So sánh xúc tác enzyme và vô cơ năm 2024

Các chất xúc tác vô cơ và enzym (chất xúc tác sinh học), mà không tự tiêu thụ, sẽ đẩy nhanh quá trình phản ứng hóa học và khả năng năng lượng của chúng. Khi có mặt của bất kỳ chất xúc tác nào, năng lượng trong hệ thống hóa chất giữ không đổi. Trong quá trình xúc tác, hướng phản ứng hóa học vẫn không thay đổi.

Enzyme và chất xúc tác vô cơ là gì

Enzyme là chất xúc tác sinh học. Cơ sở của chúng là protein. Phần hoạt động của các enzym chứa chất vô cơ, ví dụ, các nguyên tử kim loại. Trong trường hợp này, hiệu suất xúc tác của các kim loại có trong phân tử enzym tăng lên hàng triệu lần. Đáng chú ý là các mảnh hữu cơ và vô cơ của enzym không thể thể hiện các đặc tính của một chất xúc tác một cách riêng biệt, trong khi song song đó chúng lại là những chất xúc tác mạnh. Vô cơ chất xúc tác tăng tốc độ các loại phản ứng hóa học.

So sánh enzym và chất xúc tác vô cơ

Sự khác nhau giữa enzim và chất xúc tác vô cơ là gì? Chất xúc tác vô cơ vốn dĩ là không phải chất hữu cơ và enzym là protein. Như là một phần của chất xúc tác vô cơ không có protein. Enzyme, so với các chất xúc tác vô cơ, có tính đặc hiệu của hoạt động đối với cơ chất và nhiều nhất hiệu quả cao. Nhờ có enzym, phản ứng diễn ra nhanh hơn hàng triệu lần. Ví dụ, hydrogen peroxide phân hủy khá chậm mà không cần sự hiện diện của chất xúc tác. Khi có mặt chất xúc tác vô cơ (thường là muối sắt), phản ứng có phần được tăng tốc. Và khi thêm enzyme catalase vào, peroxide sẽ bị phân hủy với tốc độ không thể tưởng tượng được. Enzyme có thể hoạt động trong một khoảng nhiệt độ giới hạn (thường là 370 C). Tốc độ tác dụng của xúc tác vô cơ với mỗi lần tăng nhiệt độ thêm 10 độ thì tăng 2-4 lần. Enzyme là đối tượng điều chỉnh (có chất ức chế và hoạt hóa enzyme). Chất xúc tác vô cơ được đặc trưng bởi hoạt động không được kiểm soát. Enzyme được đặc trưng bởi tính không ổn định về cấu trúc (cấu trúc của chúng trải qua những thay đổi nhỏ được hình thành trong quá trình phá vỡ liên kết cũ và hình thành liên kết mới, độ bền của liên kết này yếu hơn). Các phản ứng liên quan đến enzym chỉ tiến hành trong các điều kiện sinh lý. Enzyme có thể hoạt động bên trong cơ thể, các mô và tế bào, nơi tạo ra nhiệt độ, áp suất và độ pH cần thiết.

TheDifference.ru xác định rằng sự khác biệt giữa các enzym và chất xúc tác vô cơ như sau:

Enzyme - trọng lượng phân tử cao cơ thể protein, chúng khá cụ thể. Enzim chỉ có thể xúc tác cho một loại phản ứng. Chúng là chất xúc tác cho các phản ứng sinh hóa. Chất xúc tác vô cơ tăng tốc độ các phản ứng khác nhau. Enzyme có thể hoạt động trong một khoảng nhiệt độ hẹp cụ thể, một áp suất nhất định và độ axit của môi trường. Phản ứng enzym diễn ra nhanh chóng.

Câu 18. Điểm giống và khác nhau giữa enzim và xúc tác vô cơ. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng enzym vào nhiệt độ, pH. Các loại tính đặc hiệu.

Cấu trúc của các enzym đơn giản và phức tạp (ví dụ như hydrolase, dehydrogenase).

Theo thành phần, các enzym được chia thành đơn giản và phức tạp.

Các enzym đơn giản được tạo thành từ các axit amin. Chúng bao gồm các enzym của đường tiêu hóa - α-amylase, pepsin, trypsin, lipase, v.v. Tất cả các enzym này đều thuộc lớp thứ 3 - hydrolase.

Enzyme phức hợp bao gồm một phần protein - một apoenzyme và một phần không protein - một đồng yếu tố. Phức hợp enzyme-cofactor có hoạt tính xúc tác được gọi là holoenzyme. Là đồng yếu tố, cả ion kim loại và hợp chất hữu cơ, nhiều trong số đó là dẫn xuất của vitamin.

Ví dụ, các chất dẫn xuất oxy hóa được sử dụng làm đồng yếu tố Fe² +, Сu² +, Mn² +, Mg² + kinase; glutathione peroxidase, một loại enzyme giải độc hydrogen peroxide, cần selen.

Coenzyme là các chất hữu cơ liên kết lỏng lẻo với phần protein. Ví dụ, dehydrogenase phụ thuộc NAD bao gồm protein và coenzyme NAD, NADP, các dẫn xuất vitamin PP.

Nhóm chân tay giả là các coenzyme được liên kết chặt chẽ (thường là cộng hóa trị) với apoenzyme. Ví dụ, flavin dehydrogenase bao gồm protein và các nhóm giả FAD, FMN, dẫn xuất vitamin B 2. Apoenzyme xác định hướng hoặc tính đặc hiệu của hoạt động của enzyme.

. Thuộc tính chung enzym: tính đặc hiệu, ảnh hưởng của nhiệt độ, pH của môi trường đến hoạt động của enzym.

Hoạt động của enzyme bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, pH, sức mạnh ion các giải pháp.

Kể từ khi các enzym Tính chất hóa học là các protein, sự gia tăng nhiệt độ trên 45-50 ° C dẫn đến biến tính nhiệt và các enzym bị bất hoạt (ngoại trừ myokinase cơ, papain).

Nhiệt độ thấp không phá hủy các enzym, mà chỉ đình chỉ hoạt động của chúng. Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của enzym là 37-40 ° C.

Hoạt động của các enzym chịu ảnh hưởng của phản ứng của môi trường. Giá trị pH của môi trường mà tại đó enzyme thể hiện hoạt động tối đa được gọi là pH tối ưu của môi trường cho hoạt động của enzyme này. Độ pH tối ưu cho hoạt động của các enzym nằm trong phạm vi sinh lý từ 6,0-8,0. Các trường hợp ngoại lệ: pepsin, độ pH tối ưu trong đó là 2,0; arginase - độ pH tối ưu là 10,0.

Enzyme là cụ thể. Có một số loại đặc trưng:

1. Tính đặc hiệu tuyệt đối - enzyme chỉ tương tác với một cơ chất. Ví dụ, urease làm tăng tốc độ thủy phân urê, nhưng không phân cắt thiourea.

2. Tính đặc hiệu lập thể - enzyme tương tác với một đồng phân hình học và quang học nhất định.

3. Tính đặc hiệu tuyệt đối của nhóm - các enzym có tính đặc hiệu liên quan đến bản chất của liên kết, cũng như những hợp chất hình thành liên kết này. Ví dụ, α-amylase phân cắt liên kết α-glycosidic trong phân tử maltose, bao gồm hai phân tử glucose, nhưng không phân cắt phân tử sucrose, bao gồm một phân tử glucose và một phân tử fructose.

4. Tính đặc hiệu của nhóm tương đối. Trong trường hợp này, các enzym chỉ đặc hiệu liên quan đến liên kết, nhưng không quan tâm đến những hợp chất hình thành liên kết này. Ví dụ, các protease đẩy nhanh quá trình thủy phân các liên kết peptit trong các protein khác nhau, các lipase đẩy nhanh quá trình phân cắt các liên kết este trong chất béo.

Câu 19 Chất hoạt hóa và chất ức chế enzim. Cơ chế hoạt động của chúng. Có thể đảo ngược và không thể đảo ngược, ức chế cạnh tranh và không cạnh tranh. Sử dụng nguyên tắc ức chế cạnh tranh trong y học.

Các chất kích hoạt và ức chế các enzym, cơ chế ảnh hưởng và ý nghĩa của chúng.

Tốc độ của các phản ứng hóa học bị ảnh hưởng bởi các chất khác nhau. Theo tính chất của ảnh hưởng, các chất được chia thành chất hoạt hóa, làm tăng hoạt động của enzym và chất ức chế (chất làm liệt), ngăn chặn hoạt động của enzym.

Kích hoạt enzym có thể do:

1. Sự hiện diện của đồng yếu tố - ion kim loại Fe² +, Mg² +, Mn² +, Cu² +, Zn² +, ATP, axit lipoic.

2. Sự phân giải protein một phần.

Các enzym của đường tiêu hóa được tạo ra ở dạng không hoạt động - hợp tử. Dưới tầm ảnh hưởng các yếu tố khác nhau sự phân cắt của peptit xảy ra với sự hình thành trung tâm hoạt động và zymogen biến thành Mẫu hoạt động enzim.

Pepsinogen HCl pepsin + peptit

Trypsinogen enterokinase trypsin + peptide

Loại kích hoạt này ngăn cản các tế bào của đường tiêu hóa tự tiêu hóa.

3. Sự phosphoryl hóa và sự dephosphoryl hóa. Ví dụ:

không hoạt động lipase + ATP → lipase-phosphate (lipase hoạt động);

lipase-phosphate + H3PO4 → lipase (lipase không hoạt động)

Các chất ức chế theo bản chất của hành động của họ được chia thành có thể đảo ngược và không thể đảo ngược. Sự phân chia này dựa trên độ bền của liên kết chất ức chế-enzym.

Chất ức chế thuận nghịch là các hợp chất tương tác không cộng hóa trị với enzym và có thể bị phân cắt khỏi enzym.

Chất ức chế không thuận nghịch là những hợp chất tạo thành liên kết cộng hóa trị, bền vững với một loại enzym.

Sự ức chế không thể đảo ngược có thể đặc hiệu và không đặc hiệu.

Với sự ức chế cụ thể, chất ức chế ức chế hoạt động của một số enzym bằng cách liên kết cá thể nhóm chức năng trung tâm hoạt động. Ví dụ, chất độc thiol ức chế các enzym mà trung tâm hoạt động của nó bao gồm các nhóm SH; carbon monoxide (CO) ức chế các enzym có Fe² + ở trung tâm hoạt động.

Các chất ức chế không đặc hiệu ức chế hoạt động của tất cả các enzym. Chúng bao gồm tất cả các yếu tố biến tính ( nhiệt, axit hữu cơ và khoáng chất, muối kim loại nặng và vân vân.).

Sự ức chế có thể đảo ngược có thể mang tính cạnh tranh. Trong trường hợp này, chất ức chế là một chất tương tự cấu trúc của cơ chất và cạnh tranh với nó để liên kết ở vị trí liên kết với cơ chất của trung tâm hoạt động.

Tính năng khác biệtức chế cạnh tranh là nó có thể bị suy yếu hoặc bị loại bỏ hoàn toàn bằng cách tăng nồng độ của cơ chất.

Succinate dehydrogenase (SDH) là một enzyme của chu trình citrate khử nước succinate, chuyển nó thành fumarate. Malonate, có cấu trúc tương tự như succinate, liên kết với vị trí hoạt động của SDH nhưng không thể bị khử nước. Do đó, malonate là một chất ức chế cạnh tranh của SDH.

Nhiều thuốc men là chất ức chế enzym cạnh tranh. Ví dụ, các chế phẩm sulfanilamide, là chất tương tự cấu trúc của axit para-aminobenzoic (PABA), yếu tố phát triển chính của vi sinh vật gây bệnh, cạnh tranh với nó để liên kết trong vị trí liên kết cơ chất của trung tâm hoạt động của enzym. Đây là cơ sở của hoạt động kháng khuẩn của các chế phẩm sulfanilamide.

cơ sở của tất cả Quy trình sống tạo nên hàng nghìn phản ứng hóa học được xúc tác bởi các enzym. Tầm quan trọng của các enzym đã được I.P. Pavlov xác định một cách chính xác và nghĩa bóng, gọi chúng là "chất kích hoạt cuộc sống". Rối loạn chức năng enzym dẫn đến bệnh nghiêm trọng- phenylketon niệu, glycogenosis, galactosemia, tyrosinemia hoặc giảm đáng kể chất lượng cuộc sống - rối loạn lipid máu, bệnh ưa chảy máu.

Biết rằng để thực hiện được một phản ứng hoá học thì cần các chất tham gia phản ứng có tổng năng lượng lớn hơn giá trị gọi là năng lượng của pin các phản ứng. Để mô tả độ lớn của rào cản năng lượng, Arrhenius đã đưa ra khái niệm năng lương̣̣ kich hoaṭ. Việc khắc phục năng lượng hoạt hóa trong phản ứng hóa học có thể đạt được bằng cách tăng năng lượng của các phân tử tương tác, ví dụ, bằng cách đốt nóng, chiếu xạ, tăng áp suất hoặc bằng cách giảm chi phí năng lượng cần thiết cho phản ứng (tức là năng lượng hoạt hóa) sử dụng chất xúc tác.

Năng lượng hoạt hóa có và không có enzyme

Theo chức năng của mình, các enzym là chất xúc tác sinh học. Bản chất của hoạt động của các enzym, cũng như các chất xúc tác vô cơ, là:

• trong việc kích hoạt các phân tử của chất phản ứng,
• khi chia phản ứng thành nhiều giai đoạn, hàng rào năng lượng của mỗi giai đoạn thấp hơn hàng rào năng lượng của phản ứng tổng thể.

Tuy nhiên, các enzym sẽ không xúc tác các phản ứng bất khả thi về mặt năng lượng; chúng chỉ tăng tốc những phản ứng có thể diễn ra trong các điều kiện nhất định.

Điểm giống và khác nhau giữa enzym và chất xúc tác vô cơ

Việc tăng tốc các phản ứng với sự trợ giúp của các enzym là rất đáng kể, ví dụ:

1. Urease đẩy nhanh phản ứng phân hủy urê khá bền thành amoniac và nước gấp 10 - 13 lần, do đó, khi bị nhiễm trùng đường tiết niệu (xuất hiện men vi khuẩn), nước tiểu có mùi amoniac.

2. Xét phản ứng phân hủy của hiđro peoxit:

2H 2 O 2 → O 2 + 2H 2 O

Nếu tốc độ phản ứng không có chất xúc tác được coi là thống nhất, thì khi có mặt của bạch kim đen, tốc độ phản ứng tăng 2 × 10 4 lần và năng lượng hoạt hóa giảm từ 18 xuống 12 kcal / mol, khi có mặt của enzym catalase, tốc độ phản ứng tăng 2 × 10 11 lần với năng lượng hoạt hóa 2 kcal / mol.

giống nhau

1. Chỉ xúc tác các phản ứng có thể xảy ra về mặt năng lượng. 2. Không làm thay đổi chiều của phản ứng. 3. Đẩy nhanh sự bắt đầu của cân bằng phản ứng, nhưng không làm thay đổi nó. 4. Không bị tiêu hao trong quá trình phản ứng.

1. Tốc độ của phản ứng enzim cao hơn nhiều. 2. Tính đặc hiệu cao. 3. Điều kiện làm việc mềm (nội bào). 4. Khả năng kiểm soát tốc độ phản ứng. 5. Tốc độ của phản ứng enzym tỷ lệ với số lượng enzym.

Xúc tác enzym có những đặc điểm riêng

Các giai đoạn của xúc tác

Trong phản ứng enzym, có thể phân biệt các giai đoạn sau:

1. Gắn cơ chất (S) vào enzym (E) để tạo thành phức hợp enzym - cơ chất (E-S).

2. Biến đổi phức hợp enzym-cơ chất thành một hoặc nhiều phức hợp chuyển tiếp (E-X) trong một hoặc nhiều bước.

3. Chuyển đổi phức hợp chuyển tiếp thành phức hợp enzyme-sản phẩm (E-P).

4. Tách các sản phẩm cuối cùng khỏi enzyme.

Cơ chế của xúc tác

nhà tài trợ

Người chấp nhận

COOH -NH 3 + -SH

COO- -NH 2 -S-

1. Xúc tác axit-bazơ- trong trung tâm hoạt động của enzim có các nhóm gốc axit amin cụ thể là chất cho hoặc chất nhận proton tốt. Những nhóm như vậy là chất xúc tác mạnh mẽ cho nhiều phản ứng hữu cơ.

2. xúc tác cộng hóa trị- Enzyme phản ứng với cơ chất của chúng, tạo thành phức hợp enzyme-cơ chất rất không bền với sự trợ giúp của các liên kết cộng hóa trị, từ đó các sản phẩm phản ứng được hình thành trong quá trình sắp xếp lại nội phân tử.

Các loại phản ứng enzym

1. Loại bóng bàn- lần đầu tiên enzyme tương tác với cơ chất A, lấy đi bất kỳ nhóm hóa chất và biến thành sản phẩm tương ứng. Chất B sau đó được gắn vào enzym, nhận các nhóm hóa học này. Một ví dụ là sự chuyển nhóm amin từ axit amin thành axit xeton - chuyển hóa.

Phản ứng enzym như "ping-pong"

2. Loại phản ứng tuần tự- Cơ chất A và B lần lượt được thêm vào enzim, tạo thành “phức bộ ba”, sau đó xảy ra xúc tác. Các sản phẩm phản ứng cũng tuần tự được tách ra khỏi enzyme.

Phản ứng enzim theo kiểu "phản ứng nối tiếp nhau"

3. Loại tương tác ngẫu nhiên- Cơ chất A và B được gắn vào enzim theo thứ tự bất kỳ một cách ngẫu nhiên và sau xúc tác chúng cũng bị phân cắt.

Phản ứng enzym theo kiểu "tương tác ngẫu nhiên"

Enzyme là protein

Từ lâu người ta đã phát hiện ra rằng tất cả các enzym đều là protein và có tất cả các đặc tính của protein. Do đó, giống như protein, enzyme được chia thành đơn giản và phức tạp.

các enzym đơn giản chỉ được tạo thành từ các axit amin, ví dụ, pepsin , trypsin , lysozyme.

Enzyme phức tạp(holoenzyme) có trong thành phần của chúng là một phần protein bao gồm các axit amin - apoenzyme và phần không phải protein - đồng nhân tố. Đến lượt mình, cofactor có thể được gọi là coenzyme hoặc giả tập đoàn. Một ví dụ có thể là succinate dehydrogenase (chứa FAD) (trong chu trình axit tricarboxylic), aminotransferase (chứa pyridoxal photphat) (chức năng), peroxidase(chứa heme). Để thực hiện xúc tác, cần có một phức hợp chính thức của apoprotein và cofactor; chúng không thể xúc tác riêng rẽ.

Giống như nhiều loại protein, các enzym có thể monome, I E. bao gồm một đơn vị con và polyme bao gồm một số đơn vị con.

So sánh chất xúc tác enzym vô cơ Dấu hiệu so sánh Chất xúc tác vô cơ Enzim 1. Bản chất hóa học 2. Tính chọn lọc 3. Độ pH tối ưu 4. Khoảng nhiệt độ 5. Sự thay đổi cấu trúc của kat trong quá trình phản ứng 6. Tăng tốc độ phản ứng.