ปฎิกิริยาของสิ่งมีชีวิต

3.3ปฏิกิริยาเคมีในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

3.3 ปฏิกิริยาเคมีในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต
นักเรียนได้ทราบมาแล้วว่าโมเลกุลของน้ำเกิดจากอะตอมของธาตุออกซิเจนใช้อิเล็กตรอนรวมกับอะตอมของธาตุไฮโดรเจนทำให้เกิดแรงดึงดูดซึ้งกันและกัน แรงดึงดูดนี้เป็นพันธะโคเวเลนท์ในชั้นมัธยมศึกษาตอนต้นนักเรียนได้ทดลองแยกน้ำโดยใช้พลังงานไฟฟ้า โมเลกุลของน้ำที่ถูกแยกจะให้โมเลกุลของแก๊สไฮโดรเจนและแกแก๊สออกซิเจน ดังสมการเคมีต่อไปนี้

เมื่อจุดไฮโดรเจนในบรรยากาศที่มีออกซิเจนจะเกิดการระเบิดอย่างรุนแรง  เนื่องจากออกซิเจนที่อยู่ในบรรยากาศจะรวมตัวทางเคมีกับไฮโดรเจนอย่างรวดเร็ว  และคายพลังงานออกมา  ดังสมการต่อไปนี้

 จากข้อเท็จจริงดังกล่าว  ปฏิกิริยาแยกน้ำจะรับพลังงานไฟฟ้าเข้าไป  ส่วนปฏิกิริยาการรวมอะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจนเกิดเป็นโมเลกุลของน้ำจะให้พลังงานออกมา  สิ่งที่น่าสงสัยคือ  เหตุไดปฏิกิริยาแยกโมเลกุลของน้ำจะเกิดขึ้นเองได้ต้องใช้พลังงานและการรวมตัวของอะตอม ไฮโดรเจนและออกซิเจนเป็นโมเลกุลของน้ำจึงได้พลังงานออกมา      
    อะตอมของธาตุ หรือสารประกอบรวมตัวอยู่ได้ด้วยพันธะเคมีซึ่งมีพลังงานสะสมอยู่  ถ้าพันธะเคมีได้รับพลังงานที่มีปริมาณมากพอก็จะทำให้พันธะเคมีสลายตัว และสร้างพันธะเคมีใหม่   ถ้าหากพันธะเคมีใหม่มีพลังงานสะสมน้อยกว่าพันธะเคมีเดิม  อะตอมที่มารวมตัวกันจะปล่อยพลังงานออกมา
    ดังนั้นพันธะเคมีจึงเป็นแหล่งสะสมพลังงาน  และคายพลังงานออกมา  โมเลกุลของสารทุกชนิดมีพลังงานสะสมอยู่ในรูปของพลังงานพันธะ  (  bond  energy )  จากการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของพลังงานในระหว่างที่เกิดปฏิกิริยาเคมีพบว่า  พลังงานพันธะของสารตั้งต้นเป็นจุดเริ่มต้นของปฏิกิริยา  และพลังงานพันธะของผลิตภัณฑ์  เป็นจุดสิ้นสุด  ถ้าหากพลังงานพันธะของสารตั้งต้นสูงกว่าพลังงานพันธะของสารผลิตภัณฑ์  เราเรียกปฏิกิริยาแบบนี้ว่า ปฏิกิริยาคลายพลังงาน  (  exergonic  reaction )

การจุดไฮโดเจนในบรรยากาศที่กล่าวมาแล้วจะเห็นว่าการรวมตัวกันระหว่างโมเลกุลของไฮโดรเจนและออกซิเจนจะต้องมีการนำเอาพลังงานจากจุดไปกระตุ้นเพื่อสลายพันธะเคมีระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนและระหว่างอะตอมของออกซิเจนแล้วจึงมีการสร้างพันธะเคมีขึ้นมาใหม่  ระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนกับอะตอมของออกซิเจนกลายเป็นน้ำ  ในการนี้พลังงานจำนวนหนึ่งจะถูกคลายออกมา  ซึ่งจะทำให้โมเลกุลของน้ำมีพลังงานลดลง  โมเลกุลของน้ำจึงเสถียรสูงกว่าโมเลกุลไฮโดรเจนและออกซิเจน  จากปฏิกิริยานี้พลังงานที่ปล่อยออกมาจะมีค่ากว่าพลังงานกระตุ้นจึงเรียกปฏิกิริยานี้ว่า ปฏิกิริยาคลายพลังงาน
    ในปฏิกิริยาเคมีใด  หากพลังงานพันธะของสารตั้งต้นต่ำกว่าพลังงานพันธะของสารผลิตภัณฑ์  นั่นคือ   พลังงานกระตุ้นที่ใช้ในปฏิกิริยามากกว่าพลังงานที่ปล่อยออก  เราเรียกปฏิกิริยาแบบนี้ว่าปฏิกิริยาดูดพลังงาน (endergonic  reaction  )

จากแยกน้ำโดยใช้ไฟฟ้า  มีการใช้พลังงานไปสลายพันธะเคมีระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนกับออกซิเจนในโมเลกุลของน้ำ  พลังงานบางส่วนจะนำไปสร้างพันธะเคมีใหม่  ระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนกับอะตอมของไฮโดรเจน  เกิดเป็นโมเลกุลของแก๊สไฮโดรเจนระหว่างอะตอมของออกซิเจนกับออกซิเจนเกิดเป็นโมเลกุลของแก๊สออกซิเจน  จึงเป็นปฏิกิริยาดูดพลัง
                เมื่อสิ่งมีชีวิตกินอาหารเข้าไป  สารอาหารจะถูกย่อยและดูดซึมเข้าสู่ส่วนต่างๆ ของร่างกายในรูปของกรดอะมิโน เพปไทด์สายสั้นๆ กรดไขมัน กลีซอลรอล มอโนแซ็กคาไรด์ วิตตามินและแร่ธาตุต่างๆ เพื่อส่งไปยังเซลล์ต่างๆ ภายในร่างกาย สารเคมีเหล่านี้หลังจากถูกลำเลียง เข้าสู่เซลล์ก็จะถูกนำไปใช้สร้างสารโมเลกุลใหญ่ที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิต หรือสร้างพลังงานที่เซลล์ต้องการโดยผ่านปฏิกิริยาเคมีหลายขั้นตอน  ปฏิกิริยาในสิ่งมีชีวิตก็จะมีลักษณะทำนองเดียวกับปฏิกิริยาเคมีที่กล่าวมาข้างต้น กล่าวคือ เป็นกระบวนการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโมเลกุลของสารตั้งต้นชนิดหนึ่งหรือหลายชนิดระหว่างเกิดปฏิกิริยาจะมีการสลายพันธะระหว่างอะตอมภายในโมเลกุลและสร้างพันธะใหม่ขึ้น ทำให้มีการจัดเรียงตัวกันใหม่ของอะตอมได้เป็นสารผลิตภัณฑ์ซึ่งเป็นสารใหม่ที่มีสมบัติแตกต่างไปจากสารข้างต้น    การสลายและการสร้างพันธะระหว่างที่เกิดปฏิกิรกยาเคมีนี้บางปฏิกิริยาดูดพลังงานและบางปฏิกิริยาจะคายพลังงาน