kataliz kimyasal ve biyolojik reaksiyonlar için gerekli aktivasyon enerjisindeki azalmaya karşılık gelir. Gerekli enerji miktarındaki katalitik azalma, biyolojideki bir enzime karşılık gelen bir katalizörle mümkün olur. Enzimatik hastalıklarda, enzimlerin katalitik özellikleri azaltılabilir veya hatta ortadan kaldırılabilir.
Kataliz nedir?
Enzimlerin insan vücudunda özel görevleri vardır. Tek tek enzimlerin işlevi ne kadar farklı olursa olsun, temelde hepsi aynı göreve sahiptir ve bu görevi yerine getirmek için benzer özelliklere sahiptir. Tüm enzimlerin temel görevi katalizdir. Bu nedenle biyokimya, katalitik özelliklere sahip olduklarını söylüyor.
Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, kataliz "çözülme" anlamına gelir. Katalizin odak noktası aktivasyon enerjisidir. Bu nedenle kimya, her iki reaksiyon ortağının kimyasal reaksiyonu için bir reaksiyon sisteminde kesinlikle gerekli olan enerji miktarını tanımlar. Katalizörler, aktivasyon enerjisini azaltmak ve böylece her iki reaktanın da düşük enerjilerde bile reaksiyon sisteminde reaksiyona girmesine izin vermek için kullanılır. Biyolojik reaksiyon sistemlerinde katalitik özelliklere sahip enzimler, belirli bir kimyasal reaksiyonun aktivasyon enerjisini azaltır ve buna göre kimyasal katalizör görevi görür.
Kataliz bağlamında, bir yandan başarılı bir tepkime işleminin olasılığı artar, öte yandan tepkimenin hızı bazen artar. Kataliz bağlamında kimyasal dengede bir değişiklik meydana gelmez.
Kimya, homojen katalizi heterojen katalizden ayırır. Biyokataliz, ne birine ne de diğerine karşılık gelir. Bağımsız bir kataliz şeklidir.
İşlev ve görev
Biyokataliz, biyolojik bir ortamda kimyasal reaksiyonların kontrolüne, uygulanmasına veya hızlanmasına karşılık gelir. Enzimler bu süreçte biyolojik katalizör görevi görür. Her enzim, bazıları bir ko-faktör ile ilişkili olan büyük ölçüde proteinlerden oluşur. Canlı organizmalardaki hemen hemen tüm biyokimyasal reaksiyonların bir enzimatik katalizörü vardır.
Biyokataliz, biyoteknolojide izole veya canlı enzimler kullanılarak gerçekleştirilir. Biyokatalizin bir örneği, bakteriler, mantarlar veya maya kullanılarak biyokatalitik işlemlerin uygulandığı bira fabrikalarında bulunabilir. İlaç endüstrisi, aksi takdirde uygulanamayacak reaksiyonları elde etmek için biyokataliz kullanır.
İnsan vücudunda, enzimlerin belirli reaksiyonları hızlandırdığı kataliz sürekli olarak gerçekleşir. Enzimler, örneğin organizmaların metabolizmasıyla ilgilidir ve büyük ölçüde metabolik süreçlerdeki biyokimyasal reaksiyonları kontrol eder. Örneğin sindirimi kontrol ederler, ancak aynı zamanda DNA'nın polimeraz formundaki transkripsiyon ve replikasyonunda da rol alırlar.
Tüm biyokimyasal reaksiyonların çoğu, enzimler olmadan canlı bir organizmada ihmal edilebilir derecede yavaş bir hızda meydana gelir. Enzimler, dengede hiçbir şeyi değiştirmeden kimyasal dengenin sağlanmasını hızlandırır.
Bir enzimin katalitik aktivitesi vardır çünkü kimyasal reaksiyonlarda aktivasyon enerjisini düşürebilir. Bu enerji, bir reaksiyonu başlatmak için önceden uygulanması gereken enerji miktarına karşılık gelir. Reaksiyon sırasında substrat, enerjisel olarak elverişsiz geçiş durumlarına değişir. Aktivasyon enerjisi, alt tabakayı geçiş durumuna zorlar. Enzimlerin katalitik etkisi, kovalent olmayan etkileşimler yoluyla substratın geçiş durumunu stabilize ederek reaksiyona bu noktada müdahale eder. Bu şekilde, bir substratı geçiş durumuna dönüştürmek için önemli ölçüde daha az enerji gerekir. Bu nedenle, substrat, reaksiyonun son ürününe daha hızlı bir oranda dönüşür. Bu katalitik fonksiyonlarla, enzimler, her biyokimyasal reaksiyon ürünü için yol seviyelendirme unsurları olarak kabul edilir.
Hastalıklar ve rahatsızlıklar
Enzimler mutasyona uğrarsa veya başka nedenlerle katalitik rollerini artık yeterince yerine getirmezse, kapsamlı sağlık sonuçları vardır. Metabolik hastalıkların hastalık grubu, ara çalışma metabolizması alanından çeşitli bozuklukları içerir. Bu tür bozukluklar ya doğuştan ya da edinseldir.
Metabolik hastalıkların boyutları ve yayılışları büyük ölçüde değişir. Klinik olarak da çok heterojendirler. İlgili bir bozukluk, örneğin, yaygın hastalık diabetes mellitus'tur. Bununla birlikte, ölümcül seyreden çok daha nadir kalıtsal hastalıklar da bu hastalık grubuna girer. Osteopeni ve bunun sonucunda ortaya çıkan osteoporoz, metabolik hastalıklara kadar geri izlenebilir.
Üst düzey metabolik hastalıklar grubundaki doğumsal hastalıkların çoğu, çeşitli enzimlerdeki genetik kusurlara karşılık gelir. Söz konusu enzime, katalitik fonksiyonuna ve reaksiyon ürününe bağlı olarak, enzimatik kusurlar veya enzim eksiklikleri, örneğin organların çalışmamasına neden olabilir.
Gaucher hastalığı, nispeten nadir görülen ve kalıtsal bir metabolik hastalıktır. Bu hastalık bağlamında, etkilenen enzim glukoserebrosidaz veya glukoserebrosidazdır. Bu enzim, sağlıklı bir organizmada hücre zarının yaşlanmış bileşenlerini parçalar. Gaucher hastalığı bu önemli enzimde eksiktir. Enzim yeterli aktivite göstermezse, zar bileşenlerinin lizozomlar içinde birikmesi söz konusudur. Gaucher hastalığı bağlamında şimdiye kadar enzimin 200'den fazla mutasyonu belgelenmiştir. Rezidüel enzimatik aktivite derecesi, bireysel durumda kodlama geninin mutasyonuna bağlıdır. Hastalık, örneğin enzimin tamamen başarısız olmasına neden olabilir. Bununla birlikte, enzimatik aktivitede işlevsel olarak zayıf bir azalma da düşünülebilir. Hastalığa sahip hastaların çoğu hem iç organların hem de sinir sisteminin belirtilerini gösterir.
