Ik hou van deze vraag!

Ik geef scheikunde op verschillende niveaus en dit concept rond ATP hydrolyse veroorzaakt meer problemen voor mijn studenten dan enig ander. Vaak is dit de eerste keer dat een student een concreet voorbeeld van binding ontmoet (in een biologieles) en ze zo vaak weglopen met het verkeerde idee over de processen van binding vormen en breken.

het verbreken van een binding, in isolatie, geeft nooit energie vrij. Bonding is een stabiele toestand in vergelijking met de niet-gebonden soort, waar tegengestelde ladingen dichter bij elkaar zijn wanneer gebonden in vergelijking met niet-gebonden en het hele systeem is bij een lagere (elektrische) potentiële energie. De band die in de hydrolyse van ATP wordt gebroken is niet anders. Het is een vrij zwakke band, maar vereist nog steeds energie om te worden gebroken.

de reden dat er energie vrijkomt in het proces is omdat de gevormde producten (ADP en hydrogenfosfaat/fosfaat) sterkere covalente bindingen hebben (plus intermoleculaire krachten met de omringende oplossing en opgeloste ionen) dan de grondstoffen. Dit is het geval voor elk exotherm proces. Als je de P-O binding in ATP breekt wordt er een nieuwe P-O binding gevormd in het hydrogenfosfaat, maar je moet ook kijken naar de interacties van de grondstoffen in vergelijking met de producten met de oplossing. We moeten ook opmerken dat het water dat de fosfaatgroep in de hydrolysereactie aanvalt dan zal moeten worden gedeprotoneerd en het hydrogenfosfaation gevormd zal gedeeltelijk dissociëren aan fosfaat, dus er is veel aan de hand!

ook is het vermeldenswaard dat wanneer mensen zeggen “energie vrijkomt bij ATP hydrolyse” ze normaal gesproken verwijzen naar Gibbs vrije energie, die ook de bijdrage van de systeem entropie verandering (tijden temperatuur) en de enthalpie verandering (bepaald door binding en andere elektrostatische interactie sterkte) omvat. In het geval van ATP-hydrolyse, onder de meeste omstandigheden, hebben we ook een toename van de entropie van het systeem en dit drijft het proces om nog exergonischer te zijn (gunstig, kan worden gebruikt om andere processen te drijven) dan de enthalpie alleen zou suggereren.

begrijp goed: de chemie die hierbij betrokken is, is in feite zeer complex en de totale beschikbare bruikbare energie hangt af van vele factoren buiten de structuur van de grondstoffen en de produkten. Om ATP hydrolyse echt te begrijpen vereist kennis van alle species’ concentraties (aangezien dit de drijvende kracht beà nvloedt) met inbegrip van diverse opgeloste Ionische species die normaal niet in de eenvoudige reactievergelijking worden opgenomen.

om uw laatste deel te beantwoorden, bindingsvorming van geïsoleerde soorten geeft altijd energie vrij omdat tegengestelde ladingen dichter bij elkaar komen en potentiële energie afneemt.