Katalýza zodpovedá zníženiu aktivačnej energie potrebnej na chemické a biologické reakcie. Katalytické zníženie potrebného množstva energie umožňuje katalyzátor, ktorý v biológii zodpovedá enzýmu. Pri enzymatických chorobách sa katalytické vlastnosti enzýmy môžu byť znížené alebo dokonca zrušené.
Čo je to katalýza?
Katalytické zníženie množstva potrebnej energie umožňuje katalyzátor, ktorý v biológii zodpovedá enzýmu. Obrázok zobrazuje model pásky a lipáza. Enzýmy majú špecifické úlohy v ľudskom tele. Rovnako rozdielna ako funkcia jednotlivca enzýmy môže sa zdať, že všetky majú v podstate rovnakú úlohu a na splnenie tejto úlohy majú podobné vlastnosti. Hlavnou úlohou všetkých enzýmov je katalýza. To je dôvod, prečo im biochémia pripisuje katalytické vlastnosti. V doslovnom preklade katalýza znamená „rozpustenie“. Na srdce katalýzy je aktivačná energia. Chémia ako taká označuje množstvo energie, ktoré je absolútne nevyhnutné v reakčnom systéme na chemickú reakciu oboch reakčných partnerov. Katalyzátory sa používajú na zníženie aktivačnej energie a tým umožňujú obom reakčným partnerom podstúpiť reakciu v reakčnom systéme aj pri nízkych energiách. V biologických reakčných systémoch tak enzýmy s katalytickými vlastnosťami znižujú aktivačnú energiu konkrétnej chemickej reakcie a pôsobia zodpovedajúcim spôsobom ako chemické katalyzátory. V súvislosti s katalýzou sa na jednej strane zvyšuje pravdepodobnosť úspešného procesu reakcie a na druhej strane sa niekedy zvyšuje aj rýchlosť reakcie. K posunu v chemickej rovnováhe nedochádza v priebehu katalýzy. Chémia odlišuje homogénnu katalýzu od heterogénnej katalýzy. Biokatalýza nezodpovedá ani jednej, ani druhej forme. Je to nezávislá forma katalýzy.
Funkcia a úloha
Biokatalýza zodpovedá vedeniu, premene alebo zrýchleniu chemických reakcií v biologickom prostredí. Enzýmy pôsobia v tomto procese ako biologické katalyzátory. Každý enzým je z veľkej časti zložený z proteíny, z ktorých niektoré sú spojené s kofaktorom. Takmer všetky biochemické reakcie v živých organizmoch majú enzymatický katalyzátor. Biokatalýza sa v biotechnológiách realizuje pomocou izolovaných alebo živých enzýmov. Príklad biokatalýzy možno nájsť v pivovaroch, kde sa biokatalytické procesy realizujú pomocou baktérie, huby alebo kvasinky. Farmaceutický priemysel využíva biokatalýzu na uskutočnenie inak neuskutočniteľných reakcií. V ľudskom tele neustále prebiehajú katalyzátory, v ktorých enzýmy urýchľujú určité reakcie. Enzýmy sú napríklad relevantné pre metabolizmus organizmov a do značnej miery riadia biochemické reakcie v metabolických procesoch. Kontrolujú napríklad trávenie, ale podieľajú sa tiež na transkripcii a replikácii DNA vo forme polymeráz. Väčšina všetkých biochemických reakcií by sa v živom organizme bez enzýmov vyskytovala zanedbateľne pomaly. Enzýmy urýchľujú dosiahnutie chemickej rovnováhy bez toho, aby niečo zmenili. Enzým má katalytickú aktivitu, pretože môže znižovať aktivačnú energiu pri chemických reakciách. Táto energia zodpovedá množstvu energie, ktoré sa musí použiť vopred na zahájenie reakcie. Počas reakcie sa substrát mení na energeticky nepriaznivé prechodné stavy. Aktivačná energia núti substrát do prechodného stavu. Katalytické pôsobenie enzýmov zasahuje v tomto bode reakcie stabilizáciou prechodného stavu substrátu nekovalentným spôsobom. interakcie. Týmto spôsobom je na prevedenie substrátu do prechodného stavu potrebné podstatne menej energie. Z tohto dôvodu sa substrát prevádza na konečný produkt reakcie vyššou rýchlosťou. S týmito katalytickými funkciami sa enzýmy považujú za poskytujúce prvky pre akýkoľvek produkt biochemickej reakcie.
Choroby a poruchy
Keď enzýmy mutujú alebo zlyhajú v adekvátnom vykonávaní svojej katalytickej úlohy z iných dôvodov, je to rozsiahle zdravie následky stanovené v skupine. Chorobná skupina metabolických chorôb zahŕňa rôzne poruchy z oblasti medziproduktu pracujúceho metabolizmus. Takéto poruchy sú buď vrodené, alebo získané. Metabolické choroby sa veľmi líšia rozsahom a prevalenciou. Klinicky sa prejavujú aj veľmi heterogénnym spôsobom. Jednou z takýchto porúch je rozšírené bežné ochorenie cukrovka mellitus. Do tejto skupiny chorôb však patria aj oveľa zriedkavejšie dedičné choroby so smrteľným priebehom. Osteopénia a z toho vyplývajúce osteoporóza sa dajú pripísať aj metabolickým poruchám. Väčšina vrodených chorôb z nadradenej skupiny metabolických chorôb zodpovedá geneticky podmieneným enzýmovým defektom rôznych enzýmov. V závislosti na ovplyvnenom enzýme, jeho katalytickej funkcii a jeho reakčnom produkte môžu enzymatické poruchy alebo nedostatok enzýmov spôsobiť napríklad zlyhanie orgánov. Pomerne zriedkavou a vrodenou metabolickou poruchou je Gaucherova choroba. Enzýmom podieľajúcim sa na tomto ochorení je glukocerebrozidáza alebo glukocerebrozidáza. V zdravom organizme tento enzým degraduje zostarnuté zložky bunková membrána, v Gaucherova choroba, je tu nedostatok tohto dôležitého enzýmu. Ak enzým nevykazuje dostatočnú aktivitu, dochádza k ukladaniu membránových zložiek v lyzozómoch. Bolo zdokumentovaných viac ako 200 mutácií enzýmu Gaucherova choroba randiť. Stupeň zvyškovej enzymatickej aktivity závisí od mutácie kódovania gen v každom jednotlivom prípade. Toto ochorenie môže napríklad spôsobiť úplnú stratu funkcie enzýmu. Je však mysliteľné aj funkčne slabé zníženie enzymatickej aktivity. U väčšiny pacientov s ochorením sa prejavujú príznaky vnútorné orgány ako aj s ohľadom na nervový systém.
