Tubuh manusia disebut pabrik biokimia karena suatu alasan. Lagi pula, setiap menit ribuan, puluhan, dan ratusan ribu proses oksidasi, pemecahan, reduksi, dan reaksi lainnya terjadi di dalamnya. Apa yang memungkinkan mereka mengalir dengan kecepatan yang luar biasa, menyediakan setiap sel dengan energi, nutrisi, dan oksigen?
Konsep katalis
Baik dalam kimia anorganik maupun organik, zat khusus banyak digunakan yang dapat mempercepat reaksi kimia beberapa ribu, dan terkadang jutaan kali. Nama senyawa ini adalah "katalis". Dalam kimia anorganik, ini adalah oksida logam, platinum, perak, nikel dan lain-lain.
Tindakan utama mereka adalah pembentukan kompleks sementara dengan peserta reaksi, dengan menurunkan energi aktivasi, proses dilakukan beberapa kali lebih cepat. Setelah itu, kompleks terurai, dan katalis dapat dikeluarkan dari bola dalam komposisi kuantitatif dan kualitatif yang sama seperti sebelum proses dimulai.
Ada dua jenis reaksi katalitik:
- homogen - akselerator dan peserta dalam satukeadaan agregat;
- heterogen - akselerator dan peserta di negara bagian yang berbeda, ada batas fase.
Selain itu, ada senyawa yang aksinya berlawanan - inhibitor. Mereka ditujukan untuk memperlambat reaksi yang diperlukan. Jadi, misalnya, mereka memungkinkan Anda untuk mengurangi jumlah waktu pembentukan korosi.
Katalis biologis pada dasarnya berbeda dari katalis anorganik, dan sifatnya agak spesifik. Oleh karena itu, katalisis berbeda dalam sistem kehidupan.
Enzim - apa itu?
Telah terbukti bahwa jika tindakan zat khusus yang mempercepat proses yang ditunjukkan tidak dilakukan di dalam sistem kehidupan, maka apel biasa di perut akan dicerna selama sekitar dua hari. Untuk jangka waktu seperti itu, proses pembusukan dan keracunan dengan produk pembusukan akan dimulai. Namun, ini tidak terjadi, dan buahnya diproses sepenuhnya dalam satu setengah jam. Ini dilakukan oleh katalis biologis, yang hadir dalam jumlah besar dalam komposisi setiap organisme. Tapi apa mereka dan apa dasar dari tindakan seperti itu?
Katalisator biologis yang bersifat protein adalah enzim. Dasar mereka adalah organisasi struktural yang kompleks dengan sejumlah sifat spesifik. Sederhananya, ini adalah protein unik yang dapat mengurangi energi aktivasi proses dalam organisme hidup dan membawanya pada kecepatan yang melebihi nilai biasanya beberapa juta kali.
Ada banyak contoh molekul seperti itu:
- katalase;
- amilase;
- oksireduktase;
- glukosa oksidase;
- lipase;
- invertase;
- lisozim;
- protease dan lain-lain.
Dengan demikian, kita dapat menyimpulkan: enzim adalah katalis biologis dari sifat protein, yang bertindak sebagai akselerator yang kuat, memungkinkan ribuan proses dalam organisme hidup dilakukan dengan kecepatan yang sangat tinggi. Pencernaan, oksidasi, restorasi didasarkan pada aksinya.
Persamaan katalis anorganik dan protein
Enzim sebagai katalis biologis memiliki sejumlah sifat yang mirip dengan anorganik. Ini termasuk yang berikut:
- Mempercepat reaksi yang hanya mungkin secara termodinamika.
- Tidak mempengaruhi pergeseran kesetimbangan kimia dalam sistem kesetimbangan, tetapi sama-sama mempercepat proses maju dan mundur.
- Akibatnya, hanya produk yang tersisa di bidang reaksi, katalis tidak ada di antara mereka.
Namun, selain persamaan, ada juga ciri khas enzim.
Perbedaan menurut sifat
Katalis biologis memiliki beberapa fitur khusus:
- Selektivitas tingkat tinggi. Artinya, satu protein hanya mampu mengaktifkan reaksi tertentu atau sekelompok reaksi serupa. Paling sering, skema "enzim - substrat dari satu proses" bekerja.
- Aktivitasnya sangat tinggi, karena beberapa jenis protein dapat mempercepat reaksi jutaan kali.
- Enzim sangat bergantung padadari kondisi lingkungan. Mereka hanya aktif dalam kisaran suhu tertentu. PH media juga sangat mempengaruhi. Terdapat kurva yang menunjukkan nilai minimum, maksimum dan optimum untuk setiap enzim.
- Ada senyawa khusus yang disebut efektor yang dapat menghambat sifat katalis biologis atau, sebaliknya, memiliki efek positif pada mereka.
- Substrat tempat enzim bekerja harus sangat spesifik. Ada teori yang disebut kunci dan gembok. Ini menjelaskan mekanisme kerja enzim pada substrat. Katalis, seperti kunci, tertanam dalam substrat dengan situs aktifnya, dan reaksi dimulai.
- Setelah proses tersebut, enzim dihancurkan sebagian atau seluruhnya.
Dengan demikian, jelas bahwa pentingnya katalis protein sangat tinggi bagi organisme hidup. Namun, tindakan mereka tunduk pada aturan tertentu dan dibatasi oleh kondisi lingkungan.
Belajar katalisis di sekolah
Sebagai bagian dari kurikulum sekolah, katalis dipelajari dalam kimia dan biologi. Dalam pelajaran kimia, mereka dipelajari dari sudut pandang zat yang memungkinkan untuk melakukan sintesis industri dan memperoleh sejumlah besar produk yang berbeda. Dalam pelajaran biologi, itu adalah katalis biologis yang dipertimbangkan. Kelas 9 melibatkan studi biologi molekuler dan dasar-dasar biokimia. Oleh karena itu, pada tahap pendidikan inilah siswa mendapatkan pengetahuan dasar tentang enzim sebagai zat aktif dalamorganisme makhluk hidup.
Percobaan dilakukan di pelajaran, mengkonfirmasi aktivitas kimia zat-zat ini dalam rentang suhu dan pH tertentu dari lingkungan:
- studi pengaruh hidrogen peroksida sebagai katalis pada wortel mentah dan rebus;
- efek pada daging (matang dan mentah), kentang dan produk lainnya.
Enzim dalam tubuh manusia
Setiap anak sekolah yang berpendidikan cukup dan yang telah melewati batas pendidikan menengah tahu apa yang disebut katalis biologis. Enzim dalam tubuh memiliki spesialisasi yang sangat spesifik. Oleh karena itu, untuk setiap proses, Anda dapat memberi nama zat katalitik Anda.
Jadi, semua enzim tubuh dapat dibagi menjadi beberapa kelompok:
- oksidoreduktase seperti katalase atau alkohol dehidrogenase;
- transferases - kease;
- hidrolase penting untuk pencernaan: pepsin, amilase, lipoprotein lipase, esterase dan lain-lain;
- ligase, misalnya DNA polimerase;
- isomerase;
- lyases.
Karena semua senyawa ini bersifat protein, serta kompleks vitamin dalam komposisi, peningkatan suhu tubuh penuh dengan denaturasi struktur, dan akibatnya, penghentian semua reaksi biokimia. Dalam hal ini, organisme hampir mati. Oleh karena itu, suhu tubuh yang tinggi harus diturunkan selama sakit.
Penggunaan katalis protein dalam industri
Seringkali enzim digunakan di berbagai industriindustri:
- kimia;
- tekstil;
- makanan.
Di rak-rak toko Anda dapat melihat produk pembersih dan bubuk pencuci yang mengandung enzim - ini adalah enzim yang meningkatkan kualitas mencuci pakaian.
Untuk apa katalis biologis?
Sulit untuk melebih-lebihkan pentingnya mereka. Bagaimanapun, mereka tidak hanya memungkinkan organisme hidup untuk hidup, bernafas, makan, melakukan proses metabolisme, tetapi juga memberi kita kesempatan untuk menghancurkan limbah industri, mendapatkan obat-obatan, melindungi dan melindungi kesehatan kita dan lingkungan.
