W większości reakcji chemicznych, w których wiązania są zrywane, inne wiązania są uformowany. Weź przykład hydrolizy ATP. Wiązanie między dwiema grupami fosforanowymi zrywa się, ale jedna z grup fosforanowych tworzy nowe wiązanie z tlenem wody. To, czy energia zostanie uwolniona, czy pobrana (czy reakcja jest egzotermiczna czy endotermiczna), zależy od sumy energii związanych z zrywaniem i wiązaniem w tej reakcji.
W jaki sposób tworzenie wiązania uwalnia energię?
W najprostszym przypadku w postaci energii kinetycznej, ogrzewanie mieszaniny reakcyjnej. W przypadku hydrolizy ATP w procesach biologicznych energia jest czasami zamieniana na energię mechaniczną (skurcz mięśni), wykorzystywaną do uruchamiania pomp (transmisja sygnałów w układzie nerwowym) lub innych procesów, które same nie idą naprzód.
Uwielbiam to pytanie!
Uczę chemii na różnych poziomach i tej koncepcji dotyczącej hydrolizy ATP powoduje więcej problemów dla moich uczniów niż jakikolwiek inny. Często jest to pierwszy raz, gdy uczeń spotyka konkretny przykład tworzenia więzi (na lekcjach biologii) i tak często odchodzi ze złym wyobrażeniem o procesach tworzenia i zrywania więzi.
Zerwanie bond w izolacji nigdy nie uwalnia energii. Wiązanie jest stanem stabilnym w porównaniu z gatunkami niezwiązanymi, gdzie przeciwne ładunki są bliżej siebie, gdy są związane, w porównaniu z niespojonymi, a cały system ma niższą (elektryczną) energię potencjalną. Nie inaczej jest w przypadku wiązania zerwanego podczas hydrolizy ATP. Jest to dość słabe wiązanie, ale nadal wymaga energii do zerwania.
Przyczyną uwalniania energii w procesie jest to, że powstałe produkty (ADP i wodorofosforan / fosforan) mają silniejsze wiązania kowalencyjne (plus międzycząsteczkowe siły z otaczającym roztworem i rozpuszczonymi jonami) niż materiały wyjściowe. Tak jest w przypadku każdego procesu egzotermicznego. Kiedy przerywasz wiązanie P-O w ATP, w wodorofosforanie tworzy się nowe wiązanie P-O, ale musisz również przyjrzeć się interakcjom materiałów wyjściowych w porównaniu z produktami z roztworem. Powinniśmy również zauważyć, że woda, która atakuje grupę fosforanową w reakcji hydrolizy, będzie następnie wymagała deprotonowania, a utworzony jon wodorofosforanowy będzie częściowo dysocjował do fosforanu, więc wiele się dzieje!
Ponadto, Warto zauważyć, że kiedy ludzie mówią „energia jest uwalniana podczas hydrolizy ATP”, zwykle odnoszą się do energii swobodnej Gibbsa, która obejmuje również wkład wniesiony przez zmianę entropii układu (razy temperatura), jak również zmianę entalpii (określaną przez wiązanie i inne siły oddziaływań elektrostatycznych) W przypadku hydrolizy ATP w większości warunków mamy również wzrost entropii układu, co powoduje, że proces jest jeszcze bardziej egzergoniczny (korzystny, może być używany do napędzania innych procesów) niż sugerowałaby sama entalpia.
Proszę zrozumieć: występująca tu chemia jest w rzeczywistości bardzo złożona, a całkowita udostępniona energia użytkowa zależy od wielu czynników poza strukturą początkowego m aterials i produkty. Aby naprawdę zrozumieć hydrolizę ATP, wymagana jest znajomość stężeń wszystkich gatunków (ponieważ wpływa to na siłę napędową), w tym różnych rozpuszczonych form jonowych, które zwykle nie są uwzględnione w prostym równaniu reakcji.
Odpowiadając na ostatnią część, tworzenie wiązań z izolowanych gatunków zawsze uwalnia energię, ponieważ przeciwne ładunki zbliżają się do siebie, a energia potencjalna maleje.