Menneskekroppen kalles en biokjemisk fabrikk av en grunn. Tross alt, hvert minutt finner tusenvis, titalls og hundretusener av prosesser med oksidasjon, sp altning, reduksjon og andre reaksjoner sted i den. Hva gjør at de kan flyte med en så enorm hastighet, og gi hver celle energi, næring og oksygen?
Konseptet med katalysatorer
Både i uorganisk og organisk kjemi er det mye brukt spesielle stoffer som kan akselerere kjemiske reaksjoner med flere tusen, og noen ganger millioner av ganger. Navnet på disse forbindelsene er "katalysatorer". I uorganisk kjemi er disse metalloksider, platina, sølv, nikkel og andre.
Deres hovedhandling er dannelsen av midlertidige komplekser med reaksjonsdeltakerne, ved å senke aktiveringsenergien utføres prosessen flere ganger raskere. Deretter brytes komplekset ned, og katalysatoren kan fjernes fra kulen i samme kvantitative og kvalitative sammensetning som før prosessen startet.
Det finnes to typer katalytiske reaksjoner:
- homogen - akselerator og deltakere i ettsamlet tilstand;
- heterogen - akselerator og deltakere i forskjellige stater, det er en fasegrense.
I tillegg er det forbindelser som er motsatt i virkning - hemmere. De er rettet mot å bremse de nødvendige reaksjonene. Så, for eksempel, lar de deg redusere tiden for dannelse av korrosjon.
Biologiske katalysatorer er iboende forskjellige fra uorganiske, og egenskapene deres er noe spesifikke. Derfor er katalyse annerledes i levende systemer.
Enzymer – hva er det?
Det er bevist at hvis virkningen av spesielle stoffer som akselererer de angitte prosessene ikke ble utført i levende systemer, ville et vanlig eple i magen bli fordøyd i omtrent to dager. I så lang tid ville prosessene med nedbrytning og rus med forfallsprodukter begynne. Dette skjer imidlertid ikke, og frukten er ferdig behandlet på en og en halv time. Dette utføres av biologiske katalysatorer, som er tilstede i store mengder i sammensetningen av hver organisme. Men hva er de og hva er grunnlaget for en slik handling?
Biologiske katalysatorer av proteinnatur er enzymer. Deres grunnlag er en kompleks strukturell organisasjon med en rekke spesifikke egenskaper. Enkelt sagt er dette unike proteiner som kan redusere aktiveringsenergien til prosesser i levende organismer og utføre dem med en hastighet som overstiger de vanlige verdiene med flere millioner ganger.
Det er mange eksempler på slike molekyler:
- catalase;
- amylase;
- oksireduktase;
- glukoseoksidase;
- lipase;
- invertase;
- lysozyme;
- protease og andre.
Dermed kan vi konkludere: enzymer er biologiske katalysatorer av proteinnatur, som fungerer som sterke akseleratorer, som gjør at tusenvis av prosesser i levende organismer kan utføres i svært høy hastighet. Fordøyelse, oksidasjon, restaurering er basert på deres handling.
Likheter mellom uorganiske og proteinkatalysatorer
Enzymer som biologiske katalysatorer har en rekke egenskaper som ligner på uorganiske. Disse inkluderer følgende:
- Fremskynd bare termodynamisk mulige reaksjoner.
- Ikke påvirke skiftingen av kjemisk likevekt i likevektssystemer, men akselerer både forover- og bakoverprosessen like mye.
- Som et resultat er det bare produkter igjen i reaksjonssfæren, katalysatoren er ikke blant dem.
I tillegg til likheter er det imidlertid også særtrekk ved enzymer.
Forskjeller i henhold til naturen
Biologiske katalysatorer har flere spesifikke funksjoner:
- Høy grad av selektivitet. Det vil si at ett protein er i stand til å aktivere bare en viss reaksjon eller en gruppe lignende. Oftest fungerer "enzym - substrat for én prosess"-skjemaet.
- Ekstremt høy grad av aktivitet, fordi noen typer proteiner kan fremskynde reaksjoner millioner av ganger.
- Enzymer er svært avhengige avfra miljøforhold. De er bare aktive i et visst temperaturområde. Mediets pH påvirker også sterkt. Det er en kurve som viser minimum, maksimum og optimal verdi for hvert enzym.
- Det finnes spesielle forbindelser k alt effektorer som kan hemme naturen til biologiske katalysatorer eller omvendt ha en positiv effekt på dem.
- Substratet som enzymet virker på, må være strengt spesifikt. Det er en teori som heter nøkkelen og låsen. Den beskriver virkningsmekanismen til enzymet på underlaget. Katalysatoren, som en nøkkel, er innebygd i substratet med sitt aktive sted, og reaksjonen begynner.
- Etter prosessen er enzymet helt eller delvis ødelagt.
Dermed er det åpenbart at viktigheten av proteinkatalysatorer er ekstremt høy for levende organismer. Handlingen deres er imidlertid underlagt visse regler og er begrenset av miljøforhold.
Å studere katalyse på skolen
Som en del av skolens læreplan studeres katalysatorer i både kjemi og biologi. I kjemitimer blir de studert fra synspunktet om stoffer som gjør det mulig å utføre industrielle synteser og oppnå et stort antall forskjellige produkter. I biologitimene er det biologiske katalysatorer som vurderes. Karakter 9 innebærer studiet av molekylærbiologi og det grunnleggende om biokjemi. Derfor er det på dette stadiet av utdanningen studentene får grunnleggende kunnskap om enzymer som virkestoffer iorganismer av levende vesener.
Eksperimenter utføres på timene, og bekrefter den kjemiske aktiviteten til disse stoffene i visse temperaturområder og pH i miljøet:
- studie av effekten av hydrogenperoksid som katalysator på rå og kokte gulrøtter;
- effekt på kjøtt (kokt og rått), poteter og andre produkter.
Enzymer i menneskekroppen
Hvert skolebarn som er tilstrekkelig utdannet og som har gått over grensen for videregående opplæring, vet hva biologiske katalysatorer kalles. Enzymer i kroppen har en strengt spesifikk spesialisering. Derfor, for hver prosess, kan du navngi det katalytiske stoffet ditt.
Så, alle enzymene i kroppen kan deles inn i flere grupper:
- oksidoreduktaser som katalase eller alkoholdehydrogenase;
- transferases - kenase;
- hydrolaser viktige for fordøyelsen: pepsin, amylase, lipoproteinlipase, esterase og andre;
- ligaser, f.eks. DNA-polymerase;
- isomerase;
- lyases.
Siden alle disse forbindelsene er av proteinnatur, så vel som et kompleks av vitaminer i sammensetningen, er en økning i kroppstemperatur full av denaturering av strukturen, og følgelig opphør av alle biokjemiske reaksjoner. I dette tilfellet er organismen nær døden. Derfor blir høy kroppstemperatur nødvendigvis senket under sykdom.
Bruk av proteinkatalysatorer i industrien
Ofte brukes enzymer i ulike bransjerbransje:
- kjemikalier;
- tekstil;
- mat.
I butikkhyllene kan du se rengjøringsmidler og vaskepulver som inneholder enzymer - dette er enzymer som forbedrer kvaliteten på vask av klær.
Hva er biologiske katalysatorer for?
Det er vanskelig å overvurdere betydningen deres. Tross alt lar de ikke bare levende organismer leve, puste, spise, utføre metabolske prosesser, men gir oss også muligheten til å ødelegge industriavfall, skaffe medisiner, beskytte og beskytte helsen vår og miljøet.
