به دلیلی بدن انسان را کارخانه بیوشیمیایی می نامند. از این گذشته، در هر دقیقه هزاران، ده ها و صدها هزار فرآیند اکسیداسیون، شکافتن، کاهش و واکنش های دیگر در آن انجام می شود. چه چیزی به آنها اجازه می‌دهد تا با چنین سرعت فوق‌العاده‌ای جریان پیدا کنند و انرژی، تغذیه و اکسیژن برای هر سلول فراهم کند؟
مفهوم کاتالیزورها
هم در شیمی معدنی و هم در شیمی آلی، مواد خاصی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند که می توانند واکنش های شیمیایی را چندین هزار و گاهی میلیون ها بار تسریع کنند. نام این ترکیبات "کاتالیست" است. در شیمی معدنی، اینها اکسیدهای فلز، پلاتین، نقره، نیکل و غیره هستند.
عمل اصلی آنها تشکیل کمپلکس های موقت با شرکت کنندگان در واکنش است که با کاهش انرژی فعال سازی، فرآیند چندین برابر سریعتر انجام می شود. پس از آن، کمپلکس تجزیه می شود و کاتالیزور را می توان با همان ترکیب کمی و کیفی قبل از شروع فرآیند از کره خارج کرد.
دو نوع واکنش کاتالیزوری وجود دارد:
- همگن - شتاب دهنده و شرکت کنندگان در یکحالت کل؛
- ناهمگن - شتاب دهنده و شرکت کنندگان در حالت های مختلف، یک مرز فاز وجود دارد.
علاوه بر این، ترکیباتی وجود دارند که در عمل مخالف هستند - مهارکننده ها. هدف آنها کاهش سرعت واکنش های ضروری است. بنابراین، به عنوان مثال، آنها به شما این امکان را می دهند که مدت زمان تشکیل خوردگی را کاهش دهید.
کاتالیزورهای بیولوژیکی ذاتاً با غیر آلی متفاوت هستند و خواص آنها تا حدودی خاص است. بنابراین، کاتالیز در سیستم‌های زنده متفاوت است.
آنزیم - چیست؟
ثابت شده است که اگر عمل مواد خاصی که فرآیندهای مشخص شده را تسریع می کنند در داخل سیستم های زنده انجام نمی شد، یک سیب معمولی در معده حدود دو روز هضم می شد. برای چنین مدت زمان، فرآیندهای تجزیه و مسمومیت با محصولات پوسیدگی آغاز می شود. با این حال، این اتفاق نمی افتد و میوه در یک ساعت و نیم به طور کامل پردازش می شود. این کار توسط کاتالیزورهای بیولوژیکی انجام می شود که به مقدار زیاد در ترکیب هر موجود زنده وجود دارد. اما آنها چه هستند و مبنای چنین اقدامی چیست؟
کاتالیزورهای بیولوژیکی با طبیعت پروتئینی آنزیم هستند. اساس آنها یک سازمان ساختاری پیچیده با تعدادی ویژگی خاص است. به زبان ساده، اینها پروتئین‌های منحصربه‌فردی هستند که می‌توانند انرژی فعال‌سازی فرآیندهای موجودات زنده را کاهش دهند و آنها را با سرعتی بیش از چندین میلیون بار از مقادیر معمول انجام دهند.
نمونه های زیادی از این گونه مولکول ها وجود دارد:
- کاتالاز;
- آمیلاز;
- oxireductase;
- گلوکز اکسیداز؛
- لیپاز;
- invertase;
- لیزوزیم;
- پروتئاز و دیگران.
بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت: آنزیم‌ها کاتالیزورهای بیولوژیکی پروتئینی هستند که به عنوان شتاب‌دهنده‌های قوی عمل می‌کنند و اجازه می‌دهند هزاران فرآیند در موجودات زنده با سرعت بسیار بالا انجام شوند. هضم، اکسیداسیون، ترمیم بر اساس عملکرد آنها است.
شباهت کاتالیزورهای معدنی و پروتئینی
آنزیم ها به عنوان کاتالیزورهای بیولوژیکی دارای تعدادی خواص مشابه خواص غیر آلی هستند. این موارد شامل موارد زیر است:
- تنها واکنش‌های ترمودینامیکی ممکن را سرعت دهید.
- بر تغییر تعادل شیمیایی در سیستم‌های تعادلی تأثیری نمی‌گذارد، اما به همان اندازه فرآیندهای رو به جلو و معکوس را تسریع می‌کند.
- در نتیجه، فقط محصولات در کره واکنش باقی می مانند، کاتالیزور در بین آنها نیست.
با این حال، علاوه بر شباهت ها، ویژگی های متمایز آنزیم ها نیز وجود دارد.
تفاوت بر اساس طبیعت
کاتالیزورهای بیولوژیکی چندین ویژگی خاص دارند:
- درجه انتخابی بالا. یعنی یک پروتئین قادر است فقط یک واکنش خاص یا گروهی از واکنش های مشابه را فعال کند. اغلب، طرح "آنزیم - بستر یک فرآیند" کار می کند.
- درجه فعالیت بسیار بالا، زیرا برخی از انواع پروتئین ها می توانند واکنش ها را میلیون ها بار تسریع کنند.
- آنزیم ها بسیار وابسته هستنداز شرایط محیطی آنها فقط در یک محدوده دمایی خاص فعال هستند. pH محیط نیز به شدت تأثیر می گذارد. منحنی وجود دارد که مقادیر حداقل، حداکثر و بهینه را برای هر آنزیم نشان می دهد.
- ترکیبات خاصی به نام افکتور وجود دارد که می تواند ماهیت کاتالیزورهای بیولوژیکی را مهار کند یا برعکس، تأثیر مثبتی روی آنها بگذارد.
- بستری که آنزیم روی آن کار می کند باید کاملاً خاص باشد. نظریه ای به نام کلید و قفل وجود دارد. مکانیسم اثر آنزیم بر روی بستر را توصیف می کند. کاتالیزور، مانند یک کلید، با محل فعال خود در بستر جاسازی می‌شود و واکنش آغاز می‌شود.
- پس از فرآیند، آنزیم تا حدی یا به طور کامل از بین می رود.
بنابراین، بدیهی است که اهمیت کاتالیزورهای پروتئینی برای موجودات زنده بسیار بالاست. با این حال، عمل آنها تابع قوانین خاصی است و با شرایط محیطی محدود می شود.
مطالعه کاتالیزور در مدرسه
به عنوان بخشی از برنامه درسی مدرسه، کاتالیزورها هم در شیمی و هم در زیست شناسی مورد مطالعه قرار می گیرند. در دروس شیمی، آنها از دیدگاه موادی مورد مطالعه قرار می گیرند که امکان انجام سنتزهای صنعتی و به دست آوردن تعداد زیادی محصولات مختلف را فراهم می کند. در درس زیست شناسی، کاتالیزورهای بیولوژیکی هستند که مورد توجه قرار می گیرند. درجه 9 شامل مطالعه زیست شناسی مولکولی و مبانی بیوشیمی است. بنابراین، در این مرحله از آموزش است که دانش‌آموزان اطلاعات اولیه را در مورد آنزیم‌ها به عنوان مواد فعال در آن دریافت می‌کنندموجودات موجودات زنده.
آزمایش‌هایی در دروس انجام می‌شود که فعالیت شیمیایی این مواد را در محدوده‌های دمایی خاص و pH محیط تأیید می‌کند:
- مطالعه تأثیر پراکسید هیدروژن به عنوان کاتالیزور بر هویج خام و آب پز؛
- تاثیر روی گوشت (پخته و خام)، سیب زمینی و سایر محصولات.
آنزیم در بدن انسان
هر دانش آموزی که تحصیلات کافی داشته باشد و از خط آموزش متوسطه عبور کرده باشد می داند که کاتالیزورهای بیولوژیکی چه نامیده می شوند. آنزیم ها در بدن تخصص کاملاً خاصی دارند. بنابراین، برای هر فرآیند، می توانید ماده کاتالیزوری خود را نام ببرید.
بنابراین، تمام آنزیم های بدن را می توان به چند گروه تقسیم کرد:
- اکسیدوردوکتازها مانند کاتالاز یا الکل دهیدروژناز؛
- ترانسفرازها - کناز؛
- هیدرولازهای مهم برای هضم: پپسین، آمیلاز، لیپوپروتئین لیپاز، استراز و دیگران؛
- لیگازها، به عنوان مثال DNA پلیمراز؛
- ایزومراز؛
- lyases.
از آنجایی که همه این ترکیبات دارای ماهیت پروتئینی و همچنین مجموعه ای از ویتامین ها در ترکیب هستند، افزایش دمای بدن با دناتوره شدن ساختار و در نتیجه توقف تمام واکنش های بیوشیمیایی همراه است. در این حالت ارگانیسم به مرگ نزدیک می شود. بنابراین، درجه حرارت بالا بدن لزوما در طول بیماری کاهش می یابد.
استفاده از کاتالیزورهای پروتئینی در صنعت
اغلب از آنزیم ها در صنایع مختلف استفاده می شودصنعت:
- شیمیایی؛
- نساجی;
- غذا.
در قفسه‌های فروشگاه‌ها می‌توانید محصولات تمیزکننده و پودرهای لباسشویی حاوی آنزیم‌ها را ببینید - اینها آنزیم‌هایی هستند که کیفیت شستشوی لباس‌ها را بهبود می‌بخشند.
کاتالیزورهای بیولوژیکی برای چیست؟
اغراق کردن اهمیت آنها دشوار است. از این گذشته، آنها نه تنها به موجودات زنده اجازه می دهند زندگی کنند، نفس بکشند، بخورند، فرآیندهای متابولیک را انجام دهند، بلکه به ما این فرصت را می دهند که زباله های صنعتی را از بین ببریم، دارو تهیه کنیم، از سلامت و محیط زیست خود محافظت و محافظت کنیم.
