katalyse

De katalyse tilsvarer reduksjonen i aktiveringsenergi som kreves for kjemiske og biologiske reaksjoner. Den katalytiske reduksjonen i energimengden som kreves er muliggjort av en katalysator som tilsvarer et enzym i biologien. Ved enzymatiske sykdommer kan de katalytiske egenskapene til enzymer reduseres eller til og med avskaffes.

Hva er katalyse?

Enzymer har spesielle oppgaver i menneskekroppen. Så forskjellig som funksjonen til individuelle enzymer kan være, har de i utgangspunktet alle den samme oppgaven og har lignende egenskaper for å utføre denne oppgaven. Hovedoppgaven til alle enzymer er katalyse. Derfor sier biokjemi at de har katalytiske egenskaper.

Bokstavelig talt betyr katalyse "oppløsning". Fokus for katalyse er aktiveringsenergien. Som sådan beskriver kjemi mengden energi som er absolutt nødvendig i et reaksjonssystem for den kjemiske reaksjonen fra begge reaksjonspartnerne. Katalysatorer brukes til å redusere aktiveringsenergien og dermed tillate begge reaktanter å reagere i reaksjonssystemet selv ved lave energier. I biologiske reaksjonssystemer reduserer enzymer med katalytiske egenskaper aktiveringsenergien til en viss kjemisk reaksjon og fungerer følgelig som kjemiske katalysatorer.

I forbindelse med en katalyse øker på den ene siden sannsynligheten for en vellykket reaksjonsprosess, og på den andre siden øker reaksjonshastigheten noen ganger. En forskyvning i den kjemiske likevekten skjer ikke i forbindelse med katalyse.

Kjemi skiller homogen katalyse fra heterogen katalyse. Biokatalyse tilsvarer verken den ene eller den andre formen. Det er en uavhengig form for katalyse.

Funksjon & oppgave

Biokatalyse tilsvarer kontroll, implementering eller akselerasjon av kjemiske reaksjoner i et biologisk miljø. Enzymer fungerer som biologiske katalysatorer i denne prosessen. Hvert enzym består stort sett av proteiner, hvorav noen er assosiert med en co-faktor. Nesten alle biokjemiske reaksjoner i levende organismer har en enzymatisk katalysator.

Biokatalyse implementeres i bioteknologi ved bruk av isolerte eller levende enzymer. Et eksempel på biokatalyse finnes i ølbryggerier, hvor biokatalytiske prosesser implementeres ved bruk av bakterier, sopp eller gjær. Legemiddelindustrien bruker biokatalyse for å oppnå ellers umulige reaksjoner.

I menneskekroppen foregår det kontinuerlig katalyse, der enzymer akselererer visse reaksjoner. Enzymer er relevante for for eksempel metabolismen av organismer og kontrollerer i stor grad de biokjemiske reaksjonene i metabolske prosesser. De kontrollerer for eksempel fordøyelsen, men er også involvert i transkripsjon og replikasjon av DNA i form av polymeraser.

De fleste av alle biokjemiske reaksjoner vil skje i en levende organisme uten enzymer i en ubetydelig langsom hastighet. Enzymer akselererer oppnåelsen av kjemisk likevekt uten å endre noe i likevekten.

Et enzym har katalytisk aktivitet fordi det kan senke aktiveringsenergien i kjemiske reaksjoner. Denne energien tilsvarer mengden energi som må brukes på forhånd for å starte en reaksjon. Under reaksjonen endres underlaget til energisk ugunstige overgangstilstander. Aktiveringsenergien tvinger underlaget til sin overgangstilstand. Den katalytiske effekten av enzymer griper inn på dette tidspunktet i reaksjonen ved å stabilisere overgangstilstanden til underlaget via ikke-kovalente interaksjoner. På denne måten kreves det betydelig mindre energi for å konvertere et underlag til overgangstilstanden. På grunn av dette konverterer substratet til sluttproduktet av reaksjonen med en raskere hastighet. Med disse katalytiske funksjonene anses enzymene for å være banenivellerende elementer for hvert biokjemisk reaksjonsprodukt.

Sykdommer og plager

Hvis enzymer muterer eller ikke lenger utfører sin katalytiske rolle tilstrekkelig av andre årsaker, er det omfattende helsemessige konsekvenser. Sykdomsgruppen av metabolske sykdommer inkluderer forskjellige lidelser fra området for middels operativ metabolisme. Slike lidelser er enten medfødt eller ervervet.

Metabolske sykdommer varierer veldig i omfang og spredning. Også klinisk manifesterer de seg veldig heterogent. En relatert lidelse er for eksempel den utbredte sykdommen diabetes mellitus. Imidlertid faller mye sjeldnere arvelige sykdommer med et dødelig forløp også inn i denne gruppen av sykdommer. Osteopeni og den resulterende osteoporose kan også spores tilbake til metabolske sykdommer.

De fleste medfødte sykdommer fra den overordnede gruppen av metabolske sykdommer tilsvarer genetiske defekter i forskjellige enzymer. Avhengig av det aktuelle enzym, kan dets katalytiske funksjon og dets reaksjonsprodukt, enzymatiske defekter eller enzymmangler føre til at organer svikter.

Gauchers sykdom er en relativt sjelden og arvelig metabolsk sykdom. I sammenheng med denne sykdommen er det berørte enzymet glukocerebrosidase eller glukoserebrosidase. Dette enzymet nedbryter alderen komponenter av cellemembranen i en sunn organisme. Gauchers sykdom er mangelfull i dette viktige enzymet. Hvis enzymet ikke viser tilstrekkelig aktivitet, kommer det til avsetning av membrankomponenter i lysosomene. Mer enn 200 mutasjoner av enzymet er så langt dokumentert i forbindelse med Gauchers sykdom. Graden av gjenværende enzymatisk aktivitet avhenger av mutasjonen av det kodende genet i det enkelte tilfelle. Sykdommen kan for eksempel føre til at enzymet mislykkes fullstendig. En funksjonell svak reduksjon i enzymatisk aktivitet kan imidlertid også tenkes. De fleste pasienter med sykdommen viser manifestasjoner av både indre organer og nervesystemet.