Le corps humain est appelé une usine biochimique pour une raison. Après tout, chaque minute, des milliers, des dizaines et des centaines de milliers de processus d'oxydation, de division, de réduction et d'autres réactions s'y déroulent. Qu'est-ce qui leur permet de circuler à une vitesse aussi incroyable, fournissant à chaque cellule de l'énergie, de la nutrition et de l'oxygène ?
Le concept de catalyseurs
En chimie inorganique et organique, des substances spéciales sont largement utilisées qui peuvent accélérer les réactions chimiques de plusieurs milliers, voire des millions de fois. Le nom de ces composés est "catalyseurs". En chimie inorganique, ce sont les oxydes métalliques, le platine, l'argent, le nickel et autres.
Leur action principale est la formation de complexes temporaires avec les participants à la réaction, en abaissant l'énergie d'activation, le processus se déroule plusieurs fois plus rapidement. Après cela, le complexe se décompose et le catalyseur peut être retiré de la sphère dans la même composition quantitative et qualitative qu'avant le début du processus.
Il existe deux types de réactions catalytiques:
- homogène - accélérateur et participants en unétat agrégé;
- hétérogène - accélérateur et participants dans différents états, il y a une limite de phase.
De plus, il existe des composés dont l'action est opposée - les inhibiteurs. Ils visent à ralentir les réactions nécessaires. Ainsi, par exemple, ils vous permettent de réduire le temps nécessaire à la formation de corrosion.
Les catalyseurs biologiques sont intrinsèquement différents des catalyseurs inorganiques, et leurs propriétés sont quelque peu spécifiques. Par conséquent, la catalyse est différente dans les systèmes vivants.
Enzymes - qu'est-ce que c'est ?
Il a été prouvé que si l'action de substances spéciales accélérant les processus indiqués n'était pas réalisée à l'intérieur des systèmes vivants, une pomme ordinaire dans l'estomac serait digérée pendant environ deux jours. Pendant un tel laps de temps, les processus de décomposition et d'intoxication par les produits de désintégration commenceraient. Cependant, cela ne se produit pas et le fruit est complètement traité en une heure et demie. Ceci est réalisé par des catalyseurs biologiques, qui sont présents en grande quantité dans la composition de chaque organisme. Mais quels sont-ils et quelle est la base d'une telle action ?
Les catalyseurs biologiques de nature protéique sont des enzymes. Leur base est une organisation structurelle complexe avec un certain nombre de propriétés spécifiques. En termes simples, ce sont des protéines uniques qui peuvent réduire l'énergie d'activation des processus dans les organismes vivants et les exécuter à une vitesse qui dépasse les valeurs habituelles de plusieurs millions de fois.
Il existe de nombreux exemples de telles molécules:
- catalase;
- amylase;
- oxiréductase;
- glucose oxydase;
- lipase;
- invertase;
- lysozyme;
- protéase et autres.
Ainsi, nous pouvons conclure: les enzymes sont des catalyseurs biologiques de nature protéique, qui agissent comme de puissants accélérateurs, permettant d'effectuer à très grande vitesse des milliers de processus dans les organismes vivants. Digestion, oxydation, restauration reposent sur leur action.
Similitudes des catalyseurs inorganiques et protéiques
Les enzymes en tant que catalyseurs biologiques ont un certain nombre de propriétés similaires à celles inorganiques. Ceux-ci incluent les éléments suivants:
- Accélérer uniquement les réactions thermodynamiquement possibles.
- N'affecte pas le déplacement de l'équilibre chimique dans les systèmes à l'équilibre, mais accélère également les processus direct et inverse.
- En conséquence, seuls les produits restent dans la sphère de réaction, le catalyseur n'en fait pas partie.
Cependant, en plus des similitudes, il existe également des caractéristiques distinctives des enzymes.
Différences selon la nature
Les catalyseurs biologiques ont plusieurs spécificités:
- Haut degré de sélectivité. C'est-à-dire qu'une protéine ne peut activer qu'une certaine réaction ou un groupe de réactions similaires. Le plus souvent, le schéma "enzyme - substrat d'un processus" fonctionne.
- Degré d'activité extrêmement élevé, car certains types de protéines peuvent accélérer les réactions des millions de fois.
- Les enzymes dépendent fortement dedes conditions environnementales. Ils ne sont actifs que dans une certaine plage de température. Le pH du milieu influence également fortement. Il y a une courbe montrant les valeurs minimales, maximales et optimales pour chaque enzyme.
- Il existe des composés spéciaux appelés effecteurs qui peuvent inhiber la nature des catalyseurs biologiques ou, au contraire, avoir un effet positif sur eux.
- Le substrat sur lequel agit l'enzyme doit être strictement spécifique. Il existe une théorie appelée la clé et la serrure. Il décrit le mécanisme d'action de l'enzyme sur le substrat. Le catalyseur, comme une clé, est intégré dans le substrat avec son site actif, et la réaction commence.
- Après le processus, l'enzyme est partiellement ou complètement détruite.
Ainsi, il est évident que l'importance des catalyseurs protéiques est extrêmement élevée pour les organismes vivants. Cependant, leur action est soumise à certaines règles et est limitée par les conditions environnementales.
Étudier la catalyse à l'école
Dans le cadre du programme scolaire, les catalyseurs sont étudiés à la fois en chimie et en biologie. Dans les cours de chimie, ils sont étudiés du point de vue des substances qui permettent de réaliser des synthèses industrielles et d'obtenir un grand nombre de produits divers. Dans les cours de biologie, ce sont les catalyseurs biologiques qui sont pris en compte. La 9e année comprend l'étude de la biologie moléculaire et les bases de la biochimie. C'est donc à ce stade de l'enseignement que les élèves acquièrent les connaissances de base sur les enzymes en tant que substances actives dansorganismes d'êtres vivants.
Des expériences sont menées pendant les cours, confirmant l'activité chimique de ces substances dans certaines plages de température et de pH de l'environnement:
- étude de l'effet du peroxyde d'hydrogène comme catalyseur sur les carottes crues et bouillies;
- effet sur la viande (cuite et crue), les pommes de terre et d'autres produits.
Enzymes dans le corps humain
Chaque écolier suffisamment éduqué et qui a franchi la ligne de l'enseignement secondaire sait comment on appelle les catalyseurs biologiques. Les enzymes du corps ont une spécialisation strictement spécifique. Par conséquent, pour chaque processus, vous pouvez nommer votre substance catalytique.
Ainsi, toutes les enzymes du corps peuvent être divisées en plusieurs groupes:
- oxydoréductases comme la catalase ou l'alcool déshydrogénase;
- transferases - kenase;
- hydrolases importantes pour la digestion: pepsine, amylase, lipoprotéine lipase, estérase et autres;
- ligases, par exemple ADN polymérase;
- isomérase;
- lyases.
Étant donné que tous ces composés sont de nature protéique, ainsi qu'un complexe de vitamines dans la composition, une augmentation de la température corporelle entraîne une dénaturation de la structure et, par conséquent, l'arrêt de toutes les réactions biochimiques. Dans ce cas, l'organisme est proche de la mort. Par conséquent, une température corporelle élevée est nécessairement réduite pendant la maladie.
Utilisation de catalyseurs protéiques dans l'industrie
Les enzymes sont souvent utilisées dans différentes industriesindustrie:
- chimique;
- textile;
- nourriture.
Sur les étagères des magasins, vous pouvez voir des produits de nettoyage et des lessives en poudre contenant des enzymes - ce sont des enzymes qui améliorent la qualité du lavage des vêtements.
À quoi servent les catalyseurs biologiques ?
Il est difficile de surestimer leur importance. Après tout, ils permettent non seulement aux organismes vivants de vivre, respirer, manger, effectuer des processus métaboliques, mais nous donnent également la possibilité de détruire les déchets industriels, d'obtenir des médicaments, de protéger et de protéger notre santé et l'environnement.
