253 Shares 2133 views

Jakie są biologiczne katalizatory? Enzymy jako katalizatory biologiczne

Ciało ludzkie nazywamy biochemiczną rośliną bez powodu. Po każdej minucie pojawiają się tysiące, dziesiątki i setki tysięcy procesów utleniania, rozszczepiania, redukcji i innych reakcji. Co pozwala im płynąć z tak dużą prędkością, zapewniając każdą komórkę energii, odżywienia i tlenu?

Koncepcja katalizatorów

Zarówno nieorganiczne, jak i chemia organiczna bardzo szeroko stosowały specjalne substancje, które mogą przyspieszyć przebieg reakcji chemicznych w ciągu kilku tysięcy, a czasem milionów razy. Nazwa tych związków jest "katalizatorami". W chemii nieorganicznej są to tlenki metali, platyna, srebro, nikiel i inne.

Ich głównym działaniem jest tworzenie kompleksów czasowych z udziałem uczestników reakcji, obniżając energię aktywacji, proces jest kilka razy szybszy. Następnie kompleks rozpada się, a katalizator może być wycofywany z sfery w tej samej ilościowej i jakościowej kompozycji, jak przed rozpoczęciem procesu.

Są dwa warianty reakcji katalitycznych:

  • Jednorodny – akcelerator i uczestnicy w jednym stanie zagregowanym;
  • Akcelerator heterogeniczny – akcelerator i uczestnicy w różnych stanach, jest interfejsem faz.

Ponadto istnieją także przeciwstawne inhibitory związków. Mają na celu spowolnienie niezbędnych reakcji. Na przykład umożliwiają one skrócenie czasu powstania korozji.

Katalizatory biologiczne są z natury odmienne od nieorganicznych, a ich właściwości są nieco specyficzne. Dlatego w systemach życia kataliza się różni.

Enzymy – co to jest?

Udowodniono, że jeśli działanie substancji specjalnych przyspieszających wskazane procesy nie zostało przeprowadzone w żywych systemach, zwykłe jabłko w żołądku byłoby trawione przez około dwa dni. Przez tak długi czas zaczęły się procesy rozkładu i zatruwania produktami gnicia. To się jednak nie zdarza, a owoce są całkowicie przetwarzane w ciągu półtorej godziny. Wykonaj te biologiczne katalizatory, które w dużych ilościach są obecne w kompozycji każdego organizmu. Ale jakie są i jakie są podstawy takiego działania?

Katalizatorami biologicznymi o charakterze białkowym są enzymy. Ich podstawą jest złożona strukturalna organizacja posiadająca szereg specyficznych właściwości. Mówiąc prosto, są to unikalne białka, które mogą zmniejszyć energię aktywacji procesów w organizmach żywych i przenosić je z prędkością przekraczającą zwykłe wartości rzędu kilku milionów razy.

Istnieje wiele przykładów takich cząsteczek:

  • Katalaza;
  • Amylaza;
  • Oksydoreduktaza;
  • Oksydaza glukozowa;
  • Lipaza;
  • Inwertaza;
  • Lizozym;
  • Proteaza i inne.

Można zatem wnioskować, że enzymy są biologicznymi katalizatorami natury białkowej, które działają jak silne przyspieszacze, co pozwala wykonywać tysiące procesów w żywych organizmach w bardzo wysokich stadiach. Ich działanie opiera się na trawieniu, utlenianiu i regeneracji.

Podobieństwa między katalizatorami nieorganicznymi a białkami

Enzymy jako katalizatory biologiczne mają wiele właściwości podobnych do tych nieorganicznych. Należą do nich:

  1. Przyspiesza się tylko termodynamicznie możliwe reakcje.
  2. Nie wpływaj na wyrównanie równowagi chemicznej w układach równowagi, ale równie przyspieszaj proces zarówno bezpośredni, jak i odwrotny.
  3. W rezultacie, tylko produkty pozostają w sferze reakcji, katalizator nie jest zawarty w ich liczbie.

Jednakże, oprócz podobieństwa, wyróżnia się także cechy enzymów.

Różnice zależą od natury

Katalizatory biologiczne mają kilka specyficznych cech:

  1. Wysoki stopień selektywności. Oznacza to, że jedno białko jest zdolne do aktywowania tylko pewnej reakcji lub grupy podobnych. Najczęściej działa "enzym-substrat jednego procesu".
  2. Bardzo wysoki stopień aktywności, ponieważ niektóre typy białek mogą przyspieszyć reakcje miliony razy.
  3. Enzymy silnie zależą od warunków środowiskowych. Okazują one działanie tylko w pewnym zakresie temperatur. Również pH podłoża ma silny wpływ. Istnieje krzywa przedstawiająca wartości minimalne, maksymalne i optymalne dla każdego enzymu.
  4. Istnieją specjalne związki zwane effectors, które są w stanie zahamować naturę katalizatorów biologicznych, lub, przeciwnie, pozytywnie wpływać na nie.
  5. Podłoże, na którym działa enzym, musi być ściśle określone. Jest teoria, która nosi nazwę klucza i zamka. Opisuje mechanizm działania enzymu na podłożu. Katalizator, podobnie jak klucz, jest wbudowany w podłoże przez aktywne centrum i zaczyna się reakcja.
  6. Po zakończeniu enzym jest częściowo lub całkowicie zniszczony.

Jest więc oczywiste, że znaczenie katalizatorów białkowych jest niezwykle wysokie dla organizmów żywych. Ich działanie podlega jednak pewnym regułom i ogranicza się do warunków środowiskowych.

Badanie katalizy w szkole

W ramach programu szkolnego katalizatory są badane zarówno w chemii, jak iw biologii. W lekcjach chemii są badane z punktu widzenia substancji, które umożliwiają przeprowadzanie syntez przemysłowych, w celu uzyskania dużej liczby różnych produktów. W klasach biologicznych uwzględnia się katalizatory biologiczne. Klasa 9 oznacza badanie biologii molekularnej i podstawy biochemii. Dlatego właśnie na tym etapie edukacji studenci zdobywają wiedzę na temat enzymów jako substancji czynnych w organizmie istot żywych.

Na lekcjach prowadzone są eksperymenty potwierdzające aktywność chemiczną tych substancji w pewnych zakresach temperatur i pH środowiska:

  • Badanie wpływu nadtlenku wodoru jako katalizatora na surowe i gotowane marchewki;
  • Wpływ na mięso (przetworzone termicznie i surowe), ziemniaki i inne produkty.

Enzymy w organizmie człowieka

Każdy uczeń, który jest dostatecznie wykształcony i przekroczył linię średniego poziomu wykształcenia, wie, jakie są nazywane katalizatory biologiczne. Enzymy w ciele mają ściśle specyficzną specjalizację. Dlatego dla każdego procesu można nazwać jego czynnikiem katalizującym.

Tak więc, wszystkie enzymy organizmu można podzielić na kilka grup:

  • Oksydoreduktaza, na przykład, dehydrogenaza katalazy lub alkoholu;
  • Transferaza – kenaza;
  • Hydrolazy ważne dla trawienia: pepsynę, amylazę, lipazę lipoproteiny, esterazę i inne;
  • Ligoty, na przykład, polimerazy DNA;
  • Izomeraza;
  • Lyase.

Ponieważ wszystkie te związki mają charakter białkowy, a także kompleks witamin w kompozycji, wzrost temperatury ciała jest obarczony denaturacją struktury, a tym samym zaprzestaniem wszystkich reakcji biochemicznych. W tym przypadku ciało jest bliskie śmierci. Dlatego w czasie choroby należy wylać wysoką temperaturę ciała.

Wykorzystanie katalizatorów białkowych w przemyśle

Często stosowane enzymy są stosowane w różnych gałęziach przemysłu :

  • Chemiczne;
  • Tekstylia;
  • Jedzenie.

Na półkach można zobaczyć produkty czyszczące i proszki do prania zawierające enzymy – to enzymy poprawiające jakość mycia ubrań.

Dlaczego potrzebujemy biologicznych katalizatorów?

Przecenić ich znaczenie jest trudne. Przecież nie tylko pozwalają żyjącym organizmom żyć, oddychać, jeść, metabolizować, ale także pozwalać nam niszczyć odpady przemysłowe, uzyskać leki, chronić i chronić nasze zdrowie i stan środowiska.