Kokie yra biologiniai katalizatoriai? Fermentai kaip biologiniai katalizatoriai

Žmogaus kūnas vadinamas biocheminiugamykloje nėra nieko. Galų gale, kas minutę yra tūkstančiai, dešimtys ir šimtai tūkstančių oksidacijos, skaidymo, redukcijos ir kitų reakcijų. Kas leidžia jiems judėti tokiu didžiuliu greičiu, kiekvienam langeliui suteikiant energijos, mitybos ir deguonies?

Katalizatorių samprata

Tiek neorganinė, ir organinė chemijaLabai plačiai naudojamos specialios medžiagos, galinčios pagreitinti cheminių reakcijų eigą kelis tūkstančius ir kartais milijonus kartų. Šių junginių pavadinimas yra „katalizatoriai“. Neorganinėje chemijoje tai yra metalo oksidai, platina, sidabras, nikelis ir kt.

Jų pagrindinis veiksmas yra laikinųkompleksai su reakcijos dalyviais dėl sumažėjusio aktyvinimo energijos procesas vyksta kelis kartus greičiau. Po to kompleksas suskaidomas, ir katalizatorius gali būti pašalintas iš sferos tokiu pat kiekybiniu ir kokybiniu būdu kaip ir prieš pradedant procesą.

Yra dviejų tipų katalizinės reakcijos:

• vienalytis - akceleratorius ir tos pačios agregacijos būsenos dalyviai;
• nevienalytis - akceleratorius ir skirtingų būsenų dalyviai, yra fazės riba.

Be to, yra priešingų veiksmųjunginiai - inhibitoriai. Jos skirtos lėtinti būtinas reakcijas. Pavyzdžiui, jie leidžia sumažinti korozijos susidarymo laiką.

Biologiniai katalizatoriai iš esmės skiriasi nuo neorganinių, ir jų savybės yra šiek tiek specifinės. Todėl gyvenamosiose sistemose katalizė yra kitokia.

Fermentai - kokie jie?

Įrodyta, kad jei veiksmas specialusmedžiagos, kurios pagreitina nurodytus procesus, nebuvo vykdomos gyvų sistemų viduje, tada paprastas skrandžio obuolys būtų virškinamas maždaug dvi dienas. Tokį laiką prasidėtų irimo ir apsinuodijimo skilimo produktais procesai. Tačiau taip neatsitinka, o vaisiai visiškai perdirbami per pusantros valandos. Tai pasiekiama biologiniais katalizatoriais, kurių kiekvieno organizmo sudėtyje yra daug. Bet kas jie ir kuo grindžiamas toks veiksmas?

Biologiniai baltyminio pobūdžio katalizatoriai yrafermentai. Jie pagrįsti sudėtinga struktūrine organizacija, turinčia daug specifinių savybių. Paprasčiau tariant, tai yra unikalūs baltymai, galintys sumažinti gyvų organizmų procesų aktyvavimo energiją ir juos atlikti tokiu greičiu, kuris kelis milijonus kartų viršija įprastas vertes.

Yra daug tokių molekulių pavyzdžių:

• katalazė;
• amilazė;
• oksidruktazės;
• gliukozės oksidazė;
• lipazė;
• invertazė;
• lizocimas;
• proteazė ir kiti.

Taigi galime daryti išvadą:fermentai yra baltyminio pobūdžio biologiniai katalizatoriai, veikiantys kaip galingi greitintuvai, leidžiantys tūkstančius gyvų organizmų procesų atlikti labai dideliu greičiu. Virškinimas, oksidacija ir redukcija priklauso nuo jų veikimo.

Neorganinių ir baltymų katalizatorių panašumai

Fermentai, kaip biologiniai katalizatoriai, turi daugybę savybių, panašių į neorganinius. Tai apima:

1. Spartinamos tik termodinamiškai galimos reakcijos.
2. Jie neturi įtakos cheminės pusiausvyros poslinkiui pusiausvyros sistemose, tačiau vienodai pagreitina tiek tiesioginius, tiek atvirkštinius procesus.
3. Dėl to reakcijos srityje lieka tik produktai, katalizatoriaus tarp jų nėra.

Tačiau, be panašumo, yra ir išskirtinių fermentų bruožų.

Prigimties skirtumai

Biologiniai katalizatoriai turi keletą specifinių savybių:

1. Didelis selektyvumo laipsnis. Tai yra, vienas baltymas sugeba suaktyvinti tik tam tikrą reakciją ar panašių grupę. Dažniausiai veikia schema „fermentas - vieno proceso substratas“.
2. Itin didelis aktyvumo laipsnis, nes kai kurie baltymų tipai gali milijonus kartų pagreitinti reakcijas.
3. Fermentai labai priklauso nuo aplinkos sąlygų.Jie rodo aktyvumą tik tam tikroje temperatūros diapazone. Taip pat stipriai veikia aplinkos pH. Yra kreivė, rodanti minimalių, didžiausių ir optimaliausių dydžius kiekvieno fermento rodiklių atžvilgiu.
4. Yra specialių junginių, vadinamų efektoriais, kurie gali slopinti biologinių katalizatorių pobūdį arba, priešingai, teigiamai juos paveikti.
5. Substratas, kuriame veikia fermentas, turibūti griežtai konkretus. Yra teorija, vadinama raktu ir spyna. Jame aprašomas fermento veikimo ant substrato mechanizmas. Katalizatorius, kaip raktas, įjungiamas į substratą jo aktyviu centru ir prasideda reakcija.
6. Po proceso fermentas iš dalies arba visiškai sunaikinamas.

Taigi akivaizdu, kad baltyminių katalizatorių svarba gyviems organizmams yra itin didelė. Tačiau jų veiklai taikomos tam tikros taisyklės ir apsiribojama aplinkos sąlygų sistema.

Katalizės mokymasis mokykloje

Kaip mokyklos mokymo programos dalis, katalizatoriaistudijavo tiek chemijoje, tiek biologijoje. Chemijos pamokose jie tiriami medžiagų, leidžiančių atlikti pramonines sintezes, požiūriu, norint gauti daug įvairių produktų. Biologijos pamokose atsižvelgiama į biologinius katalizatorius. 9 klasė apima molekulinės biologijos ir biochemijos pagrindų studijas. Todėl būtent šiame ugdymo etape mokiniai gauna žinių apie fermentus, kaip gyvųjų organizmų veikliąsias medžiagas, pagrindus.

Klasėje atliekami eksperimentai, patvirtinantys šių medžiagų cheminį aktyvumą tam tikruose temperatūros intervaluose ir aplinkos pH:

• vandenilio peroksido, kaip katalizatoriaus, poveikio žaliai ir virtai morkai tyrimas;
• poveikis mėsai (termiškai apdorotai ir žaliai), bulvėms ir kitiems produktams.

Fermentai žmogaus kūne

Kiekvienas studentas, pakankamai išsilavinęs irišlaikė vidurinio išsilavinimo liniją, žino, kaip vadinami biologiniai katalizatoriai. Organizmo fermentai turi griežtai specifinę specializaciją. Todėl kiekvienam procesui galite įvardyti savo katalizinę medžiagą.

Taigi visus kūno fermentus galima suskirstyti į kelias grupes:

• oksidoreduktazės, tokios kaip katalazė arba alkoholio dehidrogenazė;
• transferazė - kenazė;
• virškinimui svarbios hidrolazės: pepsinas, amilazė, lipoproteinų lipazė, esterazė ir kitos;
• ligazės, tokios kaip DNR polimerazė;
• izomerazė;
• liazės.

Kadangi visi šie junginiai turi baltymųpobūdis, taip pat sudėtyje esančių vitaminų kompleksas, kūno temperatūros padidėjimas yra kupinas struktūros denatūracijos, taigi ir visų biocheminių reakcijų nutraukimo. Šiuo atveju kūnas yra arti mirties. Todėl sergant reikia numušti aukštą kūno temperatūrą.

Pramoninis baltymų katalizatorių naudojimas

Fermentai dažnai naudojami įvairiose pramonės šakose:

• cheminis;
• tekstilė;
• maistas.

Parduotuvių lentynose galite pamatyti ploviklių ir skalbimo miltelių, kuriuose yra fermentų - tai fermentai, gerinantys skalbinių kokybę.

Kam skirti biologiniai katalizatoriai?

Sunku pervertinti jų svarbą.Galų gale, jie ne tik leidžia gyviems organizmams gyventi, kvėpuoti, valgyti, vykdyti medžiagų apykaitos procesus, bet ir suteikia mums galimybę sunaikinti pramonines atliekas, gauti vaistų, apsaugoti ir išsaugoti savo sveikatą ir aplinkos būklę.