Katalizė atitinka aktyvacijos energijos, reikalingos cheminėms ir biologinėms reakcijoms, sumažėjimą. Reikiamą energijos kiekį kataliziškai sumažinti leidžia katalizatorius, kuris biologijoje atitinka fermentą. Sergant fermentinėmis ligomis, katalizinės savybės fermentai (enzimai) gali būti sumažinta ar net panaikinta.
Kas yra katalizė?
Kataliziškai sumažinti reikalingą energijos kiekį leidžia katalizatorius, kuris biologijoje atitinka fermentą. Paveiksle parodytas a juostos modelis lipazės. Fermentai turi specifinius vaidmenis žmogaus kūne. Kiek skiriasi nuo individo funkcijos fermentai (enzimai) gali atrodyti, kad visi jie iš esmės turi tą pačią užduotį ir turi panašių savybių šiai užduočiai atlikti. Pagrindinė visų fermentų užduotis yra katalizė. Štai kodėl biochemija jiems priskiria katalizines savybes. Žodžiu, katalizė reiškia „ištirpimą“. Prie širdis katalizės yra aktyvacijos energija. Chemija reiškia energijos kiekį, kuris reakcijos sistemoje būtinas abiejų reakcijos partnerių cheminei reakcijai. Katalizatoriai naudojami norint sumažinti aktyvacijos energiją ir taip leisti abiem reakcijos partneriams reakciją reakcijos sistemoje net esant mažai energijos. Biologinėse reakcijų sistemose fermentai, turintys katalizinių savybių, sumažina tam tikros cheminės reakcijos aktyvacijos energiją ir atitinkamai veikia kaip cheminiai katalizatoriai. Katalizės kontekste, viena vertus, padidėja sėkmingo reakcijos proceso tikimybė, kita vertus, kartais padidėja ir reakcijos greitis. Cheminės pusiausvyros pokytis nevyksta katalizės metu. Chemija išskiria homogeninę katalizę nuo heterogeninės katalizės. Biokatalizė neatitinka nei vienos, nei kitos formos. Tai yra nepriklausoma katalizės forma.
Funkcija ir užduotis
Biokatalizė atitinka cheminių reakcijų biologinėje aplinkoje nukreipimą, konversiją ar pagreitį. Fermentai šiame procese veikia kaip biologiniai katalizatoriai. Kiekvieną fermentą daugiausia sudaro baltymai, kai kurie iš jų yra susiję su kofaktoriumi. Beveik visos gyvų organizmų biocheminės reakcijos turi fermentinį katalizatorių. Biokatalizė biotechnologijose įgyvendinama naudojant izoliuotus ar gyvus fermentus. Biokatalizės pavyzdį galima rasti alaus daryklose, kur biokataliziniai procesai įgyvendinami naudojant bakterijos, grybai ar mielės. Farmacijos pramonė naudoja biokatalizę, kad realizuotų kitaip neįgyvendinamas reakcijas. Žmogaus organizme nuolat vyksta katalizatoriai, kuriuose fermentai pagreitina tam tikras reakcijas. Pvz., Fermentai yra svarbūs organizmų metabolizmui ir daugiausia kontroliuoja biochemines medžiagų apykaitos procesų reakcijas. Jie, pavyzdžiui, kontroliuoja virškinimą, bet taip pat dalyvauja DNR transkripcijoje ir replikacijoje polimerazių pavidalu. Dauguma visų biocheminių reakcijų gyvame organizme be fermentų įvyktų nežymiai lėtai. Fermentai pagreitina cheminės pusiausvyros pasiekimą, nieko nepakeisdami apie pusiausvyrą. Fermentas turi katalizinį aktyvumą, nes jis gali sumažinti aktyvacijos energiją vykstant cheminėms reakcijoms. Ši energija atitinka energijos kiekį, kuris turi būti panaudotas iš anksto norint pradėti reakciją. Reakcijos metu substratas pereina į energetiškai nepalankias pereinamąsias būsenas. Aktyvinimo energija priverčia substratą pereiti. Fermentų katalizinis poveikis įsikiša šioje reakcijos vietoje stabilizuodamas substrato perėjimo būseną per nekovalentinius sąveika. Tokiu būdu substratui paversti perėjimo būseną reikia žymiai mažiau energijos. Dėl šios priežasties substratas didesniu greičiu virsta galutiniu reakcijos produktu. Esant šioms katalizinėms funkcijoms, fermentai laikomi bet kurio biocheminės reakcijos produkto suteikiančiais elementais.
Ligos ir sutrikimai
Kai fermentai mutuoja arba nesugeba tinkamai atlikti savo katalizinio vaidmens dėl kitų priežasčių, yra ekstensyvūs sveikatai nustatytos pasekmės. Metabolinių ligų ligų grupė apima įvairius sutrikimus tarpinės apykaitos medžiagų apykaitos srityje. Tokie sutrikimai yra įgimti arba įgyti. Metabolinės ligos labai skiriasi savo mastu ir paplitimu. Jie taip pat kliniškai pasireiškia labai nevienodai. Vienas iš tokių sutrikimų yra plačiai paplitusi liga diabetas cukrinis diabetas. Tačiau šiai ligų grupei priklauso ir kur kas retesnės paveldimos ligos, kurių eiga yra mirtina. Osteopenija ir jos pasekmė osteoporozė taip pat siejami su medžiagų apykaitos sutrikimais. Dauguma įgimtų ligų iš pavaldžios medžiagų apykaitos ligų grupės atitinka genetiškai nustatytus įvairių fermentų fermentų defektus. Priklausomai nuo paveikto fermento, jo katalizinės funkcijos ir reakcijos produkto, fermentų defektai ar fermentų trūkumai gali sukelti, pavyzdžiui, organų gedimą. Gana retas ir įgimtas medžiagų apykaitos sutrikimas yra Gošerio liga. Fermentas, susijęs su šia liga, yra gliukocerebrozidazė arba gliukocerebrozidazė. Sveiko organizmo organizme šis fermentas suardo senstančius komponentus ląstelės membrana. . In Į Gošė liga, yra šio svarbaus fermento trūkumas. Jei fermentas neparodo pakankamo aktyvumo, lizosomose atsiranda membranos komponentų nusėdimas. Dokumentuota daugiau nei 200 fermento mutacijų Gošė liga iki šiol. Liekamo fermentinio aktyvumo laipsnis priklauso nuo koduojančios mutacijos genas kiekvienu atskiru atveju. Pavyzdžiui, liga gali visiškai prarasti fermento funkciją. Tačiau galima įsivaizduoti ir funkciškai silpną fermentinio aktyvumo sumažėjimą. Daugumai šios ligos pacientų pasireiškia Vidaus organai taip pat atsižvelgiant į nervų sistema.
