Ljudsko tijelo se s razlogom naziva biohemijskom fabrikom. Uostalom, u njemu se svake minute odvijaju hiljade, desetine i stotine hiljada procesa oksidacije, cijepanja, redukcije i drugih reakcija. Šta im omogućava da teku tako ogromnom brzinom, dajući svakoj ćeliji energiju, ishranu i kiseonik?
Koncept katalizatora
I u neorganskoj i u organskoj hemiji, naširoko se koriste posebne supstance koje mogu ubrzati hemijske reakcije za nekoliko hiljada, a ponekad i milione puta. Naziv ovih jedinjenja je "katalizatori". U neorganskoj hemiji to su metalni oksidi, platina, srebro, nikl i drugi.
Njihovo glavno djelovanje je stvaranje privremenih kompleksa sa učesnicima reakcije, snižavanjem energije aktivacije proces se odvija nekoliko puta brže. Nakon toga, kompleks se raspada, a katalizator se može ukloniti iz sfere u istom kvantitativnom i kvalitativnom sastavu kao prije početka procesa.
Postoje dvije vrste katalitičkih reakcija:
- homogena - akcelerator i učesnici u jednomagregatno stanje;
- heterogen - akcelerator i učesnici u različitim državama, postoji granica faza.
Pored toga, postoje jedinjenja koja su suprotnog dejstva - inhibitori. Oni su usmjereni na usporavanje potrebnih reakcija. Tako, na primjer, omogućavaju vam da smanjite količinu vremena za stvaranje korozije.
Biološki katalizatori se inherentno razlikuju od neorganskih, a njihova svojstva su donekle specifična. Stoga je kataliza drugačija u živim sistemima.
Enzimi - šta je to?
Dokazano je da ako se djelovanje posebnih supstanci koje ubrzavaju naznačene procese ne odvija unutar živih sistema, tada bi se obična jabuka u želucu varila oko dva dana. Za toliko vremena započeli bi procesi razgradnje i intoksikacije produktima raspadanja. Međutim, to se ne događa, a voće je potpuno prerađeno za sat i po. To provode biološki katalizatori, koji su prisutni u velikim količinama u sastavu svakog organizma. Ali šta su oni i šta je osnova takve akcije?
Biološki katalizatori proteinske prirode su enzimi. Njihova osnova je složena strukturna organizacija sa nizom specifičnih svojstava. Jednostavno rečeno, to su jedinstveni proteini koji mogu smanjiti energiju aktivacije procesa u živim organizmima i odvijati ih brzinom koja nekoliko miliona puta premašuje uobičajene vrijednosti.
Postoji mnogo primjera takvih molekula:
- katalaza;
- amilaza;
- oksireduktaza;
- glukoza oksidaza;
- lipase;
- invertase;
- lizozim;
- protease i drugi.
Dakle, možemo zaključiti: enzimi su biološki katalizatori proteinske prirode, koji djeluju kao jaki akceleratori, omogućavajući da se hiljade procesa u živim organizmima odvijaju vrlo velikom brzinom. Probava, oksidacija, restauracija zasnovani su na njihovom djelovanju.
Sličnosti anorganskih i proteinskih katalizatora
Enzimi kao biološki katalizatori imaju niz svojstava sličnih neorganskim. To uključuje sljedeće:
- Ubrzajte samo termodinamički moguće reakcije.
- Ne utiču na pomeranje hemijske ravnoteže u ravnotežnim sistemima, ali podjednako ubrzavaju i napred i obrnuti proces.
- Kao rezultat, samo proizvodi ostaju u sferi reakcije, katalizator nije među njima.
Međutim, pored sličnosti, postoje i karakteristične karakteristike enzima.
Razlike prema prirodi
Biološki katalizatori imaju nekoliko specifičnih karakteristika:
- Visoki stepen selektivnosti. Odnosno, jedan protein može aktivirati samo određenu reakciju ili grupu sličnih. Najčešće funkcionira shema "enzim - supstrat jednog procesa".
- Izuzetno visok stepen aktivnosti, jer neke vrste proteina mogu da ubrzaju reakcije milionima puta.
- Enzimi su veoma zavisni odod uslova okoline. Aktivni su samo u određenom temperaturnom rasponu. PH medijuma takođe snažno utiče. Postoji kriva koja pokazuje minimalne, maksimalne i optimalne vrijednosti za svaki enzim.
- Postoje specijalna jedinjenja koja se nazivaju efektori koja mogu inhibirati prirodu bioloških katalizatora ili, obrnuto, imati pozitivan efekat 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 se, poput ključa, ugrađuje u supstrat sa svojim aktivnim mjestom i reakcija počinje.
- Nakon procesa, enzim je djelimično ili potpuno uništen.
Dakle, očigledno je da je važnost proteinskih katalizatora izuzetno velika za žive organizme. Međutim, njihovo djelovanje podliježe određenim pravilima i ograničeno je uvjetima okoline.
Učenje katalize u školi
Kao dio školskog programa, katalizatori se izučavaju iu hemiji iu biologiji. Na časovima hemije proučavaju se s gledišta tvari koje omogućuju izvođenje industrijskih sinteza i dobivanje velikog broja različitih proizvoda. U nastavi biologije razmatraju se biološki katalizatori. 9. razred uključuje proučavanje molekularne biologije i osnova biohemije. Dakle, upravo u ovoj fazi obrazovanja učenici dobijaju osnovna znanja o enzimima kao aktivnim supstancamaorganizmi živih bića.
Na nastavi se izvode eksperimenti koji potvrđuju hemijsku aktivnost ovih supstanci u određenim temperaturnim rasponima i pH okoline:
- proučavanje uticaja vodikovog peroksida kao katalizatora na sirovu i kuvanu šargarepu;
- uticaj na meso (kuvano i sirovo), krompir 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 supstancu.
Dakle, svi enzimi u tijelu se mogu podijeliti u nekoliko grupa:
- oksidoreduktaze kao što je katalaza ili alkohol dehidrogenaza;
- transferaze - kenase;
- hidrolaze važne za probavu: pepsin, amilaza, lipoprotein lipaza, esteraza i druge;
- ligaze, npr. DNK polimeraza;
- izomeraza;
- lyases.
Budući da su sva ova jedinjenja proteinske prirode, kao i kompleks vitamina u sastavu, povećanje telesne temperature je ispunjeno denaturacijom strukture, a samim tim i prestankom svih biohemijskih reakcija. U ovom slučaju organizam je blizu smrti. Zbog toga se visoka tjelesna temperatura nužno snižava tokom bolesti.
Upotreba proteinskih katalizatora u industriji
Često se enzimi koriste u različitim industrijamaindustrija:
- chemical;
- tekstil;
- hrana.
Na policama prodavnica 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 njihov značaj. Na kraju krajeva, oni ne samo da omogućavaju 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.
