faktorer som aktiverar molekyler.

När en kemisk reaktion har startat släpper den ofta tillräckligt med energi, vanligtvis som värme, för att aktivera nästa reaktion och så vidare i en kedjereaktion. Det är just det som händer med en brand. Trä kan ligga i en vedstapel i flera år utan att spruta spontant i lågor. När den har startats, aktiverad av en gnista, förbrukar den sig bokstavligen eftersom värmen som släpps tillför aktiveringsenergin för att hålla resten av veden brinnande. Uppvärmning av en blandning kommer att öka reaktionshastigheten.

För de flesta biologiska reaktioner är uppvärmning opraktisk eftersom kroppstemperaturen är begränsad till ett mycket litet område. Värme kan endast användas som ett sätt att övervinna energibarriären i mycket begränsad utsträckning innan celler skadas. För att reaktionerna för livet ska äga rum måste celler använda enzymer för att selektivt sänka reaktionsaktiveringsenergin.

Enzymer är proteinmolekyler som fungerar som biologiska katalysatorer. En katalysator är en molekyl som påskyndar en kemisk reaktion, men förblir oförändrad i slutet av reaktionen. Nästan varje metabolisk reaktion som äger rum i en levande organisme katalyseras av ett enzym. Enzymer har exakta tredimensionella former och har en aktiv plats, där en molekyl kan fästa sig till enzymet. Formen på det aktiva stället tillåter vissa molekyler att binda till det perfekt, så varje enzymtyp kommer vanligtvis att verka på bara en typ av molekyl, kallad substratmolekyl. Reaktioner som katalyseras av enzymer kommer att ske snabbt vid mycket lägre temperaturer än utan dem.

Till exempel reagerar glukosmolekyler under andning med syre-molekyler och bryts ned för att bilda koldioxid och vatten och frigör energi. Eftersom glukos och syre inte är naturligt reaktiva, måste en liten mängd aktiveringsenergi tillsättas för att starta andningsprocessen. När en av substratmolekylerna binder till det nödvändiga enzymet kommer molekylens form att förändras något. Detta i sin tur gör det lättare för den molekylen att binda till andra molekyler eller förändras till reaktionsprodukten. Som sådant har enzymet minskat reaktionens aktiveringsenergi eller gjort det lättare för reaktionen att äga rum.

Om energibarriären inte existerade skulle de komplexa högenergimolekylerna som livet beror på vara instabila och bryta ned mycket lättare. Aktiveringsenergibarriären förhindrar därför de flesta reaktioner från att äga rum. Detta garanterar en stabil miljö för alla levande saker.