معلومة

التفاعلات الابتنائية وطاقة التفاعل

التفاعلات الابتنائية وطاقة التفاعل


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.

يقول كتابي المدرسي ،

بشكل عام ، يؤدي تكوين رابطة [كيميائية] إلى إطلاق الطاقة

ويواصل القول ،

التفاعلات الابتنائية (تسمى مجتمعة الابتنائية) تربط الجزيئات البسيطة لتشكيل جزيئات أكثر تعقيدًا. تتطلب التفاعلات الابتنائية مدخلات من الطاقة لأنه يجب كسر الروابط القوية داخل الجزيئات الأصغر لتشكيل الجزيئات الأكثر تعقيدًا.

هل هاتان العبارتان تتعارضان؟ البيان الأول يقول أنه عندما تتحد مادتان كيميائيتان لتكوين رابطة ، يتم إطلاق الطاقة ؛ يقول البيان الثاني أنه عندما ترتبط الجزيئات البسيطة ، على الأرجح من خلال رابطة ، فإن مدخلات الطاقة تكون مطلوبة.

هو موضع تقدير أي مساعدة.


كلتا العبارتين صحيحة ، لكن فهم سبب عدم تناقضهما يتطلب القليل من الشرح.

بالنسبة لردود الفعل "العفوية" ، تلك التي تحدث بشكل طبيعي ، يجب أن تزيد الإنتروبيا دائمًا. كقاعدة عامة ، فإن إحدى أسهل الطرق لزيادة الانتروبيا هي إطلاق الطاقة ، لذلك نجد عمومًا أن التفاعلات العفوية تطلق الطاقة. * إنها قاعدة جيدة للاستخدام.

في حالة حدوث تفاعل ابتنائي ، نجمع جزيئات معقدة من جزيئات بسيطة ، ولهذه التفاعلات المعينة نرى أنها لا تطلق الطاقة. هم في الواقع "يستهلكون" الطاقة في تكوينهم. هذا معقول ، لذا فإن ما نجده هو أن ردود الفعل هذه ليست "عفوية". نحن لا نراهم يحدثون من تلقاء أنفسهم.

لإجراء تفاعل ابتنائي ، نحتاج إلى تغيير البيئة بحيث يصبح التفاعل تلقائيًا. نحن بحاجة إلى تغيير البيئة بحيث يطلق التفاعل طاقة. للقيام بذلك ، نبدأ بمدخلات تحتوي على طاقة أكبر مما ينبغي للمنتج النهائي (مثل الطاقة الحركية الإضافية من الحرارة ، أو مؤكسد قوي لتقليل أحد الكواشف ، أو أي واحد من عدد من الأساليب الكيميائية والميكانيكية ). الآن يمكن أن يؤدي تكوين الجزيء المعقد إلى إطلاق الطاقة ، لذلك يمكن أن يحدث بشكل تلقائي. عندما نفعل هذا ، نطلق بعض الطاقة ، لكن ليس كلها. يتم استهلاك بقية الطاقة في بناء روابط هذا الجزيء التي لم تكن لتظهر تلقائيًا. عادةً ما يُنظر إلى الطاقة المنبعثة على أنها نفايات ، والطاقة المكبوتة في الجزيء هي المنتج الذي تريده.

لذا في النهاية ، السبب في عدم وجود تعارض هو الجزء "بشكل عام ..." في الاقتباس الأول. يمكنك التسبب في حدوث رد فعل يستهلك الطاقة ، ولكن عليك عادةً القيام ببعض الأشياء الذكية لوضع الطاقة فيها. التفاعلات التي تطلق الطاقة تحدث بشكل عفوي. بشكل عام ، نجد أن ردود الفعل "التلقائية" تحدث كثيرًا ، ومن هنا جاءت القاعدة العامة.

* أنا مفعم بالطاقة والنتروبيا هنا لمحاولة رسم صورة بسيطة دون كل الارتباك الذي يجلبه الانتروبيا دائمًا إلى المناقشة. كلما تعلمت أكثر ، توقع أن تكون أكثر دقة مما أنا عليه هنا.


على الرغم من أن الإجابة منCortAmmon مثيرة للإعجاب بشكل عام ، أعتقد أنه يجب التمييز بين نوع صحة العبارتين. أود أن أقول أن:

العبارة 1 (تكوين الرابطة تطلق الطاقة) هي حقيقة أساسية تنبثق من تعريف طاقة الرابطة.

العبارة 2 (التفاعلات الابتنائية تتطلب طاقة) هي تعميم صحيح في معظم الظروف ولكنه ليس حقيقة أساسية ، كما هو موضح في الاستثناءات.

المشكلة الأولى هي تعريف الابتنائية. دعونا نأخذ واحدًا غير مثير للجدل من موقع على الإنترنت:

"الابتنائية هي ... توليد جزيء معقد من جزيئات بسيطة"

أو ، كما في بيرج وآخرون. الكيمياء الحيوية، "عمليات التخليق الحيوي".

من الواضح على الفور أن هذا مفهوم أقل دقة بكثير من طاقة الرابطة ، وينشأ التمييز بينهما الابتنائية ككل (على سبيل المثال ، التوليف الكلي للجلوكوز من البيروفات في استحداث السكر) و ردود الفعل الابتنائية الفردية (على سبيل المثال ، تفاعل ألدولاز في عملية استحداث السكر).

الآن في علم الأحياء الابتنائي ، نحن مهتمون عمومًا بإنشاء جزيئات معقدة تحتوي على روابط كربون-كربون جديدة ، روابط ببتيدية ، روابط جليكوسيدية ، روابط فسفو دايستر وما شابه. كما يوضحCortAmmon ، فإن العبارة الثانية صالحة لأن (أود أن أقول "إذا") الروابط في الجزيئات التي يجب كسرها لكي يحدث التشابه لها طاقة رابطة إجمالية أكبر من تلك الخاصة بالرابطة الجديدة في المنتج . يعتمد هذا على الكيميائيات المعينة المتضمنة ، وقد يتبين أنه صحيح بالنسبة للعملية برمتها ، ولكن يبدو أنه لا يوجد أساسي لماذا يجب أن يكون الأمر كذلك.

بالتأكيد ، لا يلزم أن يكون صحيحًا بالنسبة لردود الفعل الابتنائية الفردية، كما يتضح من تفاعل aldolase المذكور أعلاه:

هذا رد فعل عكسي ، والذي في الاتجاه الابتنائي يشكل رابطة C-C بين ثلاث مرات. التغير القياسي في الطاقة الحرة في هذا التفاعل يقترب من الصفر.

إذا كان الكتاب المدرسي للملصق قد ميز هذا التمييز ، فلا داعي لأن يكون ارتباك الناشر بشأن هذه المسألة قد نشأ.


أعتقد أن كلا العبارتين صحيحتان ، فعندما يأخذان بعين الاعتبار التغيير في التصميم ، فإنهما يأخذان في الاعتبار التغيير العام. الطاقة مطلوبة لبدء التفاعل لكسر الروابط القديمة مما يسمح للروابط الجديدة بالتشكل من ناحية أخرى عندما يتم إطلاق الطاقة في تكوين الرابطة. الطاقة المنبعثة هي أكثر بالمقارنة مع الطاقة الممتصة وبالتالي فإن تكوين الرابطة يطلق طاقة.


بناء وإنزال

المفاهيم الرئيسية:
توجد فئتان رئيسيتان من التفاعلات في كيمياء الخلايا.

الهدم تفاعلات انفصال جزيئات الطعام وإطلاق الطاقة والمواد الكيميائية لاستخدامها لاحقًا.
الابتنائية تفاعلات بناء الجزيئات المعقدة التي تتطلبها الخلية. تعتمد التفاعلات الابتنائية على التفاعلات التقويضية لتوفير الطاقة والمواد.
الأيض هو العمل معا من ردود الفعل التقويضية والابتنائية.

في معظم الحالات ، يتم توفير الطاقة اللازمة لجعل الخلايا تعمل بشكل مباشر أو غير مباشر عن طريق أشعة الشمس.

تستطيع بعض البكتيريا الحصول على الطاقة من المواد الكيميائية التي تواجهها في بيئتها. هذه البكتيريا هي مثال على قطع & # 8216 بانوراما & # 8217 التي لم تظهر في & # 8216 الصورة الكبيرة & # 8217.

تتحول الطاقة الضوئية في النباتات إلى طاقة كيميائية تتبرع بالطاقة اللازمة للتفاعلات الابتنائية. تأتي اللبنات الكيميائية اللازمة للبناء من الأملاح المعدنية والمياه في التربة.

يتم إطلاق طاقة الخلايا الداخلية من جزيئات الطعام عن طريق التفاعلات الكيميائية. تحدث هذه في تسلسل مرتب يبدأ في السيتوبلازم السائل ثم في جزأين مختلفين من الميتوكوندريا. الميتوكوندريا هي عضيات معلقة في سيتوبلازم الخلية.

رسائل المفاهيم:
تعتمد جميع أشكال الحياة العليا على ضوء الشمس الذي يوفر الطاقة ، لتحفيز التفاعل الابتنائي الذي يسمى التمثيل الضوئي.


التفاعلات الابتنائية وطاقة التفاعل - علم الأحياء

التمثيل الغذائي هو مجموع جميع أنواع التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الجسم.

نوعا التفاعل الأيضي هما:

ردود الفعل الابتنائية

من أجل حدوث تفاعلات بنائية تتطلب مدخلات من الطاقة. تتضمن أمثلة التفاعلات الابتنائية ما يلي:

  • تكوين الأحماض الأمينية في النباتات (أيونات النترات والجلوكوز) والتي تتكون في البروتينات.
  • تحويل الجلوكوز إلى نشا في النباتات ، أو تحويل الجلوكوز إلى جليكوجين في الحيوانات.
  • تخليق جزيئات الدهون.

تفاعلات تقويضية

التفاعلات التقويضية تطلق الطاقة. تتضمن أمثلة التفاعلات التقويضية ما يلي:

تنتج التفاعلات التقويضية طاقة مهدرة على شكل حرارة (تفاعل طارد للحرارة) ، والتي يتم نقلها إلى البيئة.

التنفس

تعد الحاجة إلى إطلاق الطاقة عملية أساسية في الحياة ، لذلك يحدث التنفس باستمرار في جميع الكائنات الحية. يعطي التفاعل الطارد للحرارة طاقة.

التنفس الهوائي

يحدث التنفس الهوائي عندما تتفاعل جزيئات الأكسجين والجلوكوز وتطلق الطاقة. يتم تخزين الطاقة في جزيء يسمى ATP.

معادلة رمز التنفس الهوائي هي:

يستخدم الجسم الطاقة لعدة أغراض منها:

  • النقل النشط
  • تقلص العضلات
  • نقل النبضات العصبية
  • تخليق جزيئات جديدة
  • الحفاظ على درجة حرارة الجسم ثابتة

التنفس اللاهوائي

يحدث التنفس اللاهوائي في غياب الأكسجين وهو شائع في خلايا العضلات. يطلق بسرعة طاقة أقل من التنفس الهوائي على الرغم من الانهيار غير الكامل للجلوكوز.

الجلوكوز → حمض اللاكتيك + الطاقة المنبعثة

ينتج التنفس اللاهوائي في خلايا النبات والخميرة منتجات مختلفة.

الجلوكوز → الايثانول + ثاني أكسيد الكربون + الطاقة المنبعثة

معادلة رمز التنفس اللاهوائي في الخلايا النباتية والخميرة هي:

يتم استخدام التفاعل أعلاه في التخمير وصنع النبيذ. وهو أيضًا أساس تصنيع المشروبات الروحية.

الرد على التمرين

يحدث التنفس اللاهوائي فقط عندما تعمل العضلات بجد لدرجة أن الرئتين والدورة الدموية لا تستطيعان توفير ما يكفي من الأكسجين لتحطيم كل الجلوكوز المتاح من خلال التنفس الهوائي.

التنفس اللاهوائي والشفاء

يطلق التنفس اللاهوائي الطاقة بشكل أسرع خلال فترات زمنية قصيرة. يكون مفيدًا عندما تكون هناك حاجة إلى رشقات نارية قصيرة مكثفة من الطاقة ، على سبيل المثال تمرين عالي الكثافة (HIT) أو سباق 100 متر.

تؤدي أكسدة الجلوكوز غير المكتملة إلى تراكم حمض اللاكتيك. حمض اللاكتيك سام ويمكن أن يسبب الألم والتشنج والتعب.

يجب تكسير حمض اللاكتيك بسرعة وإزالته لتجنب تلف الخلايا وإرهاق العضلات لفترات طويلة.

أثناء التمرين ، يزداد معدل ضربات القلب ومعدل التنفس وحجم التنفس بحيث يتم توفير كمية كافية من الأكسجين والجلوكوز لعضلاتك ، وبالتالي يمكن لجسمك إزالة حمض اللاكتيك.

بعد التمرين ، تستمر العملية عندما يحدث التنفس العميق حتى يتم إزالة كل حمض اللاكتيك. يسمى سداد الأكسجين ديون الأكسجين.


المسارات الأيضية

توضح عمليات صنع وتحطيم جزيئات السكر نوعين من المسارات الأيضية. المسار الأيضي عبارة عن سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية المترابطة التي تقوم بتحويل جزيء الركيزة أو الجزيئات ، خطوة بخطوة ، من خلال سلسلة من الوسائط الأيضية الوسيطة ، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج منتج أو منتجات نهائية. في حالة التمثيل الغذائي للسكر ، فإن المسار الأيضي الأول يصنع السكر من جزيئات أصغر ، والمسار الآخر يقسم السكر إلى جزيئات أصغر. يشار إلى هاتين العمليتين المتعارضتين - الأولى تتطلب الطاقة والثانية إنتاج الطاقة - باسم مسارات الابتنائية (البناء) والتقويضية (الانهيار) ، على التوالي. وبالتالي ، فإن التمثيل الغذائي يتكون من البناء (الابتنائية) والتدهور (الهدم).

تطور مسارات التمثيل الغذائي

هناك ما هو أكثر من تعقيد عملية التمثيل الغذائي من فهم المسارات الأيضية وحدها. يختلف التعقيد الأيضي من كائن حي إلى آخر. التمثيل الضوئي هو المسار الأساسي الذي تقوم فيه كائنات التمثيل الضوئي مثل النباتات (يتم إجراء غالبية التخليق العالمي بواسطة الطحالب العوالق) بجمع طاقة الشمس وتحويلها إلى كربوهيدرات. المنتج الثانوي لعملية التمثيل الضوئي هو الأكسجين ، الذي تحتاجه بعض الخلايا لإجراء التنفس الخلوي. أثناء التنفس الخلوي ، يساعد الأكسجين في انهيار تقويضي لمركبات الكربون ، مثل الكربوهيدرات. من بين منتجات هذا التقويض CO2 و ATP. بالإضافة إلى ذلك ، تؤدي بعض حقيقيات النوى عمليات تقويضية بدون أكسجين (تخمير) أي أنها تؤدي أو تستخدم التمثيل الغذائي اللاهوائي.

ربما طورت الكائنات الحية الأيض اللاهوائي للبقاء على قيد الحياة (ظهرت الكائنات الحية منذ حوالي 3.8 مليار سنة ، عندما كان الغلاف الجوي يفتقر إلى الأكسجين). على الرغم من الاختلافات بين الكائنات الحية وتعقيد عملية التمثيل الغذائي ، فقد وجد الباحثون أن جميع فروع الحياة تشترك في بعض المسارات الأيضية نفسها ، مما يشير إلى أن جميع الكائنات الحية تطورت من نفس السلف المشترك القديم (الشكل 3). تشير الدلائل إلى أنه بمرور الوقت ، تباعدت المسارات ، مضيفة إنزيمات متخصصة للسماح للكائنات الحية بالتكيف بشكل أفضل مع بيئتها ، وبالتالي زيادة فرصتها في البقاء على قيد الحياة. ومع ذلك ، يظل المبدأ الأساسي هو أن جميع الكائنات الحية يجب أن تحصد الطاقة من بيئتها وتحويلها إلى ATP للقيام بالوظائف الخلوية.

الشكل 3. تظهر هذه الشجرة تطور مختلف فروع الحياة. البعد الرأسي هو الوقت. استخدمت أشكال الحياة المبكرة ، باللون الأزرق ، الأيض اللاهوائي للحصول على الطاقة من محيطها.


أمثلة على التفاعلات الابتنائية

البناء الضوئي

أحد الأمثلة على تفاعل الابتنائية هو التمثيل الضوئي. هذه سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث في البلاستيدات الخضراء للنباتات وتتضمن تخليق الجلوكوز من غاز ثاني أكسيد الكربون وجزيئات الماء. مثل جميع التفاعلات الابتنائية ، يتطلب التمثيل الضوئي مدخلاً من الطاقة ويتم تشغيله بواسطة الطاقة الضوئية من الشمس.

تخليق الجليكوجين

تخليق الجليكوجين (AKA glycogenesis) هو مثال آخر على الابتنائية. أثناء تخليق الجليكوجين ، يتم تجميع جزيئات الجلوكوز في سلاسل طويلة من الجليكوجين ، والتي تُستخدم لتخزين الطاقة في الكبد والعضلات.


قوانين الديناميكا الحرارية: القانون الأول


الشكل 3. تحتاج الكائنات غيرية التغذية إلى الغذاء للحصول على الطاقة. (اضغط للتكبير)

عندما يتم تكسير الجلوكوز ، هناك إطلاق مصاحب للطاقة. كيف تستخدم الكائنات الحية هذه الطاقة؟ أو ، الأفضل من ذلك ، لماذا يحتاجون حتى إلى الطاقة؟ تتطلب هذه الأسئلة غير التافهة فهماً لبعض القوانين العامة المهمة التي تحكم استخدام الطاقة.

الديناميكا الحرارية هي فيزياء تحولات الطاقة التي تحدث في مجموعة من المادة. بشكل رسمي ، يتم تعريف أي مجموعة من المواد الخاضعة للفحص الديناميكي الحراري على أنها & quotsystem. & quot ، الطاقة الحيوية هي مجال الديناميكا الحرارية التي تتعامل بشكل خاص مع التفاعلات النشطة التي تحدث في الكائن الحي بقوة ، والكائن الحي هو & quotsystem. & quot ؛ هناك عدد قليل من القوانين التي تنطبق إلى طاقة (بيولوجية وغير بيولوجية). قوانين الديناميكا الحرارية هي في الواقع بسيطة للغاية ، ولكن لها بعض الآثار بعيدة المدى (ليس فقط على الحياة ، ولكن على جميع التفاعلات بين الطاقة والمادة).

ال القانون الأول للديناميكا الحرارية تنص على أن الطاقة لا يتم إنشاؤها ولا تدميرها. بمعنى آخر ، كمية الطاقة في الكون ثابتة. هذا المفهوم واضح ومباشر ولكن يمكن أن يكون مربكًا. ربما تكون قد سمعت أحدهم يقول أن النباتات تستمد الطاقة من الشمس. & quot تذكر أن النباتات لا تصنع & تقتبس من الطاقة. يحول التمثيل الضوئي الطاقة الضوئية (أحد أشكال الطاقة الحركية) إلى طاقة كيميائية. يمكن اعتبار هذا القانون الأول & quot؛ حفظ الدفاتر & quot؛ وينص على أن الطاقة المستخدمة والإفراج عن أي تفاعل يجب أن تكون متوازنة. لاحظ أنه يمكن توزيع الطاقة في جزيء واحد إلى جزيئين أو أكثر من الجزيئات الأخرى.


تفاعلات تقويضية

ردود الفعل التقويضية (وتسمى أيضًا "الهدم") يكسر الجزيئات الأكبر والأكثر تعقيدًا إلى جزيئات أصغر ويطلق الطاقة في هذه العملية. قد يتم إطلاق المنتجات النهائية الأصغر للتفاعل التقويضي كنفايات أو قد يتم إدخالها في تفاعلات أخرى. يمكن التقاط الطاقة التي يتم إطلاقها من خلال التفاعلات التقويضية واستخدامها بعدة طرق. يتم إطلاق بعض الطاقة على شكل حرارة وتزيد من درجة حرارة الخلية. في بعض الأحيان يتم تخزين الطاقة في الروابط الكيميائية لجزيء آخر. وأحيانًا يمكن استخدامه للقيام بعمل ، مثل حركة الآلات الخلوية لتشغيل النقل النشط للمواد عبر أغشية الخلايا. تعتبر التفاعلات التقويضية مركزية في العمليات البيولوجية مثل التنفس الخلوي وهضم جزيئات الطعام.

التنفس الخلوي تقويضي لأنه يأخذ الجلوكوز (جزيء معقد يحتوي على 6 ذرات كربون) ويختزله إلى ثاني أكسيد الكربون (يحتوي كل منهما على كربون واحد فقط) والماء (الأكسجين مرتبط بمركزي هيدروجين). يتم التقاط بعض الطاقة الناتجة عن هذه العملية في ATP ، والتي يمكن تخزينها لاستخدامها لاحقًا.

هضم البروتين هو أيضًا تفاعل تقويضي. يأخذ جزيء بروتين كبير جدًا ويقسمه إلى عدة ببتيدات أصغر ، ثم يفكك البولي ببتيدات لإنتاج أحماض أمينية فردية.

التفاعلات المهبطية تطلق الطاقة وتقلل من التعقيد

في الشكل أعلاه ، يتم تقسيم الجزيء الأكبر الموجود على اليسار إلى مكونات أصغر وأبسط. عندما يتم كسر الروابط عالية الطاقة واستبدالها بروابط منخفضة الطاقة ، يتم إطلاق الطاقة. قد يتم التقاط بعض هذه الطاقة للقيام بعمل خلوي.


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 النهاية الأخرى ، 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 & # 8710G إيجابية وردود الفعل الخارجية لها تأثير سلبي & # 8710G
  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 & # 8710G بين التفاعلين
  2. قارن معدلات تفاعلهم
  3. قارن بين ظروفهم البيئية المثالية
  4. قارن العفوية بين التفاعلين

الهدم

الهدم هو انهيار الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات صغيرة. العملية المعاكسة لها هي بناء، وهو مزيج من جزيئات صغيرة في جزيئات كبيرة. هذين الخلويين تفاعلات كيميائية تسمى معا الأيض. تستخدم الخلايا تفاعلات بنائية لتكوين الإنزيمات ، الهرموناتوالسكريات والجزيئات الأخرى اللازمة للحفاظ على نفسها ، والنمو ، والتكاثر.

طاقة صدر من عضوي العناصر الغذائية خلال الهدم يتم تخزينها داخل جزيء ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) ، على شكل روابط كيميائية عالية الطاقة بين الجزيئات الثانية والثالثة من الفوسفات. ال زنزانة يستخدم ATP لتجميع مكونات الخلية من السلائف البسيطة ، للميكانيكية الشغل من الانكماش و حركة، ونقل المواد عبرها غشاء. يتم إطلاق طاقة ATP عندما تنكسر هذه الرابطة ، وتحول ATP إلى ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP).

تستخدم الخلية الطاقة المشتقة من التقويض لتغذية التفاعلات الابتنائية التي تصنع مكونات الخلية.

على الرغم من حدوث الابتنائية والتقويض في وقت واحد في الخلية ، يتم التحكم في معدلاتها بشكل مستقل عن بعضها البعض. تفصل الخلايا هذه المسارات لأن الهدم هو ما يسمى بعملية "انحدار" يتم خلالها إطلاق الطاقة ، في حين أن التمثيل الغذائي هو عملية "شاقة" نشطة تتطلب مدخلات من الطاقة.

تسمح المسارات المختلفة للخلية أيضًا بالتحكم في المسارات الابتنائية والتقويضية لجزيئات معينة بشكل مستقل عن بعضها البعض. علاوة على ذلك ، تحدث بعض مسارات الابتنائية والتقويضية المتعارضة في أجزاء مختلفة من نفس الخلية. على سبيل المثال ، في الكبد أحماض دهنية يتم تقسيمها إلى acetyl CoA داخل الميتوكوندريا ، بينما يتم تصنيع الأحماض الدهنية من acetyl CoA في سيتوبلازم الخلية.

تشترك كل من الهدم والابتناء في تسلسل مشترك مهم من ردود الفعل المعروفة مجتمعة باسم حمض الستريك دورة ، أو دورة كريبس، وهو جزء من سلسلة أكبر من التفاعلات الأنزيمية المعروفة باسم الفسفرة المؤكسدة. هنا ، يتم تكسير الجلوكوز لإطلاق الطاقة ، والتي يتم تخزينها في شكل ATP (تقويض) ، بينما يتم استخدام الجزيئات الأخرى التي تنتجها دورة كريبس كجزيئات تمهيدية للتفاعلات الابتنائية التي تبني البروتيناتوالدهون والكربوهيدرات (الابتنائية).

الخلايا تنظم معدل من المسارات التقويضية عن طريق الإنزيمات الخيفية ، التي يزيد نشاطها أو ينقص استجابةً لوجود أو عدم وجود المنتج النهائي لسلسلة التفاعلات. على سبيل المثال ، خلال دورة كريبس ، فإن نشاط إنزيم يتم إبطاء تركيب السترات من خلال تراكم succinyl CoA ، وهو منتج يتكون لاحقًا في الدورة.


التفاعلات الكيميائية

إحدى خصائص الكائن الحي هي التمثيل الغذائي ، وهو مجموع جميع التفاعلات الكيميائية التي تستمر للحفاظ على صحة هذا الكائن الحي وحياته. عمليات الترابط التي تعلمتها حتى الآن هي تفاعلات كيميائية ابتنائية ، أي أنها تشكل جزيئات أكبر من جزيئات أو ذرات أصغر. لكن تذكر أن عملية التمثيل الغذائي يمكن أن تستمر في اتجاه آخر: في التفاعلات الكيميائية التقويضية ، تنكسر الروابط بين مكونات الجزيئات الأكبر ، وتطلق جزيئات أو ذرات أصغر. كلا النوعين من التفاعل ينطويان على تبادل ليس فقط للمادة ، ولكن للطاقة.

دور الطاقة في التفاعلات الكيميائية

تتطلب التفاعلات الكيميائية قدرًا كافيًا من الطاقة لإحداث اصطدام المادة بدقة وقوة كافية بحيث يمكن كسر الروابط الكيميائية القديمة وتشكيل روابط جديدة. بشكل عام ، الطاقة الحركية هي شكل من أشكال الطاقة التي تغذي أي نوع من المواد المتحركة. تخيل أنك تبني جدارًا من الطوب. الطاقة اللازمة لرفع ووضع لبنة فوق أخرى هي الطاقة الحركية - الطاقة التي تمتلكها مادة بسبب حركتها. بمجرد أن يتم وضع الجدار في مكانه ، فإنه يخزن الطاقة الكامنة. الطاقة الكامنة هي طاقة الموقع ، أو مادة الطاقة التي تمتلكها بسبب موقع أو هيكل مكوناتها. إذا انهار جدار القرميد ، يتم إطلاق الطاقة الكامنة المخزنة كطاقة حركية مع سقوط الطوب.

في جسم الإنسان ، يتم تخزين الطاقة الكامنة في الروابط بين الذرات والجزيئات. الطاقة الكيميائية هي شكل من أشكال الطاقة الكامنة حيث يتم تخزين الطاقة في روابط كيميائية. عندما تتشكل هذه الروابط ، يتم استثمار الطاقة الكيميائية ، وعندما تنكسر ، يتم إطلاق الطاقة الكيميائية. لاحظ أن الطاقة الكيميائية ، مثل كل الطاقة ، لا تُنشأ ولا تتلف ، بل تتحول من شكل إلى آخر. عندما تأكل شريط الطاقة قبل الخروج من الباب للتنزه ، فإن العسل والمكسرات والأطعمة الأخرى التي يحتوي عليها الشريط يتم تكسيرها وإعادة ترتيبها بواسطة جسمك إلى جزيئات تقوم خلايا العضلات بتحويلها إلى طاقة حركية.

التفاعلات الكيميائية التي تطلق طاقة أكثر مما تمتصه توصف بأنها طاردة للطاقة. مثال على ذلك تقويض الأطعمة الموجودة في شريط الطاقة الخاص بك. يتم امتصاص بعض الطاقة الكيميائية المخزنة في الشريط في جزيئات يستخدمها جسمك كوقود ، ولكن يتم إطلاق بعض منها — على سبيل المثال ، كحرارة. في المقابل ، التفاعلات الكيميائية التي تمتص طاقة أكثر مما تطلقها هي تفاعلات مفعمة بالحيوية. تتطلب هذه التفاعلات مدخلات طاقة ، ولا يخزن الجزيء الناتج الطاقة الكيميائية في المكونات الأصلية فحسب ، بل يخزن أيضًا الطاقة التي تغذي التفاعل. لأن الطاقة لا تتولد ولا تتلف ، من أين تأتي الطاقة اللازمة للتفاعلات العصبية؟ في كثير من الحالات ، يأتي من ردود فعل مفرطة.

أشكال الطاقة المهمة في عمل الإنسان

لقد تعلمت بالفعل أن الطاقة الكيميائية يتم امتصاصها وتخزينها وإطلاقها بواسطة الروابط الكيميائية. بالإضافة إلى الطاقة الكيميائية ، تعتبر الطاقة الميكانيكية والإشعاعية والكهربائية مهمة في أداء الإنسان.

  • الطاقة الميكانيكية ، التي يتم تخزينها في أنظمة فيزيائية مثل الآلات أو المحركات أو جسم الإنسان ، تعمل مباشرة على تحريك حركة المادة. عندما ترفع لبنة لتثبيتها على الحائط ، فإن عضلاتك توفر الطاقة الميكانيكية التي تحرك الطوب.
  • الطاقة المشعة هي الطاقة المنبعثة والمرسلة على شكل موجات وليس مادة. تختلف هذه الموجات في الطول من موجات الراديو الطويلة والميكروويف إلى موجات جاما القصيرة المنبعثة من نوى الذرة المتحللة. يشار إلى الطيف الكامل للطاقة المشعة بالطيف الكهرومغناطيسي. يستخدم الجسم الطاقة فوق البنفسجية لأشعة الشمس لتحويل مركب في خلايا الجلد إلى فيتامين (د) الضروري لعمل الإنسان. تطورت العين البشرية لترى الأطوال الموجية التي تتكون منها ألوان قوس قزح ، من الأحمر إلى البنفسجي ، لذلك فإن هذا النطاق في الطيف يسمى "الضوء المرئي".
  • تساهم الطاقة الكهربائية ، التي توفرها الإلكتروليتات في الخلايا وسوائل الجسم ، في تغيرات الجهد التي تساعد على نقل النبضات في الخلايا العصبية والعضلية.

خصائص التفاعلات الكيميائية

تبدأ جميع التفاعلات الكيميائية بمتفاعل ، وهو المصطلح العام للمادة أو أكثر من المواد التي تدخل في التفاعل. أيونات الصوديوم والكلوريد ، على سبيل المثال ، هي المواد المتفاعلة في إنتاج ملح الطعام. تسمى المادة أو أكثر التي ينتجها تفاعل كيميائي بالمنتج.

في التفاعلات الكيميائية ، تكون مكونات المواد المتفاعلة - العناصر المتضمنة وعدد ذرات كل منها - كلها موجودة في المنتج (المنتجات). وبالمثل ، لا يوجد شيء موجود في المنتجات غير الموجودة في المواد المتفاعلة. وذلك لأن التفاعلات الكيميائية تخضع لقانون حفظ الكتلة ، والذي ينص على أنه لا يمكن إنشاء المادة أو تدميرها في تفاعل كيميائي.

مثلما يمكنك التعبير عن الحسابات الرياضية في معادلات مثل 2 + 7 = 9 ، يمكنك استخدام المعادلات الكيميائية لإظهار كيف تصبح المواد المتفاعلة نواتج. كما هو الحال في الرياضيات ، تنتقل المعادلات الكيميائية من اليسار إلى اليمين ، ولكن بدلاً من علامة المساواة ، فإنها تستخدم سهمًا أو أسهمًا تشير إلى الاتجاه الذي يستمر فيه التفاعل الكيميائي. على سبيل المثال ، يمكن كتابة التفاعل الكيميائي الذي تنتج فيه ذرة واحدة من النيتروجين وثلاث ذرات من الهيدروجين الأمونيا بالشكل [اللاتكس] نص إلى < نص> _ < نص <3>> [/ لاتكس]. في المقابل ، سيتم كتابة تكسير الأمونيا إلى مكوناتها كـ [لاتكس] < نص> _ < text <3>> to text[/ اللاتكس]

لاحظ أنه في المثال الأول ، تترابط ذرة نيتروجين (N) وثلاث ذرات هيدروجين (H) لتكوين مركب. يتطلب هذا التفاعل الابتنائي طاقة ، يتم تخزينها بعد ذلك داخل روابط المركب. يشار إلى ردود الفعل هذه على أنها تفاعلات توليفية. التفاعل التخليقي هو تفاعل كيميائي ينتج عنه تخليق (انضمام) مكونات كانت منفصلة سابقًا ((الشكل)أ). مرة أخرى ، يعتبر النيتروجين والهيدروجين من المتفاعلات في تفاعل تخليقي ينتج الأمونيا كمنتج. المعادلة العامة للتفاعل التوليفي هي [لاتكس] نصللنص[/ اللاتكس]

في المثال الثاني ، يتم تقويض الأمونيا إلى مكوناتها الأصغر ، ويتم إطلاق الطاقة الكامنة التي تم تخزينها في روابطها. يشار إلى ردود الفعل هذه على أنها تفاعلات التحلل. تفاعل التحلل هو تفاعل كيميائي يكسر أو "يزيل تركيب" شيء أكبر إلى الأجزاء المكونة له (انظر (الشكل)ب). المعادلة العامة لتفاعل التحلل هي: [لاتكس] نص إلى نص + نص[/ لاتكس].

العوامل المؤثرة في معدل التفاعلات الكيميائية

إذا قمت بصب الخل في صودا الخبز ، يكون رد الفعل فوريًا ، حيث سيصدر الخليط فقاعات و فوران. لكن العديد من التفاعلات الكيميائية تستغرق وقتًا. تؤثر مجموعة متنوعة من العوامل على معدل التفاعلات الكيميائية. هذا القسم ، ومع ذلك ، سوف ينظر فقط في أهمها في أداء الإنسان.

خصائص المتفاعلات

إذا حدثت تفاعلات كيميائية بسرعة ، يجب أن يكون للذرات الموجودة في المواد المتفاعلة وصول سهل إلى بعضها البعض. وبالتالي ، كلما زادت مساحة سطح المواد المتفاعلة ، زادت سهولة تفاعلها. عندما تضع مكعبًا من الجبن في فمك ، فإنك تمضغه قبل أن تبتلعه. من بين أمور أخرى ، يزيد المضغ من مساحة سطح الطعام بحيث يمكن للمواد الكيميائية الهضمية الوصول إليه بسهولة أكبر. كقاعدة عامة ، تميل الغازات إلى التفاعل بشكل أسرع من السوائل أو المواد الصلبة ، مرة أخرى لأنها تتطلب طاقة لفصل جزيئات المادة ، وللغازات بالتعريف مسافة بين جزيئاتها. وبالمثل ، كلما زاد حجم الجزيء ، زاد عدد الروابط الكلية ، لذلك من المتوقع أن تستمر التفاعلات التي تتضمن جزيئات أصغر ، مع عدد أقل من الروابط الكلية ، بشكل أسرع.

بالإضافة إلى ذلك ، تذكر أن بعض العناصر تكون أكثر تفاعلية من غيرها. التفاعلات التي تنطوي على عناصر عالية التفاعل مثل الهيدروجين تستمر بشكل أسرع من التفاعلات التي تنطوي على عناصر أقل تفاعلية. من غير المحتمل أن تحدث التفاعلات التي تتضمن عناصر مستقرة مثل الهيليوم على الإطلاق.

درجة حرارة

تحدث جميع التفاعلات الكيميائية تقريبًا بمعدل أسرع عند درجات حرارة أعلى. تذكر أن الطاقة الحركية هي طاقة المادة المتحركة. تزداد الطاقة الحركية للجسيمات دون الذرية استجابة لزيادة الطاقة الحرارية. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت سرعة تحرك الجزيئات ، وزادت احتمالية ملامستها وتفاعلها.

التركيز والضغط

إذا كان عدد قليل من الناس يرقصون في نادٍ ما ، فمن غير المرجح أن يخطوا على أصابع بعضهم البعض. ولكن مع تزايد عدد الأشخاص الذين ينهضون للرقص - خاصة إذا كانت الموسيقى سريعة - فمن المحتمل أن تحدث الاصطدامات. إنه نفس الشيء مع التفاعلات الكيميائية: فكلما زاد عدد الجسيمات الموجودة في مساحة معينة ، زاد احتمال اصطدام هذه الجسيمات ببعضها البعض. وهذا يعني أن الكيميائيين يمكنهم تسريع التفاعلات الكيميائية ليس فقط عن طريق زيادة تركيز الجسيمات - عدد الجسيمات في الفراغ - ولكن أيضًا عن طريق تقليل حجم الفراغ ، مما يؤدي إلى زيادة الضغط بالمقابل. إذا كان هناك 100 راقص في ذلك النادي ، وقام المدير بنقل الحفلة فجأة إلى غرفة نصف الحجم ، فإن تركيز الراقصين سيتضاعف في المساحة الجديدة ، وستزداد احتمالية الاصطدامات وفقًا لذلك.

الإنزيمات والعوامل المحفزة الأخرى

لكي تتفاعل مادتان كيميائيتان في الطبيعة مع بعضهما البعض ، يجب أولاً أن تتلامس ، وهذا يحدث من خلال الاصطدامات العشوائية. لأن الحرارة تساعد على زيادة الطاقة الحركية للذرات والأيونات والجزيئات ، فإنها تعزز اصطدامها. ولكن في الجسم ، يمكن للحرارة الشديدة - مثل الحمى الشديدة - أن تدمر خلايا الجسم وتهدد الحياة. من ناحية أخرى ، درجة حرارة الجسم الطبيعية ليست عالية بما يكفي لتعزيز التفاعلات الكيميائية التي تحافظ على الحياة. هذا هو المكان الذي تأتي فيه المحفزات.

في الكيمياء ، المحفز هو مادة تزيد من معدل التفاعل الكيميائي دون أن تخضع لأي تغيير. يمكنك التفكير في المحفز كعامل تغيير كيميائي. إنها تساعد على زيادة معدل وقوة تصادم الذرات والأيونات والجزيئات ، وبالتالي زيادة احتمال تفاعل إلكترونات غلاف التكافؤ.

أهم المحفزات في جسم الإنسان هي الإنزيمات. الإنزيم عبارة عن محفز يتكون من البروتين أو الحمض النووي الريبي (RNA) ، وكلاهما سيتم مناقشتهما لاحقًا في هذا الفصل. مثل جميع المحفزات ، تعمل الإنزيمات عن طريق خفض مستوى الطاقة التي يجب استثمارها في تفاعل كيميائي. طاقة تنشيط التفاعل الكيميائي هي مستوى "عتبة" الطاقة اللازمة لكسر الروابط في المواد المتفاعلة. بمجرد كسر هذه الروابط ، يمكن أن تتشكل ترتيبات جديدة. بدون إنزيم ليعمل كمحفز ، هناك حاجة إلى استثمار أكبر بكثير من الطاقة لإشعال تفاعل كيميائي ((الشكل)).

الإنزيمات ضرورية لعمل الجسم الصحي. فهي تساعد ، على سبيل المثال ، في تكسير الطعام وتحويله إلى طاقة. في الواقع ، تسهل الإنزيمات معظم التفاعلات الكيميائية في الجسم.

مراجعة الفصل

تتطلب التفاعلات الكيميائية ، التي يتم فيها تكسير وتشكيل الروابط الكيميائية ، استثمارًا أوليًا للطاقة. الطاقة الحركية ، طاقة المادة المتحركة ، تغذي تصادم الذرات والأيونات والجزيئات الضرورية إذا كانت روابطها القديمة ستنكسر وتتشكل روابط جديدة. تخزن جميع الجزيئات الطاقة الكامنة ، والتي يتم إطلاقها عندما تنكسر روابطها.

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.

راجع الأسئلة

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.


شاهد الفيديو: Reaksi umum fotosintesis, reaksi non siklik, dan siklik (ديسمبر 2022).