Al cuerpo humano se le llama fábrica bioquímica por una razón. Después de todo, cada minuto tienen lugar en él miles, decenas y cientos de miles de procesos de oxidación, división, reducción y otras reacciones. ¿Qué les permite fluir a una velocidad tan tremenda, proporcionando a cada célula energía, nutrición y oxígeno?
El concepto de catalizadores
Tanto en la química inorgánica como en la orgánica, se utilizan ampliamente sustancias especiales que pueden acelerar las reacciones químicas varios miles y, a veces, millones de veces. El nombre de estos compuestos es "catalizadores". En química inorgánica, estos son óxidos metálicos, platino, plata, níquel y otros.
Su acción principal es la formación de complejos temporales con los participantes de la reacción, al disminuir la energía de activación, el proceso se lleva a cabo varias veces más rápido. Después de eso, el complejo se descompone y el catalizador se puede eliminar de la esfera en la misma composición cuantitativa y cualitativa que antes del inicio del proceso.
Hay dos tipos de reacciones catalíticas:
- homogéneo - acelerador y participantes en unoestado agregado;
- heterogéneo - acelerador y participantes en diferentes estados, hay un límite de fase.
Además, hay compuestos que tienen una acción opuesta: los inhibidores. Su objetivo es ralentizar las reacciones necesarias. Entonces, por ejemplo, le permiten reducir la cantidad de tiempo para la formación de corrosión.
Los catalizadores biológicos son inherentemente diferentes de los inorgánicos y sus propiedades son algo específicas. Por lo tanto, la catálisis es diferente en los sistemas vivos.
Enzimas: ¿qué es?
Se ha demostrado que si la acción de sustancias especiales que aceleran los procesos indicados no se llevara a cabo dentro de los sistemas vivos, entonces una manzana ordinaria en el estómago sería digerida durante aproximadamente dos días. Durante tal cantidad de tiempo, comenzarían los procesos de descomposición e intoxicación con productos de descomposición. Sin embargo, esto no sucede y la fruta se procesa por completo en una hora y media. Esto se lleva a cabo mediante catalizadores biológicos, que están presentes en grandes cantidades en la composición de cada organismo. Pero, ¿qué son y cuál es la base de tal acción?
Los catalizadores biológicos de naturaleza proteica son las enzimas. Su base es una organización estructural compleja con una serie de propiedades específicas. En pocas palabras, estas son proteínas únicas que pueden reducir la energía de activación de los procesos en los organismos vivos y llevarlos a cabo a una velocidad que supera los valores habituales en varios millones de veces.
Hay muchos ejemplos de tales moléculas:
- catalasa;
- amilasa;
- oxirreductasa;
- glucosa oxidasa;
- lipasa;
- invertasa;
- lisozima;
- proteasa y otros.
Así, podemos concluir: las enzimas son catalizadores biológicos de naturaleza proteica, que actúan como fuertes aceleradores, permitiendo que miles de procesos en los organismos vivos se lleven a cabo a una velocidad muy alta. La digestión, la oxidación, la restauración se basan en su acción.
Similitudes de los catalizadores inorgánicos y proteicos
Las enzimas como catalizadores biológicos tienen una serie de propiedades similares a las inorgánicas. Estos incluyen lo siguiente:
- Acelerar solo las reacciones termodinámicamente posibles.
- No afectan el cambio del equilibrio químico en los sistemas de equilibrio, pero igualmente aceleran los procesos directo e inverso.
- Como resultado, solo quedan productos en la esfera de reacción, el catalizador no se encuentra entre ellos.
Sin embargo, además de las similitudes, también hay características distintivas de las enzimas.
Diferencias según la naturaleza
Los catalizadores biológicos tienen varias características específicas:
- Alto grado de selectividad. Es decir, una proteína puede activar solo una determinada reacción o un grupo de reacciones similares. La mayoría de las veces, el esquema "enzima - sustrato de un proceso" funciona.
- Grado de actividad extremadamente alto, porque algunos tipos de proteínas pueden acelerar las reacciones millones de veces.
- Las enzimas dependen en gran medidade las condiciones ambientales. Están activos solo en un cierto rango de temperatura. El pH del medio también influye fuertemente. Hay una curva que muestra los valores mínimo, máximo y óptimo para cada enzima.
- Hay compuestos especiales llamados efectores que pueden inhibir la naturaleza de los catalizadores biológicos o, por el contrario, tener un efecto positivo sobre ellos.
- El sustrato sobre el que actúa la enzima debe ser estrictamente específico. Hay una teoría llamada la llave y la cerradura. Describe el mecanismo de acción de la enzima sobre el sustrato. El catalizador, como una llave, se incrusta en el sustrato con su sitio activo y comienza la reacción.
- Después del proceso, la enzima se destruye total o parcialmente.
Por lo tanto, es obvio que la importancia de los catalizadores de proteínas es extremadamente alta para los organismos vivos. Sin embargo, su acción está sujeta a ciertas reglas y está limitada por las condiciones ambientales.
Estudiando catálisis en la escuela
Como parte del currículo escolar, los catalizadores se estudian tanto en química como en biología. En las lecciones de química, se estudian desde el punto de vista de las sustancias que permiten realizar síntesis industriales y obtener una gran cantidad de productos diversos. En las lecciones de biología, se consideran los catalizadores biológicos. El grado 9 implica el estudio de la biología molecular y los fundamentos de la bioquímica. Por lo tanto, es en esta etapa de la educación que los estudiantes reciben los conocimientos básicos sobre las enzimas como sustancias activas enorganismos de los seres vivos.
En las clases se realizan experimentos que confirman la actividad química de estas sustancias en determinados rangos de temperatura y pH del ambiente:
- estudio del efecto del peróxido de hidrógeno como catalizador en zanahorias crudas y hervidas;
- efecto sobre la carne (cocida y cruda), patatas y otros productos.
Enzimas en el cuerpo humano
Todo escolar suficientemente educado y que ha cruzado la línea de la educación secundaria sabe cómo se llaman los catalizadores biológicos. Las enzimas en el cuerpo tienen una especialización estrictamente específica. Por lo tanto, para cada proceso, puede nombrar su sustancia catalítica.
Entonces, todas las enzimas del cuerpo se pueden dividir en varios grupos:
- oxidorreductasas como la catalasa o la alcohol deshidrogenasa;
- transferasas - kenasa;
- hidrolasas importantes para la digestión: pepsina, amilasa, lipoproteína lipasa, esterasa y otras;
- ligasas, por ejemplo, ADN polimerasa;
- isomerasa;
- lyases.
Dado que todos estos compuestos son de naturaleza proteica, así como un complejo de vitaminas en la composición, un aumento de la temperatura corporal está plagado de desnaturalización de la estructura y, en consecuencia, el cese de todas las reacciones bioquímicas. En este caso, el organismo está cerca de la muerte. Por lo tanto, la temperatura corporal alta necesariamente se reduce durante la enfermedad.
Uso de catalizadores proteicos en la industria
A menudo, las enzimas se utilizan en diferentes industriasindustria:
- química;
- textil;
- comida.
En los estantes de las tiendas se pueden ver productos de limpieza y detergentes en polvo que contienen enzimas, que son enzimas que mejoran la calidad del lavado de la ropa.
¿Para qué sirven los catalizadores biológicos?
Es difícil sobrestimar su importancia. Después de todo, no solo permiten que los organismos vivos vivan, respiren, coman, realicen procesos metabólicos, sino que también nos brindan la oportunidad de destruir desechos industriales, obtener medicamentos, proteger y proteger nuestra salud y el medio ambiente.
