катализ

катализ соответствует снижению энергии активации, необходимой для химических и биологических реакций. Каталитическое снижение количества необходимой энергии стало возможным благодаря катализатору, который соответствует ферменту в биологии. При ферментативных заболеваниях каталитические свойства ферментов могут быть уменьшены или даже отменены.

Что такое катализ?

Ферменты выполняют в организме человека особые задачи. Какими бы разными ни были функции отдельных ферментов, в основном все они выполняют одну и ту же задачу и обладают схожими свойствами для выполнения этой задачи. Основная задача всех ферментов - катализ. Следовательно, биохимия утверждает, что они обладают каталитическими свойствами.

В буквальном переводе «катализ» означает «растворение». В центре внимания катализа находится энергия активации. Таким образом, химия описывает количество энергии, которое абсолютно необходимо в реакционной системе для химической реакции обоих партнеров реакции. Катализаторы используются для снижения энергии активации и, таким образом, позволяют обоим реагентам реагировать в реакционной системе даже при низких энергиях. В биологических реакционных системах ферменты с каталитическими свойствами снижают энергию активации определенной химической реакции и, соответственно, действуют как химические катализаторы.

В контексте катализа, с одной стороны, вероятность успешного процесса реакции увеличивается, а с другой стороны, иногда увеличивается скорость реакции. Сдвиг химического равновесия не происходит в контексте катализа.

Химия отличает гомогенный катализ от гетерогенного катализа. Биокатализ не соответствует ни той, ни другой форме. Это самостоятельная форма катализа.

Функция и задача

Биокатализ соответствует контролю, осуществлению или ускорению химических реакций в биологической среде. Ферменты действуют как биологические катализаторы в этом процессе. Каждый фермент состоит в основном из белков, некоторые из которых связаны с кофактором. Почти все биохимические реакции в живых организмах имеют ферментативный катализатор.

Биокатализ реализуется в биотехнологии с использованием изолированных или живых ферментов. Пример биокатализа можно найти на пивоварнях, где биокаталитические процессы осуществляются с использованием бактерий, грибов или дрожжей. Фармацевтическая промышленность использует биокатализ для достижения практически неосуществимых реакций.

В организме человека постоянно происходит катализ, в котором ферменты ускоряют определенные реакции. Ферменты важны, например, для метаболизма организмов и в значительной степени контролируют биохимические реакции в метаболических процессах. Например, они контролируют пищеварение, но также участвуют в транскрипции и репликации ДНК в форме полимераз.

Большинство всех биохимических реакций протекало бы в живом организме без ферментов с ничтожно медленной скоростью. Ферменты ускоряют достижение химического равновесия, ничего не меняя в равновесии.

Фермент обладает каталитической активностью, потому что он может снизить энергию активации химических реакций. Эта энергия соответствует количеству энергии, которое необходимо заранее приложить, чтобы инициировать реакцию. В ходе реакции субстрат переходит в энергетически невыгодные переходные состояния. Энергия активации переводит подложку в переходное состояние. Каталитический эффект ферментов вмешивается в этот момент реакции, стабилизируя переходное состояние субстрата посредством нековалентных взаимодействий. Таким образом, для перевода подложки в переходное состояние требуется значительно меньше энергии. Из-за этого субстрат с большей скоростью превращается в конечный продукт реакции. Обладая этими каталитическими функциями, ферменты считаются элементами, выравнивающими пути для каждого продукта биохимической реакции.

Болезни и недуги

Если ферменты мутируют или перестают адекватно выполнять свою каталитическую роль по другим причинам, это может иметь серьезные последствия для здоровья. В группу болезней обмена веществ входят различные нарушения из области промежуточного рабочего обмена. Такие нарушения бывают врожденными или приобретенными.

Заболевания обмена веществ сильно различаются по степени и распространению. Клинически они тоже проявляются весьма неоднородно. Родственное заболевание - это, например, широко распространенный сахарный диабет. Однако в эту группу болезней попадают и гораздо более редкие наследственные заболевания со смертельным исходом. Остеопения и связанный с этим остеопороз также могут быть связаны с метаболическими заболеваниями.

Большинство врожденных заболеваний из вышестоящей группы метаболических заболеваний соответствуют генетическим дефектам различных ферментов. В зависимости от рассматриваемого фермента, его каталитической функции и продукта реакции ферментативные дефекты или недостаточность ферментов могут, например, привести к отказу органов.

Болезнь Гоше - относительно редкое наследственное заболевание обмена веществ. В контексте этого заболевания пораженным ферментом является глюкоцереброзидаза или глюкоцереброзидаза. Этот фермент разрушает старые компоненты клеточной мембраны здорового организма. При болезни Гоше этого важного фермента не хватает. Если фермент не проявляет достаточной активности, дело доходит до отложения компонентов мембраны внутри лизосом. К настоящему времени зарегистрировано более 200 мутаций фермента в контексте болезни Гоше. Степень остаточной ферментативной активности зависит от мутации кодирующего гена в индивидуальном случае. Заболевание может, например, привести к полному отказу фермента. Однако также возможно функционально слабое снижение ферментативной активности. У большинства больных заболеванием проявляются как внутренние органы, так и нервная система.