Човешкото тяло се нарича биохимична фабрика по причина. В крайна сметка всяка минута в него протичат хиляди, десетки и стотици хиляди процеси на окисление, разцепване, редукция и други реакции. Какво им позволява да текат с такава огромна скорост, осигурявайки всяка клетка с енергия, хранене и кислород?
Концепцията за катализатори
Както в неорганичната, така и в органичната химия, широко се използват специални вещества, които могат да ускорят химичните реакции с няколко хиляди, а понякога и милиони пъти. Името на тези съединения е "катализатори". В неорганичната химия това са метални оксиди, платина, сребро, никел и други.
Основното им действие е образуването на временни комплекси с участниците в реакцията, като чрез понижаване на енергията на активиране процесът се осъществява няколко пъти по-бързо. След това комплексът се разлага и катализаторът може да бъде отстранен от сферата в същия количествен и качествен състав, както преди началото на процеса.
Има два вида каталитични реакции:
- хомогенен - ускорител и участници в едноагрегатно състояние;
- хетерогенен - ускорител и участници в различни състояния, има фазова граница.
Освен това има съединения, които са противоположни по действие - инхибитори. Те са насочени към забавяне на необходимите реакции. Така например те ви позволяват да намалите времето за образуване на корозия.
Биологичните катализатори са по своята същност различни от неорганичните и техните свойства са донякъде специфични. Следователно катализата е различна в живите системи.
Ензими - какво е това?
Доказано е, че ако действието на специални вещества, ускоряващи посочените процеси, не се осъществяваше вътре в живите системи, тогава обикновена ябълка в стомаха би се усвоила за около два дни. За толкова време биха започнали процесите на разлагане и интоксикация с продукти на разпад. Това обаче не се случва и плодът е напълно обработен за час и половина. Това се осъществява от биологични катализатори, които присъстват в големи количества в състава на всеки организъм. Но какви са те и какво е в основата на подобно действие?
Биологичните катализатори от протеинова природа са ензими. Тяхната основа е сложна структурна организация с редица специфични свойства. Просто казано, това са уникални протеини, които могат да намалят енергията на активиране на процесите в живите организми и да ги извършват със скорост, която надвишава обичайните стойности с няколко милиона пъти.
Има много примери за такива молекули:
- каталаза;
- амилаза;
- оксиредуктаза;
- глюкоза оксидаза;
- липаза;
- инвертаза;
- лизозим;
- протеаза и други.
По този начин можем да заключим: ензимите са биологични катализатори от протеинова природа, които действат като силни ускорители, позволяващи на хиляди процеси в живите организми да се извършват с много висока скорост. Храносмилането, окисляването, възстановяването се основават на тяхното действие.
Прилики на неорганични и протеинови катализатори
Ензимите като биологични катализатори имат редица свойства, подобни на неорганичните. Те включват следното:
- Ускорете само термодинамично възможните реакции.
- Не влияят на изместването на химическото равновесие в равновесните системи, но еднакво ускоряват както предните, така и обратните процеси.
- В резултат на това в реакционната сфера остават само продукти, катализаторът не е сред тях.
В допълнение към приликите, има и отличителни черти на ензимите.
Разлики според природата
Биологичните катализатори имат няколко специфични характеристики:
- Висока степен на селективност. Тоест, един протеин е в състояние да активира само определена реакция или група от подобни. Най-често работи схемата "ензим - субстрат на един процес".
- Изключително висока степен на активност, защото някои видове протеини могат да ускорят реакциите милиони пъти.
- Ензимите са силно зависими отот условията на околната среда. Те са активни само в определен температурен диапазон. pH на средата също оказва силно влияние. Има крива, показваща минималните, максималните и оптималните стойности за всеки ензим.
- Има специални съединения, наречени ефектори, които могат да инхибират природата на биологичните катализатори или, обратно, да имат положителен ефект върху тях.
- Субстратът, върху който работи ензимът, трябва да бъде строго специфичен. Има теория, наречена ключ и ключалка. Той описва механизма на действие на ензима върху субстрата. Катализаторът, подобно на ключ, е вграден в субстрата със своя активен център и реакцията започва.
- След процеса, ензимът е частично или напълно унищожен.
По този начин е очевидно, че значението на протеиновите катализатори е изключително голямо за живите организми. Въпреки това, тяхното действие е подчинено на определени правила и е ограничено от условията на околната среда.
Изучаване на катализа в училище
Като част от училищната програма, катализаторите се изучават както в химията, така и в биологията. В уроците по химия те се изучават от гледна точка на вещества, които дават възможност за извършване на промишлени синтези и получаване на голям брой различни продукти. В уроците по биология се разглеждат биологичните катализатори. 9 клас включва изучаване на молекулярна биология и основи на биохимията. Ето защо именно на този етап от обучението учениците получават основните знания за ензимите като активни вещества ворганизми на живи същества.
На уроците се провеждат експерименти, потвърждаващи химическата активност на тези вещества в определени температурни диапазони и pH на околната среда:
- изследване на ефекта на водородния прекис като катализатор върху сурови и варени моркови;
- ефект върху месо (варено и сурово), картофи и други продукти.
Ензими в човешкото тяло
Всеки ученик, който е достатъчно образован и е преминал границата на средното образование, знае как се наричат биологични катализатори. Ензимите в организма имат строго специфична специализация. Следователно за всеки процес можете да назовете своето каталитично вещество.
И така, всички ензими на тялото могат да бъдат разделени на няколко групи:
- оксидоредуктази като каталаза или алкохол дехидрогеназа;
- трансферази - кеназа;
- хидролази, важни за храносмилането: пепсин, амилаза, липопротеин липаза, естераза и други;
- лигази, напр. ДНК полимераза;
- изомераза;
- lyases.
Тъй като всички тези съединения са от протеинова природа, както и комплекс от витамини в състава, повишаването на телесната температура е изпълнено с денатурация на структурата и следователно прекратяване на всички биохимични реакции. В този случай организмът е близо до смъртта. Следователно високата телесна температура задължително се понижава по време на заболяване.
Използване на протеинови катализатори в индустрията
Често ензимите се използват в различни индустриииндустрия:
- химически;
- текстил;
- храна.
По рафтовете на магазините можете да видите почистващи препарати и прахове за пране, съдържащи ензими - това са ензими, които подобряват качеството на прането на дрехи.
За какво са биологичните катализатори?
Трудно е да се надцени тяхното значение. В края на краищата те не само позволяват на живите организми да живеят, дишат, хранят се, извършват метаболитни процеси, но също така ни дават възможност да унищожаваме промишлени отпадъци, да получаваме лекарства, да защитаваме и защитаваме нашето здраве и околната среда..
