تأتي كل الطاقة الغذائية تقريبًا في الأصل من ضوء الشمس، وتمر العناصر الكيميائية التي تشكل جزيئات الكائنات الحية عبر شبكات الغذاء ويتم دمجها وإعادة دمجها، وفي كل وصلة يتم تخزين بعض الطاقة، ولكن يتم فقد الكثير على طول الطريق في شكل حرارة في البيئة.
علاقة الإنزيمات بالطاقة
الإنزيمات مسؤولة عن إحداث تفاعلات كيميائية في ظل ظروف معتدلة للغاية ضرورية لوجود الكائنات الحية، والسمة المركزية لتحفيز الإنزيم هي الطاقة الحرة للتفاعل (ΔG)، والتي تصف كمية الطاقة المنبعثة أو المأخوذة عند حدوث التفاعل، ويحدد هذا المصطلح الاتجاه الذي سيستمر فيه التفاعل ولا يتأثر بالإنزيم، والميزة المركزية الثانية لتحفيز الإنزيم هي الطاقة المجانية للتنشيط أو (ΔG) الذي يصف حاجز الطاقة الذي يجب أن تمر خلاله المتفاعلات في تحولها إلى منتج.
كلما زادت طاقة التنشيط، كان التفاعل أبطأ، وتمارس الإنزيمات تأثيرها عن طريق تقليل الطاقة الحرة للتنشيط إلى مستويات تسمح للتفاعل بالمضي قدمًا عند درجة حرارة منخفضة، وأخيرًا، السمة المركزية الثالثة لتحفيز الإنزيم هي ” الحالة الانتقالية “، وهذا هو الهيكل الموجود في أعلى نقطة من طاقة التنشيط وهو أصعب بنية يمكن الوصول إليها خلال مسار التفاعل، وبالتالي، غالبًا ما تعمل الإنزيمات عن طريق خفض طاقة الحالة الانتقالية، وبالتالي خفض (ΔG).
عملية الطاقة في تحفيز الإنزيم
تعتبر الخطوة الأولى في تحفيز الإنزيم مسؤولة عن العديد من الخصائص البارزة للأنظمة البيولوجية وتشرح آلية عمل العديد من الأدوية والجزيئات النشطة بيولوجيًا الأخرى مثل السموم ومبيدات الأعشاب ومبيدات الآفات وما إلى ذلك، وتربط الإنزيمات المواد المتفاعلة وتنسيقها من أجل التفاعلات الكيميائية اللاحقة، وتتطلب عملية ربط الجزيء بالبروتين موقعًا صحيحًا وتكميليًا لمجموعات وظيفية مختلفة على البروتين والمتفاعل.
ينتج عن هذا المطلب واحدة من أكثر الخصائص المميزة للبيولوجيا وهي الخصوصية، وتم تصميم العديد من المستحضرات الصيدلانية وغيرها من الجزيئات النشطة بيولوجيًا للاستفادة من هذه الخصوصية والتأثير على التفاعلات المحفزة بالإنزيم الفردي، وتشرح عملية الربط أيضًا سبب عرض حركية التفاعل البيولوجيسلوك التشبع، أي أن هناك حدًا أعلى للمعدل الذي يمكن أن يحدث به التفاعل، ويتم تحديد نقطة التشبع جزئيًا حسب طبيعة موقع الارتباط على الإنزيم.
