4.19 : Enzymes and Activation Energy

אנרגיית השפעול (או האנרגיה החופשית של ההפעלה), או בקיצור E_a, היא כמות קטנה של קלט אנרגיה הדרוש לכל התגובות הכימיות להתרחש. במהלך תגובות כימיות, קשרים כימיים מסוימים נשברים, ונוצרים קשרים חדשים. לדוגמה, כאשר מולקולת גלוקוז מתפרקת, הקשרים בין אטומי הפחמן של המולקולה נשברים. מכיוון שמדובר בקשרים אוגרי אנרגיה, הם משחררים אנרגיה כאשר הם נשברים. עם זאת, המולקולה חייבת להיות מעוותת במידת מה כדי להיכנס למצב המאפשר לקשרים להישבר. קלט אנרגיה קטן נדרש כדי להשיג מצב אנרגיה גבוהה ובלתי יציב זה, הנקרא מצב המעבר. מסיבה זו, מולקולות מגיבות אינן מחזיקות מעמד זמן רב במצב המעבר שלהן, אלא מתקדמות מהר מאוד לשלבים הבאים של התגובה הכימית. מצב המעבר של התגובה קיים במצב אנרגיה גבוה יותר מאשר המגיבים, ולכן E_a הוא תמיד חיובי.

כאשר אנזים קושר את הסובסטרט שלו, הוא יוצר קומפלקס אנזים-סובסטרט. קומפלקס זה מוריד את אנרגיית ההפעלה של התגובה ומקדם את התקדמותה המהירה באחת הדרכים הרבות. קומפלקס האנזים-סובסטרט יכול להוריד את אנרגיית השפעול על ידי עיוות מולקולות המצע באופן שיקל על שבירת הקשרים, ויעזור להגיע למצב המעבר. אנזימים יכולים גם להפחית את אנרגיית ההפעלה על ידי השתתפות בתגובה הכימית. שאריות חומצות האמינו יכולות לספק יונים ספציפיים או קבוצות כימיות היוצרות קשרים קוולנטיים עם מולקולות המצע כשלב הכרחי בתהליך התגובה. חשוב לזכור כי האנזים תמיד יחזור למצבו המקורי בסיום התגובה. אחת התכונות הבולטות של אנזימים היא שהם נשארים בסופו של דבר ללא שינוי על ידי התגובות שהם מזרזים. לאחר שאנזים מזרז תגובה, הוא משחרר את המוצר(ים) שלו.

טקסט זה מעובד מתוך Openstax Biology 2e, Section 6.2 Potential, Kinetic, Free and Activation Energy and Section 6.5: Enzymes,