Co to jest sprzężenie energii? Jak to naprawdę działa? Oto pełny przewodnik wszystkiego, co musisz wiedzieć o sprzężeniu energii.

reakcje chemiczne mogą przybierać różne formy. Podczas gdy niektóre z tych reakcji wymagają energii, aby zachodzić, inne, z drugiej strony, wytwarzają energię. Na przykład reakcja chemiczna katabolizmu to ta, która wytwarza energię, podczas gdy reakcja anabolizmu wymaga energii.

czym jest sprzężenie energetyczne? W tym artykule przyjrzymy się bliżej temu, co pociąga za sobą łączenie energii, a także Jak to działa.

ale po kolei. Spójrzmy najpierw na definicję sprzężenia energii.

co to jest sprzężenie energetyczne?

Kiedy mówimy o sprzężeniu energii, odnosi się to do procesu transferu energii, od reakcji katabolizmu do reakcji chemicznej anabolizmu. Po prostu odnosi się do procesu wykorzystania procesu egzergonicznego w celu ułatwienia procesu endergonicznego.

oznacza to, że energia uwolnienia procesu egzergonicznego jest wykorzystywana do umożliwienia procesu endergonicznego. W tym procesie ATP jest konieczne. ATP działa jako waluta energetyczna dla procesu łączenia energii.

w istocie ATP jest używany w różnych reakcjach chemicznych, które potrzebują energii, jako wzmacniacz dla tych reakcji.

w organizmach sprzęganie energetyczne jest zwykle pokazywane na podstawie produkcji ATP i hydrolizy. Reakcje kataboliczne generują ATP, podczas gdy ATP produkowane, napędza do przodu reakcje anaboliczne.

w dziedzinie elektroniki sprzężenie energii odnosi się do pożądanego lub niepożądanego przekazywania energii z jednego medium do drugiego — na przykład transferu energii z światłowodu lub kabla metalowego do innego medium. Sprzężenie może również odnosić się do przekazywania energii elektrycznej do innego segmentu obwodu z innego segmentu.

Jaka jest więc rola ATP w tym procesie?

zanim przejdziemy do roli ATP w sprzężeniu energetycznym, zrozumiemy znaczenie niektórych terminów w tym temacie.

• reakcja Endergoniczna: Termin ten jest używany do opisania reakcji chemicznej, która pobiera energię (ciepło) z otoczenia.
• reakcja Egzergoniczna: opisuje reakcję, która wytwarza lub uwalnia energię do środowiska.
• Energia swobodna Gibbsa: jest to ilość dostępnego maksymalnego wysiłku, wynikająca z układu pod stałym ciśnieniem i temperaturą.
• hydroliza: jest to proces rozkładu chemicznego, który polega na rozszczepieniu wiązania przez dodanie wody.
• ATP (trójfosforan adenozyny): Związek chemiczny (organiczny) używany do dostarczania energii, która napędza liczne procesy w komórkach organizmów żywych. Należą do nich takie rzeczy jak propagacja impulsów nerwowych, skurcze mięśni, synteza chemiczna i inne.

jak ATP odgrywa rolę w sprzężeniu energii

cóż, ATP w procesach komórkowych jest zwykle uważany za walutę energetyczną. Oferuje energię niezbędną zarówno do reakcji endergonicznych (energochłonnych), jak i egzergonicznych (generujących energię), które wymagają niewielkiego wkładu energii do aktywacji.

energia niezbędna do tych reakcji jest generowana, gdy reakcja przerywa wiązania chemiczne w ATP. Energia wytworzona z reakcji może być wykorzystana do kierowania procesami komórkowymi. Warto zauważyć, że im więcej wiązań obecnych w cząsteczce, tym większy potencjał energetyczny ma.

a ponieważ te wiązania W ATP są łatwe do złamania i przekształcenia, ATP działa podobnie jak bateria (akumulator) do zasilania różnych procesów komórkowych od syntezy białek do replikacji DNA.

należy jednak pamiętać, że cząsteczka ATP jest bardzo niestabilna. Dlatego należy go uruchomić tak szybko, jak to możliwe, przynajmniej dysocjuje. Cząsteczka ATP naturalnie dysocjuje tworząc ADP + Pi, uwalniając wolną energię w procesie w postaci ciepła.

proces, w którym energia w tych wiązaniach ATP jest wykorzystywana, jest tym, co nazywamy sprzężeniem energetycznym. Oznacza to, że ATP jest siłą napędową sprzężenia energetycznego.

ale ile energii (darmowej energii) powstaje naturalnie w procesie hydrolizy ATP? A ile tej energii jest przydatne do pracy komórkowej?

hydroliza dokładnie jednego mola cząsteczki ATP, obliczona jako ∆g (energia swobodna) wynosi -7,3 kcal/mol (-30,5 kJ/mol). Jest to możliwe tylko w standardowych warunkach.

z drugiej strony, ∆G (energia swobodna) do hydrolizy w żywej komórce prawie podwaja ilość przy standardowych ustawieniach. Czyli 14 kcal / mol (-57 kJ / mol).

Jak działa Sprzęgło energetyczne

pompy sodowo-potasowe

pompy sodowo-potasowe mogą zilustrować doskonały przykład sprzężenia energetycznego. Tutaj komórki łączą reakcję egzergoniczną (hydrolizę ATP) z endergoniczną reakcją procesu komórkowego.

na przykład, pompy jonów przezbłonowych obecne w komórkach nerwowych, pompują jony przez błony komórkowe, aby wytworzyć potencjał czynnościowy, wykorzystując wolną energię ATP. Pompa sodowo-potasowa wypycha sód (Na) z komórki, a potas (K) do komórki.

hydroliza cząsteczki ATP pomaga przenieść jej fosforan gamma, poprzez proces fosforylacji, do pompy białkowej. Pompa sodowo-potasowa otrzymuje ∆g (energię swobodną), dzięki czemu ulega zmianie konformacyjnej uwalniając trzy jony sodu Na zewnątrz komórki.

dwa zewnątrzkomórkowe jony potasu (K+), które są związane z białkiem, powodują zmianę kształtu białka i odprowadzanie fosforanu. Kiedy darmowa energia jest przekazywana do pompy sodowo-potasowej, zachodzi reakcja endergoniczna.

sprzężenie energetyczne i metabolizm

w metabolizmie komórkowym, czyli syntezie i rozkładowi składników odżywczych, określone cząsteczki muszą zostać nieznacznie przekształcone, aby stały się substratami niezbędnymi do nadchodzących etapów serii reakcji.

podczas początkowych etapów oddychania komórkowego dochodzi do glikolizy (rozpadu glukozy). Tutaj ATP jest niezbędny do procesu fosforylacji glukozy, który tworzy niestabilny, ale wysokoenergetyczny związek pośredni.

reakcja fosforylacji powoduje zmianę transformacyjną, w wyniku której „fosforylowana cząsteczka glukozy” jest przekształcana w „fosforylowaną cukrowo-fruktozę” za pomocą enzymów.

ta fruktoza jest ważnym związkiem pośrednim w procesie glikolizy. Tutaj hydroliza ATP, która jest reakcją egzergoniczną, jest połączona z reakcją endergoniczną (konwersją glukozy), która ma być wykorzystywana w metabolizmie.

Znaczenie sprzężenia energetycznego

proces hydrolizy dowolnej cząsteczki ATP ułatwia rozpad wiązań wysokoenergetycznych (wiązań fosforanowych). W procesie tym wysokie miary energii są uwalniane w formie egzergonicznej. Proces sprzęgania pomaga przekształcić wytworzoną energię w formę endergoniczną, zapewniając, że energia nie jest tracona jako ciepło.

sprzęganie często następuje poprzez wzajemny pośredni. Oznacza to, że produkt końcowy pewnej reakcji jest odbierany i stosowany w innej reakcji jako reagent.

gdy proces sprzęgania obejmuje cząsteczkę ATP, powszechnym związkiem pośrednim jest w większości przypadków cząsteczka fosforylowana. Dobrym przykładem działania tego procesu jest tworzenie sacharozy z fruktozy i glukozy.

w tym przypadku tworzenie sacharozy wymaga wprowadzenia energii: jej ΔG wynosi około +27kj/mol w warunkach standardowych. Z drugiej strony, hydroliza ATP wytwarza około-30kJ/mol w standardowych ustawieniach.

oznacza to, że energia wytwarzana przez proces jest wystarczająca, aby zaspokoić zapotrzebowanie energetyczne w syntezie cząsteczki sacharozy.

zwykle występują tu dwie reakcje, w tym:

• powstawanie półproduktu (fosforylowanej glukozy) w wyniku reakcji energochłonnej.
• drugą reakcją pomiędzy półproduktem glukozy a fruktozą jest wytworzenie sacharozy. Ponieważ glukoza-P jest dość niestabilna, reakcja ta jest spontaniczna i generuje energię.

wnioski dotyczące sprzężenia energetycznego

niektóre reakcje zachodzą i uwalniają energię, np. hydroliza cząsteczki ATP. Z drugiej strony, niektóre inne reakcje wymagają trochę energii, aby się wydarzyć.

sprzęganie energii jest konieczne, aby zapewnić, że energia wytworzona w pierwszej reakcji nie pójdzie na marnotrawstwo jako ciepło.

zamiast tego może być używany jako paliwo do drugiej reakcji, która wymaga energii.

powiązane zasoby

• wszystko, co musisz wiedzieć o florze i faunie
• 19+ metody oszczędzania energii: Ekologiczne sposoby na redukcję energii
• ostateczny przewodnik po systemach zarządzania energią w budynkach

Green Coast to odnawialna energia i ekologiczna społeczność skupiona na pomaganiu innym w lepszym, bardziej zrównoważonym życiu.

wierzymy, że energia i zielone życie stały się zbyt złożone, więc stworzyliśmy wiele różnych przewodników, aby zbudować zrównoważony fundament dla naszej przyszłości.

Śledź nas na Twitterze i Facebooku.