Як називаються біологічні каталізатори? Ферменти як біологічні каталізатори

Людський організм називають біохімічної фабрикою абсолютно не дарма. Адже кожну хвилину в ньому відбуваються тисячі, десятки і сотні тисяч процесів окислення, розщеплення, відновлення та інших реакцій. Що дозволяє їм протікати з такою величезною швидкістю, забезпечуючи кожну клітину енергією, харчуванням і киснем?

Поняття про каталізаторах

Як в неорганічної, так і в органічній хімії дуже широко використовуються спеціальні речовини, здатні прискорювати протікання хімічних реакцій в кілька тисяч, а іноді і мільйонів разів. Назва цих сполук - "каталізатори". У неорганічної хімії це оксиди металів, платина, срібло, нікель та інші.

Їх головна дія - утворення тимчасових комплексів з учасниками реакції, за рахунок зниження енергії активації процес здійснюється в кілька разів швидше. Після цього комплекс розпадається, і зі сфери можна вивести каталізатор в тому ж кількісному і якісному складі, що й до початку процесу.

Існує два варіанти каталітичних реакцій:

• гомогенні - прискорювач і учасники в одному агрегатному стані;
• гетерогенні - прискорювач і учасники в різних станах, є межа розділу фаз.

Крім того, є й протилежні по дії сполуки - інгібітори. Вони спрямовані на уповільнення необхідних реакцій. Так, наприклад, вони дозволяють знизити кількість часу на формування корозії.

Біологічні каталізатори за своєю природою відрізняються від неорганічних, та й властивості їх дещо специфічні. Тому в живих системах каталіз інший.

Ферменти - що це?

Доведено, що якби дію спеціальних речовин, що прискорюють позначені процеси, які не здійснювалося усередині живих систем, то звичайне яблуко в шлунку перетравлювалося б близько двох днів. За таку кількість часу почалися б процеси розкладання і інтоксикація продуктами гниття. Однак цього не відбувається, і фрукт повністю переробляється вже за півтори години. Здійснюють це біологічні каталізатори, які у великій кількості присутні в складі кожного організму. Але що вони собою являють і на чому грунтується така дія?

Біологічні каталізатори білкової природи - це ферменти. Їх основа - складні структурна організація, що володіє рядом специфічних властивостей. Простіше кажучи, це унікальні білки, здатні знижувати енергію активації процесів у живих організмах і здійснювати їх зі швидкістю, що перевищує звичайні значення в кілька мільйонів разів.

Можна навести безліч прикладів подібних молекул:

• каталаза;
• амілаза;
• оксіредуктаза;
• глюкозооксідаза;
• ліпаза;
• інвертаза;
• лізоцім;
• протеаза та інші.

Таким чином, можна зробити висновок: ферменти - біологічні каталізатори білкової природи, які діють як сильні прискорювачі, дозволяючи здійснювати тисячі процесів у живих організмах з дуже високою швидкістю. На їх дії засновано травлення, окислення, відновлення.

Подібності неорганічних і білкових каталізаторів

Ферменти як біологічні каталізатори мають ряд властивостей, схожих з неорганічними. До таких можна віднести наступні:

1. Прискорюють тільки термодинамічно можливі реакції.
2. Не впливають на зміщення хімічної рівноваги в рівноважних системах, а однаково прискорюють як прямий, так і зворотний процес.
3. У підсумку у сфері реакції залишаються тільки продукти, каталізатор в їх число не входить.

Однак, крім схожості, існують ще й відмінні риси ферментів.

Відмінності в залежності від природи

Біологічні каталізатори мають кілька специфічних особливостей:

1. Високий ступінь вибірковості. Тобто один білок здатний активізувати тільки якусь певну реакцію або групу схожих. Найчастіше працює схема "фермент - субстрат одного процесу".
2. Надзвичайно висока ступінь активності, адже деякі види білків здатні прискорювати реакції в мільйони разів.
3. Ферменти сильно залежать від умов середовища. Проявляють активність тільки в певному інтервалі температур. Також сильно впливає рН середовища. Існує крива, що показує значення мінімуму, максимуму і оптимуму за показниками для кожного ферменту.
4. Існують спеціальні з'єднання, звані ефекторами, які здатні пригнічувати природу біологічних каталізаторів або, навпаки, позитивно впливати на них.
5. Субстрат, на якому працює фермент, повинен бути строго специфічний. Існує теорія, яка носить назву ключа і замка. Вона описує механізм дії ферменту на субстраті. Каталізатор, подібно ключу, вбудовується в субстрат своїм активним центром, і починається реакція.
6. Після процесу фермент частково або повністю руйнується.

Таким чином, очевидно, що значення білкових каталізаторів вкрай велике для живих організмів. Однак дія їх підпорядковується певним правилам і обмежується рамками умов навколишнього середовища.

Вивчення каталізу в школі

В рамках шкільної програми каталізатори вивчаються як на хімії, так і на біології. На уроках хімії вони вивчаються з точки зору речовин, що дозволяють здійснювати промислові синтези, отримувати велику кількість різноманітних продуктів. На уроках біології розглядаються саме біологічні каталізатори. 9 клас увазі вивчення молекулярної біології та основ біохімії. Тому саме на даному ступені освіти учні та отримують основи знань про ферменти як діючих речовинах в організмах живих істот.

На уроках проводяться досліди, що підтверджують хімічну активність даних речовин в певних температурних інтервалах і рН середовища:

• дослідження дії перекису водню як каталізатора на сиру і варену Морква
• вплив на м'ясо (оброблене термічно і сире), картопля та інші продукти.

Ферменти в організмі людини

Кожен школяр, досить освічений і перейшов рубіж середньої ланки освіти, знає, як називаються біологічні каталізатори. Ферменти в організмі мають строго специфічну спеціалізацію. Тому для кожного процесу можна назвати своє катализирующее речовину.

Так, усі ферменти організму можна розділити на кілька груп:

• оксидоредуктаз, наприклад, каталаза або алкогольдегідрогеназа;
• трансферази - кеназа;
• гідролази, важливі для травлення: пепсин, амілаза, ліпопротеінліпази, естераза і інші;
• лігази, наприклад, ДНК-полімераза;
• ізомерази;
• ліази.

Так як всі ці сполуки мають білкову природу, а також комплекс вітамінів у складі, то підвищення температури тіла чревато денатурацією структури, а отже, припиненням всіх біохімічних реакцій. В цьому випадку організм близький до смерті. Тому високу температуру тіла обов'язково збивають під час хвороби.

Використання білкових каталізаторів в промисловості

Часто ферменти використовуються в різних галузях промисловості:

• хіміческой;
• текстільной;
• харчовий.

На полицях магазинів можна бачити чистячі засоби і пральні порошки з вмістом ензимів - це і є ферменти, що покращують якість прання білизни.

Для чого потрібні біологічні каталізатори?

Переоцінити їх значення важко. Адже вони не тільки дозволяють живим організмам жити, дихати, харчуватися, здійснювати процеси метаболізму, а й дають нам можливість знищувати промислові відходи, отримувати ліки, захищати і оберігати своє здоров'я і стан навколишнього середовища.