Ферменты как биологические катализаторы
В 9 классе школы проходят биологические катализаторы белковой природы, или ферменты. Это довольно объёмная тема, но она необходима для общего понимания химических процессов, протекающих в живых организмах. Впрочем, этот вопрос, достаточно сложный, можно объяснить и простыми словами.
Что такое биологические катализаторы
В науке биологические катализаторы и ферменты – это синонимы. Все они либо имеют белковую природу (и представляют собой сложные белки), либо рибонуклеиновые кислоты (РНК), либо комплексы всего вышеперечисленного. В большей степени живые организмы (включая человеческое тело) зависят именно от белковых катализаторов, которые отвечают за подавляющее большинство химических реакций, и именно благодаря ферментам в клетках эти самые реакции и протекают. Роль молекул РНК намного более скромна, хотя их тоже, конечно, нельзя сбрасывать о счетов. Современные учёные полагают, что миллиарды лет назад, когда жизнь на Земле только зарождалась, именно РНК-молекулы играли решающую роль, но с тех пор всё изменилось, и сейчас почти все процессы протекают благодаря белковым молекулам. Ферменты также называют энзимами, а изучает их энзимология, одно из направлений в биологии.
Роль биологических катализаторов огромна, а сам процесс их воздействия называется катализом. Катализ представляет собой ускорение химических реакций без изменения конечного их результата. Все протекающие в организме процессы связаны с катализом прямо или косвенно. При этом сами белковые катализаторы могут состоять как чисто из белка, так и включать в себя небелковые соединения, которые называют коферментами. Чаще всего коферментами являются либо органические соединения, либо неорганические, в основном ионы разных металлов и витамины. Все ферменты и коферменты специфичны, они воздействуют только на определённые вещества, вызывают определённые реакции и действуют в определённой последовательности. У каждого фермента есть активный центр – часть молекулы, в которой химические реакции протекают. После завершения реакции биологический катализатор, ранее вобравший в себя исходное вещество, снова распадается на свободный фермент и конечное (новое) вещество. Цикл перезапускается заново.
Функции биологических катализаторов
Химические реакции в клетках могут протекать именно благодаря биологическим катализаторам. Всё просто – для многих химических реакций необходимо соблюдение условий, которые отсутствуют в живом организме, в частности, высокой температуры в сочетании с не менее высоким давлением. Белковая природа катализаторов помогает запускать эти процессы в «неподходящих» условиях. Справедливости ради надо заметить, что без них некоторые химические процессы всё равно протекали бы, но очень медленно. Именно ферменты ускоряют скорость химических реакций, причём очень сильно – в тысячи, десятки и сотни тысяч, а порой даже в миллионы раз. Точные цифры зависят от конкретного фермента, а также от условий. которые необходимы ему для «работы». Одним биологическим катализаторам нужная нейтральная среда, другим – щелочная, третьим – кислотная. Общим для них является то, что почти все ферменты утрачивают способность функционировать при температуре 60 °C и более.
