Човешкото тяло се нарича биохимичнофабриката не е напразна. Всъщност всяка минута в него протичат хиляди, десетки и стотици хиляди процеси на окисляване, разделяне, редукция и други. Какво им позволява да текат с такава огромна скорост, осигурявайки на всяка клетка енергия, хранене и кислород?
Концепцията за катализаторите
Както в неорганичната, така и в органичната химиямного широко използвани са специални вещества, способни да ускорят хода на химичните реакции с няколко хиляди, а понякога дори милиони пъти. Имената на тези съединения са "катализатори". В неорганичната химия това са метални оксиди, платина, сребро, никел и други.
Основното им действие е формирането на временникомплекси с участниците в реакцията, поради намаляване на енергията на активиране, процесът се осъществява няколко пъти по-бързо. След това комплексът се разпада и катализаторът може да бъде отстранен от сферата в същия количествен и качествен състав, както преди началото на процеса.
Има два варианта за каталитични реакции:
- хомогенни - ускорител и участници в едно и също агрегатно състояние;
- хетерогенен - ускорител и участници в различни състояния, има фазова граница.
Освен това има и противоположни в действие.съединения - инхибитори. Те са насочени към забавяне на необходимите реакции. Например, те намаляват времето, необходимо за образуване на корозия.
Биологичните катализатори са по своята същност различни от неорганичните и техните свойства са донякъде специфични. Следователно в живите системи катализата е различна.
Ензими - какви са те?
Доказано е, че ако действието на спецвещества, които ускоряват посочените процеси, не се извършват вътре в живите системи, тогава обикновена ябълка в стомаха ще се усвоява за около два дни. За толкова време биха започнали процесите на разлагане и интоксикация с продукти на разпада. Това обаче не се случва и плодът е напълно обработен за час и половина. Това се постига чрез биологични катализатори, които присъстват в големи количества в състава на всеки организъм. Но какви са те и на какво се основава такова действие?
Биологични катализатори от протеинова природа саензими. 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, надвишаваща обичайните стойности с няколко милиона пъти.
Има много примери за такива молекули:
- каталаза;
- амилаза;
- оксиредуктаза;
- глюкозооксидаза;
- липаза;
- инвертаза;
- лизозим;
- протеаза и други.
Така можем да заключим:ензимите са биологични катализатори от протеинова природа, които действат като мощни ускорители, позволяващи на хиляди процеси в живите организми да се извършват с много висока скорост. Храносмилането, окисляването и редукцията се основават на тяхното действие.
Прилики между неорганични и протеинови катализатори
Ензимите като биологични катализатори имат редица свойства, подобни на неорганичните. Те включват следното:
- Ускоряват се само термодинамично възможните реакции.
- Те не влияят на изместването на химическото равновесие в равновесните системи, но еднакво ускоряват както директните, така и обратните процеси.
- В резултат на това в сферата на реакцията остават само продуктите, катализаторът не е сред тях.
Въпреки това, освен приликата, има и отличителни черти на ензимите.
Различия по природа
Биологичните катализатори имат няколко специфични характеристики:
- Висока степен на селективност. Тоест, един протеин е способен да активира само специфична реакция или група от подобни. Най-често работи схемата "ензим - субстрат на един процес".
- Изключително висока степен на активност, тъй като някои видове протеини са способни да ускорят реакциите милиони пъти.
- Ензимите са силно зависими от условията на околната среда.Те показват активност само в определен температурен диапазон. РН на околната среда също е силно повлияно. Има крива, показваща стойностите на минималните, максималните и оптималните по отношение на показателите за всеки ензим.
- Има специални съединения, наречени ефектори, които могат да инхибират природата на биологичните катализатори или, обратно, да им влияят положително.
- Субстратът, върху който работи ензимът, трябвабъде строго конкретна. Има теория, наречена ключ и брава. Той описва механизма на действие на ензима върху субстрата. Катализаторът, подобно на ключ, се включва в субстрата чрез неговия активен център и реакцията започва.
- След процеса ензимът е частично или напълно унищожен.
Следователно 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 рамката на условията на околната среда.
Изучаване на катализа в училище
Като част от училищната програма, катализаториучи както химия, така и биология. В уроците по химия те се изучават от гледна точка на вещества, които позволяват да се извършват индустриални синтези, за да се получи голям брой различни продукти. В уроците по биология се разглеждат биологичните катализатори. 9 клас включва изучаване на молекулярна биология и основи на биохимията. Следователно именно на този етап от обучението учениците получават основите на знанията за ензимите като активни вещества в организмите на живите същества.
В класната стая 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;
- въздействие върху месо (термично обработено и сурово), картофи и други продукти.
Ензими в човешкото тяло
Всеки ученик, достатъчно образован ипремина линията на средното ниво на образование, знае как се наричат биологични катализатори. Ензимите в организма имат строго специфична специализация. Следователно за всеки процес можете да назовете свое собствено каталитично вещество.
И така, всички ензими в тялото могат да бъдат разделени на няколко групи:
- оксидоредуктази като каталаза или алкохол дехидрогеназа;
- трансфераза - кеназа;
- важни за храносмилането хидролази: пепсин, амилаза, липопротеин липаза, естераза и други;
- лигази, например ДНК полимераза;
- изомераза;
- lyases.
Тъй като всички тези съединения имат протеинприродата, както и комплекса от витамини в състава, повишаването на телесната температура е изпълнено с денатурация на структурата и следователно прекратяване на всички биохимични реакции. В този случай тялото е близо до смъртта. Поради това високата телесна температура трябва да се свали по време на заболяване.
Индустриална употреба на протеинови катализатори
Ензимите често се използват в различни индустрии:
- химически;
- текстил;
- храна.
На рафтовете на магазините можете да видите перилни 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 крайна сметка те не само позволяват на живите организми да живеят, да дишат, да се хранят, да извършват метаболитни процеси, но също така ни дават възможност да унищожаваме промишлените отпадъци, да получаваме лекарства, да защитаваме и запазваме здравето си и състоянието на околната среда.
