Jeg elsker dette spørgsmål!

Jeg underviser i kemi på forskellige niveauer, og dette koncept omkring ATP-hydrolyse forårsager flere problemer for mine studerende end nogen anden. Ofte er det første gang, at en studerende møder et konkret eksempel på binding (i en Biologiklasse), og de går så ofte væk med den forkerte ide om processerne for bindingsdannelse og brud.

at bryde en binding, isoleret, frigiver aldrig energi. Binding er en stabil tilstand sammenlignet med de ubundne arter, hvor modsatte ladninger er tættere på hinanden, når de er bundet sammenlignet med ubundet, og hele systemet har en lavere (elektrisk) potentiel energi. Bindingen brudt i hydrolysen af ATP er ikke anderledes. Det er et ret svagt bånd, men kræver stadig energi at blive brudt.

årsagen til, at der frigives energi i processen, er, at de dannede produkter (ADP og hydrogenphosphat/phosphat) har stærkere kovalente bindinger (plus intermolekylære kræfter med den omgivende opløsning og opløste ioner) end udgangsmaterialerne. Dette er tilfældet for enhver eksoterm proces. Når du bryder P – O-bindingen i ATP, dannes en ny P-O-binding i hydrogenphosphatet, men du skal også se på interaktionerne mellem udgangsmaterialerne sammenlignet med produkterne med opløsningen. Vi skal også bemærke, at vandet, der angriber fosfatgruppen i hydrolysereaktionen, derefter skal deprotoneres, og den dannede hydrogenphosphation vil delvist dissociere til fosfat, så der sker meget!

det er også værd at bemærke, at når folk siger “energi frigives i ATP-hydrolyse”, henviser de normalt til Gibbs fri energi, som også inkluderer bidraget fra systemets entropiændring (times temperatur) såvel som entalpiændringen (bestemt ved binding og anden elektrostatisk interaktionsstyrke). I tilfælde af ATP-hydrolyse har vi under de fleste forhold også en stigning i systemets entropi, og dette får processen til at være endnu mere eksergonisk (gunstig, kan bruges til at drive andre processer) end entalpien alene antyder.

Forstå venligst: den her involverede kemi er faktisk meget kompleks, og den samlede anvendelige energi, der stilles til rådighed, afhænger af mange faktorer ud over udgangsmaterialernes og produkternes strukturer. For virkelig at forstå ATP-hydrolyse kræver viden om alle arters koncentrationer (da dette påvirker drivkraften), herunder forskellige opløste Ioniske arter, der normalt ikke er inkluderet i den enkle reaktionsligning.

for at besvare din sidste del frigiver bindingsdannelse fra isolerede arter altid energi, da modsatte ladninger kommer tættere på hinanden, og potentiel energi falder.