Katalüüs vastab keemiliste ja bioloogiliste reaktsioonide jaoks vajaliku aktiveerimisenergia langetamisele. Vajaliku energiakoguse katalüütilise alandamise võimaldab katalüsaator, mis bioloogias vastab ensüümile. Ensümaatiliste haiguste korral on ensüümide võib vähendada või isegi kaotada.
Mis on katalüüs?
Vajaliku energiakoguse katalüütilise vähendamise võimaldab katalüsaator, mis bioloogias vastab ensüümile. Joonisel on kujutatud a lipaas. Ensüümid on inimkehas spetsiifilised rollid. Sama erinev kui üksikisiku funktsioon ensüümide võib tunduda, et neil kõigil on põhimõtteliselt sama ülesanne ja selle ülesande täitmiseks on sarnased omadused. Kõigi ensüümide peamine ülesanne on katalüüs. Seetõttu omistab biokeemia neile katalüütilised omadused. Otsetõlkes tähendab katalüüs "lahustumist". Juures süda katalüüsi on aktiveerimisenergia. Keemia viitab sellisena energiahulgale, mis on reaktsioonisüsteemis mõlema reaktsioonipartneri keemilise reaktsiooni jaoks hädavajalik. Katalüsaatoreid kasutatakse aktivatsioonienergia vähendamiseks ja seega võimaldatakse mõlemal reaktsioonipartneril reageerida reaktsioonisüsteemis isegi madalatel energiatel. Bioloogilistes reaktsioonisüsteemides alandavad katalüütiliste omadustega ensüümid konkreetse keemilise reaktsiooni aktivatsioonienergiat ja toimivad vastavalt keemiliste katalüsaatoritena. Katalüüsi kontekstis suureneb ühelt poolt eduka reaktsiooniprotsessi tõenäosus ja teisest küljest suureneb mõnikord ka reaktsiooni kiirus. Keemilise tasakaalu muutust katalüüsi käigus ei toimu. Keemia eristab homogeenset katalüüsi heterogeensest katalüüsist. Biokatalüüs ei vasta ühele ega teisele vormile. See on iseseisev katalüüsi vorm.
Funktsioon ja ülesanne
Biokatalüüs vastab keemiliste reaktsioonide juhtimisele, muundamisele või kiirendamisele bioloogilises keskkonnas. Ensüümid toimivad selles protsessis bioloogiliste katalüsaatoritena. Iga ensüüm koosneb suures osas valgud, millest mõned on seotud kofaktoriga. Peaaegu kõigil elusorganismide biokeemilistel reaktsioonidel on ensümaatiline katalüsaator. Biokatalüüsi rakendatakse biotehnoloogias isoleeritud või elusate ensüümide abil. Biokatalüüsi näite võib leida õlletehastest, kus biokatalüütilisi protsesse rakendatakse kasutades bakterid, seened või pärmid. Farmaatsiatööstus kasutab biokatalüüsi, et realiseerida muidu teostamatud reaktsioonid. Inimese kehas toimuvad pidevalt katalüsaatorid, milles ensüümid kiirendavad teatud reaktsioone. Ensüümid on näiteks olulised organismide ainevahetuses ja kontrollivad suures osas metaboolsetes protsessides toimuvaid biokeemilisi reaktsioone. Nad kontrollivad näiteks seedimist, kuid osalevad ka polümeraaside kujul DNA transkriptsioonis ja replikatsioonis. Suurem osa kõigist biokeemilistest reaktsioonidest toimuks ensüümideta elusorganismis ebaoluliselt aeglaselt. Ensüümid kiirendavad keemilise tasakaalu saavutamist, muutmata tasakaalu osas midagi. Ensüümil on katalüütiline aktiivsus, kuna see võib keemilistes reaktsioonides aktivatsioonienergiat vähendada. See energia vastab energiahulgale, mida tuleb reaktsiooni algatamiseks eelnevalt rakendada. Reaktsiooni käigus muutub substraat energeetiliselt ebasoodsaks üleminekuolekuks. Aktiveerimisenergia sunnib substraadi selle üleminekuolekusse. Ensüümide katalüütiline toime sekkub reaktsiooni selles punktis, stabiliseerides substraadi ülemineku seisundi mittekovalentse kaudu interaktsioonid. Nii kulub substraadi ülemineku olekuks muutmiseks oluliselt vähem energiat. Sel põhjusel muundub substraat suurema kiirusega reaktsiooni lõppsaaduseks. Nende katalüütiliste funktsioonide korral peetakse ensüüme mis tahes biokeemilise reaktsiooni produkti andvateks elementideks.
Haigused ja häired
Kui ensüümid muteeruvad või ei suuda muudel põhjustel oma katalüütilist rolli piisavalt täita, on see ulatuslik tervis seatud tagajärjed. Ainevahetushaiguste haigusrühm hõlmab mitmesuguseid häireid vahepealse toimiva ainevahetuse valdkonnas. Sellised häired on kas kaasasündinud või omandatud. Ainevahetushaigused on oma ulatuse ja levimuse poolest väga erinevad. Samuti avalduvad nad kliiniliselt väga heterogeensel viisil. Üks sellistest häiretest on laialt levinud haigus diabeet mellitus. Kuid sellesse haiguste rühma kuuluvad ka palju haruldasemad pärilikud haigused, millel on surmav kulg. Osteopeenia ja sellest tulenev Osteoporoosi on tingitud ka ainevahetushäiretest. Enamik kaasasündinud haigusi ainevahetushaiguste alamrühmast vastab erinevate ensüümide geneetiliselt määratud ensüümidefektidele. Sõltuvalt mõjutatud ensüümist, selle katalüütilisest funktsioonist ja reaktsiooniproduktist võivad ensümaatilised defektid või ensüümipuudused põhjustada näiteks elundite rikkeid. Suhteliselt haruldane ja kaasasündinud ainevahetushäire on Gaucher 'tõbi. Selle haigusega seotud ensüüm on glükotserebrosidaas või glükotserebrosidaas. Terves organismis lagundab see ensüüm vananenud komponente rakumembraan. sisse Gaucheri tõbi, on selle olulise ensüümi puudus. Kui ensüüm ei näita piisavalt aktiivsust, toimub membraanikomponentide sadestumine lüsosoomides. Aastal on dokumenteeritud enam kui 200 ensüümi mutatsiooni Gaucheri tõbi tänaseks. Ensümaatilise aktiivsuse jääk sõltub kodeeriva mutatsioonist geen igal üksikjuhul. Näiteks võib haigus põhjustada ensüümi funktsiooni täieliku kadumise. Mõeldav on ka ensümaatilise aktiivsuse funktsionaalne nõrk vähenemine. Enamikul haiguspatsientidel ilmnevad siseorganid samuti seoses närvisüsteem.
