Катализатор және фермент
Бір немесе бірнеше реактивтер өнімге айналғанда, олар әртүрлі модификациялар мен энергия өзгерістерінен өтуі мүмкін. Реактивтердегі химиялық байланыстар үзілуде және реактивтерден мүлде басқа өнімдер пайда болу үшін жаңа байланыстар пайда болады. Мұндай химиялық модификация химиялық реакциялар деп аталады. Молекула реакцияға түспес бұрын белсендірілуі керек. Молекулаларда әдетте олармен көп энергия болмайды, тек кейде кейбір молекулалар реакцияға түсу үшін энергетикалық күйде болады. Екі әрекеттесуші болған жерде реакция жүруі үшін әрекеттесуші заттар бір-бірімен дұрыс бағытта соқтығысуы керек. Реактивтер бір-бірімен кездессе де, көптеген кездесулер реакцияға әкелмейді. Бұл бақылаулар реакцияларға энергетикалық тосқауыл қою идеясын берді.
Катализатор дегеніміз не?
Катализатор реакцияның энергетикалық тосқауылын төмендетеді, осылайша реакция екі бағытта да жылдамырақ жүреді. Катализаторларды реакция жылдамдығын арттыратын, бірақ реакциядан кейін өзгеріссіз қалатын түрлер ретінде анықтауға болады. Катализатор реакция кезінде пішінін өзгерте алса да, реакция аяқталғаннан кейін ол бастапқы түріне қайтады. Катализатор реакция жылдамдығын арттырса да, тепе-теңдік жағдайына әсер етпейді. Катализденбеген реакцияда активтену энергиясының кедергісі катализденген реакциямен салыстырғанда жоғары болады. Реакцияның активтенуі жоғарырақ болуы мүмкін, егер өтпелі күй өте мүмкін емес конформацияға ие болса. Катализаторлар бұл энергияны реактив молекуласын өтпелі күйге ұқсайтын аралық күйде байланыстыру арқылы азайта алады. Бұл жағдайда байланыс реакцияны катализдейтін энергияны төмендетеді. Сонымен қатар, катализатор екі реакцияға түсетін молекуланы байланыстыра алады және олардың реакцияға түсу мүмкіндігін арттыруға бағыттай алады. Осылайша, катализатор реакциядағы әсер ету энтропиясын төмендету арқылы жылдамдықты арттырады. Катализді гетерогенді катализ және гомогенді катализ деп бөлуге болады. Егер катализатор мен әрекеттесуші заттар екі фазада болса, онда ол гетерогенді катализ деп аталады (мысалы: сұйық реагенттермен қатты катализ). Ал егер олар бір фазада болса (қатты, сұйық немесе газ), бұл біртекті катализ. Катализаторлар көбінесе химиялық зертханалар мен өнеркәсіптерде реакциялардың тиімділігін арттыру үшін қолданылады. Pt, Pd, Cu сияқты d блокты металдардың көпшілігі каталитикалық белсенділігі үшін ортақ.
Фермент дегеніміз не?
Ферменттер маңызды биологиялық макромолекулалар болып табылады. Олар кейде басқа металдармен, ферменттермен немесе протездік топтармен байланысқан ақуыз молекулалары. Ферменттер өте жұмсақ жағдайларда биологиялық реакциялардың жылдамдығын арттыратын биологиялық катализаторлар болып табылады. Әдетте ферменттердің жұмыс істеуі үшін өте ерекше жағдайлар қажет. Мысалы, олар оңтайлы температурада, рН жағдайында және т.б. жұмыс істейді. Ферменттер белоктар болып табылады, сондықтан олар жоғары температураға, тұз концентрациясына, механикалық күштерге, органикалық еріткіштерге және концентрлі қышқыл немесе негіз ерітінділеріне ұшырағанда, олар денатуризацияға бейім. Ферментті күшті катализатор ететін екі қасиет:
– Олардың субстратты байланыстыру ерекшелігі.
– ферменттің белсенді аймағында каталитикалық топтардың оңтайлы орналасуы
Катализатор мен ферменттің айырмашылығы неде?
• Ферменттер биологиялық катализаторлар болып табылады және олардың өте тиімді екені белгілі. Олар ең жақсы химиялық катализаторларға қарағанда үлкен дәрежеде жылдамдықты арттырады.
• Катализаторлар органикалық немесе бейорганикалық болуы мүмкін, ал ферменттер органикалық катализаторлар.
• Ферменттер субстраттарға тән. Бірақ басқа катализаторлар олай емес.
• Белсенді учаске деп аталатын ферменттің аз ғана бөлігі каталитикалық процеске қатысады, бұл оларды басқа катализаторлардан ерекшелендіреді.
