Kaj so biološki katalizatorji? Encimi kot biološki katalizatorji

Človeško telo se z dobrim razlogom imenuje biokemična rastlina. Po vsaki minuti se pojavijo na tisoče, desetine in sto tisoč procesov oksidacije, cepitve, redukcije in drugih reakcij. Kaj jim omogoča, da tečejo s tako veliko hitrostjo, pri čemer vsaka celica daje energijo, prehrano in kisik?

Pojem katalizatorjev

Tako v anorganski kot v organski kemiji zelo pogosto uporabljajo posebne snovi, ki lahko pospešijo potek kemičnih reakcij več tisoč in včasih več milijonov krat. Ime teh spojin je "katalizatorji". V Ljubljani Anorganska kemija je kovinskih oksidov, platine, srebra, niklja in drugih.

Njihov glavni ukrep je oblikovanje časovnih kompleksov z udeleženci v reakciji, z zniževanjem aktivacijske energije, proces je večkrat hitrejši. Po tem se kompleksni razpadi in katalizator lahko umaknejo s krogle v isti kvantitativni in kvalitativni sestavi kot pred začetkom procesa.

Obstajata dve različici katalitskih reakcij:

• Homogeni - pospeševalnik in udeleženci v enem agregatnem stanju;
• heterogeni - pospeševalnik in udeleženci v različnih državah, je vmesnik faz.

Poleg tega obstajajo tudi nasprotne spojine - inhibitorji. Namenjene so upočasnitvi potrebnih reakcij. Tako na primer omogočajo zmanjšanje časa za nastanek korozije.

Biološki katalizatorji so po naravi drugačni od anorganskih, njihovi lastnosti pa so nekoliko specifični. Zato je v živih sistemih kataliza drugačna.

Encimi - kaj je to?

Dokazano je, da če se delovanje posebnih snovi, ki pospešujejo navedene postopke, ne izvaja v živih sistemih, bi običajno jabolko v želodcu prebavljali približno dva dni. Za takšen čas bi se začeli procesi razgradnje in zastrupitve z gnitji. Vendar se to ne zgodi, plod pa se popolnoma obdeluje v uro in pol. Izvajamo te biološke katalizatorje, ki so v velikih količinah prisotni v sestavi vsakega organizma. Toda kakšni so in kakšna je podlaga za takšno ukrepanje?

Biološki katalizatorji proteinske narave so encimi. Njihova podlaga je kompleksna strukturna organizacija s številnimi posebnimi lastnostmi. Preprosto rečeno, to so edinstveni proteini, ki lahko zmanjšajo aktivacijsko energijo procesov v živih organizmih in jih prenašajo s hitrostjo, ki presega običajne vrednosti več milijonov krat.

Veliko primerov takšnih molekul je:

• katalaza;
• amilaza;
• oksidoreduktaza;
• glukoza oksidaza;
• lipaza;
• invertaza;
• lizocim;
• proteaze in drugi.

Tako lahko zaključimo: encimi so biološki katalizatorji proteinske narave, ki delujejo kot močni pospeševalci, kar omogoča, da se na tisoče procesov v živih organizmih izvaja zelo visoko. Njihovo delovanje temelji na prebavi, oksidaciji, redukciji.

Podobnosti med anorganskimi in beljakovinskimi katalizatorji

Encimi kot biološki katalizatorji imajo številne lastnosti, podobne anorganskim. Te vključujejo:

1. Pospešene so le termodinamsko možne reakcije.
2. Ne vplivajte na odmik kemijsko ravnotežje v ravnovesnih sistemih, temveč enako pospešiti tako neposredni kot inverzni proces.
3. Posledično ostanejo samo proizvodi v reakcijski sferi, katalizator ni vključen v njihovo število.

Vendar pa poleg podobnosti obstajajo tudi značilne lastnosti encimov.

Razlike so odvisne od narave

Biološki katalizatorji imajo več posebnih lastnosti:

1. Visoka stopnja selektivnosti. To pomeni, da en protein lahko aktivira le določeno reakcijo ali skupino podobnih. Najpogosteje deluje shema "encim-substrat za en postopek".
2. Izjemno visoka stopnja aktivnosti, kajti nekaj vrste proteinov lahko več milijonov krat pospešijo reakcijo.
3. Encimi so močno odvisni od okoljskih pogojev. Prikazujejo aktivnost le v določenem temperaturnem območju. PH medija tudi močno vpliva. Obstaja krivulja, ki prikazuje vrednosti najmanjšega, največjega in optimalnega za vsak encim.
4. Obstajajo posebne spojine, imenovane efektorji, ki lahko zavirajo naravo bioloških katalizatorjev ali pa imajo na njih pozitiven učinek.
5. Podlaga, na kateri deluje encim, mora biti strogo specifična. Obstaja teorija, ki nosi ime ključa in ključavnice. Opisuje mehanizem delovanja encima na substratu. Katalizator, kot ključ, je v substratu vgrajen z aktivnim središčem in začne se reakcija.
6. Po procesu je encim delno ali popolnoma uničen.

Tako je očitno, da je pomen beljakovinskih katalizatorjev izjemno visok za žive organizme. Vendar pa za njihovo delovanje veljajo nekatera pravila in je omejena na okoljske pogoje.

Študija katalize v šoli

V okviru šolskega programa se katalizatorji preučujejo tako v kemiji kot v biologiji. Pri pouku kemije se preučujejo z vidika snovi, ki omogočajo izvedbo industrijskih sintez, da bi pridobili veliko število različnih izdelkov. V urah biologije upoštevamo biološke katalizatorje. Razred 9 vključuje študijo molekularne biologije in osnove biokemije. Zato je na tem ravni izobrazbe študente in pridobiti osnovo znanja o encimih kot aktivnih snoveh v organizmih živih bitij.

Na lekcijah potekajo eksperimenti, ki potrjujejo kemično aktivnost teh snovi v določenih temperaturnih razponih in pH medija:

• preučevanje učinka vodikovega peroksida kot katalizatorja na surovo in kuhano korenje;
• vpliv na meso (predelano toplotno in surovo), krompir in drugi proizvodi.

Encimi v človeškem telesu

Vsak šolar, ki je dovolj izobražen in je prestopil srednjo stopnjo izobrazbe, ve, kateri biološki katalizatorji se imenujejo. Encimi v telesu imajo strogo specifično specializacijo. Zato lahko za vsak proces imenujemo katalizator.

Torej, vsi encimi telesa lahko razdelimo na več skupin:

• oksidoreduktaza, npr. katalaza ali alkohol dehidrogenaza;
• transferaza - kenaza;
• hidrolaze, pomembne za prebavo: pepsin, amilaza, lipoproteinska lipaza, esteraza in drugi;
• ligaze, na primer DNA polimerazo;
• izomeraza;
• lyase.

Ker so vse te spojine beljakovine v naravi, pa tudi kompleks vitaminov v sestavi, je povečanje telesne temperature napeto z denaturacijo strukture in posledično prekinitve vseh biokemičnih reakcij. V tem primeru je telo blizu smrti. Zato je treba med boleznimi porušiti visoko telesno temperaturo.

Uporaba proteinskih katalizatorjev v industriji

Pogosto se encimi uporabljajo v različnih industrije:

• kemični;
• tekstil;
• hrano.

Na policah trgovin si lahko ogledate izdelke za čiščenje in pralni praški z vsebino encimov - to so encimi, ki izboljšujejo kakovost pralnih in perila.

Zakaj potrebujemo biološke katalizatorje?

Za precenitev njihovega pomena je težko. Navsezadnje ne dovolijo živih organizmov živeti, dihati, jesti, metabolizirati, temveč nam omogočajo uničenje industrijskih odpadkov, sprejemanje zdravil, varovanje in varovanje našega zdravja in stanja okolja.