Մարդկային մարմինը մի պատճառով կոչվում է կենսաքիմիական գործարան: Չէ՞ որ ամեն րոպե դրանում տեղի են ունենում օքսիդացման, պառակտման, նվազեցման և այլ ռեակցիաների հազարավոր, տասնյակ և հարյուր հազարավոր գործընթացներ։ Ի՞նչն է թույլ տալիս նրանց հոսել այդքան ահռելի արագությամբ՝ ապահովելով յուրաքանչյուր բջիջ էներգիայով, սնուցմամբ և թթվածնով:
Կատալիզատորների հայեցակարգ
Ե՛վ անօրգանական, և՛ օրգանական քիմիայում լայնորեն օգտագործվում են հատուկ նյութեր, որոնք կարող են արագացնել քիմիական ռեակցիաները մի քանի հազար, իսկ երբեմն՝ միլիոնավոր անգամներ։ Այս միացությունների անվանումն է «կատալիզատորներ»։ Անօրգանական քիմիայում սրանք են մետաղի օքսիդները, պլատինը, արծաթը, նիկելը և այլն։
Նրանց հիմնական գործողությունը ռեակցիայի մասնակիցների հետ ժամանակավոր բարդույթների առաջացումն է, ակտիվացման էներգիան իջեցնելով պրոցեսն իրականացվում է մի քանի անգամ ավելի արագ։ Դրանից հետո կոմպլեքսը քայքայվում է, և կատալիզատորը կարող է հեռացվել ոլորտից նույն քանակական և որակական բաղադրությամբ, ինչ մինչև պրոցեսի մեկնարկը։
Կա կատալիտիկ ռեակցիաների երկու տեսակ՝
- միատարր - արագացուցիչ և մասնակիցներ մեկումհամախառն վիճակ;
- տարասեռ - արագացուցիչ և մասնակիցներ տարբեր վիճակներում, կա փուլային սահման:
Բացի այդ, կան միացություններ, որոնք հակառակ գործողության մեջ են՝ արգելակիչներ: Դրանք ուղղված են անհրաժեշտ ռեակցիաների դանդաղեցմանը։ Այսպիսով, օրինակ, նրանք թույլ են տալիս նվազեցնել կոռոզիայի առաջացման ժամանակը:
Կենսաբանական կատալիզատորները էապես տարբերվում են անօրգանականներից, և դրանց հատկությունները որոշակիորեն հատուկ են: Հետևաբար, կատալիզը կենդանի համակարգերում տարբեր է:
Ֆերմենտներ - ի՞նչ է դա:
Ապացուցված է, որ եթե նշված պրոցեսներն արագացնող հատուկ նյութերի ազդեցությունը չկատարվեր կենդանի համակարգերի ներսում, ապա ստամոքսում սովորական խնձորը կմարսվեր մոտ երկու օր։ Այդքան ժամանակ կսկսվեին քայքայման և քայքայման արգասիքներով թունավորման գործընթացները։ Սակայն դա տեղի չի ունենում, եւ պտուղն ամբողջությամբ մշակվում է մեկուկես ժամում։ Դա իրականացվում է կենսաբանական կատալիզատորների միջոցով, որոնք մեծ քանակությամբ առկա են յուրաքանչյուր օրգանիզմի բաղադրության մեջ։ Բայց որո՞նք են դրանք և ո՞րն է նման գործողության հիմքը։
Սպիտակուցային բնույթի կենսաբանական կատալիզատորները ֆերմենտներ են: Նրանց հիմքը համալիր կառուցվածքային կազմակերպությունն է՝ մի շարք կոնկրետ հատկություններով: Պարզ ասած՝ սրանք եզակի սպիտակուցներ են, որոնք կարող են նվազեցնել կենդանի օրգանիզմների պրոցեսների ակտիվացման էներգիան և իրականացնել դրանք սովորական արժեքները մի քանի միլիոն անգամ գերազանցող արագությամբ։
Այսպիսի մոլեկուլների բազմաթիվ օրինակներ կան.
- կատալազ;
- ամիլազ;
- օքսիրեդուկտազ;
- գլյուկոզա օքսիդազ;
- լիպազ;
- invertase;
- լիզոզիմ;
- պրոթեզերոն և այլք։
Այսպիսով, մենք կարող ենք եզրակացնել. ֆերմենտները սպիտակուցային բնույթի կենսաբանական կատալիզատորներ են, որոնք գործում են որպես ուժեղ արագացուցիչներ՝ թույլ տալով կենդանի օրգանիզմներում հազարավոր գործընթացներ իրականացնել շատ բարձր արագությամբ։ Մարսողությունը, օքսիդացումը, վերականգնումը հիմնված են դրանց գործողության վրա։
Անօրգանական և սպիտակուցային կատալիզատորների նմանությունները
Ֆերմենտները որպես կենսաբանական կատալիզատորներ ունեն մի շարք հատկություններ, որոնք նման են անօրգանականներին: Դրանք ներառում են հետևյալը՝
- Արագացրեք միայն թերմոդինամիկորեն հնարավոր ռեակցիաները:
- Մի ազդեք հավասարակշռության համակարգերում քիմիական հավասարակշռության փոփոխության վրա, այլ հավասարապես արագացրեք և՛ առաջ, և՛ հակադարձ գործընթացները:
- Արդյունքում ռեակցիայի ոլորտում մնում են միայն արտադրանքները, որոնց մեջ կատալիզատորը չկա։
Սակայն, բացի նմանություններից, կան նաև ֆերմենտների տարբերակիչ հատկանիշներ։
Տարբերություններ ըստ բնության
Կենսաբանական կատալիզատորներն ունեն մի քանի առանձնահատկություններ.
- Ընտրողականության բարձր աստիճան. Այսինքն՝ մեկ սպիտակուցն ի վիճակի է ակտիվացնել միայն որոշակի ռեակցիա կամ նմանատիպ մի խումբ։ Ամենից հաճախ գործում է «ֆերմենտ - մեկ գործընթացի սուբստրատ» սխեման։
- Ակտիվության չափազանց բարձր աստիճան, քանի որ սպիտակուցների որոշ տեսակներ կարող են միլիոնավոր անգամներ արագացնել ռեակցիաները:
- Ֆերմենտները մեծապես կախված ենշրջակա միջավայրի պայմաններից։ Նրանք ակտիվ են միայն որոշակի ջերմաստիճանի միջակայքում: Խիստ ազդում է նաև միջավայրի pH-ն։ Կա կոր, որը ցույց է տալիս նվազագույն, առավելագույն և օպտիմալ արժեքները յուրաքանչյուր ֆերմենտի համար:
- Կան հատուկ միացություններ, որոնք կոչվում են էֆեկտորներ, որոնք կարող են արգելակել կենսաբանական կատալիզատորների բնույթը կամ, ընդհակառակը, դրական ազդեցություն ունենալ դրանց վրա:
- Սուբստրատը, որի վրա գործում է ֆերմենտը, պետք է լինի խիստ սպեցիֆիկ: Կա մի տեսություն, որը կոչվում է բանալին և կողպեքը: Այն նկարագրում է սուբստրատի վրա ֆերմենտի գործողության մեխանիզմը: Կատալիզատորը, բանալիի նման, իր ակտիվ տեղանքով ներկառուցված է ենթաշերտի մեջ, և ռեակցիան սկսվում է։
- Գործընթացից հետո ֆերմենտը մասամբ կամ ամբողջությամբ քայքայվում է։
Այսպիսով, ակնհայտ է, որ սպիտակուցային կատալիզատորների նշանակությունը չափազանց մեծ է կենդանի օրգանիզմների համար։ Այնուամենայնիվ, նրանց գործողությունները ենթակա են որոշակի կանոնների և սահմանափակված են շրջակա միջավայրի պայմաններով:
Ուսումնասիրում ենք կատալիզը դպրոցում
Դպրոցական ուսումնական ծրագրի շրջանակներում կատալիզատորներն ուսումնասիրվում են ինչպես քիմիայի, այնպես էլ կենսաբանության մեջ: Քիմիայի դասերին դրանք ուսումնասիրվում են այն նյութերի տեսանկյունից, որոնք հնարավորություն են տալիս իրականացնել արդյունաբերական սինթեզներ և ստանալ մեծ քանակությամբ տարատեսակ ապրանքներ։ Կենսաբանության դասերին հաշվի են առնվում կենսաբանական կատալիզատորները: 9-րդ դասարանը ներառում է մոլեկուլային կենսաբանության և կենսաքիմիայի հիմունքների ուսումնասիրություն: Հետևաբար, կրթության այս փուլում է, որ ուսանողները ստանում են հիմնական գիտելիքներ ֆերմենտների՝ որպես ակտիվ նյութերի մասինկենդանի էակների օրգանիզմներ.
Դասերին անցկացվում են փորձեր, որոնք հաստատում են այս նյութերի քիմիական ակտիվությունը որոշակի ջերմաստիճանային միջակայքերում և միջավայրի pH-ում:
- հում և խաշած գազարի վրա ջրածնի պերօքսիդի՝ որպես կատալիզատորի ազդեցության ուսումնասիրություն;
- ազդեցություն մսի (եփած և հումքի), կարտոֆիլի և այլ ապրանքների վրա։
Ֆերմենտները մարդու մարմնում
Յուրաքանչյուր դպրոցական, ով բավականաչափ կրթված է և հատել է միջնակարգ կրթության սահմանը, գիտի, թե ինչ են կոչվում կենսաբանական կատալիզատորներ: Մարմնի ֆերմենտներն ունեն խիստ հատուկ մասնագիտացում։ Հետևաբար, յուրաքանչյուր գործընթացի համար կարող եք անվանել ձեր կատալիտիկ նյութը:
Այսպիսով, օրգանիզմի բոլոր ֆերմենտները կարելի է բաժանել մի քանի խմբի՝
- օքսիդոռեդուկտազներ, ինչպիսիք են կատալազը կամ ալկոհոլային դեհիդրոգենազը;
- տրանսֆերազներ - կենազ;
- հիդրոլազներ, որոնք կարևոր են մարսողության համար՝ պեպսին, ամիլազ, լիպոպրոտեին լիպազ, էսթերազ և այլն;
- լիգազներ, օրինակ՝ ԴՆԹ պոլիմերազ;
- իզոմերազ;
- lyases.
Քանի որ այս բոլոր միացությունները սպիտակուցային բնույթ են կրում, ինչպես նաև բաղադրության մեջ պարունակում են վիտամինների համալիր, մարմնի ջերմաստիճանի բարձրացումը հղի է կառուցվածքի դենատուրացիայով, հետևաբար՝ բոլոր կենսաքիմիական ռեակցիաների դադարեցմամբ։ Այս դեպքում օրգանիզմը մոտ է մահվան։ Հետևաբար, հիվանդության ժամանակ մարմնի բարձր ջերմաստիճանը պետք է իջեցվի։
Սպիտակուցային կատալիզատորների օգտագործումը արդյունաբերության մեջ
Հաճախ ֆերմենտները օգտագործվում են տարբեր ոլորտներումարդյունաբերություն:
- քիմիական;
- տեքստիլ;
- սնունդ.
Խանութների դարակներում կարող եք տեսնել մաքրող միջոցներ և ֆերմենտներ պարունակող լվացքի փոշիներ՝ սրանք ֆերմենտներ են, որոնք բարելավում են հագուստի լվացման որակը։
Ինչի՞ համար են կենսաբանական կատալիզատորները:
Դժվար է գերագնահատել դրանց նշանակությունը։ Ի վերջո, նրանք ոչ միայն թույլ են տալիս կենդանի օրգանիզմներին ապրել, շնչել, ուտել, իրականացնել նյութափոխանակության գործընթացներ, այլև մեզ հնարավորություն են տալիս ոչնչացնել արդյունաբերական թափոնները, ձեռք բերել դեղամիջոցներ, պաշտպանել և պաշտպանել մեր առողջությունն ու շրջակա միջավայրը։
