معلومة

طاقة التنشيط * - علم الأحياء

طاقة التنشيط * - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لنبدأ في التفكير قليلاً في معدل التفاعل. يسمى هذا التغيير الإيجابي الأولي في الطاقة الحرة طاقة التفعيل (أو طاقة التنشيط المجانية) ويتم اختصارها أحيانًا هأ.

مناقشة مقترحة

أكسدة البنزين شديدة الطاقة. على الرغم من ذلك ، لماذا لا تنفجر السيارات بشكل عفوي في مواقف السيارات؟

لماذا تتطلب جميع التفاعلات الكيميائية تقريبًا - حتى تلك التي تحتوي على ∆G سلبي كبير جدًا - أولاً زيادة في الطاقة الحرة للمضي قدمًا؟ يكمن السبب في الخطوات التي تحدث أثناء تفاعل كيميائي. تتطلب التفاعلات الكيميائية ، بحكم تعريفها تقريبًا ، كسر و / أو تشكيل بعض الروابط الكيميائية. على سبيل المثال ، عندما يتم تكسير جزيء الجلوكوز ، تنكسر الروابط الجليكوسيدية ، وتتكسر الروابط داخل الماء ويتم تكوين روابط جديدة بين الماء "المفكك" والذرات التي كانت متورطة في الرابطة الجليكوسيدية. في حين أن التفاعل الكلي (مزيج من تكلفة الطاقة لكسر الروابط ، والطاقة المكتسبة من خلال تكوين الروابط وتغير الانتروبيا بين المواد المتفاعلة والمنتجات) قد يكون سالبًا ، يتطلب كسر الروابط بعض مدخلات الطاقة التي تزيد من الطاقة الحرة للنظام. غالبًا ما تسمى حالة التفاعل عند الطاقة الحرة القصوى للتفاعل بـ حالة انتقالية. تعتبر هذه الحالة غير مستقرة نسبيًا حيث قد يرتاح التفاعل مرة أخرى إلى الحالة المتفاعلة أو ينتقل إلى المنتجات. ارتفاع "حاجز" طاقة التنشيط له علاقة مباشرة بمعدل التفاعل. كلما زاد / أكبر الحاجز ، كان التفاعل أبطأ.

مناقشة مقترحة

هل يمكنك اقتراح نظير فيزيائي (أو نموذج) يمكن أن يساعد في تفسير سبب ارتباط حاجز طاقة التنشيط بمعدل التفاعل ، في حين أن فرق الطاقة الحرة بين الركيزة والمنتج ليس كذلك.

طاقة التنشيط هي الطاقة المطلوبة لاستمرار التفاعل ، وتكون أقل إذا تم تحفيز التفاعل. يصف المحور الأفقي لهذا الرسم البياني تسلسل الأحداث في الوقت المناسب.

من أين تأتي الطاقة المجانية المطلوبة للتغلب على حاجز طاقة التنشيط؟ تختلف المصادر. أحد المصادر هو الطاقة المنقولة كحرارة من البيئة المحيطة. يغير هذا النقل الطاقة الحركية للجزيئات في النظام ، مما يزيد من التردد والقوة التي تصطدم بها ، وبالتالي التردد الذي ستتفاعل معه. في حالات أخرى ، يمكن نقل الطاقة من تفاعلات أخرى.

كما لوحظ ، تحدد طاقة التنشيط لتفاعل معين المعدل الذي سيستمر به. كلما زادت طاقة التنشيط ، كان التفاعل الكيميائي أبطأ. يوضح مثال صدأ الحديد تفاعلًا بطيئًا بطبيعته. يعد تحويل الماس إلى جرافيت رد فعل تلقائي آخر يستغرق وقتًا طويلاً. تحدث هذه التفاعلات ببطء بمرور الوقت بسبب حواجز طاقة التنشيط العالية. سيحدث حرق (أكسدة) العديد من أنواع الوقود الأحفوري ، وهي عملية طاردة للطاقة ، بمعدل ضئيل ما لم يتم التغلب على طاقة التنشيط بالحرارة الكافية من شرارة. ومع ذلك ، بمجرد أن يبدأ هذا الوقود في الاحتراق ، تطلق التفاعلات الكيميائية حرارة كافية للمساعدة في التغلب على حاجز طاقة التنشيط لاحتراق بقية الوقود. مثل هذه التفاعلات خارج الخلايا ، تكون طاقة التنشيط لمعظم التفاعلات الخلوية عالية جدًا بحيث لا يمكن للطاقة الحرارية التغلب عليها بمعدلات فعالة. بالمناسبة ، هذا شيء جيد جدًا فيما يتعلق بالخلايا الحية. تخزن الجزيئات الكبيرة المهمة ، مثل البروتينات ، والحمض النووي الريبي ، والحمض النووي الريبي طاقة كبيرة ، ويكون تحللها مفرط الطاقة. إذا وفرت درجات الحرارة الخلوية وحدها طاقة حرارية كافية لهذه التفاعلات الطاقية للتغلب على حواجز التنشيط ، فإن المكونات الأساسية للخلية سوف تتفكك. لذلك ، من أجل حدوث تفاعلات خلوية مهمة بمعدلات ملحوظة (عدد التفاعلات لكل وحدة زمنية) ، يجب خفض طاقات التنشيط (انظر الشكل 4). يُشار إلى الشيء الذي يساعد في خفض حاجز طاقة التنشيط باسم التحفيز.

مناقشة مقترحة

إذا لم تكن هناك حاجة إلى طاقة تنشيط لتفكيك السكروز (سكر المائدة) ، فهل ستتمكن من تخزينه في وعاء السكر؟

التمرين 1: طاقة التنشيط

خفض طاقة التنشيط:

  1. يجعل رد الفعل يحدث بشكل أسرع
  2. يقلل من مستوى الطاقة في الحالة الانتقالية
  3. عن طريق إضافة محفز للتفاعل
  4. يؤدي دائمًا إلى إنتاج المزيد من المنتجات
  5. يقلل فقط من مستوى طاقة الحالة الانتقالية في اتجاه واحد ، من المواد المتفاعلة إلى المنتجات
  6. أ ، ب ، ج
  7. ب و ج
  8. كل ما سبق صحيح

تمرين 2

أي من المقارنات أو التناقضات التالية بين تفاعلات الطاقة المفرطة وتفاعلات الطاقة غير صحيحة؟

  1. ردود الفعل Endergonic لها موجب ∆G وتفاعلات مفرطة الطاقة لها ∆G سلبي
  2. تستهلك تفاعلات Endergonic الطاقة وتطلق التفاعلات المطلقة للطاقة الطاقة
  3. تتطلب كل من التفاعلات الباطنية والطاردة قدرًا صغيرًا من الطاقة للتغلب على حاجز التنشيط
  4. تحدث تفاعلات Endergonic ببطء وتحدث ردود الفعل المفرطة بسرعة

التمرين 3

أي مما يلي هو أفضل طريقة للحكم على طاقات التنشيط النسبية بين تفاعلين كيميائيين معينين؟

  1. قارن قيم ∆G بين التفاعلين
  2. قارن معدلات تفاعلهم
  3. قارن بين ظروفهم البيئية المثالية
  4. قارن العفوية بين التفاعلين

الملحق: وحدات الطاقة

في النظام الدولي للوحدات (SI) ، تكون وحدة العمل أو الطاقة هي جول (ي). بالنسبة لكميات صغيرة جدًا من الطاقة ، يتم استخدام erg (erg) أحيانًا. ان إرغ هو واحد على عشرة ملايين من جول:

1 جول = 10،000،000 إرجس (1)

قوة هو معدل استخدام الطاقة. وحدة الطاقة هي واط (W) ، على اسم جيمس وات ، الذي أتقن المحرك البخاري:

1 واط = 1 جول / ثانية (2)

تقاس القوة أحيانًا بـ قوة حصان (حصان):

1 حصان = 746 واط (3)

طاقة كهربائية يتم التعبير عنها بشكل عام في كيلوواط / ساعة (كيلوواط ساعة):

1 كيلوواط ساعة = 3600000 جول (4)

من المهم أن ندرك أن الكيلوواط / ساعة وحدة طاقة وليست قوة. على سبيل المثال ، يستهلك الحديد المقدر بقدرة 2000 واط 2x3.6x106J من الطاقة في ساعة واحدة.

غالبًا ما تقاس الطاقة الحرارية بالسعرات الحرارية. يتم تعريف السعرات الحرارية على أنها الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة 1 جرام من الماء من 14.5 إلى 15.5 درجة مئوية:

1 سعر حراري = 4.189 جول (5)

وحدة الحرارة القديمة ، ولكنها لا تزال مستخدمة هي الوحدة الحرارية البريطانية (BTU). يتم تعريفها على أنها الطاقة الحرارية المطلوبة لرفع درجة حرارة الطاقة بمقدار 1 رطل من الماء 63 إلى 64 درجة فهرنهايت.

1 وحدة حرارية بريطانية = 1055 جول

الجدول 1
الكمية الماديةاسمرمزوحدة si
القوةنيوتننكجم * م / ث2
طاقةجوليكجم * م / ث2
قوةواطدبليوكجم * م / ث 3

طاقة مجانية وتنشيط

بعد معرفة أن التفاعلات الكيميائية تطلق الطاقة عندما تنكسر روابط تخزين الطاقة ، فإن السؤال التالي المهم هو ما يلي: كيف يتم قياس الطاقة المرتبطة بهذه التفاعلات الكيميائية والتعبير عنها؟ كيف يمكن مقارنة الطاقة المنبعثة من تفاعل واحد بتفاعل آخر؟ قياس طاقة حرة يستخدم لتحديد عمليات نقل الطاقة هذه. تذكر أنه وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، تتضمن جميع عمليات نقل الطاقة فقدان قدر من الطاقة في صورة غير قابلة للاستخدام مثل الحرارة. تشير الطاقة الحرة على وجه التحديد إلى الطاقة المرتبطة بتفاعل كيميائي متاح بعد حساب الخسائر. بعبارة أخرى، الطاقة الحرة هي طاقة قابلة للاستخدام ، أو طاقة متوفرة للقيام بالعمل. بالنظر إلى هذا المفهوم بالمعنى البيولوجي ، فإن الطاقة الحرة هي الطاقة الموجودة داخل الجزيء التي يمكن استخدامها لأداء العمل. يحتوي الجلوكوز على الكثير من الطاقة الحرة لأن هناك الكثير من الطاقة المخزنة داخل روابط جزيء الجلوكوز. يحتوي ثاني أكسيد الكربون على طاقة حرة أقل بكثير لأن الطاقة المخزنة في روابطه أقل بكثير.

إذا تم إطلاق الطاقة أثناء تفاعل كيميائي ، فإن التغير في الطاقة الحرة من تحويل المواد المتفاعلة إلى المنتجات ، والمشار إليه بـ ΔG (دلتا G) سيكون رقمًا سالبًا. يعني التغيير السلبي في الطاقة الحرة أيضًا أن منتجات التفاعل لها طاقة حرة أقل من المواد المتفاعلة ، لأنها تطلق بعض الطاقة الحرة أثناء التفاعل. ردود الفعل التي لها تغير سلبي في الطاقة الحرة وبالتالي إطلاق الطاقة الحرة تسمى ردود فعل مفرطة. يفكر: السابقergonic تعني الطاقة السابقiting النظام. يشار إلى هذه التفاعلات أيضًا على أنها تفاعلات عفوية ، وتحتوي منتجاتها على طاقة مخزنة أقل من المواد المتفاعلة. يجب التمييز بين المصطلح تلقائي وفكرة حدوث تفاعل كيميائي على الفور. على عكس الاستخدام اليومي للمصطلح ، فإن التفاعل التلقائي ليس رد فعل يحدث فجأة أو بسرعة. صدأ الحديد هو مثال على التفاعل التلقائي الذي يحدث ببطء ، شيئًا فشيئًا ، بمرور الوقت.

شكل 1 الطاقة الحرة للتفاعلات endergonic و exergonic. في تفاعل طارد للطاقة ، يكون للمتفاعلات طاقة حرة أكثر من المنتجات. لذلك ، يتم إطلاق الطاقة مع استمرار التفاعل. في تفاعل مفعول الطاقة ، تكون المواد المتفاعلة أقل طاقة من المنتجات. لذلك ، يجب إضافة الطاقة لجعل حركة التفاعل تحدث.

إذا كان التفاعل الكيميائي يمتص الطاقة بدلاً من إطلاق الطاقة بالتوازن ، فإن ΔG لهذا التفاعل سيكون قيمة موجبة. في هذه الحالة ، المنتجات لديها طاقة حرة أكثر من المواد المتفاعلة. وبالتالي ، يمكن اعتبار منتجات هذه التفاعلات بمثابة جزيئات لتخزين الطاقة. تسمى هذه التفاعلات الكيميائية تفاعلات إندرجونيك وهم غير عفويين.

سوف رد فعل مائي ليس تتم من تلقاء نفسها دون إضافة طاقة مجانية.

الشكل 2 فيما يلي بعض الأمثلة على العمليات المفرطة للطاقة (تلك التي تتطلب طاقة) والعمليات الخارجة للطاقة (تلك التي تطلق الطاقة). (الائتمان أ: تعديل العمل من قبل ناتالي ماينور الائتمان ب: تعديل العمل بائتمان وزارة الزراعة الأمريكية ج: تعديل العمل من قبل كوري زانكر الائتمان د: تعديل العمل من قبل هاري مالش)

هناك مفهوم آخر مهم يجب مراعاته فيما يتعلق بردود الفعل المبطنة للطاقة. تتطلب التفاعلات المفرطة قدرًا صغيرًا من مدخلات الطاقة للبدء ، قبل أن يتمكنوا من المضي قدمًا في خطوات إطلاق الطاقة.

هذه التفاعلات لها إطلاق صافٍ للطاقة ، لكنها لا تزال تتطلب بعض مدخلات الطاقة في البداية. هذه الكمية الصغيرة من مدخلات الطاقة اللازمة لجميع التفاعلات الكيميائية لتحدث تسمى طاقة التنشيط (الشكل 3).

الشكل 3 طاقة التنشيط هي كمية صغيرة من الطاقة التي يجب وضعها في النظام حتى يحدث التفاعل. رصيد الصورة Brazosport College Wikimedia.


6.2 الطاقة الكامنة والحركية والحرة والتفعيل

في هذا القسم سوف تستكشف الأسئلة التالية:

  • ما هي "الطاقة"؟
  • ما الفرق بين الطاقة الحركية والطاقة الكامنة؟
  • ما هي الطاقة الحرة ، وكيف ترتبط الطاقة الحرة بالطاقة التنشيطية؟
  • ما هو الفرق بين ردود الفعل endergonic و exergonic؟

اتصال لدورات AP ®

على الرغم من أن الخلايا والكائنات الحية تتطلب طاقة مجانية للبقاء على قيد الحياة ، إلا أنها لا تستطيع توليد الطاقة تلقائيًا ، كما هو مذكور في قانون حفظ الطاقة. الطاقة متوفرة بأشكال مختلفة. على سبيل المثال ، تمتلك الأجسام المتحركة طاقة حركية ، بينما تمتلك الأشياء غير المتحركة طاقة كامنة. الطاقة الكيميائية في الجزيئات ، مثل الجلوكوز ، هي طاقة كامنة لأنه عندما تنكسر الروابط في التفاعلات الكيميائية ، يتم إطلاق الطاقة الحرة. الطاقة الحرة هي مقياس للطاقة المتوفرة للقيام بالعمل. تتغير الطاقة الحرة للنظام أثناء عمليات نقل الطاقة مثل التفاعلات الكيميائية ، ويشار إلى هذا التغيير باسم ΔG أو Gibbs free energy. يمكن أن تكون ΔG من التفاعل سالبة أو موجبة ، اعتمادًا على ما إذا كان التفاعل يطلق طاقة (طارد للطاقة) أو يتطلب مدخلات طاقة (endergonic). تتطلب جميع التفاعلات مدخلات من الطاقة تسمى طاقة التنشيط للوصول إلى الحالة الانتقالية التي ستستمر عندها. (في قسم آخر ، سوف نستكشف كيف تسرع الإنزيمات التفاعلات الكيميائية عن طريق خفض حواجز طاقة التنشيط.)

المعلومات المقدمة والأمثلة الموضحة في القسم تدعم المفاهيم وأهداف التعلم الموضحة في الفكرة الكبيرة 2 من إطار منهج علم الأحياء AP ®. توفر أهداف التعلم المدرجة في إطار المناهج الدراسية أساسًا شفافًا لدورة AP ® Biology ، وتجربة معملية قائمة على الاستفسار ، وأنشطة تعليمية ، وأسئلة اختبار AP ®. يدمج هدف التعلم المحتوى المطلوب مع واحد أو أكثر من الممارسات العلمية السبعة.

فكرة كبيرة 2 تستخدم الأنظمة البيولوجية الطاقة المجانية ولبنات البناء الجزيئية للنمو والتكاثر والحفاظ على التوازن الديناميكي.
الفهم الدائم 2 يتطلب نمو وتكاثر وصيانة الأنظمة الحية طاقة ومادّة حرة.
المعرفة الأساسية 2-أ 1 تتطلب جميع الأنظمة الحية مدخلات ثابتة من الطاقة المجانية.
ممارسة العلوم 6.2 يمكن للطالب بناء تفسيرات للظواهر بناءً على الأدلة المنتجة من خلال الممارسات العلمية.
هدف التعلم 2.1 يستطيع الطالب شرح كيفية استخدام الأنظمة البيولوجية للطاقة المجانية استنادًا إلى البيانات التجريبية التي تتطلب مدخلات طاقة ثابتة لجميع الكائنات الحية للحفاظ على التنظيم والنمو والتكاثر.
المعرفة الأساسية 2-أ 1 تتطلب جميع الأنظمة الحية مدخلات ثابتة من الطاقة المجانية.
ممارسة العلوم 6.2 يمكن للطالب تبرير الادعاءات بالأدلة.
هدف التعلم 2.2 يستطيع الطالب تبرير الادعاء العلمي بأن الطاقة الحرة مطلوبة للأنظمة الحية للحفاظ على التنظيم أو النمو أو التكاثر ، ولكن توجد استراتيجيات متعددة في أنظمة المعيشة المختلفة.

تحتوي أسئلة تحدي ممارسة العلوم على أسئلة اختبار إضافية لهذا القسم والتي ستساعدك على التحضير لامتحان AP. تتناول هذه الأسئلة المعايير التالية:
[APLO 2.5]

تعرف الطاقة بأنها القدرة على القيام بالعمل. كما تعلمت ، توجد الطاقة بأشكال مختلفة. على سبيل المثال ، تعد الطاقة الكهربائية والطاقة الضوئية والطاقة الحرارية أنواعًا مختلفة من الطاقة. في حين أن هذه كلها أنواع مألوفة من الطاقة يمكن للمرء أن يراها أو يشعر بها ، إلا أن هناك نوعًا آخر من الطاقة أقل واقعية بكثير. ترتبط هذه الطاقة بشيء بسيط مثل كائن مثبت فوق الأرض. من أجل تقدير الطريقة التي تتدفق بها الطاقة داخل وخارج الأنظمة البيولوجية ، من المهم أن نفهم المزيد عن الأنواع المختلفة للطاقة الموجودة في العالم المادي.

أنواع الطاقة

عندما يكون جسم ما في حالة حركة ، هناك طاقة مرتبطة بذلك الجسم. في مثال الطائرة أثناء الطيران ، هناك قدر كبير من الطاقة المرتبطة بحركة الطائرة. هذا لأن الأجسام المتحركة قادرة على إحداث تغيير أو القيام بعمل. فكر في كرة محطمة. حتى كرة التدمير البطيئة يمكن أن تلحق ضررًا كبيرًا بالأجسام الأخرى. ومع ذلك ، فإن كرة التدمير غير المتحركة غير قادرة على أداء العمل. الطاقة المرتبطة بالأجسام المتحركة تسمى الطاقة الحركية. الرصاصة المسرعة ، والشخص الذي يمشي ، والحركة السريعة للجزيئات في الهواء (التي تنتج الحرارة) ، والإشعاع الكهرومغناطيسي مثل الضوء كلها لها طاقة حركية.

الآن ماذا لو رفعت نفس كرة التحطيم الثابتة طابقين فوق سيارة مزودة برافعة؟ إذا كانت كرة التحطيم المعلقة ثابتة ، فهل هناك طاقة مرتبطة بها؟ الجواب نعم. تمتلك كرة التدمير المعلقة طاقة مرتبطة بها تختلف اختلافًا جوهريًا عن الطاقة الحركية للأجسام المتحركة. ينتج هذا النوع من الطاقة من حقيقة أن هناك القدره من أجل كرة التدمير للقيام بعمل. إذا تم إصداره ، فإنه سيعمل بالفعل. لأن هذا النوع من الطاقة يشير إلى إمكانية القيام بعمل ، فإنه يسمى الطاقة الكامنة. تنقل الأجسام طاقتها بين الحركية والجهد بالطريقة التالية: عندما تتدلى الكرة المحطمة بلا حراك ، فإنها تمتلك صفرًا من الطاقة الحركية و 100 في المائة من الطاقة الكامنة. بمجرد إطلاقها ، تبدأ طاقتها الحركية في الزيادة لأنها تبني السرعة بسبب الجاذبية. في نفس الوقت ، عندما يقترب من الأرض ، فإنه يفقد الطاقة الكامنة. في مكان ما في منتصف الخريف ، تمتلك 50 بالمائة من الطاقة الحركية و 50 بالمائة من الطاقة الكامنة. قبل أن تصطدم الكرة بالأرض مباشرةً ، فقدت الكرة تقريبًا طاقتها الكامنة ولديها طاقة حركية شبه قصوى. تشمل الأمثلة الأخرى للطاقة الكامنة طاقة الماء الموجودة خلف السد (الشكل 6.6) ، أو شخص على وشك القفز بالمظلة من طائرة.

لا ترتبط الطاقة الكامنة فقط بموقع المادة (مثل طفل يجلس على غصن شجرة) ، بل ترتبط أيضًا ببنية المادة. يحتوي الزنبرك الموجود على الأرض على طاقة كامنة إذا تم ضغطه وكذلك الشريط المطاطي المشدود. يعتمد وجود الخلايا الحية بشكل كبير على الطاقة الكامنة الهيكلية. على المستوى الكيميائي ، تمتلك الروابط التي تربط ذرات الجزيئات معًا طاقة وضع. تذكر أن المسارات الخلوية الابتنائية تتطلب طاقة لتصنيع الجزيئات المعقدة من الجزيئات الأبسط ، والمسارات التقويضية تطلق الطاقة عند تكسير الجزيئات المعقدة. حقيقة أن الطاقة يمكن إطلاقها من خلال انهيار روابط كيميائية معينة تعني أن هذه الروابط لديها طاقة كامنة. في الواقع ، هناك طاقة كامنة مخزنة داخل روابط جميع جزيئات الطعام التي نأكلها ، والتي يتم تسخيرها في النهاية للاستخدام. هذا لأن هذه الروابط يمكن أن تطلق الطاقة عند كسرها. يُطلق على نوع الطاقة الكامنة الموجودة داخل الروابط الكيميائية ، والتي يتم إطلاقها عندما تنكسر تلك الروابط ، الطاقة الكيميائية (الشكل 6.7). الطاقة الكيميائية هي المسؤولة عن تزويد الخلايا الحية بالطاقة من الغذاء. يتم إطلاق الطاقة عن طريق كسر الروابط الجزيئية داخل جزيئات الوقود.

دعم المعلم

ارسم أمثلة من صنف الطاقة الكامنة مقابل الطاقة الحركية. جهز العديد منها مسبقًا. إذا تم تقديم أمثلة قليلة فقط ، فاسأل الطلاب عن الفئة التي تنتمي إليها الأمثلة الخاصة بك. قم بتضمين أمثلة على الطاقة الكيميائية ، مثل تدفئة اليدين التي تعتمد على الإطلاق الكيميائي للحرارة والبنزين والبارود. أختم الطاقة الكيميائية في ATP ، مع التأكيد على أنها نوع من الطاقة الكامنة ، ودورها في التمثيل الغذائي.

ارتباط بالتعلم

قم بزيارة هذا الموقع وحدد "بندول بسيط" في القائمة (ضمن "Harmonic Motion") لمشاهدة الحركة المتغيرة (K) والطاقة الكامنة (U) للبندول أثناء الحركة.

  1. تزداد الطاقة الحركية عندما يتأرجح الطفل لأسفل ، تزداد الطاقة الكامنة عندما يتأرجح الطفل لأعلى.
  2. تقل الطاقة الحركية عندما يتأرجح الطفل لأسفل ، تقل الطاقة الكامنة عندما يتأرجح الطفل لأعلى.
  3. تزداد الطاقة الحركية عندما يتأرجح الطفل لأعلى ، تزداد الطاقة الكامنة عندما يتأرجح الطفل لأسفل.
  4. تزداد الطاقة الحركية عندما يتأرجح الطفل إلى أسفل ، تزداد الطاقة الكامنة عندما يتأرجح الطفل إلى أسفل.

طاقة حرة

بعد معرفة أن التفاعلات الكيميائية تطلق الطاقة عندما تنكسر روابط تخزين الطاقة ، فإن السؤال التالي المهم هو كيف يتم قياس الطاقة المرتبطة بالتفاعلات الكيميائية والتعبير عنها؟ كيف يمكن مقارنة الطاقة المنبعثة من تفاعل واحد بتفاعل آخر؟ يتم استخدام قياس الطاقة الحرة لتقدير عمليات نقل الطاقة هذه. تسمى الطاقة الحرة طاقة جيبس ​​الحرة (اختصارها بالحرف G) بعد يوشيا ويلارد جيبس ​​، العالم الذي طور القياس. تذكر أنه وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، تتضمن جميع عمليات نقل الطاقة فقدان قدر من الطاقة في شكل غير قابل للاستخدام مثل الحرارة ، مما يؤدي إلى الانتروبيا. تشير طاقة جيبس ​​الحرة على وجه التحديد إلى الطاقة المرتبطة بالتفاعل الكيميائي المتاح بعد حساب الانتروبيا. بمعنى آخر ، طاقة جيبس ​​الحرة هي طاقة قابلة للاستخدام ، أو طاقة متاحة للقيام بالعمل.

كل تفاعل كيميائي ينطوي على تغيير في الطاقة الحرة ، يسمى دلتا G (∆G). يمكن حساب التغير في الطاقة الحرة لأي نظام يخضع لمثل هذا التغيير ، مثل تفاعل كيميائي. لحساب ∆G ، اطرح كمية الطاقة المفقودة في الانتروبيا (المشار إليها بـ ∆S) من إجمالي تغير الطاقة في النظام. هذا التغيير الكلي للطاقة في النظام يسمى المحتوى الحراري ويشار إليه على أنه ∆H. صيغة حساب ∆G هي كما يلي ، حيث يشير الرمز T إلى درجة الحرارة المطلقة بالكلفن (درجات مئوية + 273):

يتم التعبير عن التغير القياسي في الطاقة الحرة لتفاعل كيميائي كمقدار من الطاقة لكل مول من منتج التفاعل (إما بالكيلو جول أو كيلو كالوري ، كيلو جول / مول أو كيلو كالوري / مول 1 كيلو جول = 0.239 كيلو كالوري) تحت درجة الحموضة القياسية ودرجة الحرارة والضغط شروط. يتم حساب الأس الهيدروجيني القياسي ودرجة الحرارة وظروف الضغط عمومًا عند درجة الحموضة 7.0 في الأنظمة البيولوجية و 25 درجة مئوية و 100 كيلوباسكال (ضغط 1 ضغط جوي) ، على التوالي. من المهم ملاحظة أن الظروف الخلوية تختلف اختلافًا كبيرًا عن هذه الشروط القياسية ، وبالتالي فإن قيم ∆G المحسوبة القياسية للتفاعلات البيولوجية ستكون مختلفة داخل الخلية.

ردود الفعل Endergonic وردود الفعل Exergonic

إذا تم إطلاق الطاقة أثناء تفاعل كيميائي ، فإن القيمة الناتجة من المعادلة أعلاه ستكون رقمًا سالبًا. بمعنى آخر ، التفاعلات التي تطلق الطاقة لها ∆G & lt 0. وتعني ∆G سالبة أيضًا أن منتجات التفاعل لها طاقة حرة أقل من المواد المتفاعلة ، لأنها تطلق بعض الطاقة الحرة أثناء التفاعل. ردود الفعل التي تحتوي على ∆G سالب وبالتالي تطلق طاقة حرة تسمى التفاعلات الخارجية. يفكر: السابقergonic تعني الطاقة السابقiting النظام. يشار إلى هذه التفاعلات أيضًا باسم ردود الفعل التلقائية ، لأنها يمكن أن تحدث دون إضافة طاقة إلى النظام. إن فهم التفاعلات الكيميائية العفوية وإطلاق الطاقة الحرة أمر مفيد للغاية لعلماء الأحياء ، لأنه يمكن تسخير هذه التفاعلات لأداء العمل داخل الخلية. يجب التمييز بين المصطلح تلقائي وفكرة التفاعل الكيميائي الذي يحدث على الفور. على عكس الاستخدام اليومي للمصطلح ، فإن التفاعل التلقائي ليس رد فعل يحدث فجأة أو بسرعة. صدأ الحديد هو مثال على التفاعل التلقائي الذي يحدث ببطء ، شيئًا فشيئًا ، بمرور الوقت.

إذا كان التفاعل الكيميائي يتطلب إدخالًا للطاقة بدلاً من إطلاق طاقة ، فإن ∆G لهذا التفاعل سيكون قيمة موجبة. في هذه الحالة ، المنتجات لديها طاقة حرة أكثر من المواد المتفاعلة. وبالتالي ، يمكن اعتبار منتجات هذه التفاعلات بمثابة جزيئات لتخزين الطاقة. تسمى هذه التفاعلات الكيميائية تفاعلات endergonic وهي غير عفوية. لن يحدث تفاعل مائي من تلقاء نفسه بدون إضافة طاقة حرة.

دعونا نعيد النظر في مثال تركيب وتفكك جزيء الطعام ، الجلوكوز. تذكر أن بناء الجزيئات المعقدة ، مثل السكريات ، من أبسط هو عملية بنائية وتتطلب طاقة. لذلك ، فإن التفاعلات الكيميائية التي تدخل في عمليات الابتنائية هي تفاعلات مفعمة بالحيوية. من ناحية أخرى ، فإن عملية تقويضية لتحطيم السكر إلى جزيئات أبسط تطلق الطاقة في سلسلة من التفاعلات الخارجية. مثل مثال الصدأ أعلاه ، فإن تكسير السكر يتضمن تفاعلات عفوية ، لكن هذه التفاعلات لا تحدث على الفور. يوضح الشكل 6.8 بعض الأمثلة الأخرى للتفاعلات الباطنية والطاقة. ستوفر الأقسام اللاحقة مزيدًا من المعلومات حول ما هو مطلوب أيضًا لجعل ردود الفعل العفوية تحدث بشكل أكثر كفاءة.

اتصال مرئي

قم بتقييم كل من العمليات الموضحة من حيث العلاقة بين نوع التفاعل وما إذا كانت الطاقة مخزنة أو مطلقة. قرر لكل منهما ما إذا كانت العملية ذات طاقة داخلية أم مفرطة الطاقة ، وما إذا كانت كل من المحتوى الحراري والإنتروبيا تزيد أم تنقص.

  1. (أ) تحلل كومة السماد هو مسبب للشعور بالحيوية ، ويزيد المحتوى الحراري وينقص الانتروبيا. (ب) إن نمو الطفل من البويضة هو عملية مفعمة بالحيوية ، وينخفض ​​المحتوى الحراري ويقل الانتروبيا. (ج) فن الرمل الذي يتم تدميره يكون طاردًا للطاقة ، ولا يوجد أي تغيير في المحتوى الحراري وينخفض ​​الإنتروبيا. (د) إن تدحرج الكرة إلى أسفل المنحدر هو عملية مفرطة الطاقة ، وينخفض ​​المحتوى الحراري ويقل الانتروبيا.
  2. تحلل كومة السماد هو طاقة مفرطة ، وتنخفض المحتوى الحراري وتقل الانتروبيا. (ب) إن نمو الطفل من البويضة هو عملية مفعمة بالحيوية ، حيث يزيد المحتوى الحراري وينقص الأنتروبيا. (ج) فن الرمل الذي يتم تدميره هو عبارة عن فن طارد للطاقة ، ويزيد المحتوى الحراري ويزيد الإنتروبيا. (د) إن تدحرج الكرة إلى أسفل المنحدر هو عملية مفاعلة للطاقة ، وينخفض ​​المحتوى الحراري ويزيد الإنتروبيا.
  3. (أ) تحلل الكومبوست هو مسبب للطاقة ، وينخفض ​​المحتوى الحراري ويقل الانتروبيا. (ب) إن نمو الطفل من البويضة هو عملية مفرطة الطاقة ، وينخفض ​​المحتوى الحراري ويزداد الإنتروبيا. (ج) فن الرمل الذي يتم تدميره هو فن منشط للطاقة ، ويزيد المحتوى الحراري ويزيد الإنتروبيا. (د) إن الكرة التي تتدحرج إلى أسفل التل هي عملية مفرطة الطاقة ، وينخفض ​​المحتوى الحراري ويقل الانتروبيا.
  4. (أ) تحلل السماد العضوي هو تحلل مرن ، ويزيد المحتوى الحراري ويزيد الإنتروبيا. (ب) إن نمو الطفل من البويضة هو عملية مفعمة بالحيوية ، وينخفض ​​المحتوى الحراري ويقل الانتروبيا. (ج) الفن الرملي الذي يتم تدميره يكون طاردًا للطاقة ، ولا يوجد أي تغيير في المحتوى الحراري والنتروبيا. (د) الكرة التي تتدحرج إلى أسفل التل هي عملية مفرطة الطاقة ، وينخفض ​​المحتوى الحراري ولا يوجد تغيير في الإنتروبيا.

مفهوم مهم في دراسة التمثيل الغذائي والطاقة هو مفهوم التوازن الكيميائي. معظم التفاعلات الكيميائية قابلة للعكس. يمكنهم المضي قدمًا في كلا الاتجاهين ، وإطلاق الطاقة في بيئتهم في اتجاه واحد ، وامتصاصها من البيئة في الاتجاه الآخر (الشكل 6.9). وينطبق الشيء نفسه على التفاعلات الكيميائية التي تدخل في عملية التمثيل الغذائي للخلية ، مثل تكسير البروتينات وتكوينها من وإلى الأحماض الأمينية الفردية ، على التوالي. ستخضع المفاعلات داخل نظام مغلق لتفاعلات كيميائية في كلا الاتجاهين حتى يتم الوصول إلى حالة التوازن. حالة التوازن هذه هي واحدة من أقل طاقة حرة ممكنة وحالة من الانتروبيا القصوى. يجب وضع الطاقة في النظام لدفع المواد المتفاعلة والمنتجات بعيدًا عن حالة التوازن. يجب إضافة المواد المتفاعلة أو المنتجات أو إزالتها أو تغييرها. إذا كانت الخلية عبارة عن نظام مغلق ، فإن تفاعلاتها الكيميائية ستصل إلى التوازن ، وتموت لأنه لن يكون هناك طاقة حرة كافية لأداء العمل المطلوب للحفاظ على الحياة. في الخلية الحية ، تتجه التفاعلات الكيميائية باستمرار نحو التوازن ، لكنها لا تصل إليه أبدًا. هذا لأن الخلية الحية هي نظام مفتوح. تمر المواد للداخل والخارج ، وتقوم الخلية بإعادة تدوير منتجات تفاعلات كيميائية معينة إلى تفاعلات أخرى ، ولا يتم الوصول إلى التوازن الكيميائي أبدًا. وبهذه الطريقة ، تكون الكائنات الحية في معركة شاقة تتطلب طاقة مستمرة ضد التوازن والانتروبيا. يأتي هذا الإمداد المستمر بالطاقة في النهاية من ضوء الشمس ، والذي يستخدم لإنتاج العناصر الغذائية في عملية التمثيل الضوئي.

دعم المعلم

يمكن أن يكون المفهوم أو الانتروبيا صعبًا. اطلب من الطلاب مسح الحي الذي يقيمون فيه بحثًا عن المنازل والسقائف وواجهات المحلات وأي مباني متدهورة بسبب نقص الصيانة. اطلب منهم أيضًا تحديد المنازل القديمة والمباني التي تتمتع بحالة جيدة ويتم صيانتها بنشاط.

طاقة التفعيل

هناك مفهوم آخر مهم يجب مراعاته فيما يتعلق بردود الفعل المبطنة للطاقة. حتى التفاعلات المفرطة الطاقة تتطلب قدرًا صغيرًا من مدخلات الطاقة للشروع في العمل قبل أن يتمكنوا من المضي قدمًا في خطوات إطلاق الطاقة. هذه التفاعلات لها إطلاق صافٍ للطاقة ، لكنها لا تزال تتطلب بعض الطاقة في البداية. هذه الكمية الصغيرة من مدخلات الطاقة اللازمة لحدوث جميع التفاعلات الكيميائية تسمى طاقة التنشيط (أو الطاقة الحرة للتنشيط) ويختصر Eأ (الشكل 6.10).

لماذا يتطلب تفاعل ∆G السلبي المطلق للطاقة في الواقع بعض الطاقة للمضي قدمًا؟ يكمن السبب في الخطوات التي تحدث أثناء تفاعل كيميائي. أثناء التفاعلات الكيميائية ، تنكسر بعض الروابط الكيميائية وتتشكل روابط جديدة. على سبيل المثال ، عندما يتم تكسير جزيء الجلوكوز ، تنكسر الروابط بين ذرات الكربون في الجزيء. نظرًا لأن هذه روابط لتخزين الطاقة ، فإنها تطلق الطاقة عند كسرها. ومع ذلك ، لإدخالها في حالة تسمح بانكسار الروابط ، يجب أن يكون الجزيء ملتويًا إلى حد ما. مطلوب إدخال طاقة صغير لتحقيق هذه الحالة الملتوية. هذه الحالة الملتوية تسمى الحالة الانتقالية ، وهي حالة عالية الطاقة وغير مستقرة. لهذا السبب ، لا تدوم الجزيئات المتفاعلة وقتًا طويلاً في حالتها الانتقالية ، ولكنها تنتقل بسرعة كبيرة إلى الخطوات التالية للتفاعل الكيميائي. توضح مخططات الطاقة المجانية ملفات تعريف الطاقة لتفاعل معين. يحدد ما إذا كان التفاعل طاردًا للطاقة أو ماصًا للطاقة ما إذا كانت المنتجات في الرسم البياني ستكون موجودة في حالة طاقة أقل أو أعلى من كل من المواد المتفاعلة والنواتج. ومع ذلك ، وبغض النظر عن هذا الإجراء ، فإن الحالة الانتقالية للتفاعل توجد في حالة طاقة أعلى من المواد المتفاعلة ، وبالتالي ، فإن Eأ هو دائما ايجابي.

ارتباط بالتعلم

شاهد رسمًا متحركًا للانتقال من الطاقة المجانية إلى حالة الانتقال في هذا الموقع.

  1. الحالات الانتقالية مستقرة لأن الجزيئات لديها بنية جزيئية استرخاء مع طاقة منخفضة.
  2. الحالات الانتقالية غير مستقرة لأن الجزيئات لها بنية جزيئية متوترة بطاقة عالية.
  3. الحالات الانتقالية غير مستقرة لأن الجزيئات لها بنية جزيئية مسترخية ذات طاقة عالية.
  4. الحالات الانتقالية مستقرة لأن الجزيئات لها بنية جزيئية متوترة بطاقة منخفضة.

من أين تأتي طاقة التنشيط التي تتطلبها المواد الكيميائية المتفاعلة؟ عادةً ما يكون مصدر طاقة التنشيط اللازمة لدفع التفاعلات إلى الأمام هو الطاقة الحرارية من البيئة المحيطة. تعمل الطاقة الحرارية (طاقة الرابطة الكلية للمواد المتفاعلة أو المنتجات في تفاعل كيميائي) على تسريع حركة الجزيئات ، وزيادة التردد والقوة التي تصطدم بها ، كما أنها تحرك الذرات والروابط داخل الجزيء قليلاً ، مما يساعدها على الوصول إلى حالتها الانتقالية. لهذا السبب ، فإن تسخين النظام سيؤدي إلى تفاعل المواد الكيميائية داخل هذا النظام بشكل متكرر. زيادة الضغط على النظام له نفس التأثير. بمجرد أن تمتص المواد المتفاعلة طاقة حرارية كافية من محيطها للوصول إلى حالة الانتقال ، سيستمر التفاعل.

تحدد طاقة التنشيط لتفاعل معين المعدل الذي سيستمر به. كلما زادت طاقة التنشيط ، كان التفاعل الكيميائي أبطأ. يوضح مثال صدأ الحديد تفاعلًا بطيئًا بطبيعته. يحدث هذا التفاعل ببطء بمرور الوقت بسبب ارتفاع مستوى Eأ. بالإضافة إلى ذلك ، فإن حرق العديد من أنواع الوقود ، وهو شديد الطاقة ، سيحدث بمعدل ضئيل ما لم يتم التغلب على طاقة التنشيط بالحرارة الكافية من الشرارة. بمجرد أن تبدأ في الاحتراق ، تطلق التفاعلات الكيميائية حرارة كافية لمواصلة عملية الاحتراق ، مما يوفر طاقة التنشيط لجزيئات الوقود المحيطة. مثل هذه التفاعلات خارج الخلايا ، تكون طاقة التنشيط لمعظم التفاعلات الخلوية عالية جدًا بحيث لا يمكن للطاقة الحرارية التغلب عليها بمعدلات فعالة. بعبارة أخرى ، من أجل حدوث تفاعلات خلوية مهمة بمعدلات ملحوظة (عدد التفاعلات لكل وحدة زمنية) ، يجب خفض طاقات التنشيط (الشكل 6.10) ويشار إلى هذا باسم التحفيز. هذا شيء جيد للغاية فيما يتعلق بالخلايا الحية. تخزن الجزيئات الكبيرة المهمة ، مثل البروتينات ، والحمض النووي الريبي ، والحمض النووي الريبي طاقة كبيرة ، ويكون تحللها مفرط الطاقة. إذا وفرت درجات الحرارة الخلوية وحدها طاقة حرارية كافية لهذه التفاعلات الطاقية للتغلب على حواجز التنشيط ، فإن المكونات الأساسية للخلية سوف تتفكك.

دعم المعلم

اشرح بوضوح أهمية طاقة التنشيط اللازمة للتفاعلات الكيميائية ، حتى مع التفاعلات المطلقة للطاقة. استخدم رقم التفاعلات المطلقة للطاقة مع دلتا G أقل من الصفر لإظهار أنه على الرغم من أن التغير في الطاقة سلبي ، فلا تزال هناك حاجة إلى طاقة التنشيط. قم بتضمين أمثلة للطرق التي تقلل بها الإنزيمات من طاقة التنشيط المطلوبة. التأكيد على أن هذه هي الطريقة التي "تسرع" الإنزيمات التفاعلات بها ، فهي تسهل حدوث التفاعلات.


طاقة حرة

بعد معرفة أن التفاعلات الكيميائية تطلق الطاقة عندما تنكسر روابط تخزين الطاقة ، فإن السؤال التالي المهم هو كيف يتم قياس الطاقة المرتبطة بالتفاعلات الكيميائية والتعبير عنها؟ كيف يمكن مقارنة الطاقة المنبعثة من تفاعل واحد بتفاعل آخر؟ يتم استخدام قياس الطاقة الحرة لتقدير عمليات نقل الطاقة هذه. تسمى الطاقة الحرة طاقة جيبس ​​الحرة (اختصارها بالحرف G) بعد يوشيا ويلارد جيبس ​​، العالم الذي طور القياس. تذكر أنه وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، تتضمن جميع عمليات نقل الطاقة فقدان قدر من الطاقة في شكل غير قابل للاستخدام مثل الحرارة ، مما يؤدي إلى الانتروبيا. تشير طاقة جيبس ​​الحرة على وجه التحديد إلى الطاقة المرتبطة بالتفاعل الكيميائي المتاح بعد حساب الانتروبيا. بمعنى آخر ، طاقة جيبس ​​الحرة هي طاقة قابلة للاستخدام ، أو طاقة متاحة للقيام بالعمل.

كل تفاعل كيميائي ينطوي على تغيير في الطاقة الحرة ، يسمى دلتا G (∆G). يمكن حساب التغيير في الطاقة الحرة لأي نظام يخضع لمثل هذا التغيير ، مثل تفاعل كيميائي. لحساب ∆G ، اطرح كمية الطاقة المفقودة في الانتروبيا (المشار إليها بـ ∆S) من إجمالي تغير الطاقة في النظام. هذا التغيير الكلي للطاقة في النظام يسمى المحتوى الحراري ويشار إليه على أنه ∆H. صيغة حساب ∆G هي كما يلي ، حيث يشير الرمز T إلى درجة الحرارة المطلقة بالكلفن (درجات مئوية + 273):

يتم التعبير عن التغيير القياسي في الطاقة الحرة لتفاعل كيميائي كمقدار من الطاقة لكل مول من منتج التفاعل (إما بالكيلو جول أو كيلو كالوري ، كيلو جول / مول أو كيلو كالوري / مول 1 كيلو جول = 0.239 كيلو كالوري) تحت درجة الحموضة القياسية ودرجة الحرارة والضغط شروط. يتم حساب الأس الهيدروجيني القياسي ودرجة الحرارة وظروف الضغط عمومًا عند درجة الحموضة 7.0 في الأنظمة البيولوجية و 25 درجة مئوية و 100 كيلوباسكال (ضغط 1 ضغط جوي) ، على التوالي. من المهم ملاحظة أن الظروف الخلوية تختلف اختلافًا كبيرًا عن هذه الشروط القياسية ، وبالتالي فإن قيم ∆G المحسوبة القياسية للتفاعلات البيولوجية ستكون مختلفة داخل الخلية.


طاقة التفعيل

هناك مفهوم آخر مهم يجب مراعاته فيما يتعلق بردود الفعل المبطنة للطاقة. حتى التفاعلات المفرطة الطاقة تتطلب قدرًا صغيرًا من مدخلات الطاقة للشروع في العمل قبل أن يتمكنوا من المضي قدمًا في خطوات إطلاق الطاقة الخاصة بهم. هذه التفاعلات لها إطلاق صافٍ للطاقة ، لكنها لا تزال تتطلب بعض الطاقة في البداية. هذه الكمية الصغيرة من مدخلات الطاقة اللازمة لحدوث جميع التفاعلات الكيميائية تسمى طاقة التنشيط (أو الطاقة الحرة للتنشيط) ويختصر Eأ ([الشكل 5]).

لماذا يتطلب تفاعل ∆G السلبي المطلق للطاقة في الواقع بعض الطاقة للمضي قدمًا؟ يكمن السبب في الخطوات التي تحدث أثناء تفاعل كيميائي. أثناء التفاعلات الكيميائية ، تنكسر بعض الروابط الكيميائية وتتشكل روابط جديدة. على سبيل المثال ، عندما يتم تكسير جزيء الجلوكوز ، تنكسر الروابط بين ذرات الكربون في الجزيء. نظرًا لأن هذه روابط لتخزين الطاقة ، فإنها تطلق الطاقة عند كسرها. ومع ذلك ، لإدخالها في حالة تسمح بانكسار الروابط ، يجب أن يكون الجزيء ملتويًا إلى حد ما. مطلوب إدخال طاقة صغير لتحقيق هذه الحالة الملتوية. هذه الحالة الملتوية تسمى حالة الانتقال ، وهي حالة عالية الطاقة وغير مستقرة. لهذا السبب ، لا تدوم الجزيئات المتفاعلة وقتًا طويلاً في حالتها الانتقالية ، ولكنها تنتقل بسرعة كبيرة إلى الخطوات التالية للتفاعل الكيميائي. توضح مخططات الطاقة المجانية ملفات تعريف الطاقة لتفاعل معين. يحدد ما إذا كان التفاعل طاردًا للطاقة أو ماصًا للطاقة ما إذا كانت المنتجات في الرسم البياني ستكون موجودة في حالة طاقة أقل أو أعلى من كل من المواد المتفاعلة والنواتج. ومع ذلك ، وبغض النظر عن هذا الإجراء ، فإن الحالة الانتقالية للتفاعل توجد في حالة طاقة أعلى من المواد المتفاعلة ، وبالتالي ، فإن Eأ هو دائما ايجابي.

شاهد رسمًا متحركًا للانتقال من الطاقة المجانية إلى حالة الانتقال في هذا الموقع.

من أين تأتي طاقة التنشيط التي تتطلبها المواد الكيميائية المتفاعلة؟ عادةً ما يكون مصدر طاقة التنشيط اللازمة لدفع التفاعلات إلى الأمام هو الطاقة الحرارية من البيئة المحيطة. تعمل الطاقة الحرارية (طاقة الرابطة الكلية للمواد المتفاعلة أو المنتجات في تفاعل كيميائي) على تسريع حركة الجزيئات ، وزيادة التردد والقوة التي تصطدم بها ، كما أنها تحرك الذرات والروابط داخل الجزيء قليلاً ، مما يساعدها على الوصول إلى حالتها الانتقالية. لهذا السبب ، فإن تسخين النظام سيؤدي إلى تفاعل المواد الكيميائية داخل هذا النظام بشكل متكرر. زيادة الضغط على النظام له نفس التأثير. بمجرد أن تمتص المواد المتفاعلة طاقة حرارية كافية من محيطها للوصول إلى حالة الانتقال ، سيستمر التفاعل.

تحدد طاقة التنشيط لتفاعل معين المعدل الذي سيستمر به. كلما زادت طاقة التنشيط ، كان التفاعل الكيميائي أبطأ. يوضح مثال صدأ الحديد تفاعلًا بطيئًا بطبيعته. يحدث هذا التفاعل ببطء بمرور الوقت بسبب ارتفاع مستوى Eأ. بالإضافة إلى ذلك ، فإن حرق العديد من أنواع الوقود ، وهو شديد الطاقة ، سيحدث بمعدل ضئيل ما لم يتم التغلب على طاقة التنشيط الخاصة بها بالحرارة الكافية من الشرارة. بمجرد أن تبدأ في الاحتراق ، تطلق التفاعلات الكيميائية حرارة كافية لمواصلة عملية الاحتراق ، مما يوفر طاقة التنشيط لجزيئات الوقود المحيطة. مثل هذه التفاعلات خارج الخلايا ، تكون طاقة التنشيط لمعظم التفاعلات الخلوية عالية جدًا بحيث لا يمكن للطاقة الحرارية التغلب عليها بمعدلات فعالة. بعبارة أخرى ، من أجل حدوث تفاعلات خلوية مهمة بمعدلات ملحوظة (عدد التفاعلات لكل وحدة زمنية) ، يجب خفض طاقات التنشيط ([الشكل 5]) ويشار إلى هذا باسم التحفيز. هذا شيء جيد للغاية فيما يتعلق بالخلايا الحية.تخزن الجزيئات الكبيرة المهمة ، مثل البروتينات ، والحمض النووي الريبي ، والحمض النووي الريبي طاقة كبيرة ، ويكون تحللها مفرط الطاقة. إذا وفرت درجات الحرارة الخلوية وحدها طاقة حرارية كافية لهذه التفاعلات الطاقية للتغلب على حواجز التنشيط ، فإن المكونات الأساسية للخلية سوف تتفكك.

تمارين

الشكل 5: طاقة التنشيط هي الطاقة المطلوبة لاستمرار التفاعل ، وتكون أقل إذا تم تحفيز التفاعل. يصف المحور الأفقي لهذا الرسم البياني تسلسل الأحداث في الوقت المناسب.

إذا لم تكن هناك حاجة إلى طاقة تنشيط لتفكيك السكروز (سكر المائدة) ، فهل ستتمكن من تخزينه في وعاء السكر؟


طاقة التفعيل

سيراجع محررونا ما قدمته ويحددون ما إذا كان ينبغي مراجعة المقالة أم لا.

طاقة التفعيل، في الكيمياء ، الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة لتنشيط الذرات أو الجزيئات إلى حالة يمكن أن تخضع فيها للتحول الكيميائي أو النقل الفيزيائي. في نظرية الحالة الانتقالية ، تكون طاقة التنشيط هي الاختلاف في محتوى الطاقة بين الذرات أو الجزيئات في تكوين الحالة المنشطة أو الانتقالية والذرات والجزيئات المقابلة في تكوينها الأولي. عادة ما يتم تمثيل طاقة التنشيط بالرمز هأ في التعبيرات الرياضية لكميات مثل ثابت معدل التفاعل ، ك = أإكسب (-هأ/RT) ومعامل الانتشار ، د = داإكسب (-هأ/RT).

يتم تحديد طاقات التنشيط من ثوابت المعدل التجريبية أو معاملات الانتشار التي يتم قياسها عند درجات حرارة مختلفة.

محررو Encyclopaedia Britannica تمت مراجعة هذه المقالة وتحديثها مؤخرًا بواسطة Erik Gregersen ، محرر أول.


معادلة طاقة التنشيط

عندما بدأ أرينيوس بدراسة المفاهيم التي ستقوده لاكتشاف طاقة التنشيط ، كان يستخدم عمل الكيميائي المسمى جاكوبوس هنريكوس فانليت هوف كنقطة بداية. قام Van't Hoff بإنشاء معادلة (the معادلة فان ليس هوف) التي تم استخدامها لتحديد اعتماد درجة حرارة ثوابت التوازن. أدرك فان ليس هوف أن معادلته قد تكون دليلاً على وجود صيغة يمكن أن تظهر معدلات التفاعلات.

عمل أرينيوس على إنشاء معادلة توضح كيفية تفاعل هذه المعدلات. وبذلك ، ابتكر معادلة أرهينيوس واكتشف طاقة التنشيط. يوجد أدناه معادلة أرهينيوس ومعنى كل رمز في المعادلة.

K = Ae -Ea / RT

  • K يساوي معدل ثابت.
  • A هو عامل التردد (يسمى أحيانًا عامل Arrhenius أو عامل ما قبل الأسي). يوضح تفاصيل معدل الاصطدامات ونسبة الاصطدامات مع الاتجاه الصحيح (zp).
  • -Ea يساوي طاقة التنشيط. يقاس بـ J / mol (جول لكل مول)
  • R يساوي ثابت الطاقة. وهي تعادل 8.3145 جول / مول (ك) [جول لكل مول مضروبًا في كلفن]
  • T يساوي درجة الحرارة المطلقة في كلفن.

يعد كل جزء من هذه الصيغة أمرًا حيويًا لفهم كيفية حدوث التفاعلات الكيميائية. اكتشف أرينيوس ذلك الزهره (مما يساعد على تحديد الاصطدامات الكلية عند محاذاة اتجاه الجزيئات المتفاعلة بشكل صحيح) ، عند رفعها بواسطة طاقة التنشيط مقسومة على ثابت الطاقة مضروبة في درجة الحرارة المطلقة ستؤدي إلى معدل ثابت للتفاعل الكيميائي.

هناك نوعان من الوجبات السريعة الرئيسية التي يمكن جمعها من هذه المعادلة. الأول هو أنه نظرًا لأن ثابت المعدل يعتمد على درجة الحرارة ، فإن زيادة درجة الحرارة ستزيد من ثابت المعدل. والثاني هو أنه نظرًا لأن ثابت المعدل يعتمد أيضًا على طاقة التنشيط ، فإن معالجة هذا الرقم سيكون له أيضًا تأثير كبير على ثابت المعدل. ومع ذلك ، نظرًا لأن طاقة التنشيط لها قيمة سالبة ، فمن الضروري تقليل طاقة التنشيط من أجل زيادة معدل ثابت.

على الرغم من أنه قد يبدو من غير المنطقي تقليل طاقة التنشيط ، إلا أنه إذا كنت ترغب في رفع ثابت المعدل ، فهو فعال للغاية. كلما زادت طاقة التنشيط المطلوبة للوصول إلى حالة الانتقال ، كلما استغرق الأمر وقتًا أطول لإنشاء تفاعل كيميائي. نظرًا لأن وقت رد الفعل أطول ، يكون ثابت المعدل أقل. لذلك ، كلما انخفضت طاقة التنشيط للوصول إلى حالة الانتقال ، زاد معدل ثابت. الطريقة الأكثر فعالية لتقليل طاقة التنشيط في التفاعل هي إضافة محفز إلى المواد المتفاعلة. يساعد هذا في تسريع وقت رد الفعل من خلال إنشاء "اختصار" من أنواع المواد المتفاعلة.


28 الطاقة الكامنة والحركية والحرة والتفعيل

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • تعريف "الطاقة"
  • اشرح الفرق بين الطاقة الحركية والطاقة الكامنة
  • ناقش مفاهيم الطاقة المجانية وطاقة التنشيط
  • وصف التفاعلات المفعمة بالطاقة والحيوية

نحن نعرّف الطاقة بأنها القدرة على القيام بالعمل. كما تعلمت ، توجد الطاقة بأشكال مختلفة. على سبيل المثال ، تعد الطاقة الكهربائية والطاقة الضوئية والطاقة الحرارية أنواعًا مختلفة من الطاقة. في حين أن هذه كلها أنواع طاقة مألوفة يمكن للمرء أن يراها أو يشعر بها ، إلا أن هناك نوعًا آخر من الطاقة أقل وضوحًا. يربط العلماء هذه الطاقة بشيء بسيط مثل كائن فوق الأرض. من أجل تقدير الطريقة التي تتدفق بها الطاقة داخل وخارج الأنظمة البيولوجية ، من المهم أن نفهم المزيد عن أنواع الطاقة المختلفة الموجودة في العالم المادي.

أنواع الطاقة

عندما يتحرك جسم ما ، توجد طاقة. على سبيل المثال ، تنتج طائرة أثناء الطيران طاقة كبيرة. هذا لأن الأجسام المتحركة قادرة على إحداث تغيير أو القيام بعمل. فكر في كرة محطمة. حتى كرة التدمير البطيئة يمكن أن تلحق أضرارًا كبيرة بالأجسام الأخرى. ومع ذلك ، فإن كرة التدمير غير المتحركة غير قادرة على أداء العمل. الطاقة مع الأجسام المتحركة هي طاقة حركية. رصاصة مسرعة ، شخص يمشي ، حركة جزيئية سريعة في الهواء (التي تنتج الحرارة) ، والإشعاع الكهرومغناطيسي مثل الضوء كلها لها طاقة حركية.

ماذا لو رفعنا نفس كرة التحطيم الثابتة ذات طابقين فوق سيارة مزودة برافعة؟ إذا كانت كرة التحطيم المعلقة غير متحركة ، فهل يمكننا ربط الطاقة بها؟ الجواب نعم. ترتبط كرة التحطيم المعلقة بالطاقة التي تختلف اختلافًا جوهريًا عن الطاقة الحركية للأجسام المتحركة. ينتج شكل الطاقة هذا من القدره من أجل كرة التدمير للقيام بعمل. إذا أطلقنا الكرة ، فستعمل. لأن هذا النوع من الطاقة يشير إلى إمكانية القيام بعمل ، فإننا نطلق عليه اسم الطاقة الكامنة. تنقل الأجسام طاقتها بين الحركية والجهد بالطريقة التالية: عندما تتدلى الكرة المحطمة بلا حراك ، فإنها تمتلك صفرًا من الطاقة الحركية و 100 في المائة من الطاقة الكامنة. بمجرد إطلاقها ، تبدأ طاقتها الحركية في الزيادة لأنها تبني السرعة بسبب الجاذبية. في نفس الوقت ، عندما يقترب من الأرض ، فإنه يفقد الطاقة الكامنة. في مكان ما في منتصف الخريف ، تمتلك 50 بالمائة من الطاقة الحركية و 50 بالمائة من الطاقة الكامنة. قبل أن تصطدم الكرة بالأرض مباشرةً ، فقدت الكرة تقريبًا طاقتها الكامنة ولديها طاقة حركية شبه قصوى. تشمل الأمثلة الأخرى للطاقة الكامنة الماء وطاقة # 8217 الموجودة خلف السد ((الشكل)) ، أو شخص على وشك القفز بالمظلة من طائرة.

نحن نربط الطاقة الكامنة فقط بموقع المسألة & # 8217s (مثل طفل يجلس على فرع شجرة) ، ولكن أيضًا مع بنية المادة & # 8217s. يحتوي الزنبرك الموجود على الأرض على طاقة كامنة إذا تم ضغطه وكذلك الشريط المطاطي المسحوب بإحكام. يعتمد وجود الخلايا الحية بشكل كبير على الطاقة الكامنة الهيكلية. على المستوى الكيميائي ، تمتلك الروابط التي تربط الجزيئات & # 8217 الذرات معًا طاقة وضع. تذكر أن المسارات الخلوية الابتنائية تتطلب طاقة لتصنيع الجزيئات المعقدة من الجزيئات الأبسط ، والمسارات التقويضية تطلق الطاقة عندما تتحلل الجزيئات المعقدة. أن بعض الروابط الكيميائية وانهيار # 8217 يمكن أن يطلق طاقة يعني أن هذه الروابط لديها طاقة كامنة. في الواقع ، هناك طاقة كامنة مخزنة داخل روابط جميع جزيئات الطعام التي نأكلها ، والتي نستخدمها في النهاية. هذا لأن هذه الروابط يمكن أن تطلق الطاقة عند كسرها. يطلق العلماء على نوع الطاقة الكامنة الموجود داخل الروابط الكيميائية التي تنطلق عندما تكسر هذه الروابط الطاقة الكيميائية ((الشكل)). الطاقة الكيميائية هي المسؤولة عن تزويد الخلايا الحية بالطاقة من الغذاء. يؤدي كسر الروابط الجزيئية داخل جزيئات الوقود إلى إطلاق الطاقة & # 8217s.

قم بزيارة هذا الموقع وحدد "بندول بسيط" في القائمة (ضمن "Harmonic Motion") لمشاهدة الحركة المتغيرة (K) والطاقة الكامنة (U) للبندول أثناء الحركة.

طاقة حرة

بعد معرفة أن التفاعلات الكيميائية تطلق الطاقة عندما تنكسر روابط تخزين الطاقة ، فإن السؤال التالي المهم هو كيف نحدد التفاعلات الكيميائية ونعبر عنها مع الطاقة المصاحبة لها؟ كيف يمكننا مقارنة الطاقة المنبعثة من تفاعل ما بتفاعل آخر؟ نحن نستخدم مقياسًا للطاقة المجانية لتقدير عمليات نقل الطاقة هذه. يسمي العلماء هذه الطاقة المجانية بالطاقة الحرة Gibbs (اختصارًا بالحرف G) بعد يوشيا ويلارد جيبس ​​، العالم الذي طور القياس. تذكر أنه وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، تتضمن جميع عمليات نقل الطاقة فقدان بعض الطاقة في شكل غير قابل للاستخدام مثل الحرارة ، مما يؤدي إلى الانتروبيا. تشير الطاقة الحرة Gibbs على وجه التحديد إلى الطاقة التي تحدث مع تفاعل كيميائي متاح بعد أن نفكر في الانتروبيا. بمعنى آخر ، طاقة جيبس ​​الحرة هي طاقة قابلة للاستخدام ، أو طاقة متاحة للقيام بالعمل.

كل تفاعل كيميائي ينطوي على تغيير في الطاقة الحرة ، يسمى دلتا G (∆G). يمكننا حساب التغير في الطاقة الحرة لأي نظام يخضع لمثل هذا التغيير ، مثل تفاعل كيميائي. لحساب ∆G ، اطرح كمية الطاقة المفقودة في الانتروبيا (المشار إليها بـ ∆S) من تغير الطاقة الكلي للنظام & # 8217s. يسمي العلماء هذا التغيير الكلي للطاقة في المحتوى الحراري للنظام ونشير إليه على أنه ∆H. صيغة حساب ∆G هي كما يلي ، حيث يشير الرمز T إلى درجة الحرارة المطلقة بالكلفن (درجات مئوية + 273):

نعبر عن تفاعل كيميائي & # 8217 s تغيرًا قياسيًا في الطاقة الحرة كمقدار من الطاقة لكل مول من منتج التفاعل (إما بالكيلو جول أو كيلو كالوري ، كيلو جول / مول أو كيلو كالوري / مول 1 كيلو جول = 0.239 كيلو كالوري) تحت درجة الحموضة القياسية ودرجة الحرارة والضغط شروط. نحسب عمومًا ظروف الأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة والضغط القياسية عند درجة الحموضة 7.0 في الأنظمة البيولوجية و 25 درجة مئوية و 100 كيلو باسكال (ضغط 1 ضغط جوي) ، على التوالي. لاحظ أن الظروف الخلوية تختلف اختلافًا كبيرًا عن هذه الشروط القياسية ، وبالتالي فإن قيم ∆G المحسوبة القياسية للتفاعلات البيولوجية ستكون مختلفة داخل الخلية.

ردود الفعل Endergonic وردود الفعل Exergonic

إذا تم إطلاق الطاقة أثناء تفاعل كيميائي ، فإن القيمة الناتجة من المعادلة أعلاه ستكون رقمًا سالبًا. بمعنى آخر ، التفاعلات التي تطلق الطاقة لها ∆G & lt 0. وتعني ∆G سالبة أيضًا أن منتجات التفاعل & # 8217s لها طاقة حرة أقل من المواد المتفاعلة ، لأنها تطلق بعض الطاقة الحرة أثناء التفاعل. يطلق العلماء على التفاعلات التي تحتوي على ∆G سلبي وبالتالي تطلق تفاعلات طاردة للطاقة. يفكر: السابقergonic تعني الطاقة السابقiting النظام. نشير أيضًا إلى هذه التفاعلات على أنها تفاعلات عفوية ، لأنها يمكن أن تحدث دون إضافة طاقة إلى النظام. إن فهم التفاعلات الكيميائية العفوية وإطلاق الطاقة الحرة أمر مفيد للغاية لعلماء الأحياء ، لأنه يمكن تسخير هذه التفاعلات لأداء العمل داخل الخلية. يجب أن نفرق بشكل مهم بين مصطلح العفوية وفكرة التفاعل الكيميائي الذي يحدث على الفور. على عكس الاستخدام اليومي للمصطلح ، فإن التفاعل التلقائي ليس رد فعل يحدث فجأة أو بسرعة. صدأ الحديد هو مثال على التفاعل التلقائي الذي يحدث ببطء ، شيئًا فشيئًا ، بمرور الوقت.

إذا كان التفاعل الكيميائي يتطلب مدخلات طاقة بدلاً من إطلاق طاقة ، فإن ∆G لهذا التفاعل سيكون قيمة موجبة. في هذه الحالة ، المنتجات لديها طاقة حرة أكثر من المواد المتفاعلة. وبالتالي ، يمكننا التفكير في التفاعلات & # 8217 المنتجات على أنها جزيئات لتخزين الطاقة. نسمي هذه التفاعلات الكيميائية تفاعلات endergonic وهي غير عفوية. لن يحدث تفاعل مائي من تلقاء نفسه دون إضافة طاقة مجانية.

دعونا نعيد النظر في مثال تركيب وتفكك جزيء الطعام ، الجلوكوز. تذكر أن بناء الجزيئات المعقدة ، مثل السكريات ، من الجزيئات الأبسط هي عملية بنائية وتتطلب طاقة. لذلك ، فإن التفاعلات الكيميائية التي تدخل في عمليات الابتنائية هي تفاعلات مفعمة بالحيوية. بدلا من ذلك ، فإن عملية تقويضية لتحطيم السكر إلى جزيئات أبسط تطلق الطاقة في سلسلة من التفاعلات الطاردة للطاقة. مثل مثال الصدأ أعلاه ، فإن تحلل السكر يتضمن تفاعلات عفوية ، لكن هذه التفاعلات لا تحدث على الفور. يوضح (الشكل) بعض الأمثلة الأخرى للتفاعلات المندفعة للطاقة. ستوفر الأقسام اللاحقة مزيدًا من المعلومات حول ما هو مطلوب أيضًا لجعل ردود الفعل العفوية تحدث بشكل أكثر كفاءة.

انظر إلى كل عملية من العمليات ، وقرر ما إذا كانت مفعمة بالطاقة أو مفرطة الطاقة. في كل حالة ، هل المحتوى الحراري يزيد أم ينقص ، وهل الأنتروبيا تزيد أم تنقص؟

مفهوم مهم في دراسة التمثيل الغذائي والطاقة هو التوازن الكيميائي. معظم التفاعلات الكيميائية قابلة للعكس. يمكنهم المضي قدمًا في كلا الاتجاهين ، وإطلاق الطاقة في بيئتهم في اتجاه واحد ، وامتصاصها من البيئة في الاتجاه الآخر ((الشكل)). وينطبق الشيء نفسه على التفاعلات الكيميائية التي تدخل في عملية التمثيل الغذائي للخلية ، مثل تكسير البروتينات وتكوينها من وإلى الأحماض الأمينية الفردية ، على التوالي. ستخضع المفاعلات داخل نظام مغلق لتفاعلات كيميائية في كلا الاتجاهين حتى تصل إلى حالة توازن ، وهي واحدة من أقل طاقة حرة ممكنة وحالة من الانتروبيا القصوى. لدفع المواد المتفاعلة والمنتجات بعيدًا عن حالة التوازن يتطلب طاقة. يجب إضافة المواد المتفاعلة أو المنتجات أو إزالتها أو تغييرها. إذا كانت الخلية عبارة عن نظام مغلق ، فإن تفاعلاتها الكيميائية ستصل إلى التوازن ، وتموت بسبب عدم وجود طاقة حرة كافية لأداء العمل الضروري للحفاظ على الحياة. في الخلية الحية ، تتجه التفاعلات الكيميائية باستمرار نحو التوازن ، لكنها لا تصل إليه أبدًا. هذا لأن الخلية الحية هي نظام مفتوح. تدخل المواد وتخرج ، تعيد الخلية تدوير نواتج تفاعلات كيميائية معينة إلى تفاعلات أخرى ، ولا يوجد أبدًا توازن كيميائي. وبهذه الطريقة ، تكون الكائنات الحية في معركة شاقة تتطلب طاقة مستمرة ضد التوازن والانتروبيا. يأتي مصدر الطاقة الثابت هذا في النهاية من ضوء الشمس ، الذي ينتج مواد مغذية في عملية التمثيل الضوئي.

طاقة التفعيل

هناك مفهوم مهم آخر يجب أن نضعه في الاعتبار فيما يتعلق بردود الفعل المبطنة للطاقة. حتى التفاعلات المفرطة الطاقة تتطلب قدرًا صغيرًا من مدخلات الطاقة قبل أن تتمكن من المضي قدمًا في خطوات إطلاق الطاقة. هذه التفاعلات لها إطلاق صافٍ للطاقة ، لكنها لا تزال تتطلب بعض الطاقة الأولية. يطلق العلماء على هذه الكمية الصغيرة من مدخلات الطاقة اللازمة لجميع التفاعلات الكيميائية لتحدث طاقة التنشيط (أو الطاقة الحرة للتنشيط) والمختصرة كـ Eأ ((شكل)).

لماذا يتطلب تفاعل ∆G السلبي المطلق للطاقة في الواقع بعض الطاقة للمضي قدمًا؟ يكمن السبب في الخطوات التي تحدث أثناء تفاعل كيميائي. أثناء التفاعلات الكيميائية ، تنكسر بعض الروابط الكيميائية وتتشكل روابط جديدة. على سبيل المثال ، عندما يتحلل جزيء الجلوكوز ، تنكسر الروابط بين الجزيء & # 8217 s ذرات الكربون. نظرًا لأن هذه روابط لتخزين الطاقة ، فإنها تطلق الطاقة عند كسرها. ومع ذلك ، لإدخالها في حالة تسمح بانكسار الروابط ، يجب أن يكون الجزيء ملتويًا إلى حد ما. مطلوب إدخال طاقة صغير لتحقيق هذه الحالة الملتوية. هذه الحالة الملتوية هي الحالة الانتقالية ، وهي حالة عالية الطاقة وغير مستقرة. لهذا السبب ، لا تدوم الجزيئات المتفاعلة وقتًا طويلاً في حالتها الانتقالية ، ولكنها تنتقل بسرعة كبيرة إلى التفاعل الكيميائي & # 8217s الخطوات التالية. توضح مخططات الطاقة المجانية ملفات تعريف الطاقة لتفاعل معين. يحدد ما إذا كان التفاعل طاردًا للطاقة أو ماصًا للطاقة ما إذا كانت المنتجات في الرسم البياني ستكون موجودة في حالة طاقة أقل أو أعلى من كل من المواد المتفاعلة والنواتج. ومع ذلك ، وبغض النظر عن هذا الإجراء ، فإن الحالة الانتقالية للتفاعل توجد في حالة طاقة أعلى من المواد المتفاعلة ، وبالتالي ، فإن Eأ هو دائما ايجابي.

شاهد رسمًا متحركًا للانتقال من الطاقة المجانية إلى حالة الانتقال في هذا الموقع.

من أين تأتي طاقة التنشيط التي تتطلبها المواد الكيميائية المتفاعلة؟ عادةً ما تكون طاقة التنشيط & # 8217s المطلوبة لدفع التفاعلات إلى الأمام هي الطاقة الحرارية من البيئة المحيطة. تعمل الطاقة الحرارية (طاقة الرابطة الكلية للمواد المتفاعلة أو المنتجات في تفاعل كيميائي) على تسريع حركة الجزيء ، مما يزيد من التردد والقوة التي تصطدم بها. كما أنه يحرك الذرات والروابط داخل الجزيء قليلاً ، مما يساعدهم على الوصول إلى حالة الانتقال الخاصة بهم. لهذا السبب ، فإن تسخين النظام سيؤدي إلى تفاعل المواد الكيميائية داخل هذا النظام بشكل متكرر. زيادة الضغط على النظام له نفس التأثير. بمجرد أن تمتص المواد المتفاعلة طاقة حرارية كافية من محيطها للوصول إلى حالة الانتقال ، سيستمر التفاعل.

تحدد طاقة التنشيط لتفاعل معين المعدل الذي سيستمر به. كلما زادت طاقة التنشيط ، كان التفاعل الكيميائي أبطأ. يوضح مثال صدأ الحديد تفاعلًا بطيئًا بطبيعته. يحدث هذا التفاعل ببطء بمرور الوقت بسبب ارتفاع مستوى Eأ. بالإضافة إلى ذلك ، فإن حرق العديد من أنواع الوقود ، وهو وقود قوي للغاية ، سيحدث بمعدل ضئيل ما لم تتغلب الحرارة الكافية من شرارة على طاقة التنشيط. ومع ذلك ، بمجرد أن تبدأ في الاحتراق ، تطلق التفاعلات الكيميائية حرارة كافية لمواصلة عملية الاحتراق ، مما يوفر طاقة التنشيط لجزيئات الوقود المحيطة. مثل هذه التفاعلات خارج الخلايا ، تكون طاقة التنشيط لمعظم التفاعلات الخلوية عالية جدًا بحيث لا يمكن للطاقة الحرارية التغلب عليها بمعدلات فعالة. بمعنى آخر ، من أجل حدوث تفاعلات خلوية مهمة بمعدلات ملحوظة (عدد التفاعلات لكل وحدة زمنية) ، يجب خفض طاقات التنشيط ((الشكل)). يشير العلماء إلى هذا على أنه محفز. هذا شيء جيد للغاية فيما يتعلق بالخلايا الحية. تخزن الجزيئات الكبيرة المهمة ، مثل البروتينات ، والحمض النووي الريبي ، والحمض النووي الريبي طاقة كبيرة ، ويكون تحللها مفرط الطاقة. إذا وفرت درجات الحرارة الخلوية وحدها طاقة حرارية كافية لهذه التفاعلات الطاقية للتغلب على حواجز التنشيط ، فإن المكونات الأساسية للخلية ستتفكك.

إذا لم تكن هناك حاجة إلى طاقة تنشيط لتفكيك السكروز (سكر المائدة) ، فهل ستتمكن من تخزينه في وعاء السكر؟

ملخص القسم

تأتي الطاقة بأشكال مختلفة. تقوم الأجسام المتحركة بعمل بدني ، والطاقة الحركية هي طاقة الأجسام المتحركة. قد يكون للأشياء غير المتحركة القدرة على القيام بعمل ، وبالتالي لديها طاقة كامنة.تمتلك الجزيئات أيضًا طاقة كامنة لأن كسر الروابط الجزيئية لديه القدرة على إطلاق الطاقة. تعتمد الخلايا الحية على حصد الطاقة الكامنة من الروابط الجزيئية لأداء العمل. الطاقة الحرة هي مقياس للطاقة المتوفرة للقيام بالعمل. يتغير نظام & # 8217s في الطاقة الحرة أثناء عمليات نقل الطاقة مثل التفاعلات الكيميائية ، ويشير العلماء إلى هذا التغيير باسم ∆G.

يمكن أن يكون التفاعل & # 8217s ∆G سالبًا أو إيجابيًا ، مما يعني أن التفاعل يطلق طاقة أو يستهلك طاقة ، على التوالي. التفاعل مع ∆G سالب الذي يعطي طاقة هو تفاعل طارد للطاقة. واحد مع موجب ∆G الذي يتطلب مدخلات الطاقة هو تفاعل مائي. تفاعلات الطاقة المفرطة عفوية لأن منتجاتها تحتوي على طاقة أقل من المواد المتفاعلة الخاصة بها. تتمتع تفاعلات Endergonic & # 8217 بحالة طاقة أعلى من المواد المتفاعلة ، وبالتالي فهذه تفاعلات غير تلقائية. ومع ذلك ، فإن جميع التفاعلات (بما في ذلك التفاعلات العفوية- G) تتطلب مدخلات طاقة أولية من أجل الوصول إلى حالة الانتقال ، والتي ستستمر عندها. هذا المدخل الأولي للطاقة هو طاقة التنشيط.

أسئلة الاتصال المرئي

(الشكل) انظر إلى كل عملية من العمليات ، وقرر ما إذا كانت مفعمة بالطاقة أو مفرطة الطاقة. في كل حالة ، هل المحتوى الحراري يزيد أم ينقص ، وهل الأنتروبيا تزيد أم تنقص؟

(الشكل) تحلل كومة السماد هو عملية زيادة الطاقة الحرارية (يتم إطلاق الطاقة) وتزيد الإنتروبيا (يتم تقسيم الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر). الطفل الذي ينمو من البويضة المخصبة هو عملية مبطنة للطاقة تقل (يتم امتصاص الطاقة) وتقل الانتروبيا. فن الرمل الذي يتم تدميره هو عملية مفرطة الطاقة لا يوجد أي تغيير في المحتوى الحراري ، ولكن الإنتروبيا تزداد. الكرة التي تتدحرج إلى المنحدرات هي عملية إنثالبية مطلقة الطاقة تنخفض (يتم إطلاق الطاقة) ، لكن لا يوجد تغيير في الإنتروبيا.

(الشكل) إذا لم تكن هناك حاجة إلى طاقة تنشيط لتفكيك السكروز (سكر المائدة) ، فهل ستتمكن من تخزينه في وعاء السكر؟

(الشكل) لا. يمكننا تخزين الطاقة الكيميائية بسبب الحاجة إلى التغلب على حاجز انهيارها.

راجع الأسئلة

ضع في اعتبارك تأرجح البندول. أي نوع (أنواع) من الطاقة يرتبط / يرتبط بالبندول في الحالات التالية: i. اللحظة التي يكمل فيها دورة واحدة ، قبل أن يبدأ في التراجع نحو الطرف الآخر ، ii. اللحظة التي تكون في المنتصف بين الطرفين ، والثالث. قبل أن يصل إلى نهاية دورة واحدة (قبل اللحظة الأولى مباشرة).

  1. أنا. المحتملة والحركية ، ثانيا. المحتملة والحركية ، ثالثا. حركية
  2. أنا. المحتملة ، ثانيا. المحتملة والحركية ، ثالثا. المحتملة والحركية
  3. أنا. المحتملة ، ثانيا. الحركية ، ثالثا. المحتملة والحركية
  4. أنا. المحتملة والحركية ، ثانيا. الحركية ثالثا. حركية

أي من المقارنات أو التناقضات التالية بين تفاعلات الطاقة المفرطة وتفاعلات الطاقة غير صحيحة؟

  1. ردود الفعل Endergonic لها موجب ∆G وتفاعلات مفرطة الطاقة لها ∆G سلبي.
  2. تستهلك تفاعلات Endergonic الطاقة وتطلق التفاعلات المطلقة للطاقة الطاقة.
  3. تتطلب كل من التفاعلات الباطنية والطاردة قدرًا صغيرًا من الطاقة للتغلب على حاجز التنشيط.
  4. تحدث تفاعلات Endergonic ببطء وتحدث ردود الفعل المفرطة بسرعة.

أي مما يلي هو أفضل طريقة للحكم على طاقات التنشيط النسبية بين تفاعلين كيميائيين معينين؟

  1. قارن قيم ∆G بين التفاعلين.
  2. قارن معدلات تفاعلهم.
  3. قارن بين ظروفهم البيئية المثالية.
  4. قارن العفوية بين التفاعلين.

أسئلة التفكير النقدي

اشرح بأسلوبك الخاص الفرق بين رد الفعل العفوي والآخر الذي يحدث على الفور ، وما الذي يسبب هذا الاختلاف.

التفاعل العفوي هو الذي يحتوي على ∆G سالب وبالتالي يطلق طاقة. ومع ذلك ، لا يلزم حدوث رد فعل عفوي بسرعة أو فجأة مثل رد فعل فوري. قد يحدث على مدى فترات طويلة بسبب طاقة التنشيط الكبيرة ، مما يمنع التفاعل من الحدوث بسرعة.

صِف موضع الحالة الانتقالية على مقياس طاقة عمودي ، من منخفض إلى مرتفع ، بالنسبة إلى موضع المواد المتفاعلة والمنتجات ، لكل من التفاعلات المفعمة بالطاقة والطاردة.

تكون حالة الانتقال دائمًا أعلى في الطاقة من المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل (لذلك ، أعلاه) ، بغض النظر عما إذا كان التفاعل مردودًا أو طاردًا للطاقة.

قائمة المصطلحات


الطاقة المحتملة والحركية والحرة وطاقة التنشيط

تعرف الطاقة بأنها القدرة على القيام بالعمل. كما تعلمت ، توجد الطاقة بأشكال مختلفة. على سبيل المثال ، تعد الطاقة الكهربائية والطاقة الضوئية والطاقة الحرارية أنواعًا مختلفة من الطاقة. في حين أن هذه كلها أنواع مألوفة من الطاقة يمكن للمرء أن يراها أو يشعر بها ، إلا أن هناك نوعًا آخر من الطاقة أقل واقعية بكثير. ترتبط هذه الطاقة بشيء بسيط مثل كائن مثبت فوق الأرض. من أجل تقدير الطريقة التي تتدفق بها الطاقة داخل وخارج الأنظمة البيولوجية ، من المهم أن نفهم المزيد عن الأنواع المختلفة للطاقة الموجودة في العالم المادي.

أنواع الطاقة

عندما يكون جسم ما في حالة حركة ، هناك طاقة مرتبطة بذلك الجسم. في مثال الطائرة أثناء الطيران ، هناك قدر كبير من الطاقة المرتبطة بحركة الطائرة. هذا لأن الأجسام المتحركة قادرة على إحداث تغيير أو القيام بعمل. فكر في كرة محطمة. حتى كرة التدمير البطيئة يمكن أن تلحق ضررًا كبيرًا بالأجسام الأخرى. ومع ذلك ، فإن كرة التدمير غير المتحركة غير قادرة على أداء العمل. تسمى الطاقة المرتبطة بالأجسام المتحركة الطاقة الحركية. الرصاصة المسرعة ، والشخص الذي يمشي ، والحركة السريعة للجزيئات في الهواء (التي تنتج الحرارة) ، والإشعاع الكهرومغناطيسي مثل الضوء كلها لها طاقة حركية.

الآن ماذا لو رفعت نفس كرة التحطيم الثابتة طابقين فوق سيارة مزودة برافعة؟ إذا كانت كرة التحطيم المعلقة ثابتة ، فهل هناك طاقة مرتبطة بها؟ الجواب نعم. تمتلك كرة التدمير المعلقة طاقة مرتبطة بها تختلف اختلافًا جوهريًا عن الطاقة الحركية للأجسام المتحركة. ينتج هذا النوع من الطاقة من حقيقة أن هناك القدره من أجل كرة التدمير للقيام بعمل. إذا تم إصداره ، فإنه سيعمل بالفعل. لأن هذا النوع من الطاقة يشير إلى إمكانية القيام بعمل ، يطلق عليه الطاقة الكامنة. تنقل الأجسام طاقتها بين الحركية والجهد بالطريقة التالية: عندما تتدلى الكرة المحطمة بلا حراك ، فإنها تمتلك صفرًا من الطاقة الحركية و 100 في المائة من الطاقة الكامنة. بمجرد إطلاقها ، تبدأ طاقتها الحركية في الزيادة لأنها تبني السرعة بسبب الجاذبية. في نفس الوقت ، عندما يقترب من الأرض ، فإنه يفقد الطاقة الكامنة. في مكان ما في منتصف الخريف ، تمتلك 50 بالمائة من الطاقة الحركية و 50 بالمائة من الطاقة الكامنة. قبل أن تصطدم الكرة بالأرض مباشرةً ، فقدت الكرة تقريبًا طاقتها الكامنة ولديها طاقة حركية شبه قصوى. تشمل الأمثلة الأخرى للطاقة الكامنة طاقة الماء الموجودة خلف السد ([رابط]) ، أو شخص على وشك القفز بالمظلة من طائرة.

لا ترتبط الطاقة الكامنة فقط بموقع المادة (مثل طفل يجلس على غصن شجرة) ، بل ترتبط أيضًا ببنية المادة. يحتوي الزنبرك الموجود على الأرض على طاقة كامنة إذا تم ضغطه وكذلك الشريط المطاطي المشدود. يعتمد وجود الخلايا الحية بشكل كبير على الطاقة الكامنة الهيكلية. على المستوى الكيميائي ، تمتلك الروابط التي تربط ذرات الجزيئات معًا طاقة وضع. تذكر أن المسارات الخلوية الابتنائية تتطلب طاقة لتصنيع الجزيئات المعقدة من الجزيئات الأبسط ، والمسارات التقويضية تطلق الطاقة عند تكسير الجزيئات المعقدة. حقيقة أن الطاقة يمكن إطلاقها من خلال انهيار روابط كيميائية معينة تعني أن هذه الروابط لديها طاقة كامنة. في الواقع ، هناك طاقة كامنة مخزنة داخل روابط جميع جزيئات الطعام التي نأكلها ، والتي يتم تسخيرها في النهاية للاستخدام. هذا لأن هذه الروابط يمكن أن تطلق الطاقة عند كسرها. يُطلق على نوع الطاقة الكامنة الموجودة داخل الروابط الكيميائية ، والتي يتم إطلاقها عندما تنكسر تلك الروابط الطاقة الكيميائية ([حلقة الوصل]). الطاقة الكيميائية هي المسؤولة عن تزويد الخلايا الحية بالطاقة من الغذاء. يتم إطلاق الطاقة عن طريق كسر الروابط الجزيئية داخل جزيئات الوقود.

قم بزيارة هذا الموقع وحدد "بندول بسيط" في القائمة (ضمن "Harmonic Motion") لمشاهدة الحركة المتغيرة (K) والطاقة الكامنة (U) للبندول أثناء الحركة.

طاقة حرة

بعد معرفة أن التفاعلات الكيميائية تطلق الطاقة عندما تنكسر روابط تخزين الطاقة ، فإن السؤال التالي المهم هو كيف يتم قياس الطاقة المرتبطة بالتفاعلات الكيميائية والتعبير عنها؟ كيف يمكن مقارنة الطاقة المنبعثة من تفاعل واحد بتفاعل آخر؟ قياس طاقة حرة يستخدم لتقدير عمليات نقل الطاقة هذه. تسمى الطاقة الحرة طاقة جيبس ​​الحرة (اختصارها بالحرف G) بعد يوشيا ويلارد جيبس ​​، العالم الذي طور القياس. تذكر أنه وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، تتضمن جميع عمليات نقل الطاقة فقدان قدر من الطاقة في شكل غير قابل للاستخدام مثل الحرارة ، مما يؤدي إلى الانتروبيا. تشير طاقة جيبس ​​الحرة على وجه التحديد إلى الطاقة المرتبطة بالتفاعل الكيميائي المتاح بعد حساب الانتروبيا. بمعنى آخر ، طاقة جيبس ​​الحرة هي طاقة قابلة للاستخدام ، أو طاقة متاحة للقيام بالعمل.

كل تفاعل كيميائي ينطوي على تغيير في الطاقة الحرة ، يسمى دلتا G (∆G). يمكن حساب التغيير في الطاقة الحرة لأي نظام يخضع لمثل هذا التغيير ، مثل تفاعل كيميائي. لحساب ∆G ، اطرح كمية الطاقة المفقودة في الانتروبيا (المشار إليها بـ ∆S) من إجمالي تغير الطاقة في النظام. يسمى هذا التغيير الكلي للطاقة في النظام الطاقة الداخلية الكامنة ويشار إليه على أنه ∆H. صيغة حساب ∆G هي كما يلي ، حيث يشير الرمز T إلى درجة الحرارة المطلقة بالكلفن (درجات مئوية + 273):

يتم التعبير عن التغيير القياسي في الطاقة الحرة لتفاعل كيميائي كمقدار من الطاقة لكل مول من منتج التفاعل (إما بالكيلو جول أو كيلو كالوري ، كيلو جول / مول أو كيلو كالوري / مول 1 كيلو جول = 0.239 كيلو كالوري) تحت درجة الحموضة القياسية ودرجة الحرارة والضغط شروط. يتم حساب الأس الهيدروجيني القياسي ودرجة الحرارة وظروف الضغط عمومًا عند درجة الحموضة 7.0 في الأنظمة البيولوجية و 25 درجة مئوية و 100 كيلوباسكال (ضغط 1 ضغط جوي) ، على التوالي. من المهم ملاحظة أن الظروف الخلوية تختلف اختلافًا كبيرًا عن هذه الشروط القياسية ، وبالتالي فإن قيم ∆G المحسوبة القياسية للتفاعلات البيولوجية ستكون مختلفة داخل الخلية.

ردود الفعل Endergonic وردود الفعل Exergonic

إذا تم إطلاق الطاقة أثناء تفاعل كيميائي ، فإن القيمة الناتجة من المعادلة أعلاه ستكون رقمًا سالبًا. بمعنى آخر ، التفاعلات التي تطلق الطاقة لها ∆G & lt 0. وتعني ∆G سالبة أيضًا أن منتجات التفاعل لها طاقة حرة أقل من المواد المتفاعلة ، لأنها تطلق بعض الطاقة الحرة أثناء التفاعل. تسمى التفاعلات التي تحتوي على ∆G سالب وبالتالي تطلق طاقة مجانية ردود فعل مفرطة. يفكر: السابقergonic تعني الطاقة السابقiting النظام. يشار إلى هذه التفاعلات أيضًا باسم ردود الفعل التلقائية ، لأنها يمكن أن تحدث دون إضافة طاقة إلى النظام. إن فهم التفاعلات الكيميائية العفوية وإطلاق الطاقة الحرة أمر مفيد للغاية لعلماء الأحياء ، لأنه يمكن تسخير هذه التفاعلات لأداء العمل داخل الخلية. يجب التمييز بين المصطلح تلقائي وفكرة التفاعل الكيميائي الذي يحدث على الفور. على عكس الاستخدام اليومي للمصطلح ، فإن التفاعل التلقائي ليس رد فعل يحدث فجأة أو بسرعة. صدأ الحديد هو مثال على التفاعل التلقائي الذي يحدث ببطء ، شيئًا فشيئًا ، بمرور الوقت.

إذا كان التفاعل الكيميائي يتطلب إدخالًا للطاقة بدلاً من إطلاق طاقة ، فإن ∆G لهذا التفاعل سيكون قيمة موجبة. في هذه الحالة ، المنتجات لديها طاقة حرة أكثر من المواد المتفاعلة. وبالتالي ، يمكن اعتبار منتجات هذه التفاعلات بمثابة جزيئات لتخزين الطاقة. تسمى هذه التفاعلات الكيميائية تفاعلات إندرجونيك، وهم غير عفويين. لن يحدث تفاعل مائي من تلقاء نفسه بدون إضافة طاقة حرة.

دعونا نعيد النظر في مثال تركيب وتفكك جزيء الطعام ، الجلوكوز. تذكر أن بناء الجزيئات المعقدة ، مثل السكريات ، من أبسط هو عملية بنائية وتتطلب طاقة. لذلك ، فإن التفاعلات الكيميائية التي تدخل في عمليات الابتنائية هي تفاعلات مفعمة بالحيوية. من ناحية أخرى ، فإن عملية تقويضية لتحطيم السكر إلى جزيئات أبسط تطلق الطاقة في سلسلة من التفاعلات الخارجية. مثل مثال الصدأ أعلاه ، فإن تكسير السكر يتضمن تفاعلات عفوية ، لكن هذه التفاعلات لا تحدث على الفور. يُظهر [رابط] بعض الأمثلة الأخرى للتفاعلات الباطنية والطاقة. ستوفر الأقسام اللاحقة مزيدًا من المعلومات حول ما هو مطلوب أيضًا لجعل ردود الفعل العفوية تحدث بشكل أكثر كفاءة.

انظر إلى كل من العمليات الموضحة ، وقرر ما إذا كانت مفعمة بالطاقة أو مفرطة الطاقة. في كل حالة ، هل المحتوى الحراري يزيد أم ينقص ، وهل الأنتروبيا تزيد أم تنقص؟

مفهوم مهم في دراسة التمثيل الغذائي والطاقة هو مفهوم التوازن الكيميائي. معظم التفاعلات الكيميائية قابلة للعكس. يمكنهم المضي قدمًا في كلا الاتجاهين ، وإطلاق الطاقة في بيئتهم في اتجاه واحد ، وامتصاصها من البيئة في الاتجاه الآخر ([الرابط]). وينطبق الشيء نفسه على التفاعلات الكيميائية التي تدخل في عملية التمثيل الغذائي للخلية ، مثل تكسير البروتينات وتكوينها من وإلى الأحماض الأمينية الفردية ، على التوالي. ستخضع المفاعلات داخل نظام مغلق لتفاعلات كيميائية في كلا الاتجاهين حتى يتم الوصول إلى حالة التوازن. حالة التوازن هذه هي واحدة من أقل طاقة حرة ممكنة وحالة من الانتروبيا القصوى. يجب وضع الطاقة في النظام لدفع المواد المتفاعلة والمنتجات بعيدًا عن حالة التوازن. يجب إضافة المواد المتفاعلة أو المنتجات أو إزالتها أو تغييرها. إذا كانت الخلية عبارة عن نظام مغلق ، فإن تفاعلاتها الكيميائية ستصل إلى التوازن ، وتموت لأنه لن يكون هناك طاقة حرة كافية لأداء العمل المطلوب للحفاظ على الحياة. في الخلية الحية ، تتجه التفاعلات الكيميائية باستمرار نحو التوازن ، لكنها لا تصل إليه أبدًا. هذا لأن الخلية الحية هي نظام مفتوح. تمر المواد للداخل والخارج ، وتقوم الخلية بإعادة تدوير منتجات تفاعلات كيميائية معينة إلى تفاعلات أخرى ، ولا يتم الوصول إلى التوازن الكيميائي أبدًا. وبهذه الطريقة ، تكون الكائنات الحية في معركة شاقة تتطلب طاقة مستمرة ضد التوازن والانتروبيا. يأتي هذا الإمداد المستمر بالطاقة في النهاية من ضوء الشمس ، والذي يستخدم لإنتاج العناصر الغذائية في عملية التمثيل الضوئي.

طاقة التفعيل

هناك مفهوم آخر مهم يجب مراعاته فيما يتعلق بردود الفعل المبطنة للطاقة. حتى التفاعلات المفرطة الطاقة تتطلب قدرًا صغيرًا من مدخلات الطاقة للشروع في العمل قبل أن يتمكنوا من المضي قدمًا في خطوات إطلاق الطاقة الخاصة بهم. هذه التفاعلات لها إطلاق صافٍ للطاقة ، لكنها لا تزال تتطلب بعض الطاقة في البداية. هذه الكمية الصغيرة من مدخلات الطاقة اللازمة لجميع التفاعلات الكيميائية لتحدث تسمى طاقة التفعيل (أو طاقة التنشيط المجانية) ويختصر Eأ ([حلقة الوصل]).

لماذا يتطلب تفاعل ∆G السلبي المطلق للطاقة في الواقع بعض الطاقة للمضي قدمًا؟ يكمن السبب في الخطوات التي تحدث أثناء تفاعل كيميائي. أثناء التفاعلات الكيميائية ، تنكسر بعض الروابط الكيميائية وتتشكل روابط جديدة. على سبيل المثال ، عندما يتم تكسير جزيء الجلوكوز ، تنكسر الروابط بين ذرات الكربون في الجزيء. نظرًا لأن هذه روابط لتخزين الطاقة ، فإنها تطلق الطاقة عند كسرها. ومع ذلك ، لإدخالها في حالة تسمح بانكسار الروابط ، يجب أن يكون الجزيء ملتويًا إلى حد ما. مطلوب إدخال طاقة صغير لتحقيق هذه الحالة الملتوية. هذه الحالة الملتوية تسمى حالة انتقالية، وهي حالة عالية الطاقة وغير مستقرة. لهذا السبب ، لا تدوم الجزيئات المتفاعلة وقتًا طويلاً في حالتها الانتقالية ، ولكنها تنتقل بسرعة كبيرة إلى الخطوات التالية للتفاعل الكيميائي. توضح مخططات الطاقة المجانية ملفات تعريف الطاقة لتفاعل معين. يحدد ما إذا كان التفاعل طاردًا للطاقة أو ماصًا للطاقة ما إذا كانت المنتجات في الرسم البياني ستكون موجودة في حالة طاقة أقل أو أعلى من كل من المواد المتفاعلة والنواتج. ومع ذلك ، وبغض النظر عن هذا الإجراء ، فإن الحالة الانتقالية للتفاعل توجد في حالة طاقة أعلى من المواد المتفاعلة ، وبالتالي ، فإن Eأ هو دائما ايجابي.

شاهد رسمًا متحركًا للانتقال من الطاقة المجانية إلى حالة الانتقال في هذا الموقع.

من أين تأتي طاقة التنشيط التي تتطلبها المواد الكيميائية المتفاعلة؟ عادةً ما يكون مصدر طاقة التنشيط اللازمة لدفع التفاعلات إلى الأمام هو الطاقة الحرارية من البيئة المحيطة. طاقة حرارية (إجمالي طاقة الرابطة للمواد المتفاعلة أو المنتجات في تفاعل كيميائي) تسرع حركة الجزيئات ، مما يزيد من التردد والقوة التي تصطدم بها ، كما أنها تحرك الذرات والروابط داخل الجزيء قليلاً ، مما يساعدها على الوصول إلى حالتها الانتقالية. لهذا السبب ، فإن تسخين النظام سيؤدي إلى تفاعل المواد الكيميائية داخل هذا النظام بشكل متكرر. زيادة الضغط على النظام له نفس التأثير. بمجرد أن تمتص المواد المتفاعلة طاقة حرارية كافية من محيطها للوصول إلى حالة الانتقال ، سيستمر التفاعل.

تحدد طاقة التنشيط لتفاعل معين المعدل الذي سيستمر به. كلما زادت طاقة التنشيط ، كان التفاعل الكيميائي أبطأ. يوضح مثال صدأ الحديد تفاعلًا بطيئًا بطبيعته. يحدث هذا التفاعل ببطء بمرور الوقت بسبب ارتفاع مستوى Eأ. بالإضافة إلى ذلك ، فإن حرق العديد من أنواع الوقود ، وهو شديد الطاقة ، سيحدث بمعدل ضئيل ما لم يتم التغلب على طاقة التنشيط الخاصة بها بالحرارة الكافية من الشرارة. بمجرد أن تبدأ في الاحتراق ، تطلق التفاعلات الكيميائية حرارة كافية لمواصلة عملية الاحتراق ، مما يوفر طاقة التنشيط لجزيئات الوقود المحيطة. مثل هذه التفاعلات خارج الخلايا ، تكون طاقة التنشيط لمعظم التفاعلات الخلوية عالية جدًا بحيث لا يمكن للطاقة الحرارية التغلب عليها بمعدلات فعالة. بعبارة أخرى ، من أجل حدوث تفاعلات خلوية مهمة بمعدلات ملحوظة (عدد التفاعلات لكل وحدة زمنية) ، يجب خفض طاقات التنشيط ([الرابط]) ويشار إلى ذلك باسم التحفيز. هذا شيء جيد للغاية فيما يتعلق بالخلايا الحية. تخزن الجزيئات الكبيرة المهمة ، مثل البروتينات ، والحمض النووي الريبي ، والحمض النووي الريبي طاقة كبيرة ، ويكون تحللها مفرط الطاقة. إذا وفرت درجات الحرارة الخلوية وحدها طاقة حرارية كافية لهذه التفاعلات الطاقية للتغلب على حواجز التنشيط ، فإن المكونات الأساسية للخلية سوف تتفكك.

إذا لم تكن هناك حاجة إلى طاقة تنشيط لتفكيك السكروز (سكر المائدة) ، فهل ستتمكن من تخزينه في وعاء السكر؟

ملخص القسم

تأتي الطاقة بأشكال مختلفة. تقوم الأجسام المتحركة بعمل بدني ، والطاقة الحركية هي طاقة الأجسام المتحركة. قد يكون للأشياء غير المتحركة القدرة على القيام بعمل ، وبالتالي لديها طاقة كامنة.تمتلك الجزيئات أيضًا طاقة كامنة لأن كسر الروابط الجزيئية لديه القدرة على إطلاق الطاقة. تعتمد الخلايا الحية على حصاد الطاقة الكامنة من الروابط الجزيئية لأداء العمل. الطاقة الحرة هي مقياس للطاقة المتوفرة للقيام بالعمل. تتغير الطاقة الحرة للنظام أثناء عمليات نقل الطاقة مثل التفاعلات الكيميائية ، ويشار إلى هذا التغيير باسم ∆G.

يمكن أن تكون ∆G من التفاعل سالبة أو موجبة ، مما يعني أن التفاعل يطلق طاقة أو يستهلك طاقة ، على التوالي. يسمى التفاعل مع ∆G سالب الذي ينطلق من الطاقة تفاعلًا طاردًا للطاقة. واحد مع موجب ∆G الذي يتطلب مدخلات الطاقة يسمى تفاعل endergonic. يقال إن التفاعلات المطلقة للطاقة تكون تلقائية ، لأن منتجاتها تحتوي على طاقة أقل من المواد المتفاعلة الخاصة بها. تتمتع نواتج التفاعلات المندفعة بحالة طاقة أعلى من المواد المتفاعلة ، وبالتالي فهذه تفاعلات غير تلقائية. ومع ذلك ، فإن جميع التفاعلات (بما في ذلك التفاعلات العفوية- G) تتطلب مدخلات أولية من الطاقة من أجل الوصول إلى حالة الانتقال ، والتي ستستمر عندها. هذا المدخل الأولي للطاقة يسمى طاقة التنشيط.

اتصالات فنية

[رابط] انظر إلى كل من العمليات الموضحة ، وقرر ما إذا كانت مفعمة بالطاقة أو مفرطة الطاقة. في كل حالة ، هل المحتوى الحراري يزيد أم ينقص ، وهل الأنتروبيا تزيد أم تنقص؟

[رابط] تحلل كومة السماد هو عملية زيادة الطاقة الحرارية (يتم إطلاق الطاقة) وتزيد الإنتروبيا (يتم تقسيم الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر). الطفل الذي ينمو من البويضة المخصبة هو عملية مبطنة للطاقة تقل (يتم امتصاص الطاقة) وتقل الانتروبيا. فن الرمل الذي يتم تدميره هو عملية مفرطة الطاقة لا يوجد أي تغيير في المحتوى الحراري ، ولكن الإنتروبيا تزداد. الكرة التي تتدحرج إلى المنحدرات هي عملية إنثالبية مطلقة الطاقة تنخفض (يتم إطلاق الطاقة) ، لكن لا يوجد تغيير في الإنتروبيا.

[رابط] إذا لم تكن هناك حاجة إلى طاقة تنشيط لتفكيك السكروز (سكر المائدة) ، فهل ستتمكن من تخزينه في وعاء السكر؟

[رابط] لا. يمكننا تخزين الطاقة الكيميائية بسبب الحاجة إلى التغلب على حاجز انهيارها.

راجع الأسئلة

ضع في اعتبارك تأرجح البندول. أي نوع (أنواع) من الطاقة يرتبط / يرتبط بالبندول في الحالات التالية: i. اللحظة التي يكمل فيها دورة واحدة ، قبل أن يبدأ في التراجع نحو الطرف الآخر ، ii. اللحظة التي يكون فيها في المنتصف بين الطرفين ، ثالثًا. قبل أن يصل إلى نهاية دورة واحدة (قبل اللحظة الأولى مباشرة).

  1. أنا. المحتملة والحركية ، ثانيا. المحتملة والحركية ، ثالثا. حركية
  2. أنا. المحتملة ، ثانيا. المحتملة والحركية ، ثالثا. المحتملة والحركية
  3. أنا. المحتملة ، ثانيا. الحركية ، ثالثا. المحتملة والحركية
  4. أنا. المحتملة والحركية ، ثانيا. الحركية ثالثا. حركية

أي من المقارنات أو التناقضات التالية بين تفاعلات الطاقة المفرطة وتفاعلات الطاقة غير صحيحة؟

  1. ردود الفعل Endergonic لها موجب ∆G وتفاعلات مفرطة الطاقة لها ∆G سلبي
  2. تستهلك تفاعلات Endergonic الطاقة وتطلق التفاعلات المطلقة للطاقة الطاقة
  3. تتطلب كل من التفاعلات الباطنية والطاردة قدرًا صغيرًا من الطاقة للتغلب على حاجز التنشيط
  4. تحدث تفاعلات Endergonic ببطء وتحدث ردود الفعل المفرطة بسرعة

أي مما يلي هو أفضل طريقة للحكم على طاقات التنشيط النسبية بين تفاعلين كيميائيين معينين؟

  1. قارن قيم ∆G بين التفاعلين
  2. قارن معدلات تفاعلهم
  3. قارن بين ظروفهم البيئية المثالية
  4. قارن العفوية بين التفاعلين

إستجابة مجانية

اشرح بأسلوبك الخاص الفرق بين رد الفعل العفوي والآخر الذي يحدث على الفور ، وما الذي يسبب هذا الاختلاف.

التفاعل العفوي هو الذي يحتوي على ∆G سالب وبالتالي يطلق طاقة. ومع ذلك ، لا يلزم حدوث رد فعل عفوي بسرعة أو فجأة مثل رد فعل فوري. قد يحدث على مدى فترات طويلة بسبب طاقة التنشيط الكبيرة ، مما يمنع التفاعل من الحدوث بسرعة.

صِف موضع الحالة الانتقالية على مقياس طاقة عمودي ، من منخفض إلى مرتفع ، بالنسبة إلى موضع المواد المتفاعلة والمنتجات ، لكل من التفاعلات المفعمة بالطاقة والطاردة.

تكون حالة الانتقال دائمًا أعلى في الطاقة من المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل (لذلك ، أعلاه) ، بغض النظر عما إذا كان التفاعل مردودًا أو طاردًا للطاقة.

قائمة المصطلحات


تنشيط الطاقة والانزيمات

قم بتنزيل الفيديو من iTunes U أو Internet Archive.

لقد أكدت في المحاضرة الأولى ، كما تعلمون ، أن هناك الكثير من الأشياء التي تحدث فقط في حياتك العادية. رأيت مثالين على ذلك. بالأمس بوسطن غلوب ، فقط على الصفحة الأولى كان هناك اكتشاف حول "اكتشاف خلايا القلب يثير آمال العلاج". أعلن علماء ، أمس ، عن اكتشاف خلايا في القلب يمكن أن تخلق خلايا عضلية جديدة ، مما أثار الآمال في أن الأطباء قد يجدون طرقًا جديدة ومثيرة لعلاج أمراض القلب. أظهر الفريق أن الخلايا ، التي تشبه الخلايا الجذعية ، يمكن أن تتوسع من بضع مئات فقط في طبق المختبر إلى أكثر من مليون. ويمكن أن تكون هذه هي العضلات النابضة التي تمد القلب بالطاقة. لذلك عندما كنا نتحدث عن انقسام الخميرة ونقول كيف تصبح خلية واحدة خليتين ، فهذا مبدأ عام طوال الحياة أن الخلايا تأتي من خلايا أخرى وتنقسم. وسنرى العلاقة مع ذلك مع تكرار الحمض النووي ونحن نمضي قدما. في حالة الخميرة ، كما قلت ، فهي دائمًا متشابهة. ذريتك هي نفسها دائما. لكن في شيء مثل خلايانا نبدأ كخلية واحدة مخصبة ولكن في مكان ما على طول الطريق يجب أن تصبح الخلايا متخصصة. لذا فإن الخلايا الجذعية المبكرة هي الخلايا الجذعية الجنينية. لديهم القدرة على أن تصبح أي خلية في الجسم. ولكن في مرحلة ما ، في أحد هذه الانقسامات الخلوية ، يجب أن تبدأ الخلايا في أن تصبح أكثر تخصصًا. وعلى سبيل المثال ، قد يكون هذا أحد النسب الذي قد يؤدي إلى عضلة القلب أو أن يصبح عصبًا أو شيء من هذا القبيل. وعند هذه النقطة تفقد قدرتها على أن تصبح أي خلية في الجسم. وفي كثير من الحالات بحلول الوقت الذي تخرج فيه في النهاية إلى الخلية النهائية التي تتكون منها العضلة أو العصب أو شيء ليس لديه القدرة على التجدد. لهذا السبب ، على سبيل المثال ، إصابات الحبل الشوكي مدمرة للغاية لأن الأعصاب في هذه المرحلة لا يمكن تجديدها. أو مرض قلبي يصاب بقلب تالف نحن عالقون. هذا هو السبب في أن هذه النتيجة مثيرة. لأنه يبدو أن هناك على الأقل عدد قليل من الخلايا في القلب التي لديها القدرة على تجديد المزيد من عضلة القلب. الآن ، هذا مبكر. لم يتم إثبات أنها خلية جذعية بشكل صارم. ولكن هناك مثال من مقدمة صحيفة الأمس حول شيء كنا نلمح إليه فعليًا في الفصل. كان هناك أيضًا مقال حول اختبار الإيدز. مرة أخرى ، كما تعلم ، نحن نتحدث أكثر عن فيروس HIV-1. وبعد ذلك اليوم على الصفحة الأولى من بوسطن غلوب مرة أخرى "رومني ترسم النار على الخلايا الجذعية". ويمكنك أن تنظر إلى هذا. لكن ، كما تعلمون ، هو يحاول نوعًا ما ، على ما أعتقد ، بين كونه داعمًا للبحث من ناحية ومخاوف المحافظين واليمين الديني من ناحية أخرى ، وهو يثير النيران من كلا الجانبين. لكنها قضية موجودة في مجتمعنا اليوم. يُتوقع منك أن تتخذ قرارات بشأنها ، وأن تعرفها وتفهمها. أنا فقط أحاول أن أعود إلى المنزل وأن ما نتحدث عنه لا يحدث في فراغ. لم يرسل لي أحد عبر البريد الإلكتروني فكرة عما حدث هنا. لقد عرضت عليك هذا الفيلم الصغير. هذا هو الماء الذي يتم تبريده تحت درجة التجمد ولكنه لم يشكل بلورات ثلجية ، ولكن إذا وضعنا القليل من هذه الحقن الكاذبة فيه ، فبطريقة ما تحول هذا الماء المبرد إلى جليد. وقلت لكم إنه بروتين على السطح. لا أحد لديه أي أفكار. فلماذا لا تلجأ إلى أي شخص قريب منك ويمكنك التحدث عنه لمدة 30 ثانية ومعرفة ما إذا كان بإمكان أي شخص طرح فكرة عن السبب. حسنا؟ لن أنظر. كما تعلم ، فقط تفضل. تحدث إلى شخص ما وتوصل إلى فكرة. نعم. حسنا دعنا نري. هل تمكنا من الحصول على أي أفكار؟ أي شخص لديه الشجاعة لمحاولة تخمين ما قد يفعله هذا البروتين؟ استميحك عذرا؟ إنه جزيء غير قطبي. إنه لا يزعج الروابط. إنها فكرة مثيرة للاهتمام. هل لديك فكرة إذن ، هل أنت قادر على تمديد ذلك لسبب بدء تكوين الجليد؟ أعني أنه من المؤكد أن الروابط غير القطبية تتداخل نوعًا ما مع الماء. هذا شيء تحدثنا عنه. لنرى. أي أفكار أخرى؟ نعم؟ هذه نسخة من نفس الفكرة ، على ما أعتقد ، كارهة للماء لأنك تعتقد أنها تريد صد الماء ودفعه معًا. ذلك مثير للاهتمام. أنت تقترب نوعًا ما من هذه الأمور. نعم؟ ذلك هو. إذا كنت ستصمم بروتينًا يمكنه بشكل أساسي ربط جزيئات الماء في شبكة تحاكي ما وجدته في الجليد ، فستظهر جزيئات الماء وترتبط بهذه الجيوب الصغيرة في البروتين ، ثم حقل صغير من جزيئات الماء المستقرة التي بدت إلى جزيء الماء التالي كما لو كان جزءًا من بلورة جليدية. وهذه بالفعل هي الطريقة التي تقوم بها تلك البكتيريا بهذه الحيلة. يطلق عليه بروتين نواة الجليد. ويقومون بأشياء مثل أخذ هذه البكتيريا ووضعوها في أشياء مثل عندما تقومون بتجميد الثلج ، تضعون هذا ثم ترشون الماء فائق البرودة ، وهذا يجعله يتحول إلى بلورات ثلجية ومن ثم يساعدك في الحصول على ثلج جميل لمنتجعات التزلج والأشياء. هذه واحدة على الأقل من المجالات التي يتم استخدامها فيها. نعم. لذا سأريكم هذا الفيلم مرة أخرى. هذه مجرد خميرة الخباز ، saccharomyces cerevisiae ، نوع من الخميرة أحادية الخلية التي تستخدم في خبز الخبز أو صنع البيرة. وها نحن نرى الخلايا تنقسم. وهذا النوع الخاص من الخميرة لديه طريقة لعمله ، إنه نوع من البراعم للابنة بعيدًا عن الجانب. البعض يضاعف ثم ينقسم إلى المنتصف. لكن يمكنك أن ترى ما يحدث. يحدث الكثير من نمو الخلايا. والمسألة التي سنتناولها الآن هي من أين تأتي الطاقة اللازمة للقيام بذلك؟ أنت تعلم من تجربتك الخاصة أن بناء الأشياء ، لجعل الأشياء تتطلب طاقة. لا يمكنك إنشاء جسر ، لا يمكنك إنشاء مبنى ، لا يمكنك بناء شريحة كمبيوتر دون وضع الطاقة بطريقة ما. أنت تأخذ مجموعة من المواد في الكون وترتيبها بطريقة محددة جدًا ، مما يؤدي إلى تكوين جهات اتصال جديدة لن أكون هناك. إنها عملية تتطلب طاقة. وسأتحدث اليوم عن مصدر هذه الطاقة. ثم أريد أن أخبركم قليلاً ، مجرد شيء تاريخي موجز للغاية على طول الطريق ، لأن النقطة التي أكدتها هنا هي أن علم الأحياء هو علم تجريبي. والعديد من أعظم الاكتشافات لم يكن بسبب أن أحدهم كان لديه الفكرة ثم خرج لإثباتها. في كثير من الأحيان لم نفهم حتى كيف يعمل. وكان شخص ما يبحث في ظاهرة ، ووجد بعض الأشياء الغريبة ، ثم بدأ في الحصول على رؤى. وكانت الأفكار هي ما أدى بعد ذلك إلى زيادة أساسية في فهمنا. وهذا القليل من التاريخ يتضمن بعض الأسماء التي تراها في مباني معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هنا. الأول هو لافوازييه وهو عالم فرنسي. وكان يدرس ما حدث عندما تم تحويل العنب إلى نبيذ ، وهو موضوع جيد لعالم فرنسي أن يدرسه. لذا ، في الأساس ، ما كان يدرسه هو تحويل الجلوكوز إلى جزيئين ، معذرةً ، من - - الإيثانول وجزيئين من ثاني أكسيد الكربون. هذا التحول ، هناك C6H12O6. تذكر أن الكربوهيدرات لها تلك التركيبة. وهكذا كان يدرس ذلك. لقد تمكن من معرفة ما حدث للسكر عندما كنت تصنع النبيذ. وفي تلك اللحظة تم قطع رأسه. أنهى ذلك الجزء من تحقيقه. لكن هذه المشكلة التقطت بعد ذلك من قبل لويس باستور الذي ، مرة أخرى ، اسمه موجود على أحد مباني معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. كما عمل في فرنسا. يوجد معهد باستير في باريس. يوجد متحف جميل في ليل في شمال فرنسا به الكثير من هذا. لكنه نشأ في Arbois وهي بلدة في شرق فرنسا نوعًا ما ، كما ترون من الصورة الصغيرة للقرية ، كانت صناعة النبيذ صناعة رئيسية. لذلك كان مهتمًا بذلك على الأرجح عندما كان طفلاً صغيراً ، على الرغم من أنه ربما لم يكن يرتدي مثل هذا الزي. لكن على اي حال. لذا فإن إحدى المشكلات التي تناولها ، والتي كانت مشكلة حقيقية لمزارعي النبيذ في بلدته الصغيرة وفي فرنسا بشكل عام ، كانت أحيانًا أن يفسد النبيذ. سيخرجون حامضين ولا يمكن أن يكونوا في حالة سكر ، وبعد ذلك ستخسر كل الأرباح التي كانت ستأتي من هذا النبيذ. لذلك كان هناك اهتمام كبير بمحاولة اكتشاف كيفية منع الخمور من التلف. وهكذا بدأ لويس باستير بدراسة هذا. واكتشف أن هناك هذا التحويل الذي تم اكتشافه الآن لاثنين من الإيثانول واثنين من ثاني أكسيد الكربون. لذلك كان هذا تحويل. ونشير إليه الآن بشكل عام على أنه "تخمير". لكن ما اكتشفه بهذا التحويل حدث - إذا كانت الخميرة موجودة. أن معدل هذا التحويل يختلف باختلاف عدد الخميرة ، لذلك يكون أسرع إذا كان هناك المزيد من الخميرة. وتوقفت الخميرة عن النمو - - عندما نفد السكر. إذن ما اكتشفه هنا كان علاقة متبادلة. لم يثبت شيئًا. لقد رأى للتو أنه إذا شاهدت السكر يتحول إلى الإيثانول ، فهناك خميرة حوله ، وإذا كان لديك المزيد من الخميرة ، فإنها تسير بشكل أسرع ، وعندما نفد السكر ، توقفت الخميرة عن النمو. كان هناك شيء متصل هنا. لذلك توصل إلى فكرة أن الخميرة كانت مسؤولة عن هذا التحول الذي كان يحدث عندما صنعت النبيذ. وقد ساعد في ذلك أيضًا لأنه اكتشف بديلاً - - تحويلًا ذهب فيه C6H12O6 بدلاً من ذلك لإعطاء جزيئين من CH3CHOH. هذا الجزيء الذي تعرفه ، حمض الجلاكتيك ، يحتوي أيضًا على C6H12O6 على جانبي المعادلة ولكنه جزيء مختلف. وما وجده هو أن هذا هو حمض اللاكتيك الذي تعرفه كما هو موجود في الزبادي. يجعل اللبن حامض. أو إذا مارست التمارين الرياضية بقوة وكانت عضلاتك مؤلمة ، فذلك لأنك تتراكم حمض اللاكتيك في عضلاتك ، وسأخبرك عن سبب ذلك في المحاضرة التالية. لكن الشيء الآخر الذي أدركه باستير هو أنه عندما حصلت على هذا التحويل البديل لم يكن لديك خميرة ، كان لديك كائن حي آخر. وهكذا كان هذا تقدمًا كبيرًا ذا قيمة عملية فقط لصانعي النبيذ لأنهم كانوا يعلمون أنه يجب أن يكون لديهم خميرة هناك للحصول على النبيذ وكانت هناك مشاكل قادمة عندما دخل كائن حي آخر ليس خميرة إلى هناك وفعل شيئًا مختلفًا مع السكر وتحويله إلى حمض اللاكتيك بدلاً من تحويله إلى إيثانول وثاني أكسيد الكربون. لذلك كان باستور يعمل على حل مشكلة عملية وكان ، كما تعلمون ، تقدمًا كبيرًا حقًا في صناعة النبيذ بالنسبة له للقيام بذلك ، ولكنه أيضًا أدى بشكل غير متوقع إلى مشكلة أخرى. ولهذا السبب كانت الخميرة تفعل هذا؟ لأن أحد الأشياء التي لاحظها لافوازييه والتي لاحظها باستير هو أنك قمت بهذا التحويل. اثنان من الإيثانول بالإضافة إلى اثنين من ثاني أكسيد الكربون. لكن يمكنك حساب كل الكربون والهيدروجين والأكسجين تقريبًا التي بدأت كسكر وبدت وكأنها تقريبًا ظهرت في الإيثانول وثاني أكسيد الكربون. فلماذا كانت الخميرة تفعل هذا؟ وبدأت الفكرة في التطور من ذلك أنه بدلاً من استخدامها لصنع الكتلة الحيوية ، في هذه الحالة كنت تتوقع أن ترى كتلة كاملة في خلايا الخميرة وليس هناك الكثير هنا ، بدلاً من ذلك ، كان معظم هذا السكر كان يستخدم لتوليد الطاقة وبطريقة ما كانت الخلية تحصل على الطاقة اللازمة لكل هذا العمل التركيبي المتضمن في انقسام الخلية عن طريق إجراء هذا التحويل. وهناك علاقة أساسية إذن بين الطاقة الكيميائية وما إذا كان التفاعل يمكن أن يستمر. وسأخوضها في نوع من التفاعل الكيميائي التمهيدي النموذجي الخاص بك ، A زائد B الذهاب إلى C زائد D. كما تعلمون ، هناك فئات معينة من التفاعلات التي ستنتهي تقريبًا. ربما يكون هناك مبالغة في القول بأن الأمر سيكمل ، لكنه انتهى هنا بشكل فعال. هذه ردود فعل لا رجعة فيها ، وهناك بالتأكيد بعضها. إذا كان لديّ هيدروجين وأكسجين وقمت بإضاءة متطابقة صغيرة ، فأنت تقطع الطريق إلى حد كبير لصنع الماء بطفرة كبيرة كبيرة ولا يوجد هيدروجين أو لا يتبقى الكثير من الهيدروجين والأكسجين على الجانب الآخر. ومع ذلك ، فإن معظم ردود الفعل التي يجدها المرء في الطبيعة لا تتمتع بهذه الجودة. وبدلاً من ذلك ، فإنهم يتقدمون بمعدل معين ويعودون بمعدل آخر. ويصلون في النهاية إلى توازن يتميز بما يعرف بثابت التوازن وهو ناتج تراكيز المنتجات على ناتج تركيز المواد المتفاعلة. وهذه سمة لكل تفاعل كيميائي معين. وعلينا حقًا أن نقلق بشأن هذا في علم الأحياء لأنه إذا كان كل شيء لا رجوع فيه فسيكون ذلك جيدًا ، ولكن من أجل القيام بكل هذا العمل التركيبي ، عليك التعامل مع الكثير من التفاعلات التي لن تكتمل. وكان على الطبيعة أن تكتشف طريقة للقيام بذلك ، بنفس الطريقة التي لا تتجمع بها الجسور والمباني تلقائيًا ، وكان على المهندسين وغيرهم إيجاد طرق لتجميع كل هذه الأشياء معًا. لذا في مستوى ما ترى نفس المشكلة. الآن ، هناك طريقة للتعبير عن هذه الطاقة المرتبطة بتفاعل كيميائي والتي يمكن استخدامها مباشرة لحساب ما إذا كان التفاعل سيذهب وإلى أي مدى سيذهب. والشخص الذي قام بهذا العمل هو شخص آخر موجود في أحد مباني معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. كان [ويلارد؟ Gibbs الذي كان عضو هيئة تدريس كيميائيًا عمل في جامعة Yale في الثمانينيات ، عفواً ، القرن التاسع عشر ، وقد ابتكر تعبيرًا يُعرف الآن باسم "طاقة جيبس ​​المجانية". والمهم في هذه الطريقة في الحديث عن تغير الطاقة المرتبط بالتفاعل الكيميائي أنها لا تأخذ فقط في الاعتبار الطاقة الداخلية للنظام ولكن أيضًا التغير في الفوضى. أو طريقة أخرى لقول ذلك ، لأولئك منكم الذين دخلوا في قوانين الديناميكا الحرارية ، فهي تجمع بين القانون الأول والثاني للديناميكا الحرارية. وعليك أن تفكر في كلاهما إذا كنت ستفكر فيما إذا كان رد الفعل سيذهب. ولا يمكنك قياس الطاقة الحرة المطلقة ولكن يمكنك قياس التغيير. وهذه هي المعادلة. إنه التغيير المرتبط بتفاعل كيميائي يساوي التغيير المرتبط بالتفاعل الكيميائي تحت مجموعة معينة من الظروف القياسية مضروبًا في RT مضروبًا في لوغاريتم تركيز المنتجات مضروبًا معًا على تركيز المواد المتفاعلة. لذلك إذا تمكنا من الذهاب إلى نفس المثال الذي كنا نفكر فيه للتو ، فإن الطاقة تتغير مع هذا التفاعل الذي كنا نفكر فيه سيكون هذا. إذن هذا هو تغير الطاقة - - المرتبط بالتركيزات - - المواد المتفاعلة والمنتجات التي ندرسها. هذا هو تغير الطاقة في ظل المعيار ، أو مصطلح الشروط القياسية حيث كل شيء ، كل متفاعل ، كل منتج موجود تحت تركيزات مولارية واحدة. لذلك ليس شيئًا قد تجده في معظم الحالات ، ولكنه إطار مرجعي. ثم هذا هو ثابت الغاز العام - وهو يساوي مرتين في عشرة أس ناقص ثلث سعر حراري لكل مول لكل درجة كالفن ، وهي درجة الحرارة المطلقة. هذه هي درجة الحرارة بدرجات كالفن. ودرجة الحرارة لمعظم الأحياء ، تبلغ معظم الحياة حوالي 25 درجة مئوية ، أي ما يعادل 298 درجة كالفن ، وهو ما يعادل 300 درجة كالفن تقريبًا.لذلك بالنسبة لمعظم - وبما أن المدى الذي يمكن أن تحدث فيه الحياة على مقياس درجة الحرارة المطلق صغير جدًا حقًا ، فإنه يتقلب نوعًا ما بطرق بسيطة جدًا حوالي 25 درجة مئوية ، ثم بالنسبة لمعظم التفاعلات البيولوجية سوف نفكر حول رقم RT هذا حوالي 0.6 كيلو سعر حراري لكل مول. الآن ، يمتلك علماء الكيمياء الحيوية في الواقع شكلًا خاصًا من الطاقة الحرة يستخدمونه ، والذي وضعناه دلتا جي بريموت. وفي هذه الحالة ، تساوي دلتا G Prime دلتا G Prime في ظل مجموعة من الظروف القياسية بالإضافة إلى اللوغاريثم الطبيعي RT لنواتج C فوق المواد المتفاعلة. لكن الافتراض مفاده أن التفاعل في الماء والذي ذكرته قبل قليل هو 55 مولر. نعم؟ هذه هي الدرجة المئوية. لقد عبرت عنها للتو بالدرجات كالفن. آسف. غلطتي. اعذرني. لأنني كنت مخطئا لماذا. نعم. شكرا للقبض على ذلك. حسنا. لذلك الماء مركّز جدًا. وبالتالي في ظل هذه الظروف ، فإن الاتفاقية الأخرى هي أنه يمكنك ضبط أيونات الهيدروجين وجزيئات الماء على واحد. وليس عليك التفكير فيهم عندما نفعل ذلك. هذا هو العرف الذي يفعله علماء الكيمياء الحيوية. الآن ، هذه الطاقة الحرة ، دلتا G التي تعطي طاقة مجانية هي خاصية - - ديناميكية حرارية. وسأشارك معك نفس الصورة المرئية التي حصلت عليها منذ أن كنت طالبًا جامعيًا ، والتي أعتقد أنها ليست طريقة سيئة للتفكير بها في محاولة لفهم ما يحدث ، إذا كان لدينا مخطط للطاقة المجانية كدالة لما يحدث عندما يستمر التفاعل ، بحيث يكون لدينا A زائد B هنا و C زائد D هنا. عندما تنتقل من رد الفعل إلى المنتجات ، بالطريقة التي رسمتها بها ، ينطلق نوع من الطاقة في هذا النوع من التفاعل. وإذا كنت تعلم أنك ستعرف بعد ذلك أن التفاعل سيكون قادرًا على المضي قدمًا لأنه قادر على إطلاق الطاقة بنفس الطريقة التي ينبعث بها الهيدروجين والأكسجين الكثير من الحرارة والأشياء ، وأنت تعلم أن التفاعل يستغرق وقتًا طويلاً حقًا طريقة للانتهاء. لذا يبدو الأمر كما لو كنت هنا في عطلة الربيع على زلاجتك بالفعل للذهاب إلى أسفل التل الماسي الأسود ، كما تعلم ، يمكنك نوعًا من رؤية ما سيحدث. الآن ، نظرًا لأنها خاصية ديناميكية حرارية ، لا يهم المسار الذي تسلكه للوصول من ردود الفعل على المنتجات. لذلك إذا نزلت على منحدر الماس المزدوج أو نزلت من منحدر الأرنب ، فلا يزال لديك نفس القدر من الطاقة الخارجة من التفاعل. وهذا مهم لأنه إذا لم يكن هذا صحيحًا ، يمكنك صنع آلة دائمة الحركة وستكون ثريًا جدًا. الشيء الثاني المهم هو أن الطاقة الحرة ستخبرك بما سيحدث إذا استمر التفاعل ولكنها لن تخبرك ما إذا كان يمكن أن يستمر. إذا قمت بعمل عرض توضيحي هنا وأحضرت بعض الهيدروجين وبعض الأكسجين وقمت بخلطهما معًا في وعاء في مقدمة الفصل ، يمكننا جميعًا الجلوس هنا في انتظار انفجاره. لكن الاحتمال هو أننا سنجلس هنا لفترة طويلة جدًا جدًا ولا نرى انفجارًا ، أليس كذلك؟ والسبب هو أنه من أجل جعل الهيدروجين والأكسجين قريبين من بعضهما البعض ، كان علينا أن نمنحهم بعض الطاقة الإضافية ودفعهم حتى يتغلبوا على التنافر والأشياء. لذلك إذا كنت هنا على زلاجتك مرة أخرى ، فستبدأ بالفعل ، ولكن في الواقع نزلت في المحطة الخطأ في مصعد التزلج وكنت هناك ، على الرغم من وجود طاقة تنزل من هنا ، فلن يحدث ذلك في أي معدل ملحوظ بالنظر إلى نوع الارتداد الطفيف في الطاقة الذي تتمتع به في حياتك الطبيعية. إذن ما نفعله عندما نفعل الهيدروجين والأكسجين هو عن طريق وضع تطابق فيه أو شيء نعطيه طاقة كافية بحيث تنهض بعض الجزيئات هنا ، وتنزل ، ثم تتخلى عن الكثير من الطاقة وتسخينه بحيث يتم دفع كل ما تبقى منهم ويختفي الأمر. لكن هذه ليست طريقة سيئة للتفكير في الأمر. وسنتحدث بعد دقيقة حول ما الذي يحدد مدى سرعة ردود الفعل ، وليس ما إذا كانت ستذهب أم لا. وبعد ذلك ، بالطبع ، في هذه المرحلة ، علينا أن نقلق بشأن هذه المشكلة. لكن قبل ذلك ما أريد أن أوضحه لكم هو أن هناك علاقة مباشرة بين طاقة جيبس ​​الحرة هذه وثابت التوازن. إذن لدينا هذا ، حسنًا ، ما يمكننا فعله هو أن يكون لديك رد الفعل هناك. فلننظر إذن إلى أن رد الفعل قد وصل إلى حالة توازن. وهذا يعني أنه لن يكون هناك المزيد من التغيير في الطاقة. لذا سنضبط دلتا G على صفر. وهذا يعني أن دلتا G الأولية صفر تساوي ناقص RT تركيز C على D على تركيز A على B. ستدرك هذا. هذا هو ثابت التوازن ، صحيح؟ أنا آسف. هناك سجل طبيعي للدخول هنا. لم أحصل عليه. حسنًا؟ إذن ، ما يساوي سالب RT ، اللوغاريثم الطبيعي لثابت التوازن أو اللوغاريتم الطبيعي لثابت التوازن يساوي سالب دلتا G شرطة صفر على RT. أو طريقة أخرى للقول أن توازن K يساوي E أس ناقص دلتا G شرطة صفر على RT. لذا ، إذا فكرت في عواقب ثابت التوازن ، إذا كان التفاعل سيذهب طوال الطريق تقريبًا ، فستكون هناك منتجات في الغالب ، وتفاعلات قليلة جدًا ، لذلك سيكون توازن K كبيرًا. لذلك إذا كان التفاعل سيقطع شوطًا طويلاً ، فسيكون ثابت التوازن كبيرًا. ولكي يكون ثابت التوازن كبيرًا ، يجب أن يكون لهذه دلتا G إشارة سالبة كبيرة. لذلك إذا كان التفاعل - - مناسبًا ، فسيكون توازن K كبيرًا وسيكون لدلتا G Prime صفر ، على الأقل في نطاق طاقة التنشيط ، قيمة سالبة كبيرة. واسمحوا لي أن أقدم لكم بعض الأمثلة. عندما تحدثنا عن الكربوهيدرات ، أخبرتك بإيجاز أن السكروز هو ما نسميه ثنائي السكاريد ، اثنان من السكريات مرتبطان معًا. ماذا نفعل عندما نضم شيئين معًا إلى حد كبير في الطبيعة؟ تقوم بتقسيم جزيء من الماء. لذلك نأخذ جزيء الجلوكوز ، جزيء الفركتوز ، كلا الكربوهيدرات ، نلتصق ببعضها البعض ونحصل على سكر المائدة. إذا أردنا عكس هذا التفاعل ، فعلينا وضع جزيء من الماء ويمكننا تشغيله في الاتجاه الآخر. نحصل على الجلوكوز بالإضافة إلى الفركتوز. توازن K لهذا التفاعل هو 140.000. صفر دلتا G الرئيسي هو سالب سبعة سعرات حرارية لكل مول. هذا مثال على ما كنت أخبرك به للتو ، قيمة سالبة كبيرة إلى حد ما. إذا فكرنا في تفاعل غير مواتٍ ، فإليك حمض حمضي. هذا ما يجعل الخل حامضًا. ويمكن أن ينطلق أيون الهيدروجين هنا ليعطيك أيون الهيدروجين والأيون السالب للحمض الحمضي أو أيون الأسيتات. ثابت الاتزان لهذا الواحد هو ، أعتقد أن اثنين في عشرة أس ناقص خمسة. لذا فإن القليل من الحمض الحمضي يتأين بالفعل. وثابت التوازن K إذن ، معذرةً ، دلتا G برايم صفر زائد 6.3 كيلو سعر حراري لكل مول. لذلك ، المدفون في هذا المثال لا يظهر لك أن التفاعل غير المواتي سيكون له طاقة حرة موجبة مرتبطة به ، في حين أن التفاعل غير المرغوب فيه سيكون له طاقة حرة سلبية. هذا أيضًا نوع من إخبارك لماذا لا تموت عندما تضع صلصة السلطة على سلطتك ، لأنه إذا تأين الحمض تمامًا مثل حمض الكبريتيك ووضعت كمية مكافئة من حامض الكبريتيك على سلطاتنا فلن يكون أحد منا هنا . ما يحدث هو القليل جدًا ، وهذا ما يحدث. إذن ما يهيئنا هذا حقًا هو هذه المشكلة الأساسية في علم الأحياء ، وهي أن رد الفعل هذا هنا ، يمكنك أن ترى ما سيحدث ، هذا لا يحدث ، لكن معظم ردود الفعل التي يجب عليك تنفيذها تتطلب البيولوجيا مدخلات طاقة لأنها لن تذهب. يمكننا نوعا ما أن نفرض هذا قليلا. يمكننا زيادة تركيز التفاعلات وسيمنحنا ذلك منتجًا أكثر قليلاً ، لكن هذا ليس حلاً مفيدًا لجميع الأشياء. لذلك كانت هذه مشكلة أساسية حقًا كان لابد من حلها في التطور من أجل أن توجد الحياة على الإطلاق. وسأعطيكم مجرد مثال. إذا أخذنا في الاعتبار أخذ بضع جزيئات من الجلوتامات ، وهو أحد الأحماض الأمينية التي تحدثنا عنها ، بضع جزيئات من الأمينية وتحويلها إلى جزيئين من الجلوتامين. الآن ، هذا حمض أميني ضروري لصنع البروتينات. هذا حمض أميني ضروري لصنع البروتينات. يجب أن تحتوي الخلية على كليهما. يحتوي الجلوتامات على مجموعتين من الميثيلين ومن ثم مجموعة الكربوكسيل التي تعد واحدة من الأحماض الأمينية الحمضية. والجلوتامين السلسلة الجانبية - - الآن في المنتصف. دلتا G من الصفر المرتبطة بهذا التفاعل هي بالإضافة إلى سبعة سعرات حرارية لكل مول ، لذلك فهي غير مواتية تقريبًا مثل تلك التي ننظر إليها. في الواقع ، إنه أسوأ من الذي ننظر إليه هناك. السبب في أن هذا نوع من دفع الشيء صعودًا بقوة هو أن الإلكترونات هنا في الواقع توزع نفسها ذهابًا وإيابًا. لذا يمكنك التفكير نوعًا ما في الجزيء على أنه يتنقل بين هذين الشكلين. وهذا يجعلها أكثر استقرارًا. وعندما تلتزم بمجموعة الأمين لتجعل الوسط لا يمكنه فعل ذلك ، وبالتالي فأنت تدفع كل شيء بقوة صعودًا. فكيف يمكن لخلية أن تحقق هذا؟ هناك طاقة متاحة. إذا أخذنا في الاعتبار ما يحدث مع C6H12O6 بالذهاب إلى اثنين من اللاكتات ، فإن دلتا G الأولية صفر المرتبطة بذلك هي ناقص 50 سعر حراري لكل مول. لذا فقد حصلت الخلية على الكثير من الطاقة من خلال إجراء محادثة بسيطة لجزيء السكر إلى قسمين من اللاكتات. ولكن بطريقة ما يجب عليها معرفة كيفية استخدام تلك الطاقة من أجل دفع هذه التفاعلات غير المواتية. والحل ، وهو حقًا أحد أسرار الحياة ، هو استخدام ردود الفعل المزدوجة - مع وسيط مشترك. وإذا نظرت خارج الزنزانة ، كما فعل لافوازييه أو فعل باستير ، فهذا ما ستراه. ولكن إذا كان بإمكانك النظر داخل الخلية ورؤية ما يحدث عندما يتم إجراء هذا التحويل ، فستكتشف أن رد الفعل الكامل يبدو هكذا. إنه جزيء السكر بالإضافة إلى جزيئين من ADP بالإضافة إلى جزيئين من الفوسفات غير العضوي سيعطي جزيئين من اللاكتات بالإضافة إلى جزيئين من ATP. ما هو ATP؟ إنه ريبونوكليوتيد. هذا هو ADP. وما يحدث عندما تصنع ATP هو إضافة فوسفات إضافي إلى نهاية الجزيء. لذا من خلال وجود فوسفات آخر هنا لديك دور كامل في الشحنات السالبة. هذا جزيء ليس من دواعي سرور الأجزاء المختلفة أن تكون معًا لأن كل هذه الشحنات السالبة تريد أن تنفصل ، لذلك عندما تنكسر رابطة ATP ، يتم إطلاق الطاقة. لذا فإن استخدام ATP هو طريقة لتخزين الطاقة الكيميائية بحيث يمكنك استخدامها في نوع آخر من السياق. ومن خلال حرقه ، من خلال تنفيذ التفاعل بهذه الطريقة ، لا تستطيع الخلية فقط صنع جزيء من السكر ، الجلوكوز إلى اثنين من اللاكتات ، بل إنها قادرة على إنتاج ATP على طول الطريق. وقيمة دلتا G الأولية لهذا التفاعل هي سالب 34 كيلوكالوري لكل مول. لذا على الرغم من أنه يستهلك بعضًا من تلك الطاقة ويضعها في ATP ، إلا أن هذا رد فعل يعمل بكفاءة عالية جدًا. ثم بدلاً من محاولة إجراء هذا التفاعل فقط ، فإن ما تفعله الخلية في الواقع هو أخذ اثنين من الجلوتامات بالإضافة إلى جزيئي الأمونيا بالإضافة إلى اثنين من ATP. ثم يتم تحويله إلى جلوتامين واثنين من الماء. أعتقد أنني فشلت في وضع ذلك هنا حتى تتمكن من تصحيحه مرة أخرى. بالإضافة إلى اثنين من ADP بالإضافة إلى جزيئين من الفوسفات غير العضوي. وبالتالي فإن Pi شائع الاستخدام في الكيمياء الحيوية للإشارة فقط إلى أيون الفوسفات غير العضوي. إذن ما يحدث هنا إذن هو رد الفعل هذين. رد الفعل هذا الآن ، لأن ATP متورط ، هو الآن مفضل ، والدلتا G لهذا التفاعل هو ناقص تسعة سعرات حرارية لكل مول. لذلك من خلال تحلل ATP المائي كجزء من آلية التفاعل ، فإن هذا التفاعل الذي كان غير مواتٍ أصبح الآن مناسبًا. ومن ثم فإن نوع الشيء اللطيف هو إذا قمت بتلخيص كل هذا ، فإن ATPs و ADPs على جانبي المعادلة لذا فهم ينسحبون. وما تبقى لديك هو C6H12O6 بالإضافة إلى اثنين من الجلوتامين بالإضافة إلى اثنين من الأمونيا التي ستعطي اثنين من الجلوتامين ، معذرةً ، اثنان لاكتات بالإضافة إلى اثنين من الجلوتامين بالإضافة إلى الماءين. والدلتا G الأولية صفر لهذا هي 43 كيلوكالوري لكل مول. إذاً هذا ليس كذلك ، يمكنك التفكير في الأمر على أنه استخدام للطاقة في شكل ATP مثل هذا قليلاً بالطريقة التي نستخدم بها المال في مجتمعنا. أقوم ببعض الأعمال في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. لا أحصل على طعام لأكله أو مشاهدة التلفاز لمشاهدة Super Bowl. بدلاً من ذلك ، أتلقى المال ، ثم أذهب إلى المتجر ، وأعطيهم المال ، وينتهي بي الأمر بالطعام أو الأشياء. وإذا كنت تشاهده من الخارج ، فسترى أنني أعمل في المدرسة ثم الطعام أو التلفزيون أو أي شيء يظهر في المنزل. لكن ما يحدث هو أن المال يعمل كوسيط مشترك في تلك المعاملات. وهذا ما يوجد أساسًا في الخلية ATP. إنها أموال الطاقة. وفي صنع ATP ، يجب أن تأخذ الخلية هذا الريبوز مع الأدينين ، أعتقد أنني لم أضع الأدينين هنا كما أدرك. الأدينين يجلس على الريبوز الآن. هناك نوعان من الفوسفات ، وكلاهما له شحنة سالبة. ولإنشاء تلك الرابطة الثالثة ، يجب أن تدفعها معًا. إنه نوع من الجزيء غير المستقر جوهريًا. عندما تكسر الرابطة ستعيد لك الطاقة. وهذا أحد الأسرار المدهشة للحياة ، وهذا هو الأساس الكامن وراء سبب إمكانية المضي قدمًا في الحياة. الآن ، المسألة الثانية التي نحتاج إلى معالجتها هنا بسرعة هي - - ليس فقط يمكن أن يستمر التفاعل ، وهو ما تخبرنا به الديناميكا الحرارية ، ولكن كيف يمكن أن تسير بسرعة. وهذا يلخص المشكلة التي تواجهها جميع التفاعلات الكيميائية لأن كل تفاعل كيميائي تقوم به فعليًا يتضمن الجمع بين كيانين معًا. وكلما اقتربوا أكثر فأكثر فأكثر ، لا يريدون أن يكونوا هناك ، لذا عليك نوعًا من دفعهم معًا بطريقة ما أو التأكد من أن لديهم طاقة كافية للالتقاء معًا. وهذا ما نراه ممثلاً هنا. وهذا مصطلح خاص يسمى طاقة التنشيط. يطلق عليه مصطلح دلتا جي مع خنجر مزدوج. وهذا هو حجم طاقة التنشيط التي تحد من سرعة التفاعلات الكيميائية. لذا فإن الحل الذي تستخدمه في الكيمياء ، معظمكم ، هو استخدام محفز. والمحفز لا يغير نتيجة التفاعل. إنه يغير فقط مدى سرعة الوصول إلى هناك. إذاً ، هناك العديد من ردود الفعل التي سمعت عنها في الكيمياء. كل ما عليك هو لصق الشيء عند 500 درجة مئوية ، ووضع قطعة من البلاتين ، والآن سيصبح رد الفعل أسرع كثيرًا. عن طريق تسخين الجزيئات لديها المزيد من الطاقة. لذلك إذا كان لديهم المزيد من الطاقة ، فيمكنهم الاقتراب من ذلك. وبعد ذلك ما سيفعله سطح البلاتين هو السماح للجزيئات بالالتصاق وهذا سيجلبهم تقريبًا ويساعدهم أيضًا على التماسك. حسنًا ، لا يمكنك رفع درجة الحرارة في نظام بيولوجي ، لكن لا يزال يتعين عليك التغلب على هذا. لكن الأساسي إذن ، ما عليك فعله عند تنفيذ محفز ، ما سيفعله أي محفز هو أنه يخفض طاقة التنشيط هذه. وإذا قمت بتخفيض طاقة التنشيط ، فسيكون هناك ما يكفي من الجزيئات ، وفي أي حالة تكون فيها ستكون لديها طاقة كافية لتكون قادرة على الذهاب. لن يغير حجم القطرة. إنه يغير فقط مدى سرعة وصولك إلى هذا التوازن النهائي. وهناك نوعان من الأشكال البيولوجية - اثنان من الجزيئات التي تعتبر محفزات بيولوجية. أحد الجزيئات التي تعرفها هو الإنزيمات. الإنزيمات مصنوعة من البروتين. لقد أمضينا مجموعة من الوقت في العمل على ذلك. أحد الأشياء التي عرضتها عليكم في اليوم الأول ، هذا شيء صنعته بكتيريا الجمرة الخبيثة ، عامل الجمرة الخبيثة القاتل. ما هو عليه في الواقع ، إنه بروتين وإنزيم قادر على تحفيز انقسام بعض روابط الببتيد في البروتينات في أجسامنا. وعلى وجه الخصوص ، يلاحق الجزيئات التي تشارك في عمليات إرسال الإشارات داخل الخلايا. وإذا لم يكن لدينا هؤلاء نموت. في الآونة الأخيرة تم اكتشاف أن الحمض النووي الريبي يمكن أن يكون محفزًا. وتسمى هذه ، إذا كان لديك RNA فهذا محفز يسمى الريبوزيم. وقد بدت هذه غريبة بعض الشيء لبعض الوقت حيث اكتشفوا لأول مرة فكرة أن قطعة من الحمض النووي الريبي يمكن أن تعمل كمحفز في نظام بيولوجي ، ولكن اتضح في النهاية أن الريبوسوم ، الذي سنتحدث عنه بشيء من التفصيل وهو آلات تصنيع البروتين التي تخلق تلك الروابط الببتيدية بين كل من الأحماض الأمينية لصنع البروتينات. إنه تكتل كبير من الحمض النووي الريبي يظهر باللون الرمادي ومجموعة من البروتينات المختلفة التي تظهر باللون الأصفر ، لكن التكوين الفعلي لرابطة الببتيد ، الشيء الذي يصنع جميع البروتينات يتم تحفيزه بالفعل بواسطة قطعة من الحمض النووي الريبي. وبالتالي فإن الريبوسوم هو في الواقع ريبوزيم. ومن المفارقات أن هذا الشعور هو أن قطعة من الحمض النووي الريبي تحفز الرابطة التي تجعل البروتينات ممكنة. لذلك سننهي هذا الأمر ونبدأ بعد ذلك في عملية التحلل الجلدي الذي يعد أقدم الأنظمة المنتجة للطاقة تطوريًا يوم الاثنين. نعم؟


شاهد الفيديو: طاقة التنشيط وسرعة التفاعل نظرية التصادم (أغسطس 2022).