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.