ร่างกายมนุษย์เรียกว่าโรงงานชีวเคมีด้วยเหตุผล ท้ายที่สุด กระบวนการออกซิเดชัน การแยกตัว การรีดักชัน และปฏิกิริยาอื่นๆ เกิดขึ้นหลายพัน หมื่นและหลายแสนทุกนาที อะไรทำให้พวกมันไหลด้วยความเร็วมหาศาลเช่นนี้ ทำให้ทุกเซลล์มีพลังงาน สารอาหาร และออกซิเจน
แนวคิดของตัวเร่งปฏิกิริยา
ทั้งในด้านเคมีอนินทรีย์และอินทรีย์ มีการใช้สารพิเศษอย่างแพร่หลายซึ่งสามารถเร่งปฏิกิริยาเคมีได้หลายพันครั้ง และบางครั้งหลายล้านครั้ง ชื่อของสารประกอบเหล่านี้คือ "ตัวเร่งปฏิกิริยา" ในเคมีอนินทรีย์ ได้แก่ ออกไซด์ของโลหะ แพลตตินั่ม เงิน นิกเกิล และอื่นๆ
การกระทำหลักของพวกเขาคือการก่อตัวของสารเชิงซ้อนชั่วคราวกับผู้เข้าร่วมปฏิกิริยา โดยการลดพลังงานกระตุ้น กระบวนการจะดำเนินการเร็วขึ้นหลายเท่า หลังจากนั้น คอมเพล็กซ์จะสลายตัว และตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถลบออกจากทรงกลมได้ในองค์ประกอบเชิงปริมาณและเชิงคุณภาพเดียวกันก่อนเริ่มกระบวนการ
ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยามีสองประเภท:
- เนื้อเดียวกัน - คันเร่งและผู้เข้าร่วมในหนึ่งเดียวสถานะรวม;
- ต่างกัน - คันเร่งและผู้เข้าร่วมในรัฐต่าง ๆ มีขอบเขตของเฟส
นอกจากนี้ยังมีสารประกอบที่ออกฤทธิ์ตรงกันข้าม - สารยับยั้ง มีจุดมุ่งหมายเพื่อชะลอปฏิกิริยาที่จำเป็น ตัวอย่างเช่น ช่วยให้คุณลดระยะเวลาในการเกิดสนิมได้
ตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพนั้นแตกต่างจากตัวเร่งปฏิกิริยาอนินทรีย์โดยเนื้อแท้ และคุณสมบัติของพวกมันค่อนข้างเฉพาะเจาะจง ดังนั้นการเร่งปฏิกิริยาในระบบสิ่งมีชีวิตจึงแตกต่างกัน
เอ็นไซม์ - มันคืออะไร?
ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าหากไม่มีการกระทำของสารพิเศษที่เร่งกระบวนการที่ระบุภายในระบบของสิ่งมีชีวิต แอปเปิลธรรมดาในกระเพาะอาหารก็จะถูกย่อยเป็นเวลาประมาณสองวัน ในช่วงเวลาดังกล่าว กระบวนการของการสลายตัวและความมัวเมากับผลิตภัณฑ์ที่เน่าเปื่อยจะเริ่มขึ้น อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นและผลไม้จะถูกประมวลผลอย่างสมบูรณ์ในหนึ่งชั่วโมงครึ่ง นี้ดำเนินการโดยตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพซึ่งมีอยู่ในปริมาณมากในองค์ประกอบของแต่ละสิ่งมีชีวิต แต่มันคืออะไรและอะไรเป็นพื้นฐานของการกระทำดังกล่าว?
ตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพของโปรตีนคือเอนไซม์ พื้นฐานของพวกเขาคือองค์กรที่มีโครงสร้างซับซ้อนซึ่งมีคุณสมบัติเฉพาะหลายประการ พูดง่ายๆ ก็คือ โปรตีนเหล่านี้เป็นโปรตีนพิเศษที่สามารถลดพลังงานกระตุ้นของกระบวนการในสิ่งมีชีวิตและดำเนินการด้วยความเร็วที่เกินค่าปกติหลายล้านเท่า
มีตัวอย่างมากมายของโมเลกุลดังกล่าว:
- คาตาเลส;
- อะไมเลส;
- oxireductase;
- กลูโคสออกซิเดส;
- ไลเปส;
- กลับด้าน;
- ไลโซไซม์;
- โปรตีเอสและอื่น ๆ
ดังนั้น เราสามารถสรุปได้ว่า: เอ็นไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพของธรรมชาติของโปรตีน ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่แข็งแกร่ง ทำให้กระบวนการหลายพันกระบวนการในสิ่งมีชีวิตสามารถดำเนินการได้ด้วยความเร็วสูงมาก การย่อย ออกซิเดชัน การฟื้นฟูขึ้นอยู่กับการกระทำ
ความคล้ายคลึงของตัวเร่งปฏิกิริยาอนินทรีย์และโปรตีน
เอ็นไซม์ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพมีคุณสมบัติหลายอย่างคล้ายกับสารอนินทรีย์ สิ่งเหล่านี้รวมถึงสิ่งต่อไปนี้:
- เร่งปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ทางอุณหพลศาสตร์เท่านั้น
- ไม่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของสมดุลเคมีในระบบสมดุล แต่เร่งทั้งกระบวนการเดินหน้าและถอยหลังอย่างเท่าเทียมกัน
- เป็นผลให้ มีเพียงผลิตภัณฑ์เท่านั้นที่ยังคงอยู่ในทรงกลมของปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ได้รวมอยู่ในนั้น
อย่างไรก็ตาม นอกจากความคล้ายคลึงแล้ว ยังมีคุณสมบัติที่โดดเด่นของเอนไซม์
แตกต่างตามธรรมชาติ
ตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพมีคุณสมบัติเฉพาะหลายประการ:
- หัวกะทิในระดับสูง. กล่าวคือ โปรตีนหนึ่งชนิดสามารถกระตุ้นปฏิกิริยาบางอย่างหรือกลุ่มที่คล้ายคลึงกันเท่านั้น ส่วนใหญ่แล้ว โครงการ "เอนไซม์ - สารตั้งต้นของกระบวนการเดียว" ได้ผล
- กิจกรรมระดับสูงมาก เพราะโปรตีนบางชนิดสามารถเร่งปฏิกิริยาได้หลายล้านครั้ง
- เอนไซม์พึ่งพาได้มากจากสภาวะแวดล้อม พวกมันทำงานในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดเท่านั้น ค่า pH ของตัวกลางมีอิทธิพลอย่างมากเช่นกัน มีเส้นโค้งแสดงค่าต่ำสุด สูงสุด และสูงสุดสำหรับแต่ละเอนไซม์
- มีสารประกอบพิเศษที่เรียกว่าเอฟเฟกเตอร์ซึ่งสามารถยับยั้งธรรมชาติของตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพหรือในทางกลับกันก็มีผลดีต่อพวกมัน
- ซับสเตรทที่เอ็นไซม์ต้องเจาะจงอย่างเคร่งครัด มีทฤษฎีที่เรียกว่ากุญแจและกุญแจ อธิบายกลไกการออกฤทธิ์ของเอนไซม์บนสารตั้งต้น ตัวเร่งปฏิกิริยาเช่นเดียวกับคีย์ถูกฝังอยู่ในซับสเตรตที่มีไซต์แอคทีฟและปฏิกิริยาเริ่มต้นขึ้น
- หลังกระบวนการ เอนไซม์ถูกทำลายบางส่วนหรือทั้งหมด
ดังนั้น เห็นได้ชัดว่าตัวเร่งปฏิกิริยาโปรตีนมีความสำคัญสูงมากสำหรับสิ่งมีชีวิต อย่างไรก็ตาม การกระทำของพวกเขาอยู่ภายใต้กฎเกณฑ์บางประการและถูกจำกัดโดยสภาพแวดล้อม
การเร่งปฏิกิริยาการเรียนในโรงเรียน
ในหลักสูตรของโรงเรียน ตัวเร่งปฏิกิริยาได้รับการศึกษาทั้งในด้านเคมีและชีววิทยา ในบทเรียนเคมี พวกเขาจะศึกษาจากมุมมองของสารที่ทำให้สามารถสังเคราะห์ทางอุตสาหกรรมและได้ผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายจำนวนมาก ในบทเรียนชีววิทยา ถือเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพที่พิจารณา เกรด 9 เป็นการศึกษาเกี่ยวกับอณูชีววิทยาและพื้นฐานของชีวเคมี ดังนั้น ในขั้นของการศึกษานี้ นักศึกษาจึงได้รับความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับเอนไซม์เป็นสารออกฤทธิ์ในสิ่งมีชีวิต
การทดลองดำเนินการในบทเรียนเพื่อยืนยันกิจกรรมทางเคมีของสารเหล่านี้ในช่วงอุณหภูมิที่แน่นอนและ pH ของสิ่งแวดล้อม:
- การศึกษาผลกระทบของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาต่อแครอทดิบและแครอทต้ม
- ผลกับเนื้อสัตว์ (ปรุงสุกและดิบ) มันฝรั่ง และผลิตภัณฑ์อื่นๆ
เอ็นไซม์ในร่างกายมนุษย์
เด็กนักเรียนทุกคนที่มีการศึกษาเพียงพอและข้ามเส้นระดับมัธยมศึกษารู้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพเรียกว่าอะไร เอ็นไซม์ในร่างกายมีความเชี่ยวชาญเฉพาะทางอย่างเคร่งครัด ดังนั้น สำหรับแต่ละกระบวนการ คุณสามารถตั้งชื่อสารเร่งปฏิกิริยาของคุณได้
ดังนั้น เอนไซม์ทั้งหมดของร่างกายสามารถแบ่งออกเป็นหลายกลุ่ม:
- oxidoreductases เช่น catalase หรือ alcohol dehydrogenase;
- โอน - kenase;
- ไฮโดรเลสที่สำคัญต่อการย่อยอาหาร: เปปซิน อะไมเลส ไลโปโปรตีนไลเปส เอสเทอเรสและอื่น ๆ
- ligases เช่น DNA polymerase;
- ไอโซเมอเรส;
- lyases.
เนื่องจากสารประกอบเหล่านี้มีลักษณะเป็นโปรตีน เช่นเดียวกับคอมเพล็กซ์ของวิตามินในองค์ประกอบ อุณหภูมิของร่างกายที่เพิ่มขึ้นจึงเต็มไปด้วยการเสียสภาพของโครงสร้าง และทำให้ปฏิกิริยาทางชีวเคมีทั้งหมดหยุดลง ในกรณีนี้ สิ่งมีชีวิตใกล้ตาย ดังนั้นอุณหภูมิร่างกายที่สูงจึงจำเป็นต้องลดลงในระหว่างการเจ็บป่วย
การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโปรตีนในอุตสาหกรรม
มักใช้เอนไซม์ในอุตสาหกรรมต่างๆอุตสาหกรรม:
- เคมี;
- สิ่งทอ;
- อาหาร
บนชั้นวางของร้านค้า คุณจะเห็นผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดและผงซักฟอกที่มีเอ็นไซม์ - เหล่านี้เป็นเอนไซม์ที่ช่วยปรับปรุงคุณภาพของการซักเสื้อผ้า
ตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพมีไว้เพื่ออะไร
การประเมินความสำคัญของพวกเขาสูงเกินไปเป็นเรื่องยาก ท้ายที่สุด พวกมันไม่เพียงแต่อนุญาตให้สิ่งมีชีวิตมีชีวิตอยู่ หายใจ กิน ดำเนินกระบวนการเผาผลาญ แต่ยังให้โอกาสเราในการทำลายขยะอุตสาหกรรม ได้รับยา ปกป้องและปกป้องสุขภาพและสิ่งแวดล้อมของเรา