Ljudsko tijelo se s razlogom naziva biokemijskom tvornicom. Uostalom, svake minute u njemu se odvijaju tisuće, deseci i stotine tisuća procesa oksidacije, cijepanja, redukcije i drugih reakcija. Što im omogućuje da teče tako ogromnom brzinom, dajući svakoj stanici energiju, prehranu i kisik?
Koncept katalizatora
I u anorganskoj i u organskoj kemiji naširoko se koriste posebne tvari koje mogu ubrzati kemijske reakcije za nekoliko tisuća, a ponekad i milijune puta. Naziv ovih spojeva je "katalizatori". U anorganskoj kemiji to su metalni oksidi, platina, srebro, nikal i drugi.
Njihovo glavno djelovanje je stvaranje privremenih kompleksa sa sudionicima reakcije, snižavanjem energije aktivacije proces se odvija nekoliko puta brže. Nakon toga, kompleks se razgrađuje, a katalizator se može ukloniti iz kugle u istom kvantitativnom i kvalitativnom sastavu kao prije početka procesa.
Postoje dvije vrste katalitičkih reakcija:
- homogen - akcelerator i sudionici u jednomagregatno stanje;
- heterogen - akcelerator i sudionici u različitim državama, postoji granica faza.
Osim toga, postoje spojevi koji su suprotnog djelovanja - inhibitori. Oni su usmjereni na usporavanje potrebnih reakcija. Tako, na primjer, omogućuju vam da smanjite količinu vremena za stvaranje korozije.
Biološki katalizatori se inherentno razlikuju od anorganskih, a njihova svojstva su donekle specifična. Stoga je kataliza različita u živim sustavima.
Enzimi - što je to?
Dokazano je da ako se djelovanje posebnih tvari koje ubrzavaju navedene procese ne provodi unutar živih sustava, tada bi se obična jabuka u želucu probavljala oko dva dana. Za toliko vremena započeli bi procesi razgradnje i opijanja produktima raspadanja. Međutim, to se ne događa, a voće je potpuno obrađeno za sat i pol. To provode biološki katalizatori, koji su prisutni u velikim količinama u sastavu svakog organizma. Ali što su oni i što je osnova takve akcije?
Biološki katalizatori proteinske prirode su enzimi. Njihova osnova je složena strukturna organizacija s nizom specifičnih svojstava. Jednostavno rečeno, riječ je o jedinstvenim proteinima koji mogu smanjiti energiju aktivacije procesa u živim organizmima i provesti ih brzinom koja nekoliko milijuna puta premašuje uobičajene vrijednosti.
Postoji mnogo primjera takvih molekula:
- katalaza;
- amilaza;
- oksireduktaza;
- glukoza oksidaza;
- lipase;
- invertaza;
- lizozim;
- proteaza i drugi.
Dakle, možemo zaključiti: enzimi su biološki katalizatori proteinske prirode, koji djeluju kao snažni akceleratori, omogućujući da se tisuće procesa u živim organizmima provode vrlo velikom brzinom. Probava, oksidacija, obnova temelje se na njihovom djelovanju.
Sličnosti anorganskih i proteinskih katalizatora
Enzimi kao biološki katalizatori imaju niz svojstava sličnih anorganskim. To uključuje sljedeće:
- Ubrzajte samo termodinamički moguće reakcije.
- Ne utječu na promjenu kemijske ravnoteže u ravnotežnim sustavima, ali podjednako ubrzavaju i naprijed i natrag proces.
- Kao rezultat toga, u reakcijskoj sferi ostaju samo proizvodi, katalizator nije među njima.
Međutim, osim sličnosti, postoje i karakteristične značajke enzima.
Razlike prema prirodi
Biološki katalizatori imaju nekoliko specifičnih značajki:
- Visoki stupanj selektivnosti. To jest, jedan protein može aktivirati samo određenu reakciju ili skupinu sličnih. Najčešće funkcionira shema "enzim - supstrat jednog procesa".
- Izuzetno visok stupanj aktivnosti, jer neke vrste proteina mogu ubrzati reakcije milijunima puta.
- Enzimi jako ovise ood uvjeta okoline. Oni su aktivni samo u određenom temperaturnom rasponu. pH medija također snažno utječe. Postoji krivulja koja pokazuje minimalne, maksimalne i optimalne vrijednosti za svaki enzim.
- Postoje posebni spojevi zvani efektori koji mogu inhibirati prirodu bioloških katalizatora ili, obrnuto, imati pozitivan učinak na njih.
- Supstrat na kojem enzim djeluje mora biti strogo specifičan. Postoji teorija koja se zove ključ i brava. Opisuje mehanizam djelovanja enzima na supstrat. Katalizator je, poput ključa, ugrađen u supstrat sa svojim aktivnim mjestom i reakcija počinje.
- Nakon procesa, enzim je djelomično ili potpuno uništen.
Dakle, očito je da je važnost proteinskih katalizatora iznimno velika za žive organizme. Međutim, njihovo djelovanje podliježe određenim pravilima i ograničeno je uvjetima okoline.
Učenje katalize u školi
Kao dio školskog kurikuluma, katalizatori se proučavaju i u kemiji i u biologiji. U nastavi kemije proučavaju se s gledišta tvari koje omogućuju provođenje industrijskih sinteza i dobivanje velikog broja različitih proizvoda. U nastavi biologije razmatraju se biološki katalizatori. 9. razred uključuje proučavanje molekularne biologije i osnova biokemije. Stoga upravo u ovoj fazi obrazovanja učenici dobivaju osnovna znanja o enzimima kao aktivnim tvarima uorganizmi živih bića.
Na nastavi se provode eksperimenti koji potvrđuju kemijsku aktivnost ovih tvari u određenim temperaturnim rasponima i pH okoline:
- proučavanje učinka vodikovog peroksida kao katalizatora na sirovu i kuhanu mrkvu;
- učinak na meso (kuhano i sirovo), krumpir i druge proizvode.
Enzimi u ljudskom tijelu
Svaki školarac koji je dovoljno obrazovan i koji je prešao granicu srednjeg obrazovanja zna kako se zovu biološki katalizatori. Enzimi u tijelu imaju strogo specifičnu specijalizaciju. Stoga, za svaki proces možete imenovati svoju katalitičku tvar.
Dakle, svi enzimi u tijelu mogu se podijeliti u nekoliko grupa:
- oksidoreduktaze kao što je katalaza ili alkohol dehidrogenaza;
- transferaze - kenaze;
- hidrolaze važne za probavu: pepsin, amilaza, lipoprotein lipaza, esteraza i druge;
- ligaze, npr. DNA polimeraza;
- izomeraza;
- lyases.
Budući da su svi ovi spojevi proteinske prirode, kao i kompleks vitamina u sastavu, povećanje tjelesne temperature je ispunjeno denaturacijom strukture, a time i prestankom svih biokemijskih reakcija. U ovom slučaju organizam je blizu smrti. Stoga se visoka tjelesna temperatura nužno snižava tijekom bolesti.
Upotreba proteinskih katalizatora u industriji
Često se enzimi koriste u različitim industrijamaindustrija:
- kemijska;
- tekstil;
- hrana.
Na policama trgovina možete vidjeti proizvode za čišćenje i praškove za pranje koji sadrže enzime - to su enzimi koji poboljšavaju kvalitetu pranja rublja.
Čemu služe biološki katalizatori?
Teško je precijeniti njihovu važnost. Uostalom, oni ne samo da dopuštaju živim organizmima da žive, dišu, jedu, provode metaboličke procese, već nam daju priliku da uništimo industrijski otpad, nabavimo lijekove, zaštitimo i zaštitimo naše zdravlje i okoliš.
