In una reazione chimica si libera energia quando si forma un legame tra due atomi o molecole e bisogna fornire energia quando si vuole rompere un legame: così mi hanno insegnato e così risulta da esperimenti condotti in laboratorio. Ma mi hanno insegnato che l’A.T.P. libera energia quando si rompe un legame con il gruppo fosforico e si forma quindi A.D.P. + Pi. Questa spiegazione è in contrasto con la precedente: come si spiega tutto ciò?

In realta’ calcolare una
eso- o endo-termicita’ di una reazione dal numero di
legami che si rompono o si formano non e’ sempre cosi’
facile. Ed in ogni caso l’ errore piu’ frequente che si
puo’ commettere e’ quello di non considerare tutti i
legami veramente in gioco e di ignorare le eventuali
altre forme di energia presenti (es. tipica e’ quella di
stabilizzazione di ioni in soluzione acquosa).
Nel caso specifico, ad esempio, non e’ possibile pensare
alla reazione di idrolisi dell’adenosintrifosfato come ad
una semplice rottura di un solo legame tra ATP e un
gruppo fosforico.
E’ sempre necessario considerare il sistema, prima e dopo
la reazione, nella sua interezza, evidenziando bene tutti
i legami presenti nel sistema prima e dopo la
trasformazione.

La reazione che avviene nelle cellule viventi a pH neutro
e’ schematizzabile
in questo modo:

ATP + 2 H₂O  
—>    ADP  +   HPO₄^2-   +  H3O⁺ 

Questa reazione e’ spontanea perche’ avviene con deltaG°
fortemente negativo (circa 7400 cal).

Facendo un ragionamento molto grossolano vediamo quali
sono i legami che formalmente si rompono:
Sicuramente un legame P-O nell’ ATP per liberare il
frammento HPO₄^2-.
Poi si rompe il legame H-O in una molecola d’ acqua per
dare i frammenti H⁺ e OH^–.
Nella stessa reazione pero’ si formano anche altri
legami:
Il frammento OH^– si unisce al frammento di ATP
residuo dopo la “liberazione” di HPO₄^2- per dare l’ADP. Si forma quindi
un legame P-O.
Il frammento H⁺ si coordina insieme all’ altra
molecola di acqua per dare lo ione H3O⁺.
Formalmente allora possiamo dire che si forma un legame
H-O.

Come vedi allora  il ragionamento basato solo sui
legami viene un po’ a cadere, anche perche’ si ignorano
tutte le altre energie di interazione, stabilizzazione,
coordinazione, ecc. che sono in gioco quando si ha a che
fare con specie chimiche di questo tipo.

Concludendo:

Qualitativamente e’ corretto affermare che ogni
trasformazione che porti da un sistema A ad un sistema B
e che avvenga con liberazione di energia presuppone che
l’ energia posseduta globalmente dal sistema A (e
comprendente quindi anche le energie di legame) sia
superiore a quella del sistema B.
Nella trasformazione dunque l’ energia del sistema
diminuisce e l’ eccesso viene liberato.

Quantitativamente il discorso si fa molto piu’ complesso
e per un calcolo accurato e’ necessario rifarsi alla
teoria della termodinamica per il calcolo di deltaH e
deltaG di reazione partendo da dati tabulati.

Saluti
Alberto Guercio