Το ανθρώπινο σώμα ονομάζεται βιοχημικό εργοστάσιο για κάποιο λόγο. Άλλωστε, κάθε λεπτό πραγματοποιούνται σε αυτό χιλιάδες, δεκάδες και εκατοντάδες χιλιάδες διαδικασίες οξείδωσης, διάσπασης, αναγωγής και άλλες αντιδράσεις. Τι τους επιτρέπει να ρέουν με τόσο τρομερή ταχύτητα, παρέχοντας σε κάθε κύτταρο ενέργεια, διατροφή και οξυγόνο;
Η έννοια των καταλυτών
Τόσο στην ανόργανη όσο και στην οργανική χημεία, χρησιμοποιούνται ευρέως ειδικές ουσίες που μπορούν να επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις κατά αρκετές χιλιάδες και μερικές φορές εκατομμύρια φορές. Το όνομα αυτών των ενώσεων είναι "καταλύτες". Στην ανόργανη χημεία, αυτά είναι οξείδια μετάλλων, πλατίνα, άργυρος, νικέλιο και άλλα.
Η κύρια δράση τους είναι ο σχηματισμός προσωρινών συμπλεγμάτων με τους συμμετέχοντες στην αντίδραση, με τη μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης, η διαδικασία πραγματοποιείται αρκετές φορές πιο γρήγορα. Μετά από αυτό, το σύμπλοκο αποσυντίθεται και ο καταλύτης μπορεί να αφαιρεθεί από τη σφαίρα με την ίδια ποσοτική και ποιοτική σύνθεση όπως πριν από την έναρξη της διαδικασίας.
Υπάρχουν δύο τύποι καταλυτικών αντιδράσεων:
- ομογενής - επιταχυντής και συμμετέχοντες σε ένασυγκεντρωτική κατάσταση;
- ετερογενής - επιταχυντής και συμμετέχοντες σε διαφορετικές καταστάσεις, υπάρχει ένα όριο φάσης.
Επιπλέον, υπάρχουν ενώσεις που έχουν αντίθετη δράση - αναστολείς. Αποσκοπούν στην επιβράδυνση των απαραίτητων αντιδράσεων. Έτσι, για παράδειγμα, σας επιτρέπουν να μειώσετε το χρόνο για το σχηματισμό διάβρωσης.
Οι βιολογικοί καταλύτες είναι εγγενώς διαφορετικοί από τους ανόργανους και οι ιδιότητές τους είναι κάπως συγκεκριμένες. Επομένως, η κατάλυση είναι διαφορετική στα ζωντανά συστήματα.
Ένζυμα - τι είναι;
Έχει αποδειχθεί ότι εάν η δράση ειδικών ουσιών που επιταχύνουν τις υποδεικνυόμενες διεργασίες δεν εκτελούνταν μέσα σε ζωντανά συστήματα, τότε ένα συνηθισμένο μήλο στο στομάχι θα χωνευόταν για περίπου δύο ημέρες. Για τέτοιο χρονικό διάστημα θα ξεκινούσαν οι διαδικασίες αποσύνθεσης και μέθης με προϊόντα αποσύνθεσης. Ωστόσο, αυτό δεν συμβαίνει, και ο καρπός υποβάλλεται σε πλήρη επεξεργασία σε μιάμιση ώρα. Αυτό πραγματοποιείται από βιολογικούς καταλύτες, οι οποίοι υπάρχουν σε μεγάλες ποσότητες στη σύνθεση κάθε οργανισμού. Ποια είναι όμως αυτά και ποια είναι η βάση μιας τέτοιας ενέργειας;
Οι βιολογικοί καταλύτες πρωτεϊνικής φύσης είναι ένζυμα. Η βάση τους είναι μια πολύπλοκη δομική οργάνωση με μια σειρά από συγκεκριμένες ιδιότητες. Με απλά λόγια, πρόκειται για μοναδικές πρωτεΐνες που μπορούν να μειώσουν την ενέργεια ενεργοποίησης των διεργασιών σε ζωντανούς οργανισμούς και να τις πραγματοποιήσουν με ταχύτητα που υπερβαίνει τις συνήθεις τιμές κατά πολλά εκατομμύρια φορές.
Υπάρχουν πολλά παραδείγματα τέτοιων μορίων:
- καταλάση;
- αμυλάση;
- oxireductase;
- οξειδάση γλυκόζης;
- λιπάση;
- invertase;
- λυσοζύμη;
- πρωτεάση και άλλα.
Έτσι, μπορούμε να συμπεράνουμε: τα ένζυμα είναι βιολογικοί καταλύτες πρωτεϊνικής φύσης, που λειτουργούν ως ισχυροί επιταχυντές, επιτρέποντας σε χιλιάδες διεργασίες σε ζωντανούς οργανισμούς να εκτελούνται με πολύ υψηλή ταχύτητα. Η πέψη, η οξείδωση, η αποκατάσταση βασίζονται στη δράση τους.
Ομοιότητες ανόργανων και πρωτεϊνικών καταλυτών
Τα ένζυμα ως βιολογικοί καταλύτες έχουν μια σειρά από ιδιότητες παρόμοιες με τις ανόργανες. Αυτά περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
- Επιταχύνετε μόνο θερμοδυναμικά πιθανές αντιδράσεις.
- Μην επηρεάζετε τη μετατόπιση της χημικής ισορροπίας στα συστήματα ισορροπίας, αλλά επιταχύνετε εξίσου τόσο την εμπρόσθια όσο και την αντίστροφη διαδικασία.
- Σαν αποτέλεσμα, μόνο τα προϊόντα παραμένουν στη σφαίρα αντίδρασης, ο καταλύτης δεν είναι μεταξύ τους.
Ωστόσο, εκτός από ομοιότητες, υπάρχουν και διακριτικά χαρακτηριστικά των ενζύμων.
Διαφορές ανάλογα με τη φύση
Οι βιολογικοί καταλύτες έχουν πολλά ειδικά χαρακτηριστικά:
- Υψηλός βαθμός επιλεκτικότητας. Δηλαδή, μια πρωτεΐνη είναι σε θέση να ενεργοποιήσει μόνο μια συγκεκριμένη αντίδραση ή μια ομάδα παρόμοιων. Τις περισσότερες φορές, το σχήμα "ένζυμο - υπόστρωμα μιας διαδικασίας" λειτουργεί.
- Εξαιρετικά υψηλός βαθμός δραστηριότητας, επειδή ορισμένοι τύποι πρωτεϊνών μπορούν να επιταχύνουν τις αντιδράσεις εκατομμύρια φορές.
- Τα ένζυμα εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό απόαπό περιβαλλοντικές συνθήκες. Είναι ενεργά μόνο σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας. Το pH του μέσου επηρεάζει επίσης έντονα. Υπάρχει μια καμπύλη που δείχνει τις ελάχιστες, μέγιστες και βέλτιστες τιμές για κάθε ένζυμο.
- Υπάρχουν ειδικές ενώσεις που ονομάζονται τελεστές που μπορούν να αναστείλουν τη φύση των βιολογικών καταλυτών ή, αντίθετα, να έχουν θετική επίδραση σε αυτούς.
- Το υπόστρωμα στο οποίο λειτουργεί το ένζυμο πρέπει να είναι αυστηρά ειδικό. Υπάρχει μια θεωρία που ονομάζεται κλειδί και κλειδαριά. Περιγράφει τον μηχανισμό δράσης του ενζύμου στο υπόστρωμα. Ο καταλύτης, όπως ένα κλειδί, ενσωματώνεται στο υπόστρωμα με την ενεργή του θέση και αρχίζει η αντίδραση.
- Μετά τη διαδικασία, το ένζυμο καταστρέφεται μερικώς ή πλήρως.
Έτσι, είναι προφανές ότι η σημασία των πρωτεϊνικών καταλυτών είναι εξαιρετικά υψηλή για τους ζωντανούς οργανισμούς. Ωστόσο, η δράση τους υπόκειται σε ορισμένους κανόνες και περιορίζεται από περιβαλλοντικές συνθήκες.
Μελέτη κατάλυσης στο σχολείο
Σαν μέρος του σχολικού προγράμματος σπουδών, οι καταλύτες μελετώνται τόσο στη χημεία όσο και στη βιολογία. Στα μαθήματα χημείας, μελετώνται από την άποψη των ουσιών που καθιστούν δυνατή τη διεξαγωγή βιομηχανικών συνθέσεων και την απόκτηση μεγάλου αριθμού διαφόρων προϊόντων. Στα μαθήματα βιολογίας, λαμβάνονται υπόψη οι βιολογικοί καταλύτες. Η 9η τάξη περιλαμβάνει τη μελέτη της μοριακής βιολογίας και τα βασικά της βιοχημείας. Επομένως, σε αυτό το στάδιο της εκπαίδευσης οι μαθητές λαμβάνουν τις βασικές γνώσεις σχετικά με τα ένζυμα ως δραστικές ουσίεςοργανισμοί ζωντανών όντων.
Γίνονται πειράματα στα μαθήματα, επιβεβαιώνοντας τη χημική δράση αυτών των ουσιών σε συγκεκριμένα εύρη θερμοκρασίας και pH του περιβάλλοντος:
- μελέτη της επίδρασης του υπεροξειδίου του υδρογόνου ως καταλύτη σε ωμά και βραστά καρότα,
- επίδραση στο κρέας (μαγειρεμένο και ωμό), τις πατάτες και άλλα προϊόντα.
Ένζυμα στο ανθρώπινο σώμα
Κάθε μαθητής που είναι επαρκώς μορφωμένος και που έχει περάσει τα όρια της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης ξέρει πώς ονομάζονται βιολογικοί καταλύτες. Τα ένζυμα στο σώμα έχουν μια αυστηρά συγκεκριμένη εξειδίκευση. Επομένως, για κάθε διαδικασία, μπορείτε να ονομάσετε την καταλυτική σας ουσία.
Έτσι, όλα τα ένζυμα του σώματος μπορούν να χωριστούν σε διάφορες ομάδες:
- οξειδοαναγωγάσες όπως καταλάση ή αλκοολική αφυδρογονάση;
- transferases - Kenase;
- υδρολάσες σημαντικές για την πέψη: πεψίνη, αμυλάση, λιποπρωτεϊνική λιπάση, εστεράση και άλλες.
- λιγάσες, π.χ. DNA πολυμεράση;
- ισομεράση;
- λυάσες.
Δεδομένου ότι όλες αυτές οι ενώσεις είναι πρωτεϊνικής φύσης, καθώς και ένα σύμπλεγμα βιταμινών στη σύνθεση, η αύξηση της θερμοκρασίας του σώματος είναι γεμάτη με μετουσίωση της δομής και, κατά συνέπεια, διακοπή όλων των βιοχημικών αντιδράσεων. Σε αυτή την περίπτωση, ο οργανισμός είναι κοντά στο θάνατο. Επομένως, η υψηλή θερμοκρασία σώματος μειώνεται αναγκαστικά κατά τη διάρκεια της ασθένειας.
Χρήση πρωτεϊνικών καταλυτών στη βιομηχανία
Συχνά τα ένζυμα χρησιμοποιούνται σε διαφορετικές βιομηχανίεςβιομηχανία:
- χημικό;
- textile;
- food.
Στα ράφια των καταστημάτων μπορείτε να δείτε προϊόντα καθαρισμού και σκόνες πλυσίματος που περιέχουν ένζυμα - αυτά είναι ένζυμα που βελτιώνουν την ποιότητα του πλυσίματος των ρούχων.
Τι χρησιμεύουν οι βιολογικοί καταλύτες;
Είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί η σημασία τους. Άλλωστε, όχι μόνο επιτρέπουν στους ζωντανούς οργανισμούς να ζουν, να αναπνέουν, να τρώνε, να πραγματοποιούν μεταβολικές διεργασίες, αλλά μας δίνουν επίσης την ευκαιρία να καταστρέψουμε τα βιομηχανικά απόβλητα, να προμηθευτούμε φάρμακα, να προστατεύσουμε και να προστατεύσουμε την υγεία μας και το περιβάλλον.
