Människroppen kallas en biokemisk fabrik av en anledning. När allt kommer omkring sker varje minut tusentals, tiotals och hundratusentals processer av oxidation, spjälkning, reduktion och andra reaktioner i den. Vad gör att de kan flöda i en sådan enorm hastighet och förse varje cell med energi, näring och syre?
Konceptet med katalysatorer
Både inom oorganisk och organisk kemi används i stor utsträckning speciella ämnen som kan påskynda kemiska reaktioner med flera tusen, och ibland miljoner gånger. Namnet på dessa föreningar är "katalysatorer". Inom oorganisk kemi är dessa metalloxider, platina, silver, nickel och andra.
Deras huvudsakliga åtgärd är bildandet av tillfälliga komplex med reaktionsdeltagarna, genom att sänka aktiveringsenergin utförs processen flera gånger snabbare. Därefter sönderdelas komplexet, och katalysatorn kan avlägsnas från sfären i samma kvantitativa och kvalitativa sammansättning som före processens start.
Det finns två typer av katalytiska reaktioner:
- homogen – accelerator och deltagare i ettsamlat tillstånd;
- heterogen - accelerator och deltagare i olika tillstånd, det finns en fasgräns.
Dessutom finns det föreningar som har motsatt effekt - hämmare. De syftar till att bromsa de nödvändiga reaktionerna. Så, till exempel, tillåter de dig att minska tiden för bildandet av korrosion.
Biologiska katalysatorer skiljer sig till sin natur från oorganiska, och deras egenskaper är något specifika. Därför är katalys annorlunda i levande system.
Enzymer – vad är det?
Det har bevisats att om verkan av speciella ämnen som accelererar de angivna processerna inte utfördes i levande system, skulle ett vanligt äpple i magen smältas i cirka två dagar. Under en sådan tid skulle processerna av nedbrytning och berusning med sönderfallsprodukter börja. Detta händer dock inte, och frukten bearbetas helt på en och en halv timme. Detta utförs av biologiska katalysatorer, som finns i stora mängder i varje organisms sammansättning. Men vad är de och vad är grunden för en sådan handling?
Biologiska katalysatorer av proteinnatur är enzymer. Deras grund är en komplex strukturell organisation med ett antal specifika egenskaper. Enkelt uttryckt är detta unika proteiner som kan minska aktiveringsenergin för processer i levande organismer och utföra dem med en hastighet som överstiger de vanliga värdena med flera miljoner gånger.
Det finns många exempel på sådana molekyler:
- catalase;
- amylas;
- oxireduktas;
- glukosoxidas;
- lipase;
- invertase;
- lysozym;
- proteas och andra.
Därmed kan vi dra slutsatsen: enzymer är biologiska katalysatorer av proteinnatur, som fungerar som starka acceleratorer, vilket gör att tusentals processer i levande organismer kan utföras i mycket hög hastighet. Nedbrytning, oxidation, restaurering baseras på deras verkan.
Likheter mellan oorganiska katalysatorer och proteinkatalysatorer
Enzymer som biologiska katalysatorer har ett antal egenskaper som liknar oorganiska. Dessa inkluderar följande:
- Öppna endast termodynamiskt möjliga reaktioner.
- Påverka inte förskjutningen av kemisk jämvikt i jämviktssystem, utan accelerera lika mycket både framåt- och bakåtprocessen.
- Som ett resultat är det bara produkter kvar i reaktionssfären, katalysatorn finns inte bland dem.
Men förutom likheter finns det också särdrag hos enzymer.
Skillnader beroende på naturen
Biologiska katalysatorer har flera specifika egenskaper:
- Hög grad av selektivitet. Det vill säga, ett protein kan bara aktivera en viss reaktion eller en grupp av liknande. Oftast fungerar schemat "enzym - substrat för en process".
- Extremt hög aktivitetsgrad, eftersom vissa typer av proteiner kan påskynda reaktioner miljontals gånger.
- Enzymer är mycket beroende avfrån miljöförhållanden. De är endast aktiva i ett visst temperaturområde. Mediets pH påverkar också starkt. Det finns en kurva som visar minsta, maximala och optimala värden för varje enzym.
- Det finns speciella föreningar som kallas effektorer som kan hämma naturen hos biologiska katalysatorer eller omvänt ha en positiv effekt på dem.
- Substratet som enzymet verkar på måste vara strikt specifikt. Det finns en teori som kallas nyckeln och låset. Den beskriver verkningsmekanismen för enzymet på substratet. Katalysatorn, som en nyckel, är inbäddad i substratet med dess aktiva plats, och reaktionen börjar.
- Efter processen förstörs enzymet helt eller delvis.
Det är alltså uppenbart att vikten av proteinkatalysatorer är extremt hög för levande organismer. Deras åtgärder är dock föremål för vissa regler och begränsas av miljöförhållanden.
Studerar katalys i skolan
Som en del av skolans läroplan studeras katalysatorer i både kemi och biologi. På kemilektioner studeras de utifrån ämnen som gör det möjligt att utföra industriella synteser och få ett stort antal olika produkter. På biologilektionerna är det biologiska katalysatorer som beaktas. Årskurs 9 innebär studier av molekylärbiologi och grunderna i biokemi. Därför är det i detta skede av utbildningen som eleverna får de grundläggande kunskaperna om enzymer som verksamma ämnen iorganismer av levande varelser.
Experiment genomförs på lektionerna, vilket bekräftar den kemiska aktiviteten hos dessa ämnen i vissa temperaturintervall och pH i miljön:
- studie av effekten av väteperoxid som katalysator på råa och kokta morötter;
- effekt på kött (kokt och rått), potatis och andra produkter.
Enzymer i människokroppen
Varje skolbarn som är tillräckligt utbildad och som har passerat gränsen för gymnasieutbildning vet vad biologiska katalysatorer kallas. Enzymer i kroppen har en strikt specifik specialisering. Därför kan du för varje process namnge ditt katalytiska ämne.
Så, alla kroppens enzymer kan delas in i flera grupper:
- oxidoreduktaser såsom katalas eller alkoholdehydrogenas;
- transferases - kenase;
- hydrolaser viktiga för matsmältningen: pepsin, amylas, lipoproteinlipas, esteras och andra;
- ligaser, t.ex. DNA-polymeras;
- isomeras;
- lyases.
Eftersom alla dessa föreningar är av proteinkaraktär, såväl som ett komplex av vitaminer i kompositionen, är en ökning av kroppstemperaturen fylld av denaturering av strukturen och följaktligen upphörandet av alla biokemiska reaktioner. I det här fallet är organismen nära att dö. Därför sänks hög kroppstemperatur nödvändigtvis under sjukdom.
Användning av proteinkatalysatorer i industrin
Enzymer används ofta i olika branscherbransch:
- kemikalie;
- textile;
- mat.
På butikshyllorna kan du se rengöringsprodukter och tvättpulver som innehåller enzymer - det är enzymer som förbättrar kvaliteten på att tvätta kläder.
Vad är biologiska katalysatorer till för?
Det är svårt att överskatta deras betydelse. När allt kommer omkring tillåter de inte bara levande organismer att leva, andas, äta, utföra metabola processer, utan ger oss också möjlighet att förstöra industriavfall, skaffa mediciner, skydda och skydda vår hälsa och miljön.
