kataliza

kataliza odgovara smanjenju energije aktivacije potrebne za kemijske i biološke reakcije. Katalitičko smanjenje potrebne količine energije omogućuje katalizator koji odgovara biološkom enzimu. Kod enzimskih bolesti katalitička svojstva enzima mogu se smanjiti ili čak ukinuti.

Što je kataliza?

Enzimi imaju posebne zadatke u ljudskom tijelu. Ma koliko različite funkcije enzima mogle biti, u osnovi svi imaju isti zadatak i imaju slična svojstva da ispune taj zadatak. Glavni zadatak svih enzima je katalizacija. Stoga, biokemija kaže da imaju katalitička svojstva.

Doslovno prevedeno, kataliza znači "otapanje". Fokus katalize je energija aktivacije. Kao takva, kemija opisuje količinu energije koja je apsolutno potrebna u reakcijskom sustavu za kemijsku reakciju oba reakcijska partnera. Katalizatori se koriste za smanjivanje aktivacijske energije i na taj način omogućuju obojici reaktanata da reagiraju u reakcijskom sustavu čak i pri niskim energijama. U sustavima biološke reakcije enzimi s katalitičkim svojstvima smanjuju aktivacijsku energiju određene kemijske reakcije i u skladu s tim djeluju kao kemijski katalizatori.

U kontekstu katalize, s jedne strane, povećava se vjerojatnost uspješnog reakcijskog procesa, a s druge strane, brzina reakcije se ponekad povećava. Do promjene kemijske ravnoteže ne dolazi u kontekstu katalize.

Kemija razlikuje homogenu katalizu od heterogene katalize. Biokataliza ne odgovara ni jednom ni drugom obliku. To je neovisan oblik katalize.

Funkcija i zadatak

Biokataliza odgovara kontroli, provedbi ili ubrzanju kemijskih reakcija u biološkom okruženju. Enzimi u ovom procesu djeluju kao biološki katalizatori. Svaki se enzim uglavnom sastoji od proteina, od kojih su neki povezani s ko-faktorom. Gotovo sve biokemijske reakcije u živim organizmima imaju enzimatski katalizator.

Biokataliza se provodi u biotehnologiji koristeći izolirane ili žive enzime. Primjer biokatalize može se naći u pivnicama, gdje se biokatalitički procesi provode pomoću bakterija, gljivica ili kvasca. Farmaceutska industrija koristi biokatalizu za postizanje inače neizvedivih reakcija.

U ljudskom tijelu neprestano se odvija kataliza u kojoj enzimi ubrzavaju određene reakcije. Enzimi su primjerice važni za metabolizam organizama i u velikoj mjeri kontroliraju biokemijske reakcije u metaboličkim procesima. Na primjer, oni kontroliraju probavu, ali su također uključeni u transkripciju i replikaciju DNK u obliku polimeraza.

Većina svih biokemijskih reakcija odvijala bi se u živom organizmu bez enzima zanemarivo brzom brzinom. Enzimi ubrzavaju postizanje kemijske ravnoteže bez promjene bilo kakvog stanja u ravnoteži.

Enzim ima katalitičku aktivnost jer može sniziti aktivacijsku energiju u kemijskim reakcijama. Ta energija odgovara količini energije koja se mora primijeniti unaprijed kako bi se započela reakcija. Tijekom reakcije supstrat se mijenja u energetski nepovoljna prijelazna stanja. Energija za aktiviranje prisiljava supstrat u njegovo prijelazno stanje. Katalitički učinak enzima intervenira u ovom trenutku reakcije stabiliziranjem prijelaznog stanja supstrata putem nekovalentnih interakcija. Na taj način je za pretvaranje supstrata u prijelazno stanje potrebno znatno manje energije. Zbog toga se supstrat brže pretvara u konačni produkt reakcije. S tim katalitičkim funkcijama, enzimi se smatraju elementima za izravnavanje puta za svaki proizvod biokemijske reakcije.

Bolesti i bolesti

Ako enzimi mutiraju ili više ne izvršavaju svoju katalitičku ulogu iz drugih razloga, postoje velike zdravstvene posljedice. Skupina metaboličkih bolesti uključuje različite poremećaje iz područja intermedijarnog radnog metabolizma. Takvi poremećaji su ili prirođeni ili stečeni.

Metaboličke bolesti uvelike se razlikuju po svom opsegu i širenju. I klinički se manifestiraju vrlo heterogeno. Srodni poremećaj je, na primjer, raširena bolest dijabetes melitus. Međutim, mnogo rjeđe nasljedne bolesti sa smrtonosnim tijekom također spadaju u ovu skupinu bolesti. Osteopenija i rezultirajuća osteoporoza mogu se pratiti i do metaboličkih bolesti.

Većina kongenitalnih bolesti iz nadređene skupine metaboličkih bolesti odgovara genetskim oštećenjima različitih enzima. Na primjer, ovisno o dotičnom enzimu, njegovoj katalitičkoj funkciji i proizvodu reakcije, enzimski oštećenja ili nedostatak enzima mogu na primjer uzrokovati kvar organa.

Gaucherova bolest je relativno rijetka i naslijeđena metabolička bolest. U kontekstu ove bolesti, pogođeni enzim je glukocerebrosidaza ili glukocerebrosidaza. Ovaj enzim razgrađuje stare sastojke stanične membrane u zdravom organizmu. Gaucherova bolest ima nedostatak ovog važnog enzima. Ako enzim ne pokazuje dovoljnu aktivnost, dolazi do taloženja komponenata membrane unutar lizosoma. Dosad je dokumentirano više od 200 mutacija enzima u kontekstu Gaucherove bolesti. Stupanj rezidualne enzimske aktivnosti ovisi o mutaciji kodirajućeg gena u pojedinačnom slučaju. Na primjer, bolest može uzrokovati da enzim potpuno ne uspije. Međutim, moguće je i funkcionalno slabo smanjenje enzimske aktivnosti. Većina bolesnika s bolešću pokazuje manifestacije i unutarnjih organa i živčanog sustava.