Katalysator gegen Enzym

Enzyme und Katalysatoren beide beeinflussen die Reaktionsgeschwindigkeit. Tatsächlich sind alle bekannten Enzyme Katalysatoren, aber nicht alle Katalysatoren sind Enzyme. Das Unterschied zwischen Katalysatoren und Enzymen ist, dass Enzyme weitgehend organischer Natur sind und Biokatalysatoren sind, während nicht-enzymatische Katalysatoren anorganische Verbindungen sein können. Bei den von ihnen katalysierten Reaktionen werden weder Katalysatoren noch Enzyme verbraucht.

Der Einfachheit halber, Katalysator in diesem Artikel bezieht sich auf nicht-enzymatische Katalysatoren, um leicht von Enzymen zu unterscheiden.

Vergleichstabelle

Vergleichstabelle für Katalysator und Enzym

	Katalysator	Enzym
Funktion	Katalysatoren sind Substanzen, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöhen oder verringern, aber unverändert bleiben.	Enzyme sind Proteine, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen erhöhen und Substrat in Produkt umwandeln.
Molekulargewicht	Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht.	Globuläre Proteine ​​mit hohem Molekulargewicht.
Typen	Es gibt zwei Arten von Katalysatoren - positive und negative Katalysatoren.	Es gibt zwei Arten von Enzymen - Aktivierungsenzyme und inhibitorische Enzyme.
Natur	Katalysatoren sind einfache anorganische Moleküle.	Enzyme sind komplexe Proteine.
Alternative Begriffe	Anorganischer Katalysator.	Organischer Katalysator oder Biokatalysator.
Reaktionsraten	Normalerweise langsamer	Mehrmals schneller
Besonderheit	Sie sind nicht spezifisch und erzeugen daher fehlerhafte Rückstände	Enzyme sind hochspezifisch und erzeugen große Mengen guter Rückstände
Bedingungen	Hohe Temperatur, Druck	Milde Bedingungen, physiologischer pH-Wert und Temperatur
C-C- und C-H-Bindungen	abwesend	vorhanden
Beispiel	Vanadiumoxid	Amylase, Lipase
Aktivierungsenergie	Senkt es	Senkt es

Inhalt: Katalysator gegen Enzym

• 1 Eine kurze Geschichte von Katalysatoren, Enzymen und Katalyse
• 2 Struktur von Katalysatoren und Enzymen
• 3 Unterschiede im Reaktionsmechanismus
• 4 Beispiele für katalysator- und enzymgestützte Reaktionen
• 5 Industrielle Anwendungen
• 6 Referenzen

Eine kurze Geschichte von Katalysatoren, Enzymen und Katalyse

Katalyse Die Reaktionen der Menschen sind seit vielen Jahrhunderten bekannt, aber sie konnten die Ereignisse, die sie um sie herum sahen, nicht erklären, Gärung von Wein zu Essig, Braten von Brot usw. 1812 untersuchte der russische Chemiker Gottlieb Sigismund Constantin Kirchhof den Zusammenbruch Stärke in Zucker oder Glukose in kochendem Wasser in Gegenwart weniger Tropfen konzentrierter Schwefelsäure. Die Schwefelsäure blieb nach dem Versuch unverändert und konnte gewonnen werden. 1835 schlug der schwedische Chemiker Jöns Jakob Berzelius den Namen vor.Katalyse' Von der griechischen Bezeichnung "Kata" bedeutet "unten" und "Lyein" bedeutet "Lockerung".

Sobald die Katalysereaktionen verstanden wurden, entdeckten die Wissenschaftler viele Reaktionen, die die Geschwindigkeit in Gegenwart von ändern Katalysatoren. Louis Pasteur entdeckte, dass es einen Faktor gab, der seine Zuckerfermentationsexperimente katalysierte und der nur in lebenden Zellen aktiv war. Dieser Faktor wurde später vom deutschen Physiologen Wilhelm Kühne 1878 als "Enzym" bezeichnet. Enzym kommt aus dem Griechischen und bedeutet "im Sauerteig". 1897 nannte Eduard Buchner das Enzym, das Saccharose fermentierte, Zymase. Seine Experimente zeigten auch, dass Enzyme außerhalb einer lebenden Zelle funktionieren können. Schließlich wurden Struktur und Funktion verschiedener Enzyme entdeckt, die wichtige Funktionen katalysieren.

Struktur von Katalysatoren und Enzymen

EIN Katalysator ist eine Substanz, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erheblich verändern kann. Es könnte sich also um ein reines Element wie Nickel oder Platin handeln, um eine reine Verbindung wie Siliciumdioxid, Mangandioxid, gelöste Ionen wie Kupferionen oder auch um ein Gemisch wie Eisen-Molybdän. Die am häufigsten verwendeten Katalysatoren sind Protonensäuren in der Hydrolysereaktion. Redoxreaktionen werden durch Übergangsmetalle katalysiert und Platin wird für Reaktionen mit Wasserstoff verwendet. Einige Katalysatoren treten als Präkatalysatoren auf und werden im Verlauf der Reaktion in Katalysatoren umgewandelt. Das typische Beispiel ist der von Wilkinson-Katalysator - RhCl (PPh)₃)₃ der einen Triphenylphosphinliganden verliert, während er die Reaktion katalysiert.

Enzyme sind globuläre Proteine ​​und können aus 62 Aminosäuren (4-Oxalocrotonat) bis zu einer Größe von 2.500 Aminosäuren (Fettsäuresynthase) bestehen. Es gibt auch RNA-basierte Enzyme Ribozyme. Enzyme sind substratspezifisch und in der Regel größer als ihre jeweiligen Substrate. Nur ein kleiner Teil eines Enzyms ist an einer enzymatischen Reaktion beteiligt. Die aktive Stelle ist, wo Substrate an Enzym binden, um die Reaktion zu erleichtern. Andere Faktoren wie Co-Faktoren, direkte Produkte usw. haben auch spezifische Bindungsstellen an das Enzym. Enzyme bestehen aus langen Ketten von Aminosäuren, die sich überlagern und eine globulare Struktur bilden. Die Aminosäuresequenz verleiht Enzymen ihre Substratspezifität. Hitze und Chemikalien können ein Enzym denaturieren.

Unterschiede im Reaktionsmechanismus

Beide Katalysatoren und Enzyme senken Sie die Aktivierungsenergie einer Reaktion und erhöhen Sie so ihre Geschwindigkeit.

EIN Katalysator kann von Natur aus positiv (steigende Reaktionsgeschwindigkeit) oder negativ (abnehmende Reaktionsgeschwindigkeit) sein. Sie reagieren mit Reaktanten in einer chemischen Reaktion, wodurch Zwischenprodukte entstehen, die schließlich das Produkt freisetzen und den Katalysator regenerieren. Stellen Sie sich eine Reaktion vor
C ist ein Katalysator
EIN und B sind Reaktanten und
P ist das Produkt.

EIN typische katalytische chemische Reaktion wäre:

EIN + C → AC
B + AC → ABC
ABC → PC
PC → P + C

Der Katalysator wird im letzten Schritt regeneriert, obwohl er sich in den Zwischenschritten mit den Reaktanten integriert hatte.

Enzymatische Reaktionen treten in vielerlei Hinsicht auf:

• Senkung der Aktivierungsenergie und Erzeugung eines stabilen Übergangszustands, der normalerweise durch Verzerrung der Form des Substrats erreicht wird.
• Senkung der Übergangszustandsenergie ohne Verzerrung des Substrats.
• Temporäre Bildung eines Enzymsubstratkomplexes und dadurch Bereitstellung eines alternativen Reaktionspfads für die Reaktion.
• Reaktionsentropie reduzieren.
• Steigende Temperatur.

Der Mechanismus der enzymatischen Wirkung folgt dem von Daniel Koshland im Jahr 1958 vorgeschlagenen Modell der induzierten Anpassung. Gemäß diesem Modell wird Substrat in das Enzym geformt und es können geringfügige Formänderungen in Enzym und Substrat auftreten, da sich das Substrat an der aktiven Stelle bindet von Enzym, um den Enzymsubstratkomplex zu bilden.

Beispiele für katalysator- und enzymgestützte Reaktionen

EIN Katalysator In Autos verwendet wird ein Gerät, das Gase entfernt, die die Abgase von Autos verschmutzen. Platin und Rhodium sind hier die Katalysatoren, die gefährliche Gase in unschädliche zerlegen. Für z. Stickoxid wird in Gegenwart von geringen Mengen Platin und Rhodium in Stickstoff und Sauerstoff umgewandelt.

Das Enzym Amylase hilft bei der Verdauung der Umwandlung von komplexer Stärke in leichter verdauliche Saccharose.

Industrielle Anwendungen

Katalysatoren werden in der Energieverarbeitung verwendet; Massenchemikalienproduktion; Feinchemikalien; bei der Herstellung von Margarine und in der Umwelt, wo sie eine entscheidende Rolle für freie Chlor-Radikale beim Abbau von Ozon spielen.

Enzyme werden in der Lebensmittelverarbeitung verwendet; Babynahrung; brauen Fruchtsäfte; Milchproduktion; Stärke-, Papier- und Biokraftstoffindustrie; Make-up, Kontaktlinsenreinigung; Gummi und Fotografie und Molekularbiologie.

Verweise

• Wikipedia: Enzym
• Wikipedia: Katalyse
• Enzyminformationen - Wissenschaft geklärt