Lidské tělo se nazývá biochemickétovárna není marná. Ve skutečnosti v ní každou minutu probíhají tisíce, desítky a stovky tisíc procesů oxidace, štěpení, redukce a dalších reakcí. Co jim umožňuje proudit tak ohromnou rychlostí a dodávat každé buňce energii, výživu a kyslík?
Koncept katalyzátorů
V anorganické i organické chemiivelmi široce používané jsou speciální látky schopné urychlit průběh chemických reakcí několik tisíc, někdy i milionkrát. Názvy těchto sloučenin jsou „katalyzátory“. V anorganické chemii se jedná o oxidy kovů, platinu, stříbro, nikl a další.
Jejich hlavní činností je tvorba dočasnýchkomplexy s účastníky reakce, v důsledku snížení aktivační energie je proces prováděn několikrát rychleji. Poté se komplex rozpadne a katalyzátor může být odstraněn z koule ve stejném kvantitativním a kvalitativním složení jako před zahájením procesu.
Existují dvě možnosti pro katalytické reakce:
- homogenní - akcelerátor a účastníci ve stejném stavu agregace;
- heterogenní - akcelerátor a účastníci v různých státech, existuje fázová hranice.
Kromě toho existují také opačné v akci.sloučeniny - inhibitory. Jejich cílem je zpomalit požadované reakce. Například snižují dobu potřebnou k vytvoření koroze.
Biologické katalyzátory se ve své podstatě liší od anorganických a jejich vlastnosti jsou poněkud specifické. V živých systémech je proto katalýza odlišná.
Enzymy - co jsou zač?
Je prokázáno, že pokud je akce speciálnílátky, které urychlují uvedené procesy, nebyly prováděny uvnitř živých systémů, pak by se obyčejné jablko v žaludku trávilo asi dva dny. Po tak dlouhou dobu by začaly procesy rozkladu a intoxikace produkty rozpadu. To se však nestane a ovoce je úplně zpracováno za hodinu a půl. Toho je dosaženo biologickými katalyzátory, které jsou ve složení každého organismu přítomny ve velkém množství. Ale co jsou zač a na čem je taková akce založena?
Biologické katalyzátory proteinové povahy jsouenzymy. Jsou založeny na komplexní strukturální organizaci s řadou specifických vlastností. Jednoduše řečeno, jedná se o jedinečné proteiny, které mohou snížit aktivační energii procesů v živých organismech a provádět je rychlostí, která několikrát překračuje obvyklé hodnoty.
Existuje mnoho příkladů takových molekul:
- kataláza;
- amyláza;
- oxyreduktáza;
- glukózooxidáza;
- lipáza;
- invertáza;
- lysozym;
- proteáza a další.
Můžeme tedy uzavřít:enzymy jsou biologické katalyzátory proteinové povahy, které působí jako silné urychlovače a umožňují, aby tisíce procesů v živých organismech probíhaly velmi vysokou rychlostí. Trávení, oxidace a redukce jsou založeny na jejich působení.
Podobnosti mezi anorganickými a proteinovými katalyzátory
Enzymy jako biologické katalyzátory mají řadu vlastností podobných anorganickým. Patří mezi ně následující:
- Zrychlují se pouze termodynamicky možné reakce.
- Nemají vliv na posun chemické rovnováhy v rovnovážných systémech, ale stejně urychlují přímé i reverzní procesy.
- Výsledkem je, že v oblasti reakce zůstávají pouze produkty, katalyzátor mezi nimi není.
Kromě podobnosti však existují také charakteristické rysy enzymů.
Rozdíly podle povahy
Biologické katalyzátory mají několik specifických vlastností:
- Vysoký stupeň selektivity. To znamená, že jeden protein je schopen aktivovat pouze specifickou reakci nebo skupinu podobných. Nejčastěji funguje schéma „enzym - substrát jednoho procesu“.
- Extrémně vysoký stupeň aktivity, protože některé typy proteinů jsou schopné akcelerovat reakce milionkrát.
- Enzymy jsou vysoce závislé na podmínkách prostředí.Vykazují aktivitu pouze v určitém teplotním rozsahu. Rovněž je silně ovlivněno pH prostředí. K dispozici je křivka ukazující hodnoty minima, maxima a optima z hlediska indikátorů pro každý enzym.
- Existují speciální sloučeniny zvané efektory, které mohou inhibovat povahu biologických katalyzátorů nebo je naopak pozitivně ovlivnit.
- Substrát, na kterém enzym pracuje, musí býtbýt přísně konkrétní. Existuje teorie nazývaná klíč a zámek. Popisuje mechanismus působení enzymu na substrát. Katalyzátor, stejně jako klíč, je zabudován do substrátu jeho aktivním centrem a reakce začíná.
- Po ukončení procesu je enzym částečně nebo úplně zničen.
Je tedy zřejmé, že význam proteinových katalyzátorů je pro živé organismy extrémně vysoký. Jejich činnost však podléhá určitým pravidlům a omezuje se na rámec podmínek prostředí.
Studium katalýzy ve škole
Jako součást školních osnov katalyzátorystudoval chemii i biologii. Na hodinách chemie jsou studovány z hlediska látek, které umožňují provádění průmyslových syntéz za účelem získání velkého množství různých produktů. Na hodinách biologie se uvažuje o biologických katalyzátorech. Stupeň 9 zahrnuje studium molekulární biologie a základy biochemie. Proto právě v této fázi vzdělávání získávají studenti základní znalosti o enzymech jako účinných látkách v organismech živých bytostí.
Ve třídě jsou prováděny experimenty, které potvrzují chemickou aktivitu těchto látek v určitých teplotních rozsazích a pH prostředí:
- zkoumání účinku peroxidu vodíku jako katalyzátoru na surovou a vařenou mrkev;
- dopad na maso (tepelně zpracované a surové), brambory a další výrobky.
Enzymy v lidském těle
Každý student, dostatečně vzdělaný aprošel hranicí střední úrovně vzdělání, ví, jak se nazývají biologické katalyzátory. Enzymy v těle mají přísně specifickou specializaci. Proto pro každý proces můžete pojmenovat svou vlastní katalytickou látku.
Všechny enzymy v těle lze tedy rozdělit do několika skupin:
- oxidoreduktázy, jako je kataláza nebo alkohol dehydrogenáza;
- transferáza - kenáza;
- hydrolázy důležité pro trávení: pepsin, amyláza, lipoproteinová lipáza, esteráza a další;
- ligázy, jako je DNA polymeráza;
- izomeráza;
- lyázy.
Protože všechny tyto sloučeniny mají bílkovinypříroda, stejně jako komplex vitamínů ve složení, je zvýšení tělesné teploty plné denaturace struktury, a proto zastavení všech biochemických reakcí. V tomto případě je tělo blízko smrti. Proto musí být během nemoci snížena vysoká tělesná teplota.
Průmyslové použití proteinových katalyzátorů
Enzymy se často používají v různých průmyslových odvětvích:
- chemikálie;
- textil;
- jídlo.
Na pultech obchodů můžete vidět prací prostředky a prací prášky obsahující enzymy - to jsou enzymy, které zlepšují kvalitu prádla.
K čemu slouží biologické katalyzátory?
Je těžké přeceňovat jejich význam.Koneckonců nejen umožňují živým organismům žít, dýchat, jíst, provádět metabolické procesy, ale také nám dávají příležitost ničit průmyslový odpad, přijímat léky, chránit a chránit jejich zdraví a stav životního prostředí.
