Ihmiskehoa kutsutaan syystäkin biokemialliseksi tehtaaksi. Loppujen lopuksi siinä tapahtuu joka minuutti tuhansia, kymmeniä ja satoja tuhansia hapettumis-, halkeamis-, pelkistys- ja muita reaktioita. Mikä sallii niiden virrata niin v altavalla nopeudella tarjoten jokaiselle solulle energiaa, ravintoa ja happea?
Katalyyttien käsite
Sekä epäorgaanisessa että orgaanisessa kemiassa käytetään laaj alti erikoisaineita, jotka voivat nopeuttaa kemiallisia reaktioita useita tuhansia ja joskus miljoonia kertoja. Näiden yhdisteiden nimi on "katalyytit". Epäorgaanisessa kemiassa näitä ovat metallioksidit, platina, hopea, nikkeli ja muut.
Heidän päätehtävänä on väliaikaisten kompleksien muodostuminen reaktion osallistujien kanssa, jolloin aktivointienergiaa alentamalla prosessi suoritetaan useita kertoja nopeammin. Sen jälkeen kompleksi hajoaa ja katalyytti voidaan poistaa pallosta samassa määrällisessä ja laadullisessa koostumuksessa kuin ennen prosessin alkamista.
Katalyyttisiä reaktioita on kahdenlaisia:
- homogeeninen - kiihdytin ja osallistujat yhdessäaggregaattitila;
- heterogeeninen - kiihdytin ja osallistujat eri tilassa, on vaiheraja.
Lisäksi on yhdisteitä, jotka ovat toiminn altaan vastakkaisia – estäjiä. Niiden tarkoituksena on hidastaa tarvittavia reaktioita. Joten niiden avulla voit esimerkiksi lyhentää korroosion muodostumiseen kuluvaa aikaa.
Biologiset katalyytit eroavat luonnostaan epäorgaanisista, ja niiden ominaisuudet ovat jossain määrin spesifisiä. Siksi katalyysi on erilainen elävissä järjestelmissä.
Entsyymit - mitä se on?
On todistettu, että jos mainittuja prosesseja kiihdyttävien erityisten aineiden vaikutusta ei suoritettaisi elävien järjestelmien sisällä, tavallinen omena mahassa sulaisi noin kaksi päivää. Tällaisen ajan kuluessa alkaisi hajoamis- ja myrkytysprosessit hajoamistuotteista. Näin ei kuitenkaan tapahdu, ja hedelmät käsitellään kokonaan puolessatoista tunnissa. Tämän suorittavat biologiset katalyytit, joita on suuria määriä kunkin organismin koostumuksessa. Mutta mitä ne ovat ja mihin tällainen toiminta perustuu?
Proteiiniluonteiset biologiset katalyytit ovat entsyymejä. Niiden perusta on monimutkainen rakenteellinen organisaatio, jolla on useita erityisiä ominaisuuksia. Yksinkertaisesti sanottuna nämä ovat ainutlaatuisia proteiineja, jotka voivat vähentää elävien organismien prosessien aktivointienergiaa ja suorittaa ne nopeudella, joka ylittää tavanomaiset arvot useita miljoonia kertoja.
Tällaisista molekyyleistä on monia esimerkkejä:
- katalaasi;
- amylaasi;
- oksireduktaasi;
- glukoosioksidaasi;
- lipaasi;
- invertase;
- lysotsyymi;
- proteaasi ja muut.
Voimme siis päätellä: entsyymit ovat proteiiniluonteisia biologisia katalyyttejä, jotka toimivat vahvoina kiihdyttiminä mahdollistaen tuhansien prosessien suorittamisen elävissä organismeissa erittäin suurella nopeudella. Ruoansulatus, hapettuminen ja palautuminen perustuvat niiden toimintaan.
Epäorgaanisten ja proteiinikatalyyttien samank altaisuudet
Entsyymeillä biologisina katalyytteinä on useita samanlaisia ominaisuuksia kuin epäorgaanisilla. Näitä ovat seuraavat:
- Nopeuta vain termodynaamisesti mahdollisia reaktioita.
- Älä vaikuta kemiallisen tasapainon siirtymiseen tasapainojärjestelmissä, vaan kiihdyttää yhtä hyvin sekä eteenpäin että taaksepäin tapahtuvaa prosesseja.
- Tämän seurauksena vain tuotteet jäävät reaktiopalloon, katalyytti ei ole niiden joukossa.
Yhteisyyksien lisäksi entsyymeillä on kuitenkin myös erityispiirteitä.
Luonnon mukaiset erot
Biologisilla katalyyteillä on useita erityisominaisuuksia:
- Korkea selektiivisyys. Eli yksi proteiini pystyy aktivoimaan vain tietyn reaktion tai ryhmän samanlaisia. Useimmiten "yhden prosessin entsyymi - substraatti" -kaavio toimii.
- Erittäin korkea aktiivisuusaste, koska tietyntyyppiset proteiinit voivat nopeuttaa reaktioita miljoonia kertoja.
- Entsyymit ovat erittäin riippuvaisiaympäristöolosuhteista. Ne ovat aktiivisia vain tietyllä lämpötila-alueella. Myös alustan pH vaikuttaa voimakkaasti. Käyrässä näkyy kunkin entsyymin minimi-, maksimi- ja optimiarvot.
- On olemassa erikoisyhdisteitä, joita kutsutaan efektoreiksi ja jotka voivat estää biologisten katalyyttien luonteen tai päinvastoin vaikuttaa niihin myönteisesti.
- Substraatin, jolla entsyymi toimii, on oltava tiukasti spesifinen. On olemassa teoria nimeltä avain ja lukko. Se kuvaa entsyymin vaikutusmekanismia substraatilla. Katalyytti, kuten avain, upotetaan substraattiin aktiivisen kohdan kanssa, ja reaktio alkaa.
- Prosessin jälkeen entsyymi tuhoutuu osittain tai kokonaan.
Siksi on selvää, että proteiinikatalyyttien merkitys on erittäin suuri eläville organismeille. Heidän toimintaansa kuitenkin koskevat tietyt säännöt ja ympäristöolosuhteet rajoittavat sitä.
Katalyysin opiskelu koulussa
Katalyyttejä opiskellaan osana koulun opetussuunnitelmaa sekä kemiassa että biologiassa. Kemian tunneilla niitä tutkitaan niiden aineiden näkökulmasta, jotka mahdollistavat teollisten synteesien suorittamisen ja suuren määrän erilaisia tuotteita. Biologian tunneilla huomioidaan biologiset katalysaattorit. Luokassa 9 opiskellaan molekyylibiologiaa ja biokemian perusteita. Siksi juuri tässä koulutusvaiheessa opiskelijat saavat perustiedot entsyymeistä vaikuttavina aineinaelävien olentojen organismit.
Tunneilla suoritetaan kokeita, jotka vahvistavat näiden aineiden kemiallisen aktiivisuuden tietyillä lämpötila-alueilla ja ympäristön pH:ssa:
- tutkimus vetyperoksidin vaikutuksesta katalysaattorina raa'issa ja keitetyissä porkkanoissa;
- vaikutus lihaan (keitettynä ja raakana), perunoihin ja muihin tuotteisiin.
Entsyymit ihmiskehossa
Jokainen riittävän koulutettu koululainen, joka on ylittänyt toisen asteen koulutuksen rajan, tietää, mitä biologisia katalysaattoreita kutsutaan. Entsyymeillä kehossa on tiukasti spesifinen erikoistuminen. Siksi voit nimetä katalyyttisi jokaiselle prosessille.
Joten kaikki kehon entsyymit voidaan jakaa useisiin ryhmiin:
- oksidoreduktaasit, kuten katalaasi tai alkoholidehydrogenaasi;
- siirrot - kenase;
- sulatukselle tärkeät hydrolaasit: pepsiini, amylaasi, lipoproteiinilipaasi, esteraasi ja muut;
- ligaasit, esim. DNA-polymeraasi;
- isomeraasi;
- lyases.
Koska kaikki nämä yhdisteet ovat luonteeltaan proteiinia, samoin kuin koostumuksessa on vitamiinikompleksi, kehon lämpötilan nousu on täynnä rakenteen denaturoitumista ja siten kaikkien biokemiallisten reaktioiden pysähtymistä. Tässä tapauksessa organismi on lähellä kuolemaa. Siksi korkea ruumiinlämpö laskee välttämättä sairauden aikana.
Proteiinikatalyyttien käyttö teollisuudessa
Entsyymejä käytetään usein eri teollisuudenaloillatoimiala:
- kemiallinen;
- tekstiili;
- ruoka.
Liikkeiden hyllyiltä löytyy entsyymejä sisältäviä puhdistusaineita ja pesujauheita - nämä ovat entsyymejä, jotka parantavat vaatteiden pesun laatua.
Mille biologiset katalyytit ovat?
Niiden merkitystä on vaikea yliarvioida. Loppujen lopuksi ne eivät ainoastaan anna elävien organismien elää, hengittää, syödä, suorittaa aineenvaihduntaprosesseja, vaan myös antaa meille mahdollisuuden tuhota teollisuusjätteitä, hankkia lääkkeitä, suojella ja suojella terveyttämme ja ympäristöämme.
