Corpul uman este numit fabrică biochimică dintr-un motiv. La urma urmei, în fiecare minut au loc mii, zeci și sute de mii de procese de oxidare, scindare, reducere și alte reacții. Ce le permite să curgă cu o viteză atât de extraordinară, oferind fiecărei celule energie, nutriție și oxigen?
Conceptul de catalizatori
Atât în chimia anorganică, cât și în cea organică, sunt utilizate pe scară largă substanțe speciale care pot accelera reacțiile chimice de câteva mii și uneori de milioane de ori. Numele acestor compuși este „catalizatori”. În chimia anorganică, aceștia sunt oxizi de metal, platină, argint, nichel și altele.
Acțiunea lor principală este formarea de complexe temporare cu participanții la reacție, prin scăderea energiei de activare, procesul se desfășoară de câteva ori mai rapid. După aceea, complexul se descompune, iar catalizatorul poate fi îndepărtat din sferă în aceeași compoziție cantitativă și calitativă ca înainte de începerea procesului.
Există două tipuri de reacții catalitice:
- omogen - accelerator și participanți într-unulstare agregată;
- eterogen - accelerator și participanți în diferite stări, există o limită de fază.
În plus, există compuși care au acțiune opusă - inhibitori. Acestea au ca scop încetinirea reacțiilor necesare. Deci, de exemplu, vă permit să reduceți timpul de formare a coroziunii.
Catalizatorii biologici sunt în mod inerent diferiți de cei anorganici, iar proprietățile lor sunt oarecum specifice. Prin urmare, cataliza este diferită în sistemele vii.
Enzime - ce este?
S-a dovedit că dacă acțiunea unor substanțe speciale care accelerează procesele indicate nu s-ar desfășura în interiorul sistemelor vii, atunci un măr obișnuit din stomac ar fi digerat timp de aproximativ două zile. Pentru o asemenea perioadă de timp, ar începe procesele de descompunere și intoxicație cu produse de degradare. Cu toate acestea, acest lucru nu se întâmplă, iar fructele sunt procesate complet într-o oră și jumătate. Aceasta este realizată de catalizatori biologici, care sunt prezenți în cantități mari în compoziția fiecărui organism. Dar care sunt acestea și care este baza unei astfel de acțiuni?
Catalizatorii biologici de natură proteică sunt enzime. Baza lor este o organizare structurală complexă, cu o serie de proprietăți specifice. Mai simplu spus, acestea sunt proteine unice care pot reduce energia de activare a proceselor din organismele vii și le pot desfășura cu o viteză care depășește de câteva milioane de ori valorile obișnuite.
Există multe exemple de astfel de molecule:
- catalase;
- amilază;
- oxireductază;
- glucoza oxidaza;
- lipase;
- invertase;
- lizozimă;
- protează și altele.
Astfel, putem concluziona: enzimele sunt catalizatori biologici de natură proteică, care acționează ca acceleratori puternici, permițând desfășurarea a mii de procese în organismele vii cu o viteză foarte mare. Digestia, oxidarea, restaurarea se bazează pe acțiunea lor.
Asemănări ale catalizatorilor anorganici și proteici
Enzimele ca catalizatori biologici au o serie de proprietăți similare cu cele anorganice. Acestea includ următoarele:
- Accelerează numai reacțiile posibile termodinamic.
- Nu afectați deplasarea echilibrului chimic în sistemele de echilibru, ci accelerați în mod egal atât procesele înainte, cât și cele invers.
- Ca urmare, în sfera de reacție rămân doar produse, catalizatorul nu se numără printre aceștia.
Cu toate acestea, pe lângă asemănări, există și caracteristici distinctive ale enzimelor.
Diferențe în funcție de natură
Catalizatorii biologici au mai multe caracteristici specifice:
- Grad ridicat de selectivitate. Adică, o proteină este capabilă să activeze doar o anumită reacție sau un grup de altele similare. Cel mai adesea, schema „enzimă - substratul unui proces” funcționează.
- Grad de activitate extrem de ridicat, deoarece unele tipuri de proteine pot accelera reacțiile de milioane de ori.
- Enzimele sunt foarte dependente dedin conditiile de mediu. Ele sunt active numai într-un anumit interval de temperatură. De asemenea, influențează puternic pH-ul mediului. Există o curbă care arată valorile minime, maxime și optime pentru fiecare enzimă.
- Există compuși speciali numiți efectori care pot inhiba natura catalizatorilor biologici sau, dimpotrivă, pot avea un efect pozitiv asupra acestora.
- Sustratul pe care acţionează enzima trebuie să fie strict specific. Există o teorie numită cheia și încuietoarea. Descrie mecanismul de acțiune al enzimei asupra substratului. Catalizatorul, ca o cheie, este încorporat în substrat cu locul său activ, iar reacția începe.
- După proces, enzima este parțial sau complet distrusă.
Astfel, este evident că importanța catalizatorilor proteici este extrem de mare pentru organismele vii. Cu toate acestea, acțiunea lor se supune anumitor reguli și este limitată de condițiile de mediu.
Studiarea catalizei la școală
Ca parte a curriculum-ului școlar, catalizatorii sunt studiați atât în chimie, cât și în biologie. În lecțiile de chimie, acestea sunt studiate din punct de vedere al substanțelor care fac posibilă efectuarea de sinteze industriale și obținerea unui număr mare de produse diverse. În lecțiile de biologie, sunt luați în considerare catalizatorii biologici. Clasa a 9-a implică studiul biologiei moleculare și elementele de bază ale biochimiei. Prin urmare, în această etapă de educație elevii primesc cunoștințele de bază despre enzime ca substanțe active înorganisme ale ființelor vii.
La lecții se desfășoară experimente, confirmând activitatea chimică a acestor substanțe în anumite intervale de temperatură și pH-ul mediului:
- studiu al efectului peroxidului de hidrogen ca catalizator asupra morcovilor cruzi și fierți;
- efect asupra cărnii (gătite și crude), cartofilor și altor produse.
Enzime din corpul uman
Orice școlar care este suficient de educat și care a trecut linia învățământului secundar știe cum se numesc catalizatorii biologici. Enzimele din organism au o specializare strict specifică. Prin urmare, pentru fiecare proces, puteți denumi substanța catalitică.
Deci, toate enzimele corpului pot fi împărțite în mai multe grupuri:
- oxidoreductaze, cum ar fi catalaza sau alcool dehidrogenaza;
- transferaze - kenază;
- hidrolaze importante pentru digestie: pepsină, amilază, lipoprotein lipază, esterază și altele;
- ligaze, de exemplu, ADN polimerază;
- izomeraza;
- lyase.
Deoarece toți acești compuși sunt de natură proteică, precum și un complex de vitamine din compoziție, o creștere a temperaturii corpului este plină de denaturarea structurii și, în consecință, de încetarea tuturor reacțiilor biochimice. În acest caz, organismul este aproape de moarte. Prin urmare, temperatura corporală ridicată este neapărat redusă în timpul bolii.
Utilizarea catalizatorilor proteici în industrie
Adesea enzimele sunt folosite în diferite industriiindustrie:
- chimic;
- textile;
- mâncare.
Pe rafturile magazinelor puteți vedea produse de curățare și pudre de spălat care conțin enzime - acestea sunt enzime care îmbunătățesc calitatea spălării rufelor.
Pentru ce sunt catalizatorii biologici?
Este dificil să le supraestimezi importanța. La urma urmei, ele nu numai că permit organismelor vii să trăiască, să respire, să mănânce, să efectueze procese metabolice, dar ne oferă și posibilitatea de a distruge deșeurile industriale, de a obține medicamente, de a ne proteja și de a proteja sănătatea și mediul înconjurător.
