Energia de Ativação e o que as Enzimas Alteram

Uma colher de açúcar se dissolve rapidamente em chá quente, mas não tão rápido em água fria, embora os materiais iniciais e finais sejam os mesmos. As células enfrentam um problema semelhante. As moléculas necessárias para a vida podem estar presentes, e a formação dos produtos pode ser favorável, mas a reação ainda assim pode ocorrer de forma extremamente lenta. O elemento que falta é, muitas vezes, a barreira energética que precisa ser superada antes que qualquer produto surja; o ponto central é como as enzimas modificam essa barreira sem alterar o desfecho para o qual a reação, em última análise, “tende” a convergir.

Veja alguns contextos de reação em que a velocidade é importante.

❗ CONCEPÇÃO EQUIVOCADA Se uma reação tem um $\mathrm{\Delta }G\backslash Delta\; G$ negativo, ela deve ocorrer rapidamente. Por que parece intuitivo: “Descer a ladeira” soa como algo “rápido”.

✅ A REALIDADE O $\mathrm{\Delta }G\backslash Delta\; G$ nos informa a diferença de energia total entre produtos e reagentes, e não a altura da barreira inicial que controla a velocidade da reação.

O diagrama de energia que você encontra em provas

Antes do diagrama, um pré-requisito rápido. Uma reação química reorganiza átomos através da quebra e formação de ligações. Esse rearranjo exige colisões com a orientação correta e energia suficiente para atingir uma configuração de alta energia e curta duração chamada estado de transição, que é um arranjo molecular intermediário entre reagentes e produtos.

Em um diagrama de energia, primeiro identificamos as estruturas na imagem e, em seguida, atribuímos significado a elas.

• Coordenada de reação: o eixo horizontal que acompanha o progresso dos reagentes para os produtos, e não o tempo.
• Energia livre ($GG$): o eixo vertical que representa a energia utilizável sob temperatura e pressão constantes.
• Reagentes e produtos: os vales inicial e final na curva.
• Energia de ativação ($E_{a}E\_a$): a diferença de energia entre os reagentes e o pico do estado de transição.
• $\mathrm{\Delta }G\backslash Delta\; G$: a diferença de energia entre produtos e reagentes, medida de vale a vale.

Tente identificar as setas antes de ver a explicação.

Uma vez definidos corretamente os rótulos, a lógica se torna clara. A $E_{a}E\_a$ (energia de ativação) diz respeito à dificuldade de atingir o estado de transição. Um pico mais alto significa que menos moléculas reagentes possuem energia suficiente em uma determinada temperatura; logo, a velocidade da reação diminui. O $\mathrm{\Delta }G\backslash Delta\; G$ refere-se a qual lado apresenta menor nível energético, o que determina a posição do equilíbrio, e não a rapidez com que esse equilíbrio é alcançado.

O que as enzimas alteram e o que não alteram

Uma enzima é um catalisador biológico — geralmente uma proteína — que acelera uma reação ao oferecer uma via alternativa com menor energia de ativação. Estruturalmente, o elemento fundamental é o sítio ativo da enzima: uma cavidade cuja forma e cujos grupos químicos se ligam aos substratos e estabilizam o estado de transição por meio de diversas interações fracas.

Hora de fazer uma previsão. Se uma enzima reduz a $E_{a}E\_a$, o que acontece com a posição de equilíbrio entre reagentes e produtos?

• A. O equilíbrio se desloca em direção aos produtos.
• B. O equilíbrio se desloca em direção aos reagentes.
• C. O equilíbrio não sofre alteração.

Explore a comparação nos diagramas lado a lado.