Den menneskelige krop kaldes en biokemisk fabrik af en grund. Når alt kommer til alt, foregår der hvert minut tusinder, titusinder og hundredtusinder af processer med oxidation, sp altning, reduktion og andre reaktioner i den. Hvad gør det muligt for dem at flyde med sådan en enorm hastighed og forsyne hver celle med energi, næring og ilt?
Begrebet katalysatorer
Både i den uorganiske og den organiske kemi bruges der i vid udstrækning specielle stoffer, som kan fremskynde kemiske reaktioner med flere tusinde og nogle gange millioner af gange. Navnet på disse forbindelser er "katalysatorer". I uorganisk kemi er disse metaloxider, platin, sølv, nikkel og andre.
Deres vigtigste handling er dannelsen af midlertidige komplekser med reaktionsdeltagerne, ved at sænke aktiveringsenergien udføres processen flere gange hurtigere. Derefter nedbrydes komplekset, og katalysatoren kan fjernes fra kuglen i samme kvantitative og kvalitative sammensætning som før processens start.
Der er to typer katalytiske reaktioner:
- homogen - accelerator og deltagere i énsamlet tilstand;
- heterogen - accelerator og deltagere i forskellige stater, der er en fasegrænse.
Derudover er der forbindelser, der virker modsat - hæmmere. De har til formål at bremse de nødvendige reaktioner. Så for eksempel giver de dig mulighed for at reducere mængden af tid til dannelsen af korrosion.
Biologiske katalysatorer er i sagens natur forskellige fra uorganiske, og deres egenskaber er noget specifikke. Derfor er katalyse anderledes i levende systemer.
Enzymer - hvad er det?
Det er blevet bevist, at hvis virkningen af specielle stoffer, der accelererer de angivne processer, ikke blev udført inde i levende systemer, så ville et almindeligt æble i maven blive fordøjet i omkring to dage. I så lang tid ville nedbrydnings- og forgiftningsprocesserne med henfaldsprodukter begynde. Dette sker dog ikke, og frugten er fuldstændig forarbejdet på halvanden time. Dette udføres af biologiske katalysatorer, som er til stede i store mængder i sammensætningen af hver organisme. Men hvad er de, og hvad er grundlaget for en sådan handling?
Biologiske katalysatorer af proteinnatur er enzymer. Deres grundlag er en kompleks strukturel organisation med en række specifikke egenskaber. Kort sagt er disse unikke proteiner, der kan reducere aktiveringsenergien af processer i levende organismer og udføre dem med en hastighed, der overstiger de sædvanlige værdier med flere millioner gange.
Der er mange eksempler på sådanne molekyler:
- catalase;
- amylase;
- oxireduktase;
- glukoseoxidase;
- lipase;
- invertase;
- lysozym;
- protease og andre.
Således kan vi konkludere: enzymer er biologiske katalysatorer af proteinnatur, som fungerer som stærke acceleratorer, der tillader tusindvis af processer i levende organismer at blive udført med meget høj hastighed. Fordøjelse, oxidation, restaurering er baseret på deres handling.
Ligheder mellem uorganiske og proteinkatalysatorer
Enzymer som biologiske katalysatorer har en række egenskaber, der ligner uorganiske. Disse omfatter følgende:
- Fremskynd kun termodynamisk mulige reaktioner.
- Påvirk ikke skift af kemisk ligevægt i ligevægtssystemer, men fremskynd både fremad- og baglænsprocesserne i lige så høj grad.
- Som et resultat er der kun produkter tilbage i reaktionssfæren, katalysatoren er ikke blandt dem.
Men ud over ligheder er der også karakteristiske træk ved enzymer.
Forskelle efter natur
Biologiske katalysatorer har flere specifikke funktioner:
- Høj grad af selektivitet. Det vil sige, at ét protein kun er i stand til at aktivere en bestemt reaktion eller en gruppe af lignende. Oftest virker "enzym - substrat for én proces"-skemaet.
- Ekstremt høj grad af aktivitet, fordi nogle typer proteiner kan fremskynde reaktioner millioner af gange.
- Enzymer er meget afhængige affra miljøforhold. De er kun aktive i et bestemt temperaturområde. Mediets pH har også stor indflydelse. Der er en kurve, der viser minimum, maksimum og optimale værdier for hvert enzym.
- Der er specielle forbindelser kaldet effektorer, som kan hæmme naturen af biologiske katalysatorer eller omvendt have en positiv effekt på dem.
- Substratet, som enzymet virker på, skal være strengt specifikt. Der er en teori, der hedder nøglen og låsen. Den beskriver enzymets virkningsmekanisme på substratet. Katalysatoren er som en nøgle indlejret i substratet med dets aktive sted, og reaktionen begynder.
- Efter processen er enzymet helt eller delvist ødelagt.
Det er således indlysende, at vigtigheden af proteinkatalysatorer er ekstremt høj for levende organismer. Deres handling er dog underlagt visse regler og er begrænset af miljøforhold.
At studere katalyse i skolen
Som en del af skolens læseplan studeres katalysatorer i både kemi og biologi. I kemitimerne studeres de ud fra stoffernes synspunkt, der gør det muligt at udføre industrielle synteser og opnå et stort antal forskellige produkter. I biologitimerne er det biologiske katalysatorer, der tages i betragtning. Grad 9 involverer studiet af molekylærbiologi og det grundlæggende i biokemi. Derfor er det på dette trin af uddannelsen, at eleverne får den grundlæggende viden om enzymer som aktive stoffer iorganismer af levende væsener.
Eksperimenter udføres ved lektionerne, der bekræfter den kemiske aktivitet af disse stoffer i visse temperaturområder og pH i miljøet:
- undersøgelse af virkningen af hydrogenperoxid som katalysator på rå og kogte gulerødder;
- effekt på kød (kogt og råt), kartofler og andre produkter.
Enzymer i den menneskelige krop
Hvert skolebarn, der er tilstrækkeligt uddannet, og som har krydset grænsen for sekundær uddannelse, ved, hvad biologiske katalysatorer kaldes. Enzymer i kroppen har en strengt specifik specialisering. Derfor kan du for hver proces navngive dit katalytiske stof.
Så alle kroppens enzymer kan opdeles i flere grupper:
- oxidoreduktaser såsom katalase eller alkoholdehydrogenase;
- transferases - kenase;
- hydrolaser vigtige for fordøjelsen: pepsin, amylase, lipoproteinlipase, esterase og andre;
- ligaser, f.eks. DNA-polymerase;
- isomerase;
- lyases.
Da alle disse forbindelser er af proteinkarakter, såvel som et kompleks af vitaminer i sammensætningen, er en stigning i kropstemperaturen fyldt med denaturering af strukturen og følgelig ophør af alle biokemiske reaktioner. I dette tilfælde er organismen tæt på døden. Derfor sænkes høj kropstemperatur nødvendigvis under sygdom.
Brug af proteinkatalysatorer i industrien
Enzymer bruges ofte i forskellige industrierbranche:
- kemikalie;
- tekstil;
- mad.
På hylderne i butikkerne kan du se rengøringsmidler og vaskepulver, der indeholder enzymer - det er enzymer, der forbedrer kvaliteten af tøjvask.
Hvad bruges biologiske katalysatorer til?
Det er svært at overvurdere deres betydning. Når alt kommer til alt, tillader de ikke kun levende organismer at leve, ånde, spise, udføre metaboliske processer, men giver os også mulighed for at ødelægge industriaffald, få medicin, beskytte og beskytte vores sundhed og miljøet.
