活性化エネルギーとは、化学反応が進むのに必要な最低限のエネルギー量です。活性化エネルギーが大きいほど、反応の速度は遅くなります。しかし、反応に熱を加えると、分子の動きが増し、分子が衝突する可能性が高くなるため、反応速度が速くなります。衝突と結合の切断は、反応の上り坂フェーズを表し、遷移状態を生みます。遷移状態とは、反応物の不安定な高エネルギー状態のことです。新しい化学結合と最終生成物の形成、および自由エネルギーの放出は、反応の下り坂フェーズになります。触媒は、活性化エネルギーを低下させることにより、反応速度を増加させます。例えば、生物学では、糖や脂肪を代謝する酵素が、それらの分解が生じる速度を高めると同時に、細胞内のタンパク質を変性させる自由エネルギーの過剰産生を防ぎます。

触媒

触媒とは、活性化エネルギーを下げることで反応速度を上げ、その過程で自己再生する物質をさします。触媒は、反応が起こるために別の経路やメカニズムを提供し、順方向と逆方向、双方の反応を促進します。生物学的には、酵素は細胞代謝に必要な活性化エネルギーを低下させるので、触媒の一例です。

例えば、人間は糖や脂肪を代謝してエネルギーを得ます。これらの分子を分解するために、人間には酵素が不可欠です。なぜなら、利用できるのが熱エネルギーだけでは、熱という形で放出される自由エネルギーによって細胞内のタンパク質が変性してしまうからです。さらに、熱エネルギーは、すべての反応を非特異的に触媒してしまいます。しかし、酵素は基質と呼ばれる特定の化学物質にのみ結合し、それらの活性化エネルギーを低下させることで、選択的に細胞内反応を触媒します。