katalízis

A katalízis megfelel a kémiai és biológiai reakciókhoz szükséges aktivációs energia csökkentésének. A szükséges energia mennyiségének katalitikus csökkentését olyan katalizátor teszi lehetővé, amely a biológiában egy enzimnek felel meg. Enzimatikus betegségek esetén az enzimek katalitikus tulajdonságai csökkenthetők, vagy akár megszüntethetők.

Mi a katalízis?

Az enzimeknek speciális feladatok vannak az emberi testben. Bármennyire is különböznek az egyes enzimek funkciói, alapvetően mindegyikük ugyanazt a feladatot látja el, és hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek ezen feladat végrehajtásához. Az összes enzim fő feladata a katalízis. Ezért a biokémia szerint katalitikus tulajdonságokkal rendelkeznek.

A szó szoros értelmében a katalízis "feloldódást" jelent. A katalízis középpontjában az aktiválási energia áll. Mint ilyen, a kémia azt az energiamennyiséget írja le, amely feltétlenül szükséges a reakciórendszerben mindkét reakciópartner kémiai reakciójához. A katalizátorokat az aktiválási energia csökkentésére használják, és így lehetővé teszik mindkét reagens reakcióját a reakciórendszerben, még alacsony energiák esetén is. A biológiai reakciórendszerekben a katalitikus tulajdonságokkal rendelkező enzimek csökkentik egy adott kémiai reakció aktiválási energiáját, és ennek megfelelően kémiai katalizátorként működnek.

A katalízis összefüggésében egyrészt nő a sikeres reakciófolyamat valószínűsége, másrészt a reakció sebessége néha növekszik. A kémiai egyensúly eltolódása a katalízis során nem történik meg.

A kémia megkülönbözteti a homogén katalízist a heterogén katalízistől. A biokatalizáció nem felel meg sem az egyiknek, sem a másiknak. Ez a katalízis független formája.

Funkció és feladat

A biokatalizáció megfelel a kémiai reakciók ellenőrzésének, végrehajtásának vagy felgyorsításának egy biológiai környezetben. Az enzimek biológiai katalizátorként működnek ebben a folyamatban. Mindegyik enzim nagyrészt fehérjékből áll, amelyek közül néhány társul együtt. Az élő organizmusokban szinte minden biokémiai reakciónak van enzimatikus katalizátora.

A biokatalizációt a biotechnológiában izolált vagy élő enzimek felhasználásával hajtják végre. A biokatalizáció példája megtalálható a sörgyárakban, ahol a biokatalitikus folyamatokat baktériumok, gombák vagy élesztő alkalmazásával valósítják meg. A gyógyszeripar biokatalízist alkalmaz az egyébként kivitelezhetetlen reakciók elérésére.

Az emberi testben folyamatosan zajlik a katalízis, amelyben az enzimek bizonyos reakciókat felgyorsítanak. Az enzimek relevánsak például az organizmusok anyagcseréjében, és nagymértékben szabályozzák a biokémiai reakciókat az anyagcserében. Például ellenőrzik az emésztést, de részt vesznek a DNS transzkripciójában és replikációjában polimerázok formájában is.

Az összes biokémiai reakció nagy része egy élő szervezetben, enzimek nélkül, elhanyagolhatóan lassan fordul elő. Az enzimek felgyorsítják a kémiai egyensúly elérését anélkül, hogy az egyensúlyban bármit megváltoztatnának.

Egy enzim katalitikus aktivitással rendelkezik, mivel csökkenti az aktivációs energiát a kémiai reakciók során. Ez az energia megfelel annak az energia mennyiségnek, amelyet előre fel kell használni a reakció megindításához. A reakció során a szubsztrát energiával szemben kedvezőtlen átmeneti állapotokra változik. Az aktivációs energia kényszeríti a hordozót átmeneti állapotába. Az enzimek katalitikus hatása ezen a ponton beavatkozik a szubsztrátum átmeneti állapotának nem-kovalens kölcsönhatásokkal történő stabilizálásával. Ily módon lényegesen kevesebb energia szükséges a szubsztrátum átalakulási állapotba történő átalakításához. Emiatt a szubsztrát gyorsabban átalakul a reakció végtermékévé. Ezekkel a katalitikus funkciókkal az enzimeket minden biokémiai reakciótermék út-kiegyenlítő elemének tekintik.

Betegségek és betegségek

Ha az enzimek mutálják, vagy más okokból már nem teljesítik megfelelő módon a katalitikus szerepüket, akkor súlyos egészségügyi következményekkel járnak. A metabolikus betegségek betegségcsoportja magában foglalja a rendellenességeket a közbenső működési anyagcsere területén. Az ilyen rendellenességek vagy veleszületett vagy szerzett.

Az anyagcsere-betegségek nagysága és terjedése terén nagyban különbözik. Klinikailag is nagyon heterogén módon manifesztálódnak. Egy kapcsolódó rendellenesség például a cukorbetegség széles körben elterjedt betegsége. Ugyanakkor sokkal ritkább, halálos kimenetelű örökletes betegségek is ebbe a betegségcsoportba tartoznak. Az osteopenia és az ebből eredő osteoporosis anyagcsere-betegségekre vezethető vissza.

A metabolikus betegségek szuperordinális csoportjából származó veleszületett betegségek többsége különböző enzimek genetikai hibáinak felel meg. Az érintett enzimtől, annak katalitikus funkciójától és reakciótermékeitől, enzimes hibáit vagy enzimhiányától függően például a szervek meghibásodhatnak.

Gaucher-kór viszonylag ritka és örökletes anyagcsere-betegség. E betegség kapcsán az érintett enzim a glükocerebrosidáz vagy a glükocerebrosidáz. Ez az enzim lebontja a sejtmembrán öreg komponenseit egy egészséges szervezetben. Gaucher-kór hiányos ebben a fontos enzimben. Ha az enzim nem mutat elegendõ aktivitást, akkor a membránkomponensek lerakódása a lizoszómákon belül történik. Az enzim több mint 200 mutációját eddig dokumentálták Gaucher-betegség kapcsán. A maradék enzimatikus aktivitás mértéke az egyes esetekben a kódoló gén mutációjától függ. A betegség például az enzim teljes kudarcát okozhatja. Az enzimatikus aktivitás funkcionálisan gyenge csökkentése szintén elképzelhető. A betegségben szenvedő betegek többségében mind a belső szervek, mind az idegrendszer megnyilvánulása van.