يسمى جسم الإنسان بمصنع كيماويات حيوية لسبب ما. بعد كل شيء ، في كل دقيقة تحدث آلاف وعشرات ومئات الآلاف من عمليات الأكسدة والانقسام والاختزال وغيرها من التفاعلات. ما الذي يسمح لهم بالتدفق بهذه السرعة الهائلة ، مما يمد كل خلية بالطاقة والتغذية والأكسجين؟
مفهوم المحفزات
في الكيمياء العضوية وغير العضوية ، تستخدم المواد الخاصة على نطاق واسع والتي يمكن أن تسرع التفاعلات الكيميائية بعدة آلاف ، وأحيانًا ملايين المرات. اسم هذه المركبات هو "محفزات". في الكيمياء غير العضوية ، هذه هي أكاسيد المعادن والبلاتين والفضة والنيكل وغيرها.
عملهم الرئيسي هو تكوين مجمعات مؤقتة مع المشاركين في التفاعل ، عن طريق خفض طاقة التنشيط ، ويتم تنفيذ العملية عدة مرات بشكل أسرع. بعد ذلك ، يتحلل المركب ، ويمكن إزالة المحفز من الكرة بنفس التركيب الكمي والنوعي كما كان قبل بدء العملية.
هناك نوعان من التفاعلات التحفيزية:
- متجانس - المسرع والمشاركين في واحدالحالة الإجمالية ؛
- غير متجانسة - المسرع والمشاركين في حالات مختلفة ، هناك حد طور.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك مركبات معاكسة في العمل - مثبطات. إنها تهدف إلى إبطاء ردود الفعل الضرورية. لذلك ، على سبيل المثال ، تسمح لك بتقليل مقدار الوقت لتشكيل التآكل.
تختلف المحفزات البيولوجية بطبيعتها عن غير العضوية ، وخصائصها محددة إلى حد ما. لذلك ، يختلف الحفز الكيميائي في الأنظمة الحية.
إنزيمات - ما هي؟
لقد ثبت أنه إذا لم يتم تنفيذ عمل مواد خاصة تسريع العمليات المشار إليها داخل الأنظمة الحية ، فسيتم هضم تفاحة عادية في المعدة لمدة يومين تقريبًا. لمثل هذا الوقت ، ستبدأ عمليات التحلل والتسمم بمنتجات الاضمحلال. ومع ذلك ، هذا لا يحدث ، ويتم معالجة الثمار بالكامل في غضون ساعة ونصف. يتم تنفيذ ذلك بواسطة محفزات بيولوجية ، والتي توجد بكميات كبيرة في تكوين كل كائن حي. لكن ما هم وما أساس مثل هذا العمل؟
المحفزات البيولوجية لطبيعة البروتين هي الإنزيمات. أساسها هو تنظيم هيكلي معقد مع عدد من الخصائص المحددة. ببساطة ، هذه بروتينات فريدة يمكنها تقليل طاقة تنشيط العمليات في الكائنات الحية وتنفيذها بسرعة تتجاوز القيم المعتادة بعدة ملايين من المرات.
هناك العديد من الأمثلة على هذه الجزيئات:
- الكاتلاز ؛
- الأميليز ؛
- أوكسيدوكتاز ؛
- أوكسيديز الجلوكوز ؛
- ليباز ؛
- إنفرتيز ؛
- الليزوزيم ؛
- الأنزيم البروتيني وغيرها.
وهكذا ، يمكننا أن نستنتج: الإنزيمات هي محفزات بيولوجية لطبيعة البروتين ، والتي تعمل كمسرعات قوية ، مما يسمح بتنفيذ آلاف العمليات في الكائنات الحية بسرعة عالية جدًا. يعتمد الهضم والأكسدة والاستعادة على عملها.
أوجه التشابه بين المحفزات غير العضوية والبروتينية
الإنزيمات كمحفزات بيولوجية لها عدد من الخصائص المشابهة لتلك غير العضوية. وتشمل هذه ما يلي:
- تسريع التفاعلات الديناميكية الحرارية الممكنة فقط.
- لا تؤثر على تحول التوازن الكيميائي في أنظمة التوازن ، ولكن تسريع كل من العمليات الأمامية والعكسية بالتساوي.
- نتيجة لذلك ، تبقى المنتجات فقط في مجال التفاعل ، والمحفز ليس من بينها.
ومع ذلك ، بالإضافة إلى أوجه التشابه ، هناك أيضًا سمات مميزة للإنزيمات.
الاختلافات حسب الطبيعة
للمحفزات البيولوجية العديد من الميزات المحددة:
- درجة عالية من الانتقائية. أي أن بروتينًا واحدًا قادر على تنشيط تفاعل معين فقط أو مجموعة من التفاعلات المماثلة. في أغلب الأحيان ، يعمل مخطط "الإنزيم - الركيزة لعملية واحدة".
- درجة عالية جدًا من النشاط ، لأن بعض أنواع البروتينات يمكنها تسريع التفاعلات بملايين المرات.
- تعتمد الإنزيمات بشكل كبير علىمن الظروف البيئية. هم نشطون فقط في نطاق درجة حرارة معينة. يؤثر الأس الهيدروجيني للوسيط بشدة أيضًا. يوجد منحنى يوضح القيم الدنيا والقصوى والمثلى لكل إنزيم.
- هناك مركبات خاصة تسمى المؤثرات التي يمكن أن تثبط طبيعة المحفزات البيولوجية أو ، على العكس من ذلك ، يكون لها تأثير إيجابي عليها.
- يجب أن تكون الركيزة التي يعمل عليها الإنزيم محددة بدقة. هناك نظرية تسمى المفتاح والقفل. يصف آلية عمل الإنزيم على الركيزة. المحفز ، مثل المفتاح ، مضمن في الركيزة مع موقعه النشط ، ويبدأ التفاعل.
- بعد العملية ، يتم تدمير الإنزيم جزئيًا أو كليًا.
وبالتالي ، من الواضح أن أهمية محفزات البروتين عالية للغاية بالنسبة للكائنات الحية. ومع ذلك ، فإن عملهم يخضع لقواعد معينة ومحدودة بالظروف البيئية.
دراسة التحفيز في المدرسة
كجزء من المناهج الدراسية ، تتم دراسة المحفزات في كل من الكيمياء وعلم الأحياء. في دروس الكيمياء ، يتم دراستها من وجهة نظر المواد التي تجعل من الممكن تنفيذ التوليفات الصناعية والحصول على عدد كبير من المنتجات المختلفة. في دروس علم الأحياء ، يتم أخذ المحفزات البيولوجية في الاعتبار. يتضمن الصف التاسع دراسة علم الأحياء الجزيئي وأساسيات الكيمياء الحيوية. لذلك ، في هذه المرحلة من التعليم ، يتلقى الطلاب المعرفة الأساسية حول الإنزيمات كمواد فعالة فيالكائنات الحية من الكائنات الحية.
يتم إجراء التجارب في الدروس ، لتأكيد النشاط الكيميائي لهذه المواد في نطاقات درجة حرارة معينة ودرجة حموضة البيئة:
- دراسة تأثير بيروكسيد الهيدروجين كعامل مساعد على الجزر النيء والمسلوق ؛
- التأثير على اللحوم (المطبوخة والنيئة) والبطاطا وغيرها من المنتجات.
الانزيمات في جسم الانسان
كل تلميذ متعلم بما فيه الكفاية وتجاوز خط التعليم الثانوي يعرف ما يسمى بالمحفزات البيولوجية. الإنزيمات في الجسم لها تخصص محدد بدقة. لذلك ، لكل عملية ، يمكنك تسمية المادة الحفازة الخاصة بك.
إذن كل إنزيمات الجسم يمكن تقسيمها إلى عدة مجموعات:
- oxidoreductases مثل الكاتلاز أو الكحول نازعة الهيدروجين ؛
- ترانسالات - كيناس ؛
- hydrolases مهم للهضم: البيبسين ، الأميليز ، ليباز البروتين الدهني ، الإستريز وغيرها ؛
- ligases ، على سبيل المثال بوليميريز DNA ؛
- أيزوميراز ؛
- لييات.
نظرًا لأن كل هذه المركبات ذات طبيعة بروتينية ، فضلاً عن كونها مركبًا من الفيتامينات في التركيبة ، فإن زيادة درجة حرارة الجسم محفوفة بتمسخ البنية ، وبالتالي توقف جميع التفاعلات الكيميائية الحيوية. في هذه الحالة ، يكون الكائن الحي على وشك الموت. لذلك ، من الضروري خفض درجة حرارة الجسم أثناء المرض.
استخدام محفزات البروتين في الصناعة
في كثير من الأحيان تستخدم الإنزيمات في صناعات مختلفةالصناعة:
- مادة كيميائية ؛
- نسيج ؛
- طعام.
على أرفف المتاجر ، يمكنك رؤية منتجات التنظيف ومساحيق الغسيل التي تحتوي على إنزيمات - وهي إنزيمات تعمل على تحسين جودة غسيل الملابس.
ما هي المحفزات البيولوجية؟
من الصعب المبالغة في تقدير أهميتها. بعد كل شيء ، فهي لا تسمح فقط للكائنات الحية بالعيش والتنفس والأكل وتنفيذ عمليات التمثيل الغذائي ، ولكنها تتيح لنا أيضًا فرصة تدمير النفايات الصناعية والحصول على الأدوية وحماية صحتنا والبيئة وحمايتها.
