Der menschliche Körper heißt biochemischFabrik aus gutem Grund. Schließlich finden in jeder Minute Tausende, Zehntausende und Hunderttausende von Prozessen der Oxidation, Zersetzung, Reduktion und anderer Reaktionen statt. Was ermöglicht es ihnen, mit solch einer enormen Geschwindigkeit zu fließen und jede Zelle mit Energie, Nahrung und Sauerstoff zu versorgen?
Das Konzept der Katalysatoren
In anorganischer und organischer ChemieEs werden sehr häufig spezielle Substanzen verwendet, die den Verlauf chemischer Reaktionen um mehrere tausend, manchmal auch millionenfach beschleunigen können. Der Name dieser Verbindungen lautet "Katalysatoren". In der anorganischen Chemie sind dies Metalloxide, Platin, Silber, Nickel und andere.
Ihre Hauptaktion ist die Bildung von temporärenKomplexe mit Teilnehmern an der Reaktion, aufgrund der geringeren Aktivierungsenergie, verläuft der Prozess um ein Vielfaches schneller. Danach zersetzt sich der Komplex und der Katalysator kann in der gleichen quantitativen und qualitativen Zusammensetzung wie vor Beginn des Prozesses aus der Kugel entfernt werden.
Es gibt zwei Möglichkeiten für katalytische Reaktionen:
- homogen - ein Beschleuniger und Teilnehmer in einem Aggregatzustand;
- heterogen - ein Beschleuniger und Teilnehmer in verschiedenen Zuständen, es gibt eine Phasengrenze.
Darüber hinaus gibt es Gegenteiliges in AktionVerbindungen sind Inhibitoren. Sie zielen darauf ab, die notwendigen Reaktionen zu verlangsamen. So können sie beispielsweise die Zeit für die Bildung von Korrosion verkürzen.
Biologische Katalysatoren unterscheiden sich von Natur aus von anorganischen und ihre Eigenschaften sind etwas spezifisch. In lebenden Systemen ist die Katalyse daher anders.
Enzyme - was ist das?
Es ist bewiesen, dass, wenn die Aktion von besonderemDa Substanzen, die die angegebenen Prozesse beschleunigen, nicht in lebenden Systemen ausgeführt wurden, würde ein gewöhnlicher Apfel im Magen etwa zwei Tage lang verdaut. In einer solchen Zeitspanne würden Zersetzungsprozesse und Vergiftungen mit Zerfallsprodukten beginnen. Dies ist jedoch nicht der Fall und die Frucht ist in anderthalb Stunden vollständig verarbeitet. Dies geschieht durch biologische Katalysatoren, die in der Zusammensetzung eines jeden Organismus in großer Zahl vorhanden sind. Aber was sind sie und worauf beruht ein solches Vorgehen?
Biologische Katalysatoren der Proteinnatur sindEnzyme. Grundlage ist eine komplexe bauliche Organisation mit einer Reihe spezifischer Eigenschaften. Einfach ausgedrückt handelt es sich hierbei um einzigartige Proteine, die die Aktivierungsenergie von Prozessen in lebenden Organismen reduzieren und diese mit einer Geschwindigkeit ausführen können, die die normalen Werte um ein Vielfaches übersteigt.
Es gibt viele Beispiele für solche Moleküle:
- Katalase;
- Amylase;
- Oxyreduktase;
- Glucoseoxidase;
- Lipase;
- Invertase;
- Lysozym;
- Protease und andere.
Somit können wir schließen: Enzyme sind biologische Katalysatoren proteiner Natur, die als starke Beschleuniger wirken und es ermöglichen, Tausende von Prozessen in lebenden Organismen mit sehr hoher Geschwindigkeit auszuführen. Verdauung, Oxidation und Reduktion basieren auf ihrer Wirkung.
Ähnlichkeiten zwischen anorganischen und Proteinkatalysatoren
Enzyme als biologische Katalysatoren haben eine Reihe von Eigenschaften, die anorganischen ähnlich sind. Dazu gehören die folgenden:
- Nur thermodynamisch mögliche Reaktionen werden beschleunigt.
- Sie beeinflussen nicht die Verschiebung des chemischen Gleichgewichts in Gleichgewichtssystemen, sondern beschleunigen sowohl den direkten als auch den umgekehrten Prozess gleichermaßen.
- Infolgedessen verbleiben nur die Produkte im Bereich der Reaktion, der Katalysator gehört nicht dazu.
Neben der Ähnlichkeit gibt es jedoch auch charakteristische Merkmale von Enzymen.
Unterschiede von Natur aus
Biologische Katalysatoren weisen mehrere spezifische Merkmale auf:
- Hohe Selektivität. Das heißt, ein Protein kann nur eine bestimmte Reaktion oder eine Gruppe ähnlicher Reaktionen aktivieren. Am häufigsten funktioniert das Schema "Enzym - Substrat eines Prozesses".
- Ein extrem hohes Maß an Aktivität, da einige Arten von Proteinen Reaktionen millionenfach beschleunigen können.
- Enzyme sind stark von den Umgebungsbedingungen abhängig. Sie zeigen Aktivität nur in einem bestimmten Temperaturbereich. Der pH-Wert der Umgebung wird ebenfalls stark beeinflusst. Es gibt eine Kurve, die die Werte des Minimums, Maximums und Optimums in Bezug auf Indikatoren für jedes Enzym zeigt.
- Es gibt spezielle Verbindungen, sogenannte Effektoren, die die Natur biologischer Katalysatoren hemmen oder umgekehrt positiv beeinflussen können.
- Das Substrat, auf dem das Enzym wirkt, mussstreng spezifisch sein. Es gibt eine Theorie, die Schlüssel und Schloss genannt wird. Es beschreibt den Wirkungsmechanismus des Enzyms auf das Substrat. Der Katalysator wird wie ein Schlüssel durch sein aktives Zentrum in das Substrat eingebaut und die Reaktion beginnt.
- Nach dem Prozess wird das Enzym teilweise oder vollständig zerstört.
Somit ist es offensichtlich, dass die Bedeutung von Proteinkatalysatoren für lebende Organismen extrem hoch ist. Ihr Handeln unterliegt jedoch bestimmten Regeln und ist durch den Rahmen der Umweltbedingungen begrenzt.
Katalyse in der Schule studieren
Im Rahmen des Lehrplans Katalysatorenstudierte sowohl in Chemie als auch in Biologie. Im Chemieunterricht werden sie unter dem Gesichtspunkt von Substanzen untersucht, die es ermöglichen, industrielle Synthesen durchzuführen, um eine große Anzahl verschiedener Produkte zu erhalten. Es sind biologische Katalysatoren, die im Biologieunterricht berücksichtigt werden. Die 9. Klasse beinhaltet das Studium der Molekularbiologie und die Grundlagen der Biochemie. In dieser Ausbildungsphase erhalten die Schüler daher die Grundlagen des Wissens über Enzyme als Wirkstoffe in Organismen von Lebewesen.
Im Klassenzimmer werden Experimente durchgeführt, die die chemische Aktivität dieser Substanzen in bestimmten Temperaturbereichen und den pH-Wert der Umgebung bestätigen:
- Untersuchung der Wirkung von Wasserstoffperoxid als Katalysator auf rohe und gekochte Karotten;
- Auswirkungen auf Fleisch (thermisch verarbeitet und roh), Kartoffeln und andere Produkte.
Enzyme im menschlichen Körper
Jeder Student, ausreichend ausgebildet undhat die Linie der mittleren Bildungsstufe überschritten, weiß, wie biologische Katalysatoren genannt werden. Enzyme im Körper haben eine streng spezifische Spezialisierung. Daher können Sie für jeden Prozess Ihre eigene katalytische Substanz benennen.
So können alle Enzyme im Körper in mehrere Gruppen eingeteilt werden:
- Oxidoreduktasen wie Katalase oder Alkoholdehydrogenase;
- Transferase – Kenase;
- für die Verdauung wichtige Hydrolasen: Pepsin, Amylase, Lipoproteinlipase, Esterase und andere;
- Ligasen, beispielsweise DNA-Polymerase;
- Isomerase;
- lyasen.
Da alle diese Verbindungen Protein enthaltenNatur, sowie der Vitaminkomplex in der Zusammensetzung, ist eine Erhöhung der Körpertemperatur mit einer Denaturierung der Struktur und damit dem Aufhören aller biochemischen Reaktionen verbunden. In diesem Fall ist der Körper dem Tode nahe. Daher muss die hohe Körpertemperatur im Krankheitsfall abgebaut werden.
Industrieller Einsatz von Proteinkatalysatoren
Enzyme werden häufig in verschiedenen Industrien verwendet:
- chemisch;
- Textil;
- Lebensmittel.
In den Regalen der Geschäfte sieht man Waschmittel und Waschpulver, die Enzyme enthalten - das sind Enzyme, die die Qualität der Wäsche verbessern.
Wozu dienen biologische Katalysatoren?
Ihre Bedeutung ist schwer zu überschätzen.Schließlich ermöglichen sie nicht nur lebenden Organismen, zu leben, zu atmen, zu essen, Stoffwechselprozesse durchzuführen, sondern geben uns auch die Möglichkeit, Industrieabfälle zu vernichten, Medikamente zu erhalten, ihre Gesundheit und den Zustand der Umwelt zu schützen und zu erhalten.
