O corpo humano é chamado de fábrica bioquímica por um motivo. Afinal, a cada minuto milhares, dezenas e centenas de milhares de processos de oxidação, divisão, redução e outras reações ocorrem nele. O que lhes permite fluir a uma velocidade tão tremenda, fornecendo a cada célula energia, nutrição e oxigênio?
O conceito de catalisadores
Tanto na química inorgânica quanto na orgânica, são amplamente utilizadas substâncias especiais que podem acelerar reações químicas em vários milhares e às vezes milhões de vezes. O nome desses compostos é "catalisadores". Na química inorgânica, são óxidos metálicos, platina, prata, níquel e outros.
Sua principal ação é a formação de complexos temporários com os participantes da reação, ao diminuir a energia de ativação, o processo é realizado várias vezes mais rápido. Depois disso, o complexo se decompõe e o catalisador pode ser removido da esfera na mesma composição quantitativa e qualitativa de antes do início do processo.
Existem dois tipos de reações catalíticas:
- homogêneo - acelerador e participantes em umestado agregado;
- heterogênea - acelerador e participantes em diferentes estados, existe um limite de fase.
Além disso, existem compostos de ação oposta - inibidores. Eles visam retardar as reações necessárias. Assim, por exemplo, eles permitem que você reduza a quantidade de tempo para a formação de corrosão.
Catalisadores biológicos são inerentemente diferentes dos inorgânicos, e suas propriedades são um tanto específicas. Portanto, a catálise é diferente em sistemas vivos.
Enzimas - o que é?
Foi comprovado que se a ação de substâncias especiais acelerando os processos indicados não fosse realizada dentro dos sistemas vivos, então uma maçã comum no estômago seria digerida por cerca de dois dias. Por tanto tempo, começariam os processos de decomposição e intoxicação com produtos de decomposição. No entanto, isso não acontece, e a fruta é completamente processada em uma hora e meia. Isso é feito por catalisadores biológicos, que estão presentes em grande quantidade na composição de cada organismo. Mas o que são e qual é a base de tal ação?
Catalisadores biológicos de natureza proteica são enzimas. Sua base é uma organização estrutural complexa com várias propriedades específicas. Simplificando, são proteínas únicas que podem reduzir a energia de ativação de processos em organismos vivos e realizá-los a uma velocidade que excede os valores usuais em vários milhões de vezes.
Existem muitos exemplos de tais moléculas:
- catalase;
- amilase;
- oxiredutase;
- glicose oxidase;
- lipase;
- invertase;
- lisozima;
- protease e outros.
Assim, podemos concluir: as enzimas são catalisadores biológicos de natureza proteica, que atuam como fortes aceleradores, permitindo que milhares de processos nos organismos vivos sejam realizados em altíssima velocidade. Digestão, oxidação, restauração são baseadas em sua ação.
Semelhanças de catalisadores inorgânicos e proteicos
Enzimas como catalisadores biológicos têm várias propriedades semelhantes às inorgânicas. Estes incluem o seguinte:
- Acelera apenas reações termodinamicamente possíveis.
- Não afeta o deslocamento do equilíbrio químico em sistemas em equilíbrio, mas acelera igualmente os processos direto e reverso.
- Como resultado, apenas produtos permanecem na esfera de reação, o catalisador não está entre eles.
No entanto, além das semelhanças, também existem características distintas das enzimas.
Diferenças de acordo com a natureza
Catalisadores biológicos possuem várias características específicas:
- Alto grau de seletividade. Ou seja, uma proteína é capaz de ativar apenas uma determinada reação ou um grupo de semelhantes. Na maioria das vezes, o esquema "enzima - substrato de um processo" funciona.
- Grau de atividade extremamente alto, pois alguns tipos de proteínas podem acelerar as reações milhões de vezes.
- As enzimas são altamente dependentesdas condições ambientais. Eles são ativos apenas em uma determinada faixa de temperatura. O pH do meio também influencia fortemente. Existe uma curva mostrando os valores mínimo, máximo e ótimo para cada enzima.
- Existem compostos especiais chamados efetores que podem inibir a natureza dos catalisadores biológicos ou, inversamente, ter um efeito positivo sobre eles.
- O substrato sobre o qual a enzima atua deve ser estritamente específico. Existe uma teoria chamada chave e fechadura. Descreve o mecanismo de ação da enzima no substrato. O catalisador, como uma chave, é embutido no substrato com seu sítio ativo e a reação começa.
- Após o processo, a enzima é parcialmente ou completamente destruída.
Assim, é óbvio que a importância dos catalisadores de proteínas é extremamente alta para os organismos vivos. No entanto, sua ação está sujeita a certas regras e é limitada pelas condições ambientais.
Estudando catálise na escola
Como parte do currículo escolar, os catalisadores são estudados em química e biologia. Nas aulas de química, eles são estudados do ponto de vista de substâncias que permitem realizar sínteses industriais e obter um grande número de vários produtos. Nas aulas de biologia, são os catalisadores biológicos que são considerados. Grau 9 envolve o estudo da biologia molecular e os fundamentos da bioquímica. Portanto, é nesta etapa do ensino que os alunos recebem os conhecimentos básicos sobre enzimas como substâncias ativas emorganismos de seres vivos.
Experiências são realizadas nas aulas, confirmando a atividade química dessas substâncias em determinadas faixas de temperatura e pH do ambiente:
- estudo do efeito do peróxido de hidrogênio como catalisador em cenouras cruas e cozidas;
- efeito na carne (cozida e crua), batata e outros produtos.
Enzimas no corpo humano
Todo aluno que é suficientemente educado e que cruzou a linha do ensino médio sabe como são chamados os catalisadores biológicos. As enzimas no corpo têm uma especialização estritamente específica. Portanto, para cada processo, você pode nomear sua substância catalítica.
Então, todas as enzimas do corpo podem ser divididas em vários grupos:
- oxidorredutases como catalase ou álcool desidrogenase;
- transferases - kenase;
- hidrolases importantes para a digestão: pepsina, amilase, lipoproteína lipase, esterase e outras;
- ligases, por exemplo, DNA polimerase;
- isomerase;
- lyases.
Como todos esses compostos são de natureza proteica, além de um complexo de vitaminas na composição, o aumento da temperatura corporal é repleto de desnaturação da estrutura e, consequentemente, a cessação de todas as reações bioquímicas. Neste caso, o organismo está próximo da morte. Portanto, a alta temperatura corporal é necessariamente reduzida durante a doença.
Uso de catalisadores de proteínas na indústria
Muitas vezes as enzimas são usadas em diferentes indústriasindústria:
- químico;
- têxtil;
- comida.
Nas prateleiras das lojas você pode ver produtos de limpeza e sabão em pó contendo enzimas - são enzimas que melhoram a qualidade da lavagem de roupas.
Para que servem os catalisadores biológicos?
É difícil superestimar sua importância. Afinal, eles não apenas permitem que os organismos vivos vivam, respirem, comam, realizem processos metabólicos, mas também nos dão a oportunidade de destruir resíduos industriais, obter medicamentos, proteger e proteger nossa saúde e o meio ambiente.
