katalýza

katalýza zodpovedá zníženiu aktivačnej energie potrebnej pre chemické a biologické reakcie. Katalytická redukcia množstva potrebnej energie je možná pomocou katalyzátora, ktorý zodpovedá enzýmu v biológii. Pri enzymatických ochoreniach môžu byť katalytické vlastnosti enzýmov znížené alebo dokonca zrušené.

Čo je to katalýza?

Enzýmy majú v ľudskom tele osobitné úlohy. Pretože sa môžu líšiť funkcie jednotlivých enzýmov, všetky majú v podstate rovnakú úlohu a majú podobné vlastnosti, aby túto úlohu splnili. Hlavnou úlohou všetkých enzýmov je katalýza. Preto biochémia tvrdí, že má katalytické vlastnosti.

Doslovne preložené, katalýza znamená „rozpustenie“. Ťažiskom katalýzy je aktivačná energia. Preto chémia opisuje množstvo energie, ktoré je absolútne nevyhnutné v reakčnom systéme na chemickú reakciu oboch reakčných partnerov. Katalyzátory sa používajú na zníženie aktivačnej energie, a teda umožňujú reakčným zložkám reagovať aj pri nízkych energiách. V systémoch biologickej reakcie enzýmy s katalytickými vlastnosťami znižujú aktivačnú energiu určitej chemickej reakcie a podľa toho fungujú ako chemické katalyzátory.

V kontexte katalýzy sa na jednej strane zvyšuje pravdepodobnosť úspešného reakčného procesu a na druhej strane sa rýchlosť reakcie niekedy zvyšuje. V súvislosti s katalýzou nedochádza k posunu chemickej rovnováhy.

Chémia rozlišuje homogénnu katalýzu od heterogénnej katalýzy. Biokatalýza nezodpovedá ani jednej ani druhej forme. Je to nezávislá forma katalýzy.

Funkcia a úloha

Biokatalýza zodpovedá kontrole, realizácii alebo urýchleniu chemických reakcií v biologickom prostredí. Enzýmy v tomto procese pôsobia ako biologické katalyzátory. Každý enzým pozostáva prevažne z proteínov, z ktorých niektoré sú spojené s kofaktorom. Takmer všetky biochemické reakcie v živých organizmoch majú enzymatický katalyzátor.

Biokatalýza sa vykonáva v biotechnológii pomocou izolovaných alebo živých enzýmov. Príklad biokatalýzy je možné nájsť v pivovaroch, kde sa biokatalytické procesy realizujú pomocou baktérií, húb alebo kvasiniek. Farmaceutický priemysel používa biokatalýzu na dosiahnutie inak nerealizovateľných reakcií.

V ľudskom tele neustále prebieha katalýza, pri ktorej enzýmy urýchľujú určité reakcie. Enzýmy sú dôležité napríklad pre metabolizmus organizmov a do značnej miery regulujú biochemické reakcie v metabolických procesoch. Kontrolujú napríklad trávenie, ale podieľajú sa aj na transkripcii a replikácii DNA vo forme polymeráz.

Väčšina všetkých biochemických reakcií by sa vyskytla v živom organizme bez enzýmov zanedbateľne pomalým tempom. Enzýmy urýchľujú dosiahnutie chemickej rovnováhy bez toho, aby sa v rovnováhe nič zmenilo.

Enzým má katalytickú aktivitu, pretože môže znížiť aktivačnú energiu pri chemických reakciách. Táto energia zodpovedá množstvu energie, ktorá sa musí aplikovať vopred, aby sa vyvolala reakcia. Počas reakcie sa substrát mení na energeticky nepriaznivé prechodné stavy. Aktivačná energia tlačí substrát do jeho prechodného stavu. Katalytický účinok enzýmov zasahuje v tomto okamihu reakcie stabilizáciou prechodného stavu substrátu nekovalentnými interakciami. Týmto spôsobom je potrebné podstatne menej energie na premenu substrátu na prechodný stav. Z tohto dôvodu sa substrát rýchlejšie premieňa na konečný produkt reakcie. S týmito katalytickými funkciami sa enzýmy považujú za prvky na vyrovnávanie dráhy pre každý produkt biochemickej reakcie.

Choroby a choroby

Ak enzýmy mutujú alebo už nevykonávajú svoju katalytickú úlohu primerane z iných dôvodov, existujú to rozsiahle zdravotné následky. Skupina chorôb s metabolickým ochorením zahŕňa rôzne poruchy z oblasti stredného prevádzkového metabolizmu. Takéto poruchy sú buď vrodené alebo získané.

Metabolické choroby sa veľmi líšia čo do rozsahu a šírenia. Klinicky sa prejavujú veľmi heterogénne. Príbuzné ochorenie je napríklad rozšírené ochorenie diabetes mellitus. Do tejto skupiny chorôb však patrí aj omnoho zriedkavejšie dedičné choroby so smrteľným priebehom. Osteopénia a výsledná osteoporóza sa dajú vysledovať aj späť k metabolickým chorobám.

Väčšina vrodených chorôb z nadradenej skupiny metabolických chorôb zodpovedá genetickým defektom rôznych enzýmov. V závislosti od príslušného enzýmu, jeho katalytická funkcia a produkt jeho reakcie, môžu enzymatické defekty alebo nedostatok enzýmov spôsobiť zlyhanie orgánov.

Gaucherova choroba je relatívne zriedkavé a dedičné metabolické ochorenie. V kontexte tohto ochorenia je postihnutým enzýmom glukocerebrozidáza alebo glukocerebrosidáza. Tento enzým štiepi staré zložky bunkovej membrány v zdravom organizme. Gaucherova choroba je nedostatočná v tomto dôležitom enzýme. Pokiaľ enzým nevykazuje dostatočnú aktivitu, dochádza k ukladaniu komponentov membrány v lyzozómoch. V súvislosti s Gaucherovou chorobou bolo doteraz dokumentovaných viac ako 200 mutácií enzýmu. Stupeň zvyškovej enzymatickej aktivity závisí od mutácie kódujúceho génu v individuálnom prípade. Ochorenie môže napríklad spôsobiť, že enzým úplne zlyhá. Je však mysliteľné aj funkčne slabé zníženie enzymatickej aktivity. Väčšina pacientov s týmto ochorením vykazuje prejavy vnútorných orgánov a nervového systému.