Энергия активации. Катализаторы

Ферменты. Строение, механизм действия, классификация.

Энергия активации. Катализаторы

Рассмотрим популяцию молекул D, находящихся в ограниченном замкнутом пространстве. В такой популяции индивидуальные молекулы при постоянной температуре сильно различаются по количеству содержащейся (внутренней) в них энергии:

1) молекулы с высокой энергией (Е_max), незначительное количество;

2) молекулы со средним значением энергии (Е_mid), большинство молекул;

3) молекулы с низкой энергией (Е_min), незначительное количество.

Химическая реакция X→Y (CO₂ + H₂O → H₂CO₃) протекает потому, что в любой момент времени некоторая доля молекул Dобладает большей внутренней энергией (Е_max) по сравнению с другими молекулами данной популяции, и этой энергии оказывается достаточно для достижения ими вершины энергетического барьера и перехода в активную форму, называемую активным состоянием: (Рис. 3.1):

Рис. 3.1. Катализаторы снижают энергию активации (энергетический, или активационный, барьер) химических реакций, не влияя при этом на полное изменение свободной энергии в ходе реакции.

Энергией активации называется количество энергии необходимое для того, чтобы все молекулы вещества при определённой температуре перешли в активированное состояние, соответствующее вершине активационного барьера.

В ходе реакции молекулы приобретают энергию, достаточную для их активации, и оказываются в переходном состоянии; далее происходит образование продуктов.

При графическом изображении (Рис. 3.1)энергия активации (Е_а) – это высота энергетического барьера, которая должна быть преодолена молекулами для осуществления химической реакции.

Достижение переходного состояния реагирующими молекулами (субстрата) возможно двумя путями:

1) придать реагирующим молекулам избыточную энергию за счёт увеличения температуры;

2) снизить энергию активации соответствующей реакции.

Для снижения энергии активации используются специальные вещества – катализаторы.

Основная функция катализатора — образовывать с исходными веществами более реакционноспособные промежуточные соединения, позволяющие снизить энергию активации.

Все без исключения химические процессы в клетке катализируются специальными биологическими катализаторами, которые называются ферментами.