Lidské tělo je z nějakého důvodu nazýváno biochemickou továrnou. Vždyť každou minutu v něm probíhají tisíce, desítky a statisíce procesů oxidace, štěpení, redukce a dalších reakcí. Co jim umožňuje proudit tak obrovskou rychlostí a poskytovat každé buňce energii, výživu a kyslík?
Koncept katalyzátorů
V anorganické i organické chemii se široce používají speciální látky, které dokážou urychlit chemické reakce několikatisíckrát a někdy i milionkrát. Název těchto sloučenin je "katalyzátory". V anorganické chemii jsou to oxidy kovů, platina, stříbro, nikl a další.
Jejich hlavním působením je vytváření dočasných komplexů s účastníky reakce, snížením aktivační energie se proces provádí několikanásobně rychleji. Poté se komplex rozloží a katalyzátor může být odstraněn z koule ve stejném kvantitativním a kvalitativním složení jako před začátkem procesu.
Existují dva typy katalytických reakcí:
- homogenní - urychlovač a účastníci v jednomagregovaný stav;
- heterogenní - urychlovač a účastníci v různých stavech, existuje fázové rozhraní.
Navíc existují sloučeniny, které mají opačný účinek – inhibitory. Jsou zaměřeny na zpomalení potřebných reakcí. Umožňují vám tedy například zkrátit dobu vzniku koroze.
Biologické katalyzátory jsou ze své podstaty odlišné od anorganických a jejich vlastnosti jsou poněkud specifické. Proto je katalýza v živých systémech odlišná.
Enzymy – co to je?
Je dokázáno, že pokud by působení speciálních látek urychlujících naznačené procesy neprobíhalo uvnitř živých systémů, bylo by obyčejné jablko v žaludku tráveno asi dva dny. Na takovou dobu by začaly procesy rozkladu a intoxikace produkty rozkladu. To se však nestane a ovoce je kompletně zpracované za hodinu a půl. To je prováděno biologickými katalyzátory, které jsou přítomny ve velkém množství ve složení každého organismu. Ale co to jsou a co je základem takového jednání?
Biologické katalyzátory proteinové povahy jsou enzymy. Jejich základem je komplexní strukturní organizace s řadou specifických vlastností. Jednoduše řečeno, jde o unikátní proteiny, které dokážou snížit aktivační energii procesů v živých organismech a provádět je rychlostí, která několikamilionkrát převyšuje obvyklé hodnoty.
Existuje mnoho příkladů takových molekul:
- catalase;
- amyláza;
- oxireduktáza;
- glukózooxidáza;
- lipáza;
- invertase;
- lysozym;
- proteáza a další.
Můžeme tedy dojít k závěru: enzymy jsou biologické katalyzátory proteinové povahy, které působí jako silné urychlovače, které umožňují, aby tisíce procesů v živých organismech proběhly velmi vysokou rychlostí. Trávení, oxidace, obnova jsou založeny na jejich působení.
Podobnosti anorganických a proteinových katalyzátorů
Enzymy jako biologické katalyzátory mají řadu vlastností podobných anorganickým. Patří mezi ně následující:
- Urychlit pouze termodynamicky možné reakce.
- Neovlivňovat posun chemické rovnováhy v rovnovážných systémech, ale rovnoměrně urychlovat dopředný i zpětný proces.
- V důsledku toho zůstávají v reakční sféře pouze produkty, katalyzátor mezi nimi není.
Kromě podobností však existují také charakteristické rysy enzymů.
Rozdíly podle přírody
Biologické katalyzátory mají několik specifických vlastností:
- Vysoký stupeň selektivity. To znamená, že jeden protein je schopen aktivovat pouze určitou reakci nebo skupinu podobných. Nejčastěji funguje schéma „enzym – substrát jednoho procesu“.
- Extrémně vysoký stupeň aktivity, protože některé typy proteinů mohou milionkrát urychlit reakce.
- Enzymy jsou vysoce závislé naz podmínek prostředí. Jsou aktivní pouze v určitém teplotním rozsahu. pH média také silně ovlivňuje. Existuje křivka zobrazující minimální, maximální a optimální hodnoty pro každý enzym.
- Existují speciální sloučeniny zvané efektory, které mohou potlačovat povahu biologických katalyzátorů nebo na ně naopak pozitivně působit.
- Substrát, na kterém enzym působí, musí být přísně specifický. Existuje teorie zvaná klíč a zámek. Popisuje mechanismus působení enzymu na substrát. Katalyzátor, jako klíč, je zapuštěn do substrátu se svým aktivním místem a reakce začíná.
- Po 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 je omezena podmínkami prostředí.
Studium katalýzy ve škole
V rámci školních osnov se katalyzátory studují jak v chemii, tak v biologii. V hodinách chemie se studují z pohledu látek, které umožňují provádět průmyslové syntézy a získávat velké množství různých produktů. V hodinách biologie se uvažuje o biologických katalyzátorech. 9. ročník zahrnuje studium molekulární biologie a základů biochemie. Proto právě v této fázi vzdělávání studenti získávají základní znalosti o enzymech jako účinných látkáchorganismy živých bytostí.
Na lekcích se provádějí experimenty, které potvrzují chemickou aktivitu těchto látek v určitých rozsazích teplot a pH prostředí:
- studie účinku peroxidu vodíku jako katalyzátoru na syrovou a vařenou mrkev;
- vliv na maso (vařené i syrové), brambory a další produkty.
Enzymy v lidském těle
Každý školák, který je dostatečně vzdělaný a překročil hranici středoškolského vzdělání, ví, jak se říká biologickým katalyzátorům. Enzymy v těle mají přísně specifickou specializaci. Proto můžete pro každý proces pojmenovat svou katalytickou látku.
Všechny enzymy v těle lze tedy rozdělit do několika skupin:
- oxidoreduktázy, jako je kataláza nebo alkoholdehydrogenáza;
- transferázy - kenase;
- hydrolázy důležité pro trávení: pepsin, amyláza, lipoproteinová lipáza, esteráza a další;
- ligázy, např. DNA polymeráza;
- izomeráza;
- lyázy.
Vzhledem k tomu, že všechny tyto sloučeniny jsou bílkovinné povahy, stejně jako komplex vitamínů ve složení, je zvýšení tělesné teploty plné denaturace struktury a následně zastavení všech biochemických reakcí. V tomto případě je organismus blízko smrti. Vysoká tělesná teplota se proto během nemoci nutně snižuje.
Využití proteinových katalyzátorů v průmyslu
Enzymy se často používají v různých průmyslových odvětvíchprůmysl:
- chemical;
- textile;
- jídlo.
Na pultech obchodů můžete vidět čisticí prostředky a prací prášky s obsahem enzymů - to jsou enzymy, které zlepšují kvalitu praní prádla.
K čemu jsou biologické katalyzátory?
Je těžké přeceňovat jejich důležitost. Koneckonců, umožňují živým organismům nejen žít, dýchat, jíst, provádět metabolické procesy, ale také nám dávají příležitost ničit průmyslový odpad, získávat léky, chránit a chránit naše zdraví a životní prostředí.
