Reakcja endergoniczna

Definicja reakcji endergonicznej

Reakcja endergoniczna to reakcja, w której energia jest pochłaniana. W terminologii chemicznej oznacza to, że zmiana netto w energii swobodnej jest dodatnia – na końcu reakcji jest więcej energii w układzie niż na jej początku.

Ponieważ reakcje endergoniczne wiążą się z pozyskiwaniem energii, energia ta musi być dostarczona z zewnętrznego źródła, aby reakcja mogła zajść.

W biologii, organizmy wykorzystują reakcje endergoniczne do magazynowania energii ze źródeł zewnętrznych. Fotosynteza, która wykorzystuje energię światła słonecznego do tworzenia cukrów, jest reakcją endergoniczną. Podobnie jak anabolizm kwasów tłuszczowych, w którym energia z pożywienia jest magazynowana w cząsteczkach tłuszczu.

Ogólnie reakcje, które obejmują tworzenie nowych wiązań chemicznych, są endergoniczne. Wiązania chemiczne „przechowują” energię reakcji aż do momentu ich zerwania, w którym to momencie część energii, która została włożona w początkową reakcję, zostaje uwolniona.

To jest zasada, na której opiera się metabolizm glukozy, kwasów tłuszczowych i innych paliw biologicznych. Energia pochodząca ze światła słonecznego lub innego źródła, która została użyta do utworzenia wiązań chemicznych w cukrach, białkach lub tłuszczach, jest uwalniana, gdy wiązania te są zrywane w procesach takich jak glikoliza i oddychanie komórkowe.

Ogólnie reakcje metaboliczne, które obejmują tworzenie wiązań chemicznych, nazywane są reakcjami „anabolicznymi”. Reakcje metaboliczne, które obejmują zrywanie wiązań w celu uwolnienia energii, nazywane są „katabolicznymi”.”

To właśnie ten ruch energii poprzez wiązania chemiczne pozwala na istnienie życia. Reakcje endergoniczne fotosyntezy i chemosyntezy pozwalają przetrwać stworzeniom na dole piramidy energetycznej – i karmić organizmy takie jak my, które uzyskują energię poprzez rozkład cukrów i tłuszczów, aby uwolnić zmagazynowaną energię.

Funkcja reakcji endergonicznych

Reakcje endergoniczne mają dwa ważne cele w biologii. Jednym z nich jest uwalnianie energii zmagazynowanej w cząsteczkach pożywienia, co pozwala organizmom przetrwać bez pozyskiwania całej energii bezpośrednio ze światła słonecznego.

Drugim celem jest tworzenie elementów składowych życia: DNA, RNA, białka i wszystkie inne składniki komórek muszą być tworzone poprzez reakcje, które tworzą nowe wiązania pomiędzy chemicznymi składnikami budulcowymi. Te reakcje tworzenia wiązań są zazwyczaj endergoniczne.

Organizmy potrzebują energii do wzrostu, ponieważ produkcja nowych materiałów wymaga energii. Dla roślin może to oznaczać cukry, lipidy i kwasy nukleinowe, z których zbudowane są ich liście; dla ludzi oznacza to lipidy naszych ścian komórkowych, białka w naszych mięśniach i oczywiście DNA w naszych komórkach.

W większości przypadków energia wymagana do budowy nowych komórek pochodzi z ATP. ATP jest cząsteczką magazynującą energię glukozy, która ostatecznie pochodzi oczywiście ze słońca poprzez fotosyntezę roślin.

Przykłady reakcji endergonicznych

Synteza DNA/RNA

Synteza DNA i RNA jest fascynująca, ponieważ nie wykorzystuje ATP w taki sam sposób, jak reakcje endergoniczne. Być może pamiętasz, że DNA ma cztery zasady – A, T, C i G. Cóż, para zasad „A” oznacza adenozynę – tak samo jak „A” w „ATP!”

Atp nie jest zużywany, a następnie regenerowany podczas syntezy DNA, lecz stanowi jeden z materiałów budowlanych. Proces rozpoczyna się od trisofosforanów każdej z par zasad: ATP, TTP, CTP i GTP.

Gdy polimeraza DNA przesuwa jeden z tych trifosforanów nukleotydów na pozycję, aby dołączyć do rosnącej nici DNA, jedna z grup fosforanowych nukleotydu odrywa się – i zostaje zastąpiona przez utworzenie nowego wiązania między nukleotydem a nicią DNA!

Gdzieś w dole linii proces ten wymaga energii i użycia ATP – wszystkie nukleotydy muszą mieć przyłączone grupy fosforanowe, aby te grupy fosforanowe mogły przechowywać energię potrzebną do utworzenia wiązania między nukleotydem a nicią DNA.

Ale w przeciwieństwie do wielu reakcji katabolicznych, ta nie zamienia po prostu ATP w ADP i nie wysyła go z powrotem, aby uzyskać nową grupę fosforanową. W tej reakcji ATP, TTP, GTP i CTP pozostają jako część nici DNA na zawsze, aż do jej rozpadu!

Synteza białek

Synteza białek jest bardziej typowym przykładem tego, jak żywe organizmy przemieszczają energię i dodają ją do reakcji, aby umożliwić tworzenie nowych wiązań chemicznych.

Podczas syntezy białek różne enzymy i rybozymy współpracują ze sobą, aby wykonać kroki niezbędne do dodania aminokwasu do rosnącego białka. W sumie, około pięciu ATP musi być zużyte, aby dodać jeden aminokwas do rosnącego białka. Oznacza to, że na każdą cząsteczkę glukozy, która jest metabolizowana, można dodać około sześciu aminokwasów do białka!

Proces ten jest niezwykle kosztowny dla bakterii; w przypadku komórek E. coli około 95% całego wytwarzanego przez nie ATP jest wykorzystywane do syntezy białek.

Ta inwestycja opłaca się na dłuższą metę, ponieważ białka takie jak enzymy mogą drastycznie obniżyć energię aktywacji wymaganą do tysięcy kolejnych reakcji chemicznych. Ale dla organizmów, które nie mogą oddychać komórkowo, budżet energetyczny jest napięty!

Białka, które są wytwarzane z energii ATP, pozwalają funkcjonować naszym metabolizmom, mięśniom, a nawet mózgom i narządom zmysłów. I ważne jest, aby pamiętać, że ta energia jest nam dostarczana w jedzeniu, które spożywamy – które ostatecznie, na dole piramidy energetycznej, pochodzi z fotosyntezy!

Synteza kwasów tłuszczowych

Synteza kwasów tłuszczowych wykorzystuje zarówno ATP, jak i inną cząsteczkę przenoszącą energię – NADPH – aby dostarczyć energię do tworzenia kwasów tłuszczowych.

Utworzenie kwasu tłuszczowego wymaga dużej ilości energii; może to zająć 7 ATP i 14 NADPH, aby dodać dwie cząsteczki węgla do łańcucha kwasu tłuszczowego, a niektóre kwasy tłuszczowe mogą mieć nawet 26 węgli!

Ale kwasy tłuszczowe, tak jak białka, są niezbędne organizmowi do funkcjonowania i wzrostu; tworzą one większość błon komórkowych i wewnątrzkomórkowych, jak również służą innym celom.

Jeśli kwas tłuszczowy jest tworzony w celu przechowywania energii, większość tej energii będzie przechowywana i będzie mogła być dostępna dla organizmu później, jeśli jego rezerwy ATP i cukru będą niskie!

Quiz

1. Która z poniższych reakcji jest najmniej prawdopodobna jako reakcja endergoniczna?
A. Synteza skrobi z wielu cząsteczek cukru.
B. Synteza białka z wielu aminokwasów.
C. Katabolizm tłuszczu do jego jednowęglowych składników.
D. Żadne z powyższych.

2. Dlaczego polimeraza DNA nie wykorzystuje ATP?
A. Ponieważ synteza DNA jest reakcją egzergoniczną.
B. Zamiast tego używa NADPH jako źródła energii.
C. Wykorzystuje ATP – i inne trifosforany nukleotydów, które dostarczają własnej energii do reakcji syntezy.
D. Żadne z powyższych.

3. Które z poniższych stwierdzeń NIE jest prawdziwe w odniesieniu do syntezy białek?
A. Bakterie muszą metabolizować więcej cukru, aby pokryć „koszt” energetyczny syntezy białek, ponieważ nie mogą wykonywać oddychania komórkowego.
B. Synteza białek jest niezbędna do tworzenia enzymów, które są białkami.
C. Uwalnia więcej energii niż jej wydatkuje.
D. Żadne z powyższych.