Kataliza ustreza znižanju aktivacijske energije, potrebne za kemijske in biološke reakcije. Katalitično znižanje potrebne količine energije omogoča katalizator, ki v biologiji ustreza encimu. Pri encimskih boleznih katalitske lastnosti encimi lahko zmanjša ali celo odpravi.
Kaj je kataliza?
Katalitično zmanjšanje količine potrebne energije omogoča katalizator, ki v biologiji ustreza encimu. Slika prikazuje trak model a lipaza. Encimi imajo posebne vloge v človeškem telesu. Tako drugačna kot funkcija posameznika encimi morda se zdi, da imajo vsi v bistvu enako nalogo in prinašajo podobne lastnosti za izpolnitev te naloge. Glavna naloga vseh encimov je kataliza. Zato jim biokemija pripisuje katalitske lastnosti. V dobesednem prevodu kataliza pomeni "raztapljanje". Pri srce kataliza je aktivacijska energija. Kot taka se kemija nanaša na količino energije, ki je v reakcijskem sistemu nujno potrebna za kemijsko reakcijo obeh reakcijskih partnerjev. Katalizatorji se uporabljajo za zmanjšanje aktivacijske energije in tako omogočijo reakciji obeh reakcijskih partnerjev v reakcijskem sistemu tudi pri nizkih energijah. V bioloških reakcijskih sistemih encimi s katalitskimi lastnostmi tako znižujejo aktivacijsko energijo določene kemične reakcije in temu primerno delujejo kot kemični katalizatorji. V okviru katalize se po eni strani poveča verjetnost uspešnega reakcijskega procesa, po drugi strani pa se včasih poveča tudi hitrost reakcije. V času katalize se kemijsko ravnovesje ne spremeni. Kemija razlikuje homogeno katalizo od heterogene. Biokataliza ne ustreza ne eni ne drugi obliki. Je samostojna oblika katalize.
Funkcija in naloga
Biokataliza ustreza usmerjanju, pretvorbi ali pospeševanju kemijskih reakcij v biološkem okolju. Encimi v tem procesu delujejo kot biološki katalizatorji. Vsak encim je večinoma sestavljen iz beljakovin, od katerih so nekateri povezani s kofaktorjem. Skoraj vse biokemične reakcije v živih organizmih imajo encimski katalizator. Biokataliza se v biotehnologiji izvaja z izoliranimi ali živimi encimi. Primer biokatalize lahko najdemo v pivovarnah, kjer se z uporabo izvajajo biokatalitski procesi bakterije, glive ali kvasovke. Farmacevtska industrija uporablja biokatalizo za uresničitev sicer neizvedljivih reakcij. V človeškem telesu nenehno potekajo katalizatorji, v katerih encimi pospešujejo določene reakcije. Encimi so na primer pomembni za presnovo organizmov in v veliki meri nadzorujejo biokemične reakcije v presnovnih procesih. Na primer nadzorujejo prebavo, sodelujejo pa tudi pri prepisovanju in razmnoževanju DNK v obliki polimeraz. Večina vseh biokemičnih reakcij bi se v živih organizmih brez encimov zgodila zanemarljivo počasi. Encimi pospešujejo doseganje kemijskega ravnovesja, ne da bi kar koli spremenili v ravnovesju. Encim ima katalitično aktivnost, saj lahko v kemijskih reakcijah zmanjša aktivacijsko energijo. Ta energija ustreza količini energije, ki jo je treba uporabiti vnaprej, da sproži reakcijo. Med reakcijo se substrat spremeni v energetsko neugodna prehodna stanja. Aktivacijska energija sili substrat v njegovo prehodno stanje. Na tej točki reakcije poseže katalitično delovanje encimov s stabilizacijo prehodnega stanja substrata preko nekovalentnega interakcije. Na ta način je za pretvorbo podlage v prehodno stanje potrebno bistveno manj energije. Iz tega razloga se substrat pretvori v končni produkt reakcije z večjo hitrostjo. S temi katalitičnimi funkcijami veljajo, da so encimi dajalni elementi za kateri koli produkt biokemične reakcije.
Bolezni in motnje
Ko encimi mutirajo ali zaradi drugih razlogov ne izvajajo ustrezno katalitične vloge, obsežno zdravje posledice. Skupina bolezni presnovnih bolezni vključuje različne motnje s področja vmesne presnove. Takšne motnje so prirojene ali pridobljene. Presnovne bolezni se po obsegu in razširjenosti zelo razlikujejo. Klinično se kažejo tudi na zelo heterogen način. Ena takih motenj je razširjena pogosta bolezen sladkorna bolezen mellitus. V to skupino bolezni pa spadajo tudi veliko redkejše dedne bolezni s smrtnim tokom. Osteopenija in posledično osteoporoza so tudi posledica presnovnih motenj. Večina prirojenih bolezni iz nadrejene skupine presnovnih bolezni ustreza gensko določenim encimskim napakam različnih encimov. Odvisno od prizadetega encima, na primer njegove katalitske funkcije in produkta reakcije, lahko encimske napake ali pomanjkanje encimov odpovedo organom. Sorazmerno redka in prirojena presnovna motnja je Gaucherjeva bolezen. Encim, ki sodeluje pri tej bolezni, je glukocerebrosidaza ali glukocerebrosidaza. V zdravem organizmu ta encim razgradi ostarele sestavine celična membrana. v Gaucherjeva bolezen, primanjkuje tega pomembnega encima. Če encim ne kaže zadostne aktivnosti, pride do odlaganja membranskih komponent znotraj lizosomov. Leta 200 je bilo dokumentiranih več kot XNUMX mutacij encima Gaucherjeva bolezen do danes. Stopnja preostale encimske aktivnosti je odvisna od mutacije kodiranja gen v vsakem posameznem primeru. Na primer, bolezen lahko povzroči popolno izgubo funkcije encima. Možno pa je tudi funkcionalno šibko zmanjšanje encimske aktivnosti. Večina bolnikov s to boleznijo kaže manifestacije notranjih organov kot tudi glede živčni sistem.
