נוסח השאלה המלא: בספר כימיה וחשמל לכתה ח' (במדריך למורה) הם כותבים שבאופן כללי-כל בניה של מולקולה ממולקולות קטנות יותר (או מאטומים)-משחררת אנרגיה וכל פרוק של מולקולה למולוקולות קטנות יותר או לאטומים-צורך אנרגיה וזאת ביגוד למה שכתוב במקומות רבים-שכאשר מולקולת ATP מתפרקת--היא משחררת אנרגיה. איפה האמת??
האמת היא בספר כימיה וחשמל, אפשר אפילו לדייק ולהכליל את הקביעה שלו: אנרגיה תמיד תשתחרר בעת יצירת קשר כימי בין שני אטומים וההפך – תמיד צריך להשקיע אנרגיה בעת שבירת קשר כימי. תמיד.
הסבר לפי ההגיון: אם ההפך היה נכון, ופירוק של קשרים כימיים היה פולט אנרגיה – הרי לא היו מולקולות בעולם... ; כי הרי החומרים שואפים למינימום אנרגטי, ולפלוט אנרגיה לסביבה (החוק השני של התרמודינמיקה) - ולפי ההיגיון הזה, לכל המולקולות עדיף היה להיות במצב מפורק לאטומים (בלי כל קשר כימי) לאחר שפלטו אנרגיה לסביבה, והעולם שלנו היה ללא שום חומר מורכב, אלא רק 'מרק' של אטומים בודדים. במציאות קשר כימי הוא מצב יציב יותר ממצב 'מפורק' - ולכן הקשר נוצר מלכתחילה, כדי להגיע למינימום אנרגטי.
כלומר בכל תגובה כימית שפולטת אנרגיה, השלב שפולט את האנרגיה הוא שלב יצירת הקשרים הכימיים החדשים. למשל בתהליך בו גז בישול (החומר פרופאן, C3H8) מגיב עם החמצן (O2) שבאוויר ומתלקח לפחמן דו חמצני (CO2) ולאדי מים (H2O), לפי התגובה:
C3H8 + 5O2 ------------> 3CO2 + 4H2O
השלב בתגובה שפולט את האנרגיה הוא השלב בו נוצר הקשר הכימי בין החמצן (O) לפחמן (C) בפחמן הדו חמצני, והקשר בין החמצן (O) למימן (H) בעת יצירת המים.
מבער גז בישול. צילום:sfllaw, תמונה באדיבות ויקיפדיה
כל מי שאין פעם השתמש בכיריים של גז יודע שגז בישול שזורם לאוויר אינו מתלקח סתם מעצמו – צריך בהתחלה לספק אנרגיה לתהליך: על ידי ניצוץ חשמלי, על ידי גיצים של מתכת מלובנת (למשל במצית) או על ידי גפרור בוער. צריך לספק את מה שנקרא 'אנרגיית השיפעול' (או אנרגיית האקטיבציה) כדי לגרום לתהליך להתחיל (עוד על אנרגיית השיפעול בקישור שבסוף התשובה). ולמה צריך (בעיקר) את אנרגיית השיפעול? – בעיקר לשלב הראשון של התגובה, שהוא שלב שצורך אנרגיה: השלב שבו הקשרים הכימיים במגיבים נשברים (למשל בין אטומי החמצן במולקולת החמצן, O2, ושבירת הקשרים בין הפחמן למימן במולקולת הפרופאן). אחרי שהתגובה מתחילה – האנרגיה שמשתחררת בתהליך השריפה כבר מספיקה להמשיך ולהעניק אנרגיית שיפעול למולקולות החדשות שנשרפות.
הצתה של מצית גז (סיפוק אנרגיית השיפעול) על ידי ניצוצות שנפלטים מחיכוך מתכת. תמונה באדיבות ויקיפדיה.
לסיכום – האנרגיה הכימית האצורה במולקולות ובאטומים משתחררת בעת יצירת קשרים כימיים חדשים (אפשר גם לומר שבתגובה כימית שמשחררת אנרגיה לסביבה – הקשרים החדשים שנוצרים הם יותר יציבים מהקשרים הכימיים שהיו קיימים במגיבים, ולכן בסה"כ שיחרור האנרגיה בעת יצירת הקשרים החדשים גדול יותר מהשקעת האנרגיה הנדרשת בעת פירוק הקשרים הישנים).
ובקשר לATP - זה פשוט טעות של ביולוגים, שלא כותבים את התגובה הכימית המלאה. ATP, או אדנוזין טרי-פוספט (=החומר אדנוזין אליו מחוברים שלושה קבוצות זרחה) הוא החומר שמספק אנרגיה לתגובות הביו-כימיות בעולם החי. כמעט בכל מצב בעולם החי, כאשר צריך אנרגיה (כמו הזזת הזנב של תא הזרע, הזזת שריר הירך, כאשר צריך לשאוב יונים וליצור פוטנציאל חשמלי בתאי-עצב או כאשר צריך ליצר חלבונים בתוך התא) – מולקולת הATP משתתפת בתהליך ומספקת לו אנרגיה, תוך כדי פירוק, עוד עובדה שמעידה על חשיבות המולקולה: בגוף של אדם ממוצע משקל הATP מגיע לרבע קילו! אולם - ATP לא סתם 'מתפרקת', אלא מגיבה, בתגובה כימית, עם מים. תגובה זו משחרר אנרגיה. (בתגובה משתחרר כחומר ביניים -PO3 שמייד מגיב ויוצר קשרים כימיים עם מים לקבלת פוספאט -HPO42 , אם רוצים לדייק (אבל אף אחד שלומד ביולוגיה לא עושה את זה) צריך לומר שהאנרגיה משתחררת בעת תהליך של הידרוליזה (=פירוק על ידי מים, הידרו=מים, ליזה=פירוק) של ATP ל ADP (אדנוזין די פוספאט) - ואם כבר, תהליך הפירוק של הפוספאט מתוך הATP - צורך (מעט) אנרגיה מהסביבה, היא אנרגיית השיפעול של התהליך, ולא משחרר שום אנרגיה.
כלומר התהליך איננו סתם תהליך פירוק כמו שנוהגים לכתוב:
ATP --------> ADP + P
אלא, תגובה כימית שבה נוצרים קשרים חדשים (בין אטומי זרחן לחמצן) שהם פולטים אנרגיה לסביבה.
ATP + H2O -------> ADP + P
(בטבע, לרוב התגובות הכימיות שלהן ה-ATP צריך לספק אנרגיה – פולטת מים, כמו למשל יצירת חלבונים מתוך חומצות אמינו, והמים הללו משמשים לפירוק הATP, כלומר הטבע, בחוכמה וביעילות, מצמד שתי תגובות כימיות כדי לנצל את האנרגיה שבאחת כדי לספק אנרגיה לתגובה השנייה, ואת התוצרים של השנייה כדי לספק מגיבים לראשונה).
מאת: ד"ר אבי סאייג
מכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
