מֵידָע

תגובות אנבוליות ואנרגית תגובה

תגובות אנבוליות ואנרגית תגובה


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.

בספר הלימוד שלי כתוב,

באופן כללי, יצירת קשר [כימי] משחררת אנרגיה

וממשיך להצהיר,

תגובות אנבוליות (הנקראות ביחד אנבוליזם) מקשרות מולקולות פשוטות ליצירת מולקולות מורכבות יותר. תגובות אנאבוליות דורשות כניסת אנרגיה מכיוון שיש לפרק קשרים חזקים בתוך המולקולות הקטנות יותר כדי ליצור את המולקולות המורכבות יותר.

האם שתי האמירות הללו סותרות זו את זו? ההצהרה הראשונה אומרת שכאשר שני כימיקלים מתחברים ליצירת קשר, משתחררת אנרגיה; ההצהרה השנייה אומרת שכאשר מולקולות פשוטות מקושרות, ככל הנראה באמצעות קשר, נדרשת קלט של אנרגיה.

כל עזרה תתקבל בברכה.


שתי ההצהרות נכונות, אך הבנה מדוע הן אינן סותרות דורשת מעט הסבר.

עבור תגובות "ספונטניות", אלו המתרחשות באופן טבעי, האנטרופיה חייבת תמיד לגדול. ככלל, אחת הדרכים הקלות ביותר להגדלת האנטרופיה היא שחרור אנרגיה, כך שבדרך כלל אנו מגלים שתגובות ספונטניות משחררות אנרגיה.* זהו כלל אצבע די הגון לשימוש.

במקרה של תגובה אנבולית, אנו מרכיבים מולקולות מורכבות מפשוטות, ולגבי תגובות מסוימות אלו אנו רואים שהן אינן משחררות אנרגיה. הם למעשה "צורכים" אנרגיה ביצירתם. זה סביר, אז מה שאנחנו מוצאים הוא שתגובות כאלה אינן "ספונטניות". אנחנו לא רואים אותם מתרחשים מעצמם.

כדי לגרום לתגובה אנבולית להתרחש, עלינו לשנות את הסביבה כך שהתגובה תהפוך לספונטנית. עלינו לשנות את הסביבה כך שהתגובה תשחרר אנרגיה. לשם כך, אנו מתחילים עם תשומות שיש להן אפילו יותר אנרגיה ממה שהמוצר הסופי צריך (כגון אנרגיה קינטית נוספת מחום, או חמצון חזק להפחתת אחד המגיבים, או כל אחת ממספר גישות כימיות ומכניות. ). כעת היווצרות המולקולה המורכבת יכולה לשחרר אנרגיה, כך שהיא יכולה להתרחש באופן ספונטני. כשאנחנו עושים את זה, אנחנו משחררים קצת אנרגיה, אבל לא את כולה. שאר האנרגיה נצרכת בבניית הקשרים של מולקולה זו שאחרת לא הייתה נוצרת באופן ספונטני. האנרגיה המשתחררת נתפסת בדרך כלל כפסולת, והאנרגיה המעופפת במולקולה היא המוצר הרצוי שלכם.

אז בסופו של דבר, הסיבה לכך שאין התנגשות היא ביט "באופן כללי ..." בציטוט הראשון. אתה יכול לגרום לתגובה שצריכה אנרגיה, אך בדרך כלל עליך לעשות כמה דברים חכמים כדי להכניס לתוכה את האנרגיה. תגובות המשחררות אנרגיה מתרחשות באופן ספונטני. באופן כללי, אנו מגלים שתגובות "ספונטניות" מתרחשות בתדירות גבוהה הרבה יותר, ומכאן כלל האצבע.

* אני די רופף עם אנרגיה ואנטרופיה כאן כדי לנסות לצייר תמונה פשוטה ללא כל הבלבול שאנטרופיה מביאה תמיד לדיון. ככל שתלמד יותר, צפה שיהיה עליך לדייק יותר מכפי שאני כאן.


למרות שהתשובה מ[email protected] מעוררת הערצה בדרך כלל, אני חושב שצריכה להיות הבחנה בין סוג האמיתות של שתי ההצהרות. הייתי אומר ש:

הצהרה 1 (יצירת קשר משחררת אנרגיה) היא אמת בסיסית העולה מהגדרת אנרגיית הקשר.

הצהרה 2 (תגובות אנבוליות דורשות אנרגיה) היא הכללה שנכונה ברוב הנסיבות אך אינה אמת בסיסית, כפי שממחישים חריגים.

הבעיה הראשונה היא ה הגדרה של אנבוליזם. תן לנו לקחת אחד לא ניגוד מאתר אינטרנט:

"אנבוליזם הוא ... הדור של מולקולה מורכבת ממולקולות פשוטות"

או, כמו בברג et al. בִּיוֹכִימִיָה, "תהליכים ביו-סינתטיים".

ניכר מיד כי זהו מושג הרבה פחות מדויק מאנרגיית הקשר, וההבחנה מתעוררת בין אנבוליזם בכללותו (למשל הסינתזה הכוללת של גלוקוז מפירובאט בגלוקונאוגנזה) ו תגובות אנבוליות אישיות (למשל תגובת האלדולאז בגלוקונאוגנזה).

כעת באנאבוליזם בביולוגיה אנו עוסקים בדרך כלל ביצירת מולקולות מורכבות המכילות קשרים פחמן-פחמן חדשים, קשרי פפטיד, קשרים גליקוזידים, קשרי פוספו-דיאסטר וכדומה. כפי שמבהיר @CortAmmon, המשפט השני תקף כיוון ((הייתי אומר "אם") לקשרים במולקולות שצריך לשבור כדי שההתרחשות תופיע יש אנרגיית חיבור כוללת גדולה מזו של הקשר החדש במוצר . הדבר תלוי בכימיה הספציפית המעורבת, ואולי יתברר כנכון לכל התהליך, אך נראה כי אין בסיסי סיבה למה זה צריך להיות כך.

בהחלט, זה לא צריך להיות נכון עבור תגובות אנבוליות בודדות, כפי שמודגם בתגובת אלדולאז, שהוזכרה לעיל:

זוהי תגובה הפיכה, אשר בכיוון האנאבולי יוצרת קשר C-C בין שתי טריוזות. שינוי האנרגיה החופשית הסטנדרטית בתגובה זו קרוב לאפס.

אם ספר הלימוד של הכרזה היה מבדיל את זה, בלבול הכרזה בעניין לא היה צריך להתעורר.


אני חושב ששתי ההצהרות נכונות. כשהם בוחנים את השינוי האנטלפי הם מתחשבים בשינוי הכולל. יש צורך באנרגיה כדי שהריאקציה תתחיל לשבירת קשרים ישנים המאפשרים ליצור קשרים חדשים ומכאן מצד שני כאשר צורות הקשר יוצרות אנרגיה. האנרגיה המשתחררת גדולה יותר בהשוואה לאנרגיה הנספגת ולכן היווצרות הקשר משחררת אנרגיה.


בנייה והורדה

מושגי מפתח:
ישנן שתי קטגוריות עיקריות של תגובות בכימיה של התא.

קטאבולי תגובות התקלקל מולקולות מזון ושחרור אנרגיה וכימיקלים לשימוש נוסף.
אנבולי תגובות לבנות מולקולות מורכבות הנדרשות לתא. תגובות אנבוליות תלויות בתגובות קטבוליות לאספקת אנרגיה וחומרים.
חילוף חומרים הוא עבודה משותפת של תגובות קטבוליות ואנבוליות.

ברוב המקרים האנרגיה הדרושה כדי לגרום לתאים לעבוד מסופקת ישירות או בעקיפין על ידי אור השמש.

חלק מהחיידקים מסוגלים להשיג אנרגיה מכימיקלים שהם פוגשים בסביבתם. חיידקים אלה מהווים דוגמה לחתיכות של פאזל ‘ שאינם נראים בתמונה הגדולה ’.

במפעלים האנרגיה הקלה שהשתנתה לאנרגיה כימית תורמת את האנרגיה הדרושה לתגובות אנבוליות. אבני הבניין הכימיות הנחוצות לבנייה מגיעות ממלחים מינרלים ומים באדמה.

בתוך התאים האנרגיה משתחררת ממולקולות מזון על ידי תגובות כימיות. אלה מתרחשים ברצף מסודר המתחיל בציטופלזמה הנוזלית ולאחר מכן בשני חלקים שונים של המיטוכונדריה. מיטוכונדריה הם אברונים התלויים בציטופלזמה של התא.

הודעות קונספט:
כל צורות החיים הגבוהות יותר תלויות באור השמש המספק אנרגיה, כדי להניע את התגובה האנאבולית הנקראת פוטוסינתזה.


תגובות אנבוליות ואנרגיית תגובה - ביולוגיה

מטבוליזם הוא סכום כל סוגי התגובות הכימיות המתרחשות בגוף.

שני סוגי התגובה המטבולית הם:

תגובות אנבוליות

על מנת להתרחש תגובות אנבוליות דורשות הזנת אנרגיה. דוגמאות לתגובות אנבוליות כוללות:

  • היווצרות חומצות אמינו בצמחים (יוני חנקה וגלוקוז) הנבנות לחלבונים.
  • המרת גלוקוז לעמילן בצמחים, או גלוקוז לגליקוגן בבעלי חיים.
  • סינתזה של מולקולות שומנים.

תגובות קטבוליות

תגובות קטבוליות משחררות אנרגיה. דוגמאות לתגובות קטבוליות כוללות:

תגובות קטבוליות מייצרות אנרגיית פסולת בצורת חום (תגובה אקסותרמית), המועברת לסביבה.

נשימה

הצורך לשחרר אנרגיה הוא תהליך חיים חיוני, ולכן הנשימה מתרחשת ללא הרף בכל האורגניזמים. התגובה האקסותרמית נותנת אנרגיה.

נשימה אירובית

נשימה אירובית מתרחשת כאשר מולקולות חמצן וגלוקוז מגיבות ומשחררות אנרגיה. האנרגיה מאוחסנת במולקולה הנקראת ATP.

משוואת הסמלים לנשימה אירובית היא:

הגוף משתמש באנרגיה למטרות רבות כולל:

  • מעבר פעיל
  • התכווצות שרירים
  • העברת דחפים עצביים
  • סינתזה של מולקולות חדשות
  • שמירה על טמפרטורת גוף קבועה

נשימה אנאירובית

הנשימה אנאירובית מתרחשת בהיעדר חמצן ושכיחה בתאי השריר. הוא משחרר במהירות פחות אנרגיה מהנשימה האירובית אם כי פירוק הגלוקוז אינו שלם.

גלוקוז → חומצת חלב + אנרגיה משוחררת

בתאי צמחים ושמרים, הנשימה האנאירובית מייצרת מוצרים שונים.

גלוקוז → אתנול + פחמן דו חמצני + אנרגיה משתחררת

משוואת הסמלים לנשימה אנאירובית בתאי צמחים ושמרים היא:

התגובה למעלה משמשת לבישול וייצור יין. זה גם הבסיס לייצור משקאות חריפים.

תגובה לפעילות גופנית

הנשימה אנאירובית תתקיים רק כאשר השרירים עובדים כל כך קשה שהריאות ומערכת הדם לא יכולות לספק מספיק חמצן כדי לפרק את כל הגלוקוז הזמין באמצעות נשימה אירובית.

נשימה אנאירובית והחלמה

נשימה אנאירובית משחררת אנרגיה הרבה יותר מהר בפרקי זמן קצרים. זה שימושי כאשר נדרשות פרצי אנרגיה קצרים, למשל. פעילות גופנית בעצימות גבוהה (HIT) או ספרינט 100 מטר.

חמצון לא שלם של גלוקוז גורם להצטברות חומצת חלב. חומצה לקטית רעילה ויכולה לגרום לכאבים, התכווצויות ועייפות.

יש לפרק את חומצת החלב במהירות ולהסיר אותה כדי למנוע נזק לתאים ועייפות ממושכת בשרירים.

במהלך האימון קצב הלב, קצב הנשימה ונפח הנשימה שלך יגדלו כך שיסופקו מספיק חמצן וגלוקוז לשרירים שלך, ולכן הגוף שלך יכול להסיר חומצה לקטית.

לאחר פעילות גופנית התהליך ממשיך כאשר תתרחש נשימה עמוקה עד להסרת כל חומצת החלב. החזר החמצן נקרא חוב חמצן.


מסלולים מטבוליים

תהליכי היצירה והפירוק של מולקולות סוכר ממחישים שני סוגים של מסלולים מטבוליים. מסלול מטבולי הוא סדרה של תגובות ביוכימיות המחוברות זו לזו הממירות מולקולת מצע או מולקולות, צעד אחר צעד, דרך סדרה של תוצרי ביניים מטבוליים, ובסופו של דבר מניבות תוצר או תוצרים סופיים. במקרה של מטבוליזם של סוכר, המסלול המטבולי הראשון סינתז סוכר ממולקולות קטנות יותר, והמסלול השני פירק את הסוכר למולקולות קטנות יותר. שני תהליכים מנוגדים אלה - הראשון הדורש אנרגיה והשני מייצר אנרגיה - מכונים מסלולים אנבוליים (בניינים) וקטבוליים (מתפרקים), בהתאמה. כתוצאה מכך, חילוף החומרים מורכב מבנייה (אנבוליזם) והידרדרות (קטבוליזם).

אבולוציה של מסלולים מטבוליים

למורכבות המטבוליזם יש יותר מהבנת המסלולים המטבוליים בלבד. המורכבות המטבולית משתנה מאורגניזם לאורגניזם. הפוטוסינתזה היא הדרך העיקרית שבה אורגניזמים פוטוסינתטיים כמו צמחים (רוב הסינתזה העולמית נעשית על ידי אצות פלנקטוניות) קוטפים את אנרגיית השמש והופכים אותה לפחמימות. תוצר הלוואי של הפוטוסינתזה הוא חמצן, הנדרש על ידי תאים מסוימים כדי לבצע נשימה תאית. במהלך הנשימה התאית, חמצן מסייע בפירוק קטבולי של תרכובות פחמן, כמו פחמימות. בין המוצרים של קטבוליזם זה הם CO2 ו- ATP. בנוסף, חלק מהאאוקריוטים מבצעים תהליכים קטבוליים ללא חמצן (תסיסה) כלומר, הם מבצעים או משתמשים בחילוף חומרים אנאירובי.

אורגניזמים כנראה פיתחו חילוף חומרים אנאירובי כדי לשרוד (אורגניזמים חיים קמו לפני כ -3.8 מיליארד שנים, כאשר לאטמוספירה היה חסר חמצן). למרות ההבדלים בין אורגניזמים ומורכבות חילוף החומרים, חוקרים מצאו שכל ענפי החיים חולקים חלק מאותם מסלולים מטבוליים, מה שמצביע על כך שכל האורגניזמים התפתחו מאותו אב קדמון משותף קדום (איור 3). עדויות מצביעות על כך שעם הזמן התפתלו המסלולים והוסיפו אנזימים מיוחדים שיאפשרו לאורגניזמים להסתגל טוב יותר לסביבתם ובכך להגדיל את הסיכוי לשרוד. עם זאת, העיקרון הבסיסי נשאר שכל האורגניזמים חייבים לצבור אנרגיה מסביבתם ולהמיר אותה ל- ATP כדי לבצע פונקציות סלולריות.

איור 3. עץ זה מציג את האבולוציה של ענפי החיים השונים. הממד האנכי הוא הזמן. צורות חיים מוקדמות, בכחול, השתמשו בחילוף חומרים אנאירובי כדי להשיג אנרגיה מסביבתם.


דוגמאות לתגובות אנבוליות

פוטוסינתזה

דוגמה אחת לתגובה אנבולית היא פוטוסינתזה. זוהי סדרה של תגובות ביוכימיות המתרחשות בכלורופלסטים של צמחים וכוללת סינתזה של גלוקוז מגז פחמן דו חמצני ומולקולות מים. כמו כל התגובות האנאבוליות, הפוטוסינתזה דורשת כניסת אנרגיה ומונעת על ידי אנרגיית אור מהשמש.

סינתזה של גליקוגן

סינתזת גליקוגן (AKA glycogenesis) היא דוגמה נוספת לאנבוליזם. במהלך סינתזת הגליקוגן, מולקולות הגלוקוז נאספות לשרשראות ארוכות של גליקוגן, המשמשות לאגירת אנרגיה בכבד ובשרירים.


חוקי התרמודינמיקה: החוק הראשון


איור 3. הטרוטרופים זקוקים למזון לאנרגיה. (לחץ להגדלה)

כאשר פירוק הגלוקוז מתרחש שחרור נלווה של אנרגיה. כיצד משתמשים אורגניזמים באנרגיה זו? או, יותר טוב, למה הם בכלל צריכים אנרגיה? שאלות לא כל כך טריוויאליות אלה דורשות הבנה של כמה חוקים כלליים חשובים השולטים בניצול האנרגיה.

תֶרמוֹדִינָמִיקָה היא הפיזיקה של טרנספורמציות אנרגיה המתרחשות באוסף של חומר. באופן רשמי, כל אוסף של חומר הנמצא תחת בדיקה תרמודינמית מוגדר כמערכת & quot לאנרגיה (ביולוגית וגם לא ביולוגית). חוקי התרמודינמיקה הם למעשה פשוטים למדי, אך יש להם כמה השלכות מרחיקות לכת (לא רק על החיים, אלא על כל האינטראקציות בין אנרגיה לחומר).

ה החוק הראשון של התרמודינמיקה קובע שאנרגיה לא נוצרת ולא נהרסת. במילים אחרות, כמות האנרגיה ביקום היא קבועה. מושג זה הוא פשוט אך עלול לבלבל. אולי שמעתם מישהו אומר שצמחים "יוצרים אנרגיה מהשמש"צמחים למעשה ממירים אנרגיה סולארית (אור שמש) לאנרגיה פוטנציאלית מולקולרית, בצורה של סוכר. זכור, צמחים אינם מייצרים אנרגיה. פוטוסינתזה ממירה אנרגיית אור (צורה של אנרגיה קינטית) לאנרגיה כימית. החוק הראשון יכול להיחשב "ניהול ספרים." הוא קובע כי יש לאזן את האנרגיה המשמשת ומשתחררת בכל תגובה. שימו לב שניתן לפזר את האנרגיה במולקולה אחת לשתי מולקולות אחרות או יותר.


תגובות קטבוליות

תגובות קטבוליות (נקראות גם "יְרִידַת חֳמָרִים") מפרקים מולקולות גדולות ומורכבות יותר למולקולות קטנות יותר ומשחררים אנרגיה בתהליך. תוצרי הקצה הקטנים יותר של תגובה קטבולית עשויים להשתחרר כפסולת או שהם מוזנים לתגובות אחרות. את האנרגיה המשתחררת מתגובות קטבוליות ניתן ללכוד ולהשתמש בדרכים רבות. חלק מהאנרגיה משתחררת כחום ומעלה את טמפרטורת התא. לפעמים האנרגיה מאוחסנת בקשרים הכימיים של מולקולה אחרת. ולפעמים זה יכול לשמש לביצוע עבודה, כגון תנועה של מכונות סלולריות כדי להפעיל את ההובלה הפעילה של חומרים על פני קרומי התא. תגובות קטבוליות הן מרכזיות בתהליכים ביולוגיים כמו נשימה תאית ועיכול מולקולות מזון.

נשימה תאית הוא קטבולי מכיוון שהוא לוקח גלוקוז (מולקולה מורכבת עם 6 פחמנים) ומפחית אותה לפחמן דו חמצני (כל אחד עם פחמן אחד בלבד) ומים (חמצן המחובר לשני מימנים). חלק מהאנרגיה המשתחררת בתהליך זה נלכדת ב-ATP, אותו ניתן לאחסן לשימוש מאוחר יותר.

עיכול חלבון הוא גם תגובה קטבולית. הוא לוקח מולקולת חלבון גדולה מאוד ומפרק אותה למספר פוליפפטידים קטנים יותר, ואז מפרק את הפוליפפטידים כדי להניב חומצות אמינו בודדות.

תגובות קטבוליות משחררות אנרגיה ומפחיתות את המורכבות

באיור למעלה, מולקולה גדולה יותר משמאל מפורקת לרכיבים קטנים ופשוטים יותר. כאשר קשרים בעלי אנרגיה גבוהה נשברים ומוחלפים בקשרים בעלי אנרגיה נמוכה יותר, האנרגיה משתחררת. חלק מהאנרגיה הזו עשויה להילכד לביצוע עבודות סלולריות.


סקירת שאלות

שקול מטוטלת מתנדנדת. אילו סוגי אנרגיה קשורים למטוטלת במקרים הבאים: א. הרגע שבו הוא מסיים מחזור אחד, רגע לפני שהוא מתחיל ליפול חזרה לכיוון הקצה השני, ii. הרגע שהוא באמצע בין שני הקצוות, iii. רגע לפני שהוא מגיע לסוף מחזור אחד (ממש לפני מיידי i).

  1. אני. פוטנציאל וקינטי, ii. פוטנציאל וקינטי, iii. קִינֵטִי
  2. אני. פוטנציאל, ii. פוטנציאל וקינטי, iii. פוטנציאל וקינטי
  3. אני. פוטנציאל, ii. קינטית, ג. פוטנציאל וקינטי
  4. אני. פוטנציאל וקינטי, ii. קינטי iii. קִינֵטִי

איזו מההשוואות או הניגודים הבאים בין תגובות אנדרגוניות לאקסרגוניות היא שקר?

  1. לתגובות אנדרגוניות יש חיובי ∆G ולתגובות אקסרגוניות יש שלילי ∆G
  2. תגובות אנדרגוניות צורכות אנרגיה ותגובות אקסרגוניות משחררות אנרגיה
  3. הן התגובות האנדרגוניות והן האקסרגוניות דורשות כמות קטנה של אנרגיה כדי להתגבר על מחסום הפעלה
  4. תגובות אנרגוניות מתרחשות לאט ותגובות אקסטרגוניות מתרחשות במהירות

איזו מהאפשרויות הבאות היא הדרך הטובה ביותר לשפוט את אנרגיות ההפעלה היחסיות בין שתי תגובות כימיות נתונות?

  1. השווה את ערכי ∆G בין שתי התגובות
  2. השווה את שיעורי התגובה שלהם
  3. השווה את תנאי הסביבה האידיאליים שלהם
  4. השווה את הספונטניות בין שתי התגובות

יְרִידַת חֳמָרִים

קטבוליזם הוא פירוק מולקולות גדולות למולקולות קטנות. התהליך ההפוך שלו הוא אנבוליזם, השילוב של מולקולות קטנות למולקולות גדולות. שני אלו סלולריים תגובה כימית נקראים יחד חילוף חומרים. תאים משתמשים בתגובות אנבוליות לסינתזת אנזימים, הורמונים, סוכרים ומולקולות אחרות הדרושות כדי לקיים את עצמן, לגדול ולהתרבות.

אֵנֶרְגִיָה משוחרר מאורגני חומרים מזינים במהלך קטבוליזם מאוחסן בתוך מולקולה אדנוזין טריפוספט (ATP), בצורה של הקשרים הכימיים בעלי אנרגיה גבוהה בין המולקולות השנייה של הפוספט השלישית. ה תָא משתמש ב-ATP לסינתזה של רכיבי תאים ממבשרים פשוטים, עבור המכניים עֲבוֹדָה של התכווצות ו תְנוּעָה, ולהובלת חומרים על פניו קְרוּם. האנרגיה של ATP משתחררת כאשר הקשר הזה נשבר והופך את ה- ATP ל אדנוזין דיפוספט (ADP).

התא משתמש באנרגיה הנגזרת מהקטבוליזם כדי להדליק תגובות אנבוליות שמסנתזות את רכיבי התא.

למרות שאנבוליזם וקטבוליזם מתרחשים בו זמנית בתא, קצביהם נשלטים זה מזה ללא תלות. תאים מפרידים את המסלולים הללו מכיוון שקטבוליזם הוא תהליך שנקרא "מדרון" שבמהלכו משתחררת אנרגיה, בעוד שאנבוליזם הוא תהליך "עלייה" אנרגטית הדורש הזנת אנרגיה.

המסלולים השונים גם מאפשרים לתא לשלוט על המסלולים האנאבוליים והקטבוליים של מולקולות ספציפיות ללא תלות זו בזו. יתר על כן, כמה מסלולים אנבוליים וקטבוליים מנוגדים להתרחש בחלקים שונים של אותו התא. לדוגמה, בכבד, ה חומצות שומן מתפרקים לאצטיל CoA בתוך המיטוכונדריה, בעוד חומצות שומן מסונתזות מאצטיל CoA בציטופלזמה של התא.

הן הקטבוליזם והן האנבוליזם חולקים רצף נפוץ וחשוב של תגובות המכונה יחד חוּמצַת לִימוֹן מחזור, או מחזור קרבס, המהווה חלק מסדרה גדולה יותר של תגובות אנזימטיות המכונה זרחון חמצוני. כאן, גלוקוז מתפרק לשחרור אנרגיה, אשר מאוחסנת בצורה של ATP (קטבוליזם), בעוד מולקולות אחרות המיוצרות על ידי מחזור קרבס משמשות כמולקולות מבשרות לתגובות אנבוליות הבונות חלבונים, שומנים ופחמימות (אנבוליזם).

תאים מווסתים את ציון של מסלולים קטבוליים באמצעות אנזימים אלוסטריים, שפעילותם עולה או יורדת בתגובה לנוכחות או היעדר התוצר הסופי של סדרת התגובות. לדוגמה, במהלך מחזור קרבס, הפעילות של אֶנזִים ציטרט סינתאז מואט על ידי הצטברות של succinyl CoA, מוצר שנוצר מאוחר יותר במחזור.


תגובה כימית

מאפיין אחד של אורגניזם חי הוא חילוף החומרים, שהוא סך כל התגובות הכימיות שנמשכות לשמירה על בריאותו וחייו של אותו אורגניזם. תהליכי הקישור שלמדת עד כה הם תגובות כימיות אנאבוליות כלומר, הם יוצרים מולקולות גדולות יותר ממולקולות או אטומים קטנים יותר. אך זכור כי חילוף החומרים יכול להתקדם לכיוון אחר: בתגובות כימיות קטבוליות, קשרים בין רכיבים של מולקולות גדולות יותר נשברים, משחררים מולקולות קטנות או אטומים. שני סוגי התגובות כרוכים בהחלפות לא רק של חומר, אלא של אנרגיה.

תפקידה של אנרגיה בתגובות כימיות

תגובות כימיות דורשות כמות מספיקה של אנרגיה בכדי לגרום לחומר להתנגש בדיוק ודיוק מספיק בכדי שניתן יהיה לשבור קשרים כימיים ישנים וליצור קשרים חדשים. באופן כללי, אנרגיה קינטית היא צורת האנרגיה המניעה כל סוג של חומר בתנועה. תארו לעצמכם שאתם בונים קיר לבנים. האנרגיה שנדרש כדי להרים ולהניח לבנה אחת על גבי אחרת היא אנרגיה קינטית - לחומר האנרגיה יש בגלל התנועה שלו. ברגע שהקיר במקום, הוא אוגר אנרגיה פוטנציאלית. אנרגיה פוטנציאלית היא אנרגיית המיקום, או שיש לחומר האנרגיה בגלל המיקום או המבנה של מרכיביו. אם קיר הלבנים קורס, האנרגיה הפוטנציאלית המאוחסנת משתחררת כאנרגיה קינטית כאשר הלבנים נופלות.

בגוף האדם, אנרגיה פוטנציאלית מאוחסנת בקשרים בין אטומים למולקולות. אנרגיה כימית היא צורת האנרגיה הפוטנציאלית בה האנרגיה מאוחסנת בקשרים כימיים. כאשר נוצרים קשרים אלה, האנרגיה הכימית מושקעת, וכאשר הם נשברים, האנרגיה הכימית משתחררת. שימו לב שאנרגיה כימית, כמו כל אנרגיה, לא נוצרת ולא נהרסת, היא מומרת מצורה אחת לאחרת. כשאתה אוכל חטיף אנרגיה לפני היציאה מהדלת לטיול, הדבש, האגוזים ושאר המזונות שהבר מכיל מתפרקים ומאורגנים מחדש על ידי הגוף שלך למולקולות שתאי השריר שלך ממירים לאנרגיה קינטית.

תגובות כימיות המשחררות יותר אנרגיה ממה שהן סופגות מתאפיינות כאקסרגוניות. הקטבוליזם של המזונות בבר האנרגיה שלך הוא דוגמה לכך. חלק מהאנרגיה הכימית המאוחסנת בבר נספג במולקולות שהגוף שלך משתמש לדלק, אבל חלק ממנה משתחרר - למשל, כחום. לעומת זאת, תגובות כימיות שסופגות יותר אנרגיה ממה שהם משחררות הן אנדרגוניות. תגובות אלו דורשות קלט אנרגיה, והמולקולה המתקבלת אוגרת לא רק את האנרגיה הכימית במרכיבים המקוריים, אלא גם את האנרגיה שהניעה את התגובה. מכיוון שהאנרגיה לא נוצרת ואינה נהרסת, מהיכן נובעת האנרגיה הדרושה לתגובות אנדרגוניות? במקרים רבים זה נובע מתגובות אקסרגוניות.

צורות אנרגיה חשובות בתפקוד האדם

כבר למדת שאנרגיה כימית נספגת, מאוחסנת ומשתחררת על ידי קשרים כימיים. בנוסף לאנרגיה כימית, אנרגיה מכנית, זוהרת וחשמלית חשובים בתפקוד האדם.

  • אנרגיה מכנית, המאוחסנת במערכות פיזיקליות כמו מכונות, מנועים או גוף האדם, מפעילה ישירות את תנועת החומר. כאשר אתה מרים לבנה למקומה על קיר, השרירים שלך מספקים את האנרגיה המכנית שמניעה את הלבנה.
  • אנרגיה קורנת היא אנרגיה הנפלטת ומועברת כגלים ולא כחומר. גלים אלה משתנים באורכם מגלי רדיו ארוכים ומיקרוגל ועד גלי גמא קצרים הנפלטים מגרעינים אטומיים מתפוררים. הספקטרום המלא של האנרגיה הקורנת מכונה הספקטרום האלקטרומגנטי. הגוף משתמש באנרגיה האולטרה סגולה של אור השמש כדי להמיר תרכובת בתאי העור לויטמין D, החיוני לתפקוד האדם. עין האדם התפתחה וראתה את אורכי הגל המרכיבים את צבעי הקשת, מאדום לסגול, כך שטווח הספקטרום נקרא "אור גלוי".
  • אנרגיה חשמלית, המסופקת על ידי אלקטרוליטים בתאים ובנוזלי הגוף, תורמת לשינויי המתח המסייעים בהעברת דחפים בתאי העצב והשריר.

מאפיינים של תגובות כימיות

כל התגובות הכימיות מתחילות במגיב, המונח הכללי לחומר אחד או יותר שנכנסים לתגובה. יוני נתרן וכלוריד, למשל, הם המגיבים בייצור מלח שולחן. החומר אחד או יותר המיוצר בתגובה כימית נקראים המוצר.

בתגובות כימיות, מרכיבי המגיבים - היסודות המעורבים ומספר האטומים של כל אחד - נמצאים כולם במוצר (ים). באופן דומה, במוצרים אין שום דבר שאינו קיים במגיבים. הסיבה לכך היא שתגובות כימיות נשלטות על ידי חוק שימור המסה, הקובע שלא ניתן ליצור או להרוס חומר בתגובה כימית.

בדיוק כפי שאתה יכול לבטא חישובים מתמטיים במשוואות כגון 2 + 7 = 9, אתה יכול להשתמש במשוואות כימיות כדי להראות כיצד המגיבים הופכים למוצרים. כמו במתמטיקה, משוואות כימיות נמשכות משמאל לימין, אך במקום סימן שוויון, הן משתמשות בחץ או בחצים המציינים את הכיוון בו מתקדמת התגובה הכימית. לדוגמה, התגובה הכימית שבה אטום חנקן אחד ושלושה אטומי מימן מייצרים אמוניה תיכתב כ [לטקס] טקסט o < ext>_< ext<3>>[/latex]. בהתאם, פירוק האמוניה למרכיביה ייכתב כ-[latex]< ext> _ < text <3>> to text[/שרף גומי]

שימו לב, בדוגמה הראשונה, אטום חנקן (N) ושלושה אטומי מימן (H) מתחברים ליצירת תרכובת. תגובה אנבולית זו דורשת אנרגיה, המאוחסנת אז בתוך קשרי המתחם. תגובות כאלה מכונות תגובות סינתזה. תגובת סינתזה היא תגובה כימית שמביאה לסינתזה (הצטרפות) של רכיבים שהיו נפרדים בעבר ((איור)א). שוב, חנקן ומימן הם מגיבים בתגובת סינתזה המניבה אמוניה כמוצר. המשוואה הכללית לתגובת סינתזה היא [לטקס]טקסטלסמס[/שרף גומי]

בדוגמה השנייה, אמוניה מפולסת למרכיביה הקטנים יותר, והאנרגיה הפוטנציאלית שאוחסנה בקשריה משתחררת. תגובות כאלה מכונות תגובות פירוק. תגובת פירוק היא תגובה כימית המפרקת או "מפרקת" משהו גדול יותר לחלקיו המרכיבים (ראה (איור))ב). המשוואה הכללית לתגובת פירוק היא: [לטקס] טקסט o ext+ ext[/שרף גומי].

גורמים המשפיעים על שיעור התגובות הכימיות

אם שופכים חומץ לסודה לשתיה, התגובה היא מיידית, התערובת תבעבע ותתפוצץ. אבל תגובות כימיות רבות לוקחות זמן. מגוון גורמים משפיעים על קצב התגובות הכימיות. אולם סעיף זה יחשב רק את החשוב ביותר בתפקוד האדם.

מאפייני המגיבים

אם תגובות כימיות אמורות להתרחש במהירות, לאטומים במגיבים יש גישה נוחה זה לזה. לפיכך, ככל ששטח הפנים של המגיבים גדול יותר, כך הם יתקשרו בקלות רבה יותר. כאשר אתה מכניס קוביית גבינה לפה שלך, אתה לועס אותה לפני שאתה בולע אותה. בין היתר, הלעיסה מגדילה את שטח הפנים של המזון כך שכימיקלים לעיכול יכולים להגיע אליו ביתר קלות. ככלל, גזים נוטים להגיב מהר יותר מנוזלים או מוצקים, שוב כי נדרשת אנרגיה כדי להפריד חלקיקים של חומר, ולגזים בהגדרה כבר יש מרווח בין החלקיקים שלהם. באופן דומה, ככל שהמולקולה גדולה יותר, כך מספר הקשרים הכולל גדול יותר, כך שתגובות המערבות מולקולות קטנות יותר, עם פחות קשרים בסך הכל, צפויות להתקדם מהר יותר.

בנוסף, זכור שחלק מהאלמנטים מגיבים יותר מאחרים. תגובות הכוללות יסודות תגובתיים מאוד כמו מימן מתקדמות מהר יותר מתגובות הכוללות יסודות פחות תגוביים. תגובות הכוללות יסודות יציבים כמו הליום לא צפויות להתרחש כלל.

טֶמפֶּרָטוּרָה

כמעט כל התגובות הכימיות מתרחשות בקצב מהיר יותר בטמפרטורות גבוהות יותר. נזכיר שאנרגיה קינטית היא האנרגיה של החומר בתנועה. האנרגיה הקינטית של חלקיקים תת-אטומיים עולה בתגובה לעלייה באנרגיה התרמית. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, החלקיקים נעים מהר יותר, והסיכוי שהם יבואו במגע ויגיבו יהיה גבוה יותר.

ריכוז ולחץ

אם רק כמה אנשים רוקדים במועדון, לא סביר שהם ידרוכו אחד על השני. אבל ככל שיותר ויותר אנשים קמים לרקוד - במיוחד אם המוזיקה מהירה - סביר להניח שיתרחשו התנגשויות. אותו דבר עם תגובות כימיות: ככל שיש יותר חלקיקים בתוך חלל נתון, כך הסיכויים של חלקיקים אלה להתנגש זה בזה. משמעות הדבר היא שכימאים יכולים להאיץ תגובות כימיות לא רק על ידי הגדלת ריכוז החלקיקים - מספר החלקיקים בחלל - אלא גם על ידי הקטנת נפח החלל, שתגביר את הלחץ בהתאם. אם היו 100 רקדנים במועדון ההוא, והמנהל העביר את המסיבה בפתאומיות לחדר שמחצית מהגודל, ריכוז הרקדנים יכפיל את עצמו במרחב החדש, והסבירות להתנגשויות תגדל בהתאם.

אנזימים וזרזים אחרים

כדי ששני כימיקלים בטבע יגיבו זה עם זה הם צריכים קודם כל לבוא במגע, וזה קורה באמצעות התנגשויות אקראיות. מכיוון שחום עוזר להגדיל את האנרגיה הקינטית של אטומים, יונים ומולקולות, הוא מקדם את ההתנגשות שלהם. אבל בגוף, חום גבוה במיוחד-כמו חום גבוה מאוד-יכול לפגוע בתאי הגוף ולהיות מסכן חיים. מצד שני, טמפרטורת הגוף הרגילה אינה גבוהה מספיק כדי לקדם את התגובות הכימיות המקיימות חיים. כאן נכנסים זרזים.

בכימיה, זרז הוא חומר שמגביר את קצב התגובה הכימית מבלי שהוא עצמו עובר כל שינוי. אתה יכול לחשוב על זרז כסוכן שינוי כימי. הם עוזרים להגדיל את הקצב והכוח שבו מתנגשים אטומים, יונים ומולקולות, ובכך מגדילים את ההסתברות שאלקטרונים פגז הערכיות שלהם יתקשרו.

הזרזים החשובים ביותר בגוף האדם הם אנזימים. אנזים הוא זרז המורכב מחלבון או חומצה ריבונוקלאית (RNA), שניהם יידונו בהמשך פרק זה. כמו כל הזרזים, האנזימים פועלים על ידי הורדת רמת האנרגיה שצריך להשקיע בתגובה כימית. אנרגיית ההפעלה של תגובה כימית היא רמת האנרגיה ה"סף "הדרושה לשבירת הקשרים במגיבים. לאחר ששוברים קשרים אלה יכולים להיווצר הסדרים חדשים. ללא אנזים שישמש זרז, יש צורך בהשקעה הרבה יותר גדולה של אנרגיה כדי להצית תגובה כימית ((איור)).

אנזימים הם קריטיים לתפקוד בריא של הגוף. הם מסייעים, למשל, בפירוק המזון והפיכתו לאנרגיה. למעשה, רוב התגובות הכימיות בגוף מופעלות על ידי אנזימים.

סקירת פרק

תגובות כימיות, בהן הקשרים הכימיים נשברים ויוצרים, דורשות השקעה ראשונית של אנרגיה. אנרגיה קינטית, אנרגיית החומר בתנועה, מזינה את ההתנגשויות של אטומים, יונים ומולקולות הדרושות אם הקשרים הישנים שלהם ישברו ויצרו קשרים חדשים. כל המולקולות אוגרות אנרגיה פוטנציאלית, אשר משתחררת כאשר הקשרים שלהן נשברים.

Four forms of energy essential to human functioning are: chemical energy, which is stored and released as chemical bonds are formed and broken mechanical energy, which directly powers physical activity radiant energy, emitted as waves such as in sunlight and electrical energy, the power of moving electrons.

Chemical reactions begin with reactants and end with products. Synthesis reactions bond reactants together, a process that requires energy, whereas decomposition reactions break the bonds within a reactant and thereby release energy. In exchange reactions, bonds are both broken and formed, and energy is exchanged.

The rate at which chemical reactions occur is influenced by several properties of the reactants: temperature, concentration and pressure, and the presence or absence of a catalyst. An enzyme is a catalytic protein that speeds up chemical reactions in the human body.

סקירת שאלות

The energy stored in a foot of snow on a steep roof is ________.

The bonding of calcium, phosphorus, and other elements produces mineral crystals that are found in bone. This is an example of a(n) ________ reaction.


צפו בסרטון: INDONESIA BIKIN SINGAPORE KRISIS ENERGI? KOK BISA??-Reaction- (נוֹבֶמבֶּר 2022).