katalys

De katalys motsvarar reduktionen i aktiveringsenergi som krävs för kemiska och biologiska reaktioner. Den katalytiska reduktionen i den mängd energi som krävs möjliggörs av en katalysator som motsvarar ett enzym i biologin. Vid enzymatiska sjukdomar kan enzyms katalytiska egenskaper reduceras eller till och med avskaffas.

Vad är katalys?

Enzymer har speciella uppgifter i människokroppen. Lika olika som enskilda enzyms funktion kan ha, de har i princip alla samma uppgift och har liknande egenskaper för att utföra denna uppgift. Huvuduppgiften för alla enzymer är katalys. Därför säger biokemi att de har katalytiska egenskaper.

Bokstavligen översatt betyder katalys "upplösning". Katalysens fokus är aktiveringsenergin. Som sådan beskriver kemi mängden energi som är absolut nödvändig i ett reaktionssystem för den kemiska reaktionen hos båda reaktionspartnerna. Katalysatorer används för att minska aktiveringsenergin och därmed låta båda reaktanterna reagera i reaktionssystemet även vid låga energier. I biologiska reaktionssystem reducerar enzymer med katalytiska egenskaper aktiveringsenergin för en viss kemisk reaktion och fungerar följaktligen som kemiska katalysatorer.

I samband med en katalys ökar å ena sidan sannolikheten för en framgångsrik reaktionsprocess och å andra sidan ökar reaktionens hastighet ibland. En förändring av den kemiska jämvikten sker inte i samband med katalys.

Kemi skiljer homogen katalys från heterogen katalys. Biokatalys motsvarar varken den ena eller den andra formen. Det är en oberoende form av katalys.

Funktion & uppgift

Biokatalys motsvarar kontroll, implementering eller acceleration av kemiska reaktioner i en biologisk miljö. Enzymer fungerar som biologiska katalysatorer i denna process. Varje enzym består till stor del av proteiner, av vilka några är associerade med en samfaktor. Nästan alla biokemiska reaktioner i levande organismer har en enzymatisk katalysator.

Biokatalys genomförs i bioteknik med hjälp av isolerade eller levande enzymer. Ett exempel på biokatalys kan hittas i ölbryggerier, där biokatalytiska processer implementeras med användning av bakterier, svampar eller jäst. Läkemedelsindustrin använder biokatalys för att uppnå annars opraktiska reaktioner.

I människokroppen sker ständigt katalys, där enzymer påskyndar vissa reaktioner. Enzymer är till exempel relevanta för metabolism av organismer och kontrollerar till stor del de biokemiska reaktionerna i de metaboliska processerna. De styr exempelvis matsmältningen men är också involverade i transkription och replikering av DNA i form av polymeraser.

Majoriteten av alla biokemiska reaktioner skulle inträffa i en levande organisme utan enzymer i en försumbar långsam takt. Enzymer påskyndar uppnåendet av kemisk jämvikt utan att förändra något i jämvikten.

Ett enzym har katalytisk aktivitet eftersom det kan sänka aktiveringsenergin vid kemiska reaktioner. Denna energi motsvarar den mängd energi som måste appliceras i förväg för att initiera en reaktion. Under reaktionen byter substratet till energiskt ogynnsamma övergångstillstånd. Aktiveringsenergin tvingar underlaget till sitt övergångstillstånd. Den katalytiska effekten av enzymer intervenerar vid denna tidpunkt i reaktionen genom att stabilisera övergångstillståndet för substratet via icke-kovalenta interaktioner. På detta sätt krävs betydligt mindre energi för att omvandla ett substrat till övergångstillståndet. På grund av detta omvandlas substratet till reaktionens slutprodukt med en snabbare hastighet. Med dessa katalytiska funktioner anses enzymerna vara bannivåelementen för varje biokemisk reaktionsprodukt.

Sjukdomar och sjukdomar

Om enzymer muteras eller inte längre fullgör sin katalytiska roll på lämpligt sätt av andra skäl, har det omfattande hälsoeffekter. Sjukdomsgruppen av metaboliska sjukdomar inkluderar olika störningar från området för mellanliggande operativ metabolism. Sådana störningar är antingen medfödda eller förvärvade.

De metabola sjukdomarna varierar kraftigt i utsträckning och spridning. Kliniskt manifesterar sig också mycket heterogent. En besläktad störning är till exempel den utbredda sjukdomen diabetes mellitus. Men mycket sällsynta ärftliga sjukdomar med en dödlig kurs faller dock också in i denna grupp av sjukdomar. Osteopeni och den resulterande osteoporos kan också spåras tillbaka till metaboliska sjukdomar.

De flesta medfödda sjukdomar från den överordnade gruppen av metaboliska sjukdomar motsvarar genetiska defekter i olika enzymer. Beroende på det berörda enzymet kan dess katalytiska funktion och dess reaktionsprodukt, enzymatiska defekter eller enzymbrister till exempel orsaka organ att misslyckas.

Gauchers sjukdom är en relativt sällsynt och ärftlig metabolisk sjukdom. I samband med denna sjukdom är det drabbade enzymet glukocerebrosidas eller glukocerebrosidas. Detta enzym bryter ned åldriga komponenter i cellmembranet i en frisk organisme. Gauchers sjukdom är bristfällig i detta viktiga enzym. Om enzymet inte uppvisar tillräcklig aktivitet kommer det till avsättningen av membrankomponenter i lysosomerna. Mer än 200 mutationer av enzymet har hittills dokumenterats i samband med Gauchers sjukdom. Graden av kvarvarande enzymatisk aktivitet beror på mutationen av den kodande genen i det enskilda fallet. Sjukdomen kan till exempel göra att enzymet misslyckas fullständigt. En funktionellt svag minskning av enzymatisk aktivitet är dock också tänkbar. De flesta patienter med sjukdomen visar manifestationer av både inre organ och nervsystemet.