Определение Экзергонической Реакции
Экзергоническая реакция – это реакция, которая высвобождает свободную энергию. Поскольку этот тип реакции высвобождает энергию, а не потребляет ее, она может происходить спонтанно, без воздействия внешних факторов.
С точки зрения химии, эксергонические реакции – это реакции, в которых изменение свободной энергии отрицательно. Свободная энергия измеряет общее количество энергии, доступной в системе; отрицательные изменения означают, что энергия была выпущена, в то время как положительные изменения означают, что энергия была сохранена.
Напротив, реакции, в которых образуются химические связи, часто являются эндергоническими. В этих конструктивных реакциях, где создаются сложные молекулы, организм использует энергию, собранную из фотосинтез или клеточное дыхание и вкладывает эту энергию в химические связи. Эти творческие части метаболизма называются «анаболизм «.
Для живых существ химические связи в молекулах, таких как сахара, белки и жиры, могут быть использованы в качестве накопителя энергии.
Это можно увидеть в метаболизме, где сахара, белки и жиры создаются путем потребления энергии от фотосинтеза или клеточного дыхания. Снова видно, когда организму нужна энергия, и эти молекулы разрушаются.
Интересный факт: жир содержит больше энергии, чем сахар, потому что молекулы жира содержат больше химических связей, чем молекулы сахара. Чем больше связей молекула содержит, тем больше энергии может быть выпущено путем разрыва этих связей!
Хотя расщепление сахаров, жиров и других экзергонических реакций происходит спонтанно – живые существа используют ферменты, чтобы значительно ускорить эти реакции.
Ферменты работают, принося подложка молекула (например, жир или сахар для метаболизма) в идеальное расположение для начала реакции. Это снижает энергию активации экзергонической реакции, делая ее гораздо более вероятной.
Функции экзергонических реакций
Экзергонические реакции используются живыми существами для перемещения энергии из «хранилища» в одной молекуле, такой как сахар или жир, и в активную форму, такую как АТФ. Это делается путем разрыва химических связей в сахаре или жире и передачи его энергии в форме электронов или другой валюты новой молекуле.
В высокоэффективном процессе клеточного дыхания используются цепи переноса электронов и другое высокоспециализированное химическое оборудование для создания шокирующих 38 молекул АТФ из одной молекулы глюкозы (хотя в процессе потребляется шесть молекул АТФ, что дает чистый прирост 32).
Менее эффективные организмы могут использовать энергию, разрушаемую глюкозными связями, только для выработки нескольких молекул АТФ, но этого все же достаточно для поддержания жизни!
Примеры Экзергонических Реакций
гликолиз
Гликолиз – это первый процесс, используемый прокариотами и эукариотами для превращения накопленной в сахаре энергии в АТФ. Для эукариот гликолиз является лишь первым шагом в процессе, который приводит к клеточному дыханию; для прокариот гликолиз может быть единственным средством получения АТФ из глюкозы.
Термин «гликолиз» происходит от корней «глико» для сахара и «лизис» для «расщепления». Это буквально означает «расщепление сахара» – и это именно то, что происходит при гликолизе, где молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пируват.
Разрывая химические связи, удерживающие две молекулы вместе, ферменты гликолиза собирают достаточно энергии для производства двух молекул АТФ.
Сахар является хорошей формой накопления энергии для клеток, потому что они довольно стабильны; в отличие от АТФ, они не спонтанно разлагаются и выделяют свою энергию каждый раз, когда сталкиваются с ферментом, который нуждается в энергии. Контроль скорости превращения глюкозы в АТФ позволяет клетка контролировать скорость, с которой он тратит накопленную энергию. Это может быть спасением жизни приспособление во времена, когда еды мало.
Клеточное дыхание
В эукариотических клетках, которые практикуют клеточное дыхание, молекулы пирувата, оставшиеся после гликолиза, подвергаются еще большему разрушению связей, выделяя еще больше энергии.
Разрушающее связь оборудование клеточного дыхания настолько развито, что в конце этого процесса остается только углекислый газ. Глюкоза была разбита на одноуглеродные единицы!
Энергия, выделяемая в результате этой реакции, собирается для получения чистого прироста еще 30 молекул АТФ, в дополнение к двум, полученным от гиколиза.
Катаболизм жирных кислот
Катаболизм жирных кислот относится к распаду жирные кислоты.
Для организмов, которые могут обеспечить долгосрочное накопление энергии, жирные кислоты являются отличным способом сделать это. Молекулы жира могут содержать гораздо больше энергии, чем молекулы сахара, потому что они содержат гораздо больше химических связей.
В то время как молекулы глюкозы содержат 6 атомов углерода, 6 атомов кислорода и 12 атомов водорода, связанных вместе, жирные кислоты содержат от 2 до 26 молекул углерода и до 2 атомов водорода на углерод.
При катаболизме жирных кислот эти длинные энергосберегающие цепи распадаются на более мелкие куски, которые могут распадаться на углекислый газ, как при глюкозе в клеточном дыхании.
И точно так же, как преобразование глюкозы в АТФ, контроль скорости катаболизма жирных кислот позволяет организмам контролировать, насколько быстро они используют накопленную энергию!
викторина
1. Что из нижеперечисленного наименее вероятно может быть экзергонической реакцией?A. Расщепление глюкозы в пируватB. Расщепление белка в аминокислоты C. Синтез крахмала из нескольких молекул сахараD. Разрушение токсин на два нетоксичных компонента
Ответ на вопрос № 1
С верно. Поскольку синтез крахмала требует формирования химических связей вместо их разрушения, он, вероятно, требует ввода энергии. Эта энергия будет затем «храниться» в химических связях между молекулами сахара, пока эти связи не будут разорваны.
2. Что из следующего может остановить производство АТФ в клетке?A. Затопление ячейки АТФ, продвигая равновесие к стороне реагента уравнения.B. Резкое снижение температуры, чтобы химические реакции протекали медленнее.C. Удаление ферментов, которые снижают энергию активации для реакций, которые создают АТФ.D. Все вышеперечисленное.
Ответ на вопрос № 2
D верно. Все вышеперечисленные изменения могут остановить или значительно замедлить синтез АТФ в клетке.
3. Что из перечисленного НЕ является причиной, по которой животные используют жирные кислоты для накопления энергии?A. Жирные кислоты содержат большое количество химических связей, что позволяет им хранить больше энергии, чем сахар.B. Контроль анаболизма и катаболизма жирных кислот позволяет организму «решать», как быстро расходовать запасенное топливо.C. Жирные кислоты весят меньше, чем сахара, содержащие такое же количество калорий, что позволяет организму переносить больше накопленной энергии с меньшими усилиями.D. Все вышеперечисленное.
Ответ на вопрос № 3
D верно. Все вышеперечисленное относится к жирным кислотам.
Ссылки
- Метаболизм и энергия. (Н.о.). Получено 29 апреля 2017 г. с сайта http://www.rsc.org/Education/Teachers/Resources/cfb/metabolism.htm.
- MacNaught, A.D. & Wilkinson, A. (1997). Сборник химической терминологии: рекомендации ИЮПАК. Оксфорд: Блэквелл Наука.
- Страйер Л., Тимочко Дж. Л. и Берг Дж. М. (2002). биохимия, Нью-Йорк: W.H. Freeman.
- Павар П., М. & Р. (2013, 14 октября). Окисление жирных кислот – через бета-окисление | Биохимические заметки. Получено 29 апреля 2017 г. с сайта http://pharmaxchange.info/press/2013/10/oxidation-of-fatty-acids/