Odpověď
Ve většině chemických reakcí, kde jsou vazby přerušeny, jsou jiné vazby vytvořen. Vezměte si příklad hydrolýzy ATP. Vazba mezi dvěma fosfátovými skupinami se rozbije, ale jedna z fosfátových skupin vytvoří novou vazbu s kyslíkem vody. Zda je energie uvolněna nebo přijata (ať už je reakce exotermická nebo endotermická) závisí na součtu energií spojených s rozbitím a vytvářením vazeb v této reakci.
Jak tvorba vazby uvolňuje energii?
V nejjednodušším případě ve formě kinetické energie zahřátí reakční směsi. V případě hydrolýzy ATP v biologických procesech se energie někdy přeměňuje na mechanickou energii (svalová kontrakce), která se používá k chodu pump (přenos signálů v nervovém systému) nebo na jiné procesy, které by samy o sobě nepokročily.
Odpověď
Miluji tuto otázku!
Učím chemii na různých úrovních a tento koncept hydrolýzy ATP způsobuje mým studentům více problémů než kdokoli jiný. Často se jedná o poprvé, kdy se student setká s konkrétním příkladem vazeb (na hodinách biologie), a tak často odcházejí se špatnou představou o procesech vytváření a rozbití vazeb.
Breaking a vazba, v izolaci, nikdy neuvolňuje energii. Vazba je stabilní stav ve srovnání s nevázanými druhy, kde jsou opačné náboje blíže k sobě, když jsou navázány ve srovnání s nevázanými, a celý systém má nižší (elektrickou) potenciální energii. Vazba porušená při hydrolýze ATP se neliší. Je to poměrně slabá vazba, ale stále vyžaduje rozbití energie.
Důvodem, proč se při procesu uvolňuje energie, je to, že vytvořené produkty (ADP a hydrogenfosforečnan / fosfát) mají silnější kovalentní vazby (plus mezimolekulární síly s okolním roztokem a rozpuštěnými ionty) než výchozí materiály. To je případ jakéhokoli exotermického procesu. Když rozbijete vazbu P-O v ATP, vytvoří se nová vazba P-O ve hydrogenfosfátu, ale musíte se také podívat na interakce výchozích materiálů ve srovnání s produkty s roztokem. Měli bychom také poznamenat, že voda, která při hydrolýzní reakci útočí na fosfátovou skupinu, bude potom muset být deprotonována a vytvořený hydrogenfosfátový ion bude částečně disociovat na fosfát, takže se toho děje hodně!
Také, stojí za zmínku, že když lidé říkají „energie se uvolňuje při hydrolýze ATP“, mají obvykle na mysli Gibbsovu volnou energii, která zahrnuje také příspěvek změny systému entropie (časy teploty) a změnu entalpie (určeno vazbou a další síla elektrostatické interakce). V případě hydrolýzy ATP za většiny podmínek dochází také ke zvýšení entropie systému, což vede k ještě exergoničtějšímu procesu (příznivé, lze použít k řízení jiných procesů) než by entalpie sama o sobě naznačovala.
Pochopte prosím: chemie, která se zde nachází, je ve skutečnosti velmi složitá a celková využitelná energie, která je k dispozici, závisí na mnoha faktorech mimo struktury počátečního m ateriály a výrobky. Skutečné pochopení hydrolýzy ATP vyžaduje znalost všech koncentrací všech druhů (protože to ovlivňuje hnací sílu), včetně různých rozpuštěných iontových druhů, které normálně nejsou zahrnuty v jednoduché reakční rovnici. tvorba vazeb z izolovaných druhů vždy uvolňuje energii, protože opačné náboje se přibližují a potenciální energie klesá.