Adoro questa domanda!

Insegno Chimica a vari livelli e questo concetto sull’idrolisi dell’ATP causa più problemi ai miei studenti di qualsiasi altro. Spesso, questa è la prima volta che uno studente incontra un esempio concreto di legame (in una classe di biologia) e così spesso si allontana con l’idea sbagliata sui processi di formazione e rottura del legame.

Rompere un legame, in isolamento, non rilascia mai energia. Il legame è uno stato stabile rispetto alle specie non legate, in cui le cariche opposte sono più vicine quando legate rispetto alle non legate e l’intero sistema è a un’energia potenziale (elettrica) inferiore. Il legame rotto nell’idrolisi dell’ATP non è diverso. È un legame abbastanza debole, ma richiede ancora energia per essere rotto.

La ragione per cui c’è energia rilasciata nel processo è perché i prodotti formati (ADP e idrogenofosfato/fosfato) hanno legami covalenti più forti (più forze intermolecolari con la soluzione circostante e gli ioni disciolti) rispetto ai materiali di partenza. Questo è il caso di qualsiasi processo esotermico. Quando si rompe il legame P-O nell’ATP si forma un nuovo legame P-O nell’idrogenofosfato, ma è anche necessario esaminare le interazioni dei materiali di partenza rispetto ai prodotti con la soluzione. Dovremmo anche notare che l’acqua che attacca il gruppo fosfato nella reazione di idrolisi dovrà quindi essere deprotonata e lo ion idrogenofosfato formato si dissocierà parzialmente in fosfato, quindi c’è molto da fare!

Inoltre, vale la pena notare che quando le persone dicono” l’energia viene rilasciata nell’idrolisi dell’ATP ” normalmente si riferiscono all’Energia libera di Gibbs, che include anche il contributo dato dal cambiamento di entropia del sistema (tempi di temperatura) e il cambiamento di entalpia (determinato dal legame e da altre forze di interazione elettrostatica). Nel caso dell’idrolisi dell’ATP, nella maggior parte delle condizioni, abbiamo anche un aumento dell’entropia del sistema e questo spinge il processo ad essere ancora più esergonico (favorevole, può essere usato per guidare altri processi) di quanto l’entalpia da sola suggerirebbe.

Vi prego di capire: la chimica qui coinvolta è in realtà molto complessa e l’energia utilizzabile totale resa disponibile dipende da molti fattori al di là delle strutture dei materiali di partenza e dei prodotti. Per comprendere veramente l’idrolisi dell’ATP è necessaria la conoscenza delle concentrazioni di tutte le specie (poiché ciò influenza la forza motrice), comprese varie specie ioniche disciolte che normalmente non sono incluse nell’equazione di reazione semplice.

Per rispondere alla tua ultima parte, la formazione di legami da specie isolate rilascia sempre energia mentre le cariche opposte si stanno avvicinando e l’energia potenziale sta diminuendo.