Il corpo umano è chiamato una fabbrica biochimica per una ragione. Dopotutto, ogni minuto in esso avvengono migliaia, decine e centinaia di migliaia di processi di ossidazione, scissione, riduzione e altre reazioni. Cosa consente loro di fluire a una velocità così straordinaria, fornendo a ogni cellula energia, nutrimento e ossigeno?
Il concetto di catalizzatori
Sia nella chimica inorganica che in quella organica, sono ampiamente utilizzate sostanze speciali che possono accelerare le reazioni chimiche di diverse migliaia e talvolta milioni di volte. Il nome di questi composti è "catalizzatori". Nella chimica inorganica si tratta di ossidi di metallo, platino, argento, nichel e altri.
La loro azione principale è la formazione di complessi temporanei con i partecipanti alla reazione, abbassando l'energia di attivazione, il processo viene eseguito diverse volte più velocemente. Dopodiché, il complesso si decompone e il catalizzatore può essere rimosso dalla sfera nella stessa composizione quantitativa e qualitativa di prima dell'inizio del processo.
Ci sono due tipi di reazioni catalitiche:
- omogeneo - acceleratore e partecipanti in unostato aggregato;
- eterogeneo - acceleratore e partecipanti in stati diversi, c'è un confine di fase.
Inoltre, ci sono composti che sono opposti nell'azione - inibitori. Hanno lo scopo di rallentare le reazioni necessarie. Quindi, ad esempio, consentono di ridurre i tempi di formazione della corrosione.
I catalizzatori biologici sono intrinsecamente diversi da quelli inorganici e le loro proprietà sono alquanto specifiche. Pertanto, la catalisi è diversa nei sistemi viventi.
Enzimi - che cos'è?
È stato dimostrato che se l'azione di sostanze speciali che accelerano i processi indicati non fosse svolta all'interno dei sistemi viventi, una normale mela nello stomaco verrebbe digerita per circa due giorni. Per un tale lasso di tempo, inizierebbero i processi di decomposizione e intossicazione con prodotti di decomposizione. Tuttavia, ciò non accade e il frutto viene completamente lavorato in un'ora e mezza. Questo viene effettuato da catalizzatori biologici, che sono presenti in grandi quantità nella composizione di ciascun organismo. Ma cosa sono e qual è la base di tale azione?
I catalizzatori biologici di natura proteica sono enzimi. La loro base è un'organizzazione strutturale complessa con una serie di proprietà specifiche. In poche parole, si tratta di proteine uniche che possono ridurre l'energia di attivazione dei processi negli organismi viventi e svolgerli a una velocità che supera i valori abituali di diversi milioni di volte.
Ci sono molti esempi di tali molecole:
- catalasi;
- amilasi;
- ossireduttasi;
- glucosio ossidasi;
- lipasi;
- invertire;
- lisozima;
- proteasi e altri.
Quindi, possiamo concludere: gli enzimi sono catalizzatori biologici di natura proteica, che agiscono come forti acceleratori, consentendo a migliaia di processi negli organismi viventi di essere eseguiti ad altissima velocità. Digestione, ossidazione, ripristino si basano sulla loro azione.
Somiglianze di catalizzatori inorganici e proteici
Gli enzimi come catalizzatori biologici hanno una serie di proprietà simili a quelle inorganiche. Questi includono quanto segue:
- Accelera solo le reazioni termodinamicamente possibili.
- Non influenza lo spostamento dell'equilibrio chimico nei sistemi di equilibrio, ma accelera ugualmente sia il processo in avanti che quello inverso.
- Di conseguenza, nella sfera di reazione rimangono solo i prodotti, il catalizzatore non è tra questi.
Tuttavia, oltre alle somiglianze, ci sono anche caratteristiche distintive degli enzimi.
Differenze secondo natura
I catalizzatori biologici hanno diverse caratteristiche specifiche:
- Alto grado di selettività. Cioè, una proteina è in grado di attivare solo una certa reazione o un gruppo di simili. Molto spesso, lo schema "enzima - substrato di un processo" funziona.
- Grado di attività estremamente elevato, perché alcuni tipi di proteine possono accelerare le reazioni milioni di volte.
- Gli enzimi dipendono fortementedalle condizioni ambientali. Sono attivi solo in un determinato intervallo di temperatura. Anche il pH del mezzo influenza fortemente. C'è una curva che mostra i valori minimo, massimo e ottimale per ciascun enzima.
- Ci sono composti speciali chiamati effettori che possono inibire la natura dei catalizzatori biologici o, al contrario, avere un effetto positivo su di essi.
- Il substrato su cui agisce l'enzima deve essere strettamente specifico. C'è una teoria chiamata la chiave e la serratura. Descrive il meccanismo d'azione dell'enzima sul substrato. Il catalizzatore, come una chiave, è incorporato nel substrato con il suo sito attivo e la reazione ha inizio.
- Dopo il processo, l'enzima viene parzialmente o completamente distrutto.
Quindi, è ovvio che l'importanza dei catalizzatori proteici è estremamente alta per gli organismi viventi. Tuttavia, la loro azione è soggetta a determinate regole ed è limitata dalle condizioni ambientali.
Studiare la catalisi a scuola
Come parte del curriculum scolastico, i catalizzatori vengono studiati sia in chimica che in biologia. Nelle lezioni di chimica, vengono studiati dal punto di vista delle sostanze che consentono di effettuare sintesi industriali e ottenere un gran numero di prodotti diversi. Nelle lezioni di biologia vengono presi in considerazione i catalizzatori biologici. Il grado 9 prevede lo studio della biologia molecolare e le basi della biochimica. Pertanto, è in questa fase dell'istruzione che gli studenti ricevono le conoscenze di base sugli enzimi come sostanze attiveorganismi di esseri viventi.
A lezione vengono condotti esperimenti che confermano l'attività chimica di queste sostanze in determinati intervalli di temperatura e pH dell'ambiente:
- studio dell'effetto del perossido di idrogeno come catalizzatore su carote crude e bollite;
- effetto su carne (cotta e cruda), patate e altri prodotti.
Enzimi nel corpo umano
Ogni scolaretto che è sufficientemente istruito e che ha oltrepassato il limite dell'istruzione secondaria sa come si chiamano i catalizzatori biologici. Gli enzimi nel corpo hanno una specializzazione strettamente specifica. Pertanto, per ogni processo, puoi nominare la tua sostanza catalitica.
Quindi, tutti gli enzimi del corpo possono essere divisi in diversi gruppi:
- ossidoreduttasi come la catalasi o l'alcol deidrogenasi;
- trasferimenti - kenase;
- idrolasi importanti per la digestione: pepsina, amilasi, lipoproteina lipasi, esterasi e altre;
- ligasi, ad esempio DNA polimerasi;
- isomerasi;
- liasi.
Poiché tutti questi composti sono di natura proteica, oltre a un complesso di vitamine nella composizione, un aumento della temperatura corporea è irto di denaturazione della struttura e, di conseguenza, della cessazione di tutte le reazioni biochimiche. In questo caso, l'organismo è vicino alla morte. Pertanto, la temperatura corporea elevata viene necessariamente abbassata durante la malattia.
Uso di catalizzatori proteici nell'industria
Spesso gli enzimi vengono utilizzati in diversi settorisettore:
- chimico;
- tessile;
- cibo.
Sugli scaffali dei negozi puoi vedere prodotti per la pulizia e detersivi contenenti enzimi: questi sono enzimi che migliorano la qualità del bucato.
A cosa servono i catalizzatori biologici?
È difficile sopravvalutare la loro importanza. Dopotutto, non solo consentono agli organismi viventi di vivere, respirare, mangiare, svolgere processi metabolici, ma ci danno anche l'opportunità di distruggere i rifiuti industriali, ottenere medicinali, proteggere e proteggere la nostra salute e l'ambiente.
