xúc tác

Các xúc tác tương ứng với việc giảm năng lượng hoạt hóa cần thiết cho các phản ứng hóa học và sinh học. Việc giảm lượng năng lượng cần thiết được thực hiện nhờ chất xúc tác tương ứng với một loại enzym trong sinh học. Trong các bệnh do enzym, đặc tính xúc tác của enzym có thể bị giảm hoặc thậm chí bị loại bỏ.

Xúc tác là gì?

Enzyme có những nhiệm vụ đặc biệt trong cơ thể con người. Có thể khác nhau về chức năng của các enzym riêng lẻ, nhưng về cơ bản chúng đều có nhiệm vụ giống nhau và có các đặc tính tương tự để hoàn thành nhiệm vụ này. Nhiệm vụ chính của tất cả các enzym là xúc tác. Do đó, hóa sinh cho biết chúng có tính chất xúc tác.

Dịch theo nghĩa đen, xúc tác có nghĩa là "hòa tan". Trọng tâm của xúc tác là năng lượng hoạt hóa. Như vậy, hóa học mô tả lượng năng lượng hoàn toàn cần thiết trong một hệ phản ứng cho phản ứng hóa học của cả hai đối tác phản ứng. Chất xúc tác được sử dụng để giảm năng lượng hoạt hóa và do đó cho phép cả hai chất phản ứng tham gia phản ứng trong hệ thống phản ứng ngay cả ở năng lượng thấp. Trong hệ thống phản ứng sinh học, các enzym có đặc tính xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa của một phản ứng hóa học nhất định và do đó có chức năng như chất xúc tác hóa học.

Trong điều kiện có xúc tác, một mặt, xác suất của quá trình phản ứng thành công tăng lên, mặt khác, tốc độ của phản ứng đôi khi tăng lên. Sự chuyển dịch cân bằng hóa học không xảy ra trong điều kiện xúc tác.

Hóa học phân biệt xúc tác đồng thể với xúc tác dị thể. Thẩm phân sinh học không tương ứng với dạng này cũng như dạng khác. Nó là một dạng xúc tác độc lập.

Chức năng & nhiệm vụ

Xúc tác sinh học tương ứng với việc kiểm soát, thực hiện hoặc tăng tốc các phản ứng hóa học trong môi trường sinh học. Enzyme đóng vai trò như chất xúc tác sinh học trong quá trình này. Mỗi enzym bao gồm phần lớn các protein, một số trong số đó được liên kết với một đồng yếu tố. Hầu hết tất cả các phản ứng sinh hóa trong cơ thể sống đều có sự xúc tác của enzym.

Thẩm tách sinh học được thực hiện trong công nghệ sinh học bằng cách sử dụng các enzym sống hoặc phân lập. Một ví dụ về xúc tác sinh học có thể được tìm thấy trong các nhà máy bia, nơi các quy trình xúc tác sinh học được thực hiện bằng cách sử dụng vi khuẩn, nấm hoặc nấm men. Ngành công nghiệp dược phẩm sử dụng xúc tác sinh học để đạt được các phản ứng không thể thực hiện được.

Trong cơ thể con người, quá trình xúc tác không ngừng diễn ra, trong đó các enzym đẩy nhanh các phản ứng nhất định. Ví dụ, các enzym có liên quan đến quá trình trao đổi chất của sinh vật và kiểm soát phần lớn các phản ứng sinh hóa trong quá trình trao đổi chất. Chẳng hạn, chúng kiểm soát quá trình tiêu hóa, nhưng cũng tham gia vào quá trình phiên mã và sao chép DNA dưới dạng polymerase.

Phần lớn tất cả các phản ứng sinh hóa sẽ xảy ra trong cơ thể sống không có enzym với tốc độ chậm không đáng kể. Enzyme đẩy nhanh việc đạt được trạng thái cân bằng hóa học mà không làm thay đổi bất cứ điều gì trong trạng thái cân bằng.

Enzyme có hoạt tính xúc tác vì nó có thể làm giảm năng lượng hoạt hóa trong các phản ứng hóa học. Năng lượng này tương ứng với lượng năng lượng phải được tác dụng trước để bắt đầu phản ứng. Trong quá trình phản ứng, chất nền chuyển sang trạng thái chuyển tiếp bất lợi về mặt năng lượng. Năng lượng hoạt hóa buộc cơ chất chuyển sang trạng thái chuyển tiếp. Tác dụng xúc tác của enzym can thiệp vào thời điểm này của phản ứng bằng cách ổn định trạng thái chuyển tiếp của cơ chất thông qua tương tác không cộng hóa trị. Bằng cách này, cần ít năng lượng hơn đáng kể để chuyển chất nền sang trạng thái chuyển tiếp. Do đó, chất nền chuyển đổi thành sản phẩm cuối cùng của phản ứng với tốc độ nhanh hơn. Với các chức năng xúc tác này, các enzym được coi là yếu tố tạo đường cho mọi sản phẩm phản ứng sinh hóa.

Bệnh tật & ốm đau

Nếu các enzym đột biến hoặc không còn thực hiện đầy đủ vai trò xúc tác của chúng vì những lý do khác, sẽ gây ra những hậu quả lớn về sức khỏe. Nhóm bệnh của các bệnh chuyển hóa bao gồm các rối loạn khác nhau từ khu vực chuyển hóa vận hành trung gian. Những rối loạn này là bẩm sinh hoặc mắc phải.

Các bệnh chuyển hóa khác nhau rất nhiều về mức độ và sự lây lan của chúng. Về mặt lâm sàng, chúng biểu hiện rất không đồng nhất. Một rối loạn liên quan, ví dụ, bệnh phổ biến là bệnh đái tháo đường. Tuy nhiên, các bệnh di truyền hiếm gặp hơn có diễn biến gây chết người cũng thuộc nhóm bệnh này. Chứng loãng xương và hậu quả là loãng xương cũng có thể bắt nguồn từ các bệnh chuyển hóa.

Hầu hết các bệnh bẩm sinh thuộc nhóm bệnh chuyển hóa cao cấp tương ứng với các khiếm khuyết di truyền trong các enzym khác nhau. Tùy thuộc vào enzym liên quan, chức năng xúc tác và sản phẩm phản ứng của nó, ví dụ, các khiếm khuyết enzym hoặc thiếu hụt enzym có thể gây ra hỏng các cơ quan.

Bệnh Gaucher là một bệnh chuyển hóa tương đối hiếm và di truyền. Trong bối cảnh của bệnh này, enzym bị ảnh hưởng là glucocerebrosidase hoặc glucocerebrosidase. Enzyme này phá vỡ các thành phần lâu đời của màng tế bào ở một cơ thể khỏe mạnh. Bệnh Gaucher do thiếu enzym quan trọng này. Nếu enzyme không thể hiện đủ hoạt động, nó sẽ dẫn đến sự lắng đọng của các thành phần màng trong lysosome. Cho đến nay, hơn 200 đột biến của enzym đã được ghi nhận trong bối cảnh của bệnh Gaucher. Mức độ hoạt động còn lại của enzym phụ thuộc vào đột biến của gen mã hóa trong từng trường hợp. Ví dụ, căn bệnh này có thể làm cho enzym bị hỏng hoàn toàn. Tuy nhiên, cũng có thể hình dung được sự giảm hoạt tính enzym yếu về mặt chức năng. Hầu hết bệnh nhân mắc bệnh đều có biểu hiện ở cả cơ quan nội tạng và hệ thần kinh.