Unterschied zwischen Katalysator und Enzym

Hauptunterschied - Katalysator gegen Enzym

Katalysator und Enzym sind zwei Substanzen, die die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen, ohne durch die Reaktion verändert zu werden. Es gibt zwei Arten von Katalysatoren als Enzyme und anorganische Katalysatoren. Enzyme sind eine Art biologischer Katalysatoren. Das Hauptunterschied zwischen Katalysator und Enzym ist das Katalysator ist eine Substanz, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, während Enzym ein globuläres Protein ist, das die Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen erhöhen kann. Die anorganischen Katalysatoren umfassen Mineralionen oder kleine Moleküle. Im Gegensatz dazu sind Enzyme komplexe Makromoleküle mit 3D-Strukturen. Enzyme sind spezifisch und arbeiten bei milden Bedingungen.

Wichtige Bereiche

1. Was ist ein Katalysator?
      - Definition, Eigenschaften, Beispiele
2. Was ist ein Enzym?
      - Definition, Eigenschaften, Beispiele
3. Was sind die Ähnlichkeiten zwischen Katalysator und Enzym
      - Überblick über allgemeine Funktionen
4. Was ist der Unterschied zwischen Katalysator und Enzym
      - Vergleich der wichtigsten Unterschiede

Schlüsselbegriffe: Aktivierungsenergie, biologische Reaktionen, Katalysator, chemische Reaktionen, Cofaktoren, Enzym, anorganische Katalysatoren, pH-Wert, Reaktionsgeschwindigkeit, Temperatur

Was ist ein Katalysator?

Ein Katalysator ist eine Substanz, die chemische Reaktionen entweder schneller oder unter anderen Bedingungen zulässt. Typischerweise ist eine sehr kleine Menge an Katalysatoren für eine Reaktion erforderlich. Im Allgemeinen verringern Katalysatoren die Aktivierungsenergie einer Reaktion, indem sie einen alternativen Reaktionsweg einführen. Katalysatoren reagieren mit dem Substrat und bilden bei einem Zustand niedriger Energie ein temporäres Zwischenprodukt. Die zwei Arten von Katalysatoren sind anorganische Katalysatoren und Enzyme. Die Wirkung eines Katalysators auf die Aktivierungsenergie einer Reaktion ist in gezeigt Abbildung 1.

Abbildung 1: Einfluss eines Katalysators auf die Aktivierungsenergie einer Reaktion

Anorganische Katalysatoren

Anorganische Katalysatoren können entweder ein Übergangsmetall oder ein Übergangsmetalloxid sein. Die Übergangsmetalle weisen eine breite Spezifität auf. Sie bieten eine geeignete Oberfläche für die chemische Reaktion, die auf verschiedenen Wegen abläuft. Dieser unterschiedliche Weg verringert die Aktivierungsenergie der chemischen Reaktion. Metallkatalysatoren werden im Allgemeinen als feine Pulver mit einer größeren Oberfläche verwendet. Anorganische Katalysatoren können basierend auf der Art der Substanz als homogene Katalysatoren und heterogene Katalysatoren klassifiziert werden.

Abbildung 2: Vanadium (V) oxid

Homogene Katalysatoren befinden sich in der gleichen Phase wie ihr Substrat. Zum Beispiel werden die Gasphasensubstrate durch Gasphasenkatalysatoren katalysiert. Die heterogenen Katalysatoren befinden sich nicht in der gleichen Phase wie die Substrate. Beispielsweise ist Eisen ein Metall, das zur Herstellung von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff verwendet wird. Platin wird zur Herstellung von Salpetersäure aus Ammoniak verwendet. Vanadium (V) oxid wird zur Herstellung von Schwefelsäure verwendet. Vanadium (V) oxidpulver ist in gezeigt Figur 2. 

Was ist ein Enzym?

Ein Enzym ist ein biologisches Makromolekül, das von lebenden Organismen produziert wird, um die biochemische Reaktion in der Zelle bei Körpertemperatur zu katalysieren. Die Funktion eines Enzyms ist für die Aufrechterhaltung des Lebens unverzichtbar. Alle biochemischen Reaktionen in lebenden Organismen hängen von Katalysatoren ab. Die Wirkung von rund 4.000 Enzymen ist bekannt. Enzyme wirken unter milden Bedingungen wie Körpertemperatur und pH-Wert. Sie katalysieren die Reaktionen des Aufbaus und des Abbaus von Materialien in lebenden Organismen. Die Funktion der Enzyme ist sehr spezifisch. Die meisten Enzyme bestehen aus globulären Proteinen mit hohem Molekulargewicht. Die globulären Proteine ​​werden zu Multi-Protein-Komplexen umgelagert. Einige Enzyme benötigen für ihre Wirkung die Unterstützung von Cofaktoren. Cofaktoren sind anorganische Ionen wie Mg²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, und Mn²⁺ oder kleine organische Moleküle, Co-Enzyme genannt. Das Enzym kann durch Bindung von Cofaktoren an das Enzym inhibiert oder aktiviert werden.

Figur 3: Glucosidase-Enzym

Enzyme werden basierend auf der Art der Reaktion, die sie katalysieren, in sechs Typen eingeteilt. Sie sind Oxidoreduktasen, Transferasen, Lyasen, Hydrolasen, Ligasen und Isomerasen. Das Enzym Glycosidase, das Maltose in zwei Glucosemoleküle umwandelt, ist in gezeigt Figur 3. 

Ähnlichkeiten zwischen Katalysator und Enzym

• Sowohl Katalysator als auch Enzym erhöhen die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion, indem sie die Aktivierungsenergie senken.
• Sowohl der Katalysator als auch das Enzym werden durch die Reaktion nicht verändert.
• Sowohl der Katalysator als auch das Enzym binden sich temporär an ihre Substrate.
• Die Geschwindigkeit von Vorwärts- und Rückwärtsreaktionen wird durch Katalysatoren und Enzyme erhöht.
• Sowohl der Katalysator als auch das Enzym haben keinen Einfluss auf die Gleichgewichtskonstante der Reaktion.

Unterschied zwischen Katalysator und Enzym

Definition

Katalysator: Ein Katalysator ist eine Substanz, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, ohne dass eine dauerhafte chemische Veränderung stattfindet.

Enzym: Ein Enzym ist ein biologisches Molekül, das von lebenden Organismen produziert wird, das bei Körpertemperatur eine bestimmte biochemische Reaktion katalysiert.

Korrelation

Katalysator: Katalysator kann entweder anorganische Katalysatoren oder Enzyme sein.

Enzym: Enzyme sind eine Art Katalysator.

Art

Katalysator: Anorganische Katalysatoren sind Mineralionen oder kleine Moleküle.

Enzym: Enzyme sind globuläre Proteine.

Größenunterschied

Katalysator: Anorganische Katalysatoren haben eine ähnliche Größe wie die Substratmoleküle.

Enzym: Enzyme sind ziemlich größer als die Substratmoleküle.

Molekulargewicht

Katalysator: Anorganische Katalysatoren haben ein niedriges Molekulargewicht.

Enzym: Enzyme haben ein hohes Molekulargewicht.

Aktion

Katalysator: Anorganische Katalysatoren wirken auf physikalische Reaktionen ein.

Enzym: Enzyme wirken auf biochemische Reaktionen ein.

Effizienz

Katalysator: Anorganische Katalysatoren sind weniger effizient.

Enzym: Enzyme sind hocheffizient.

Besonderheit

Katalysator: Anorganische Katalysatoren können die Reaktionsgeschwindigkeit verschiedener Reaktionen erhöhen.

Enzym: Enzyme können nur die Geschwindigkeit einer bestimmten Reaktion erhöhen.

Regulatormoleküle

Katalysator: Die Funktion anorganischer Katalysatoren wird nicht durch Regulatormoleküle gesteuert.

Enzym: Die Funktion von Enzymen kann durch die Bindung von Regulatormolekülen an das Enzym reguliert werden.

Temperatur

Katalysator: Anorganische Katalysatoren funktionieren bei hohen Temperaturen. Sie sind unempfindlich gegen kleine Temperaturänderungen.

Enzym: Enzyme arbeiten bei einer bestimmten Temperatur. Bei niedrigen Temperaturen sind sie inaktiv und bei hohen Temperaturen werden sie denaturiert.

pH-Wert

Katalysator: Anorganische Katalysatoren sind nicht empfindlich gegenüber kleinen pH-Änderungen.

Enzyme: Enzyme arbeiten nur in einem bestimmten pH-Bereich.

Druck

Katalysator: Typischerweise arbeiten anorganische Katalysatoren bei hohem Druck.

Enzym: Enzyme arbeiten bei Normaldruck.

Proteingifte

Katalysator: Proteingifte haben keinen Einfluss auf die anorganischen Katalysatoren.

Enzyme: Enzyme können durch Proteingifte vergiftet werden.

Kurzwellenstrahlung

Katalysator: Kurzwellige Strahlungen haben keinen Einfluss auf die anorganischen Katalysatoren.

Enzyme: Enzyme können durch kurzwellige Strahlung denaturiert werden.

Beispiele

Katalysator: Vanadium (V) -oxid, Eisen und Platin sind Beispiele für anorganische Katalysatoren.

Enzym: Amylase, Lipase, Glucose-6-phosphatase, Alkohol-Dehydrogenase und Aminotransferasen sind Beispiele für Enzyme.

Fazit

Katalysator und Enzym sind Substanzen, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöhen, indem sie die Aktivierungsenergie senken. Sie werden jedoch von der Reaktion nicht beeinflusst oder verändert. Katalysatoren können entweder anorganische Katalysatoren oder Enzyme sein. Anorganische Katalysatoren sind Metallionen oder kleine Moleküle, die die chemischen Reaktionen der lebenden Organismen katalysieren. Enzyme sind biologische Makromoleküle, die spezifische biochemische Reaktionen in lebenden Organismen katalysieren. Enzyme funktionieren nur unter milden Bedingungen. Der Hauptunterschied zwischen Katalysator und Enzym ist die Form der Katalysatoren, Substrate und ihre Art der Katalysatorreaktion.

Referenz:

1. "Was ist ein Katalysator?" Schulchemie, hier erhältlich. Abgerufen am 18. August 2017.
2. "Was ist ein Enzym?" Über Enzyme | AMANO, hier erhältlich. Abgerufen am 18. August 2017.
3. Phillips, Theresa "Definition der Enzymstruktur und -funktion". Das Gleichgewicht, hier verfügbar. Abgerufen am 18. August 2017.

Bildhöflichkeit:

1. "CatalysisScheme" Von Kein maschinenlesbarer Autor bereitgestellt. Rauchfuss vermutet. Eigene Arbeit (aufgrund von Urheberrechtsansprüchen) (Public Domain) via Commons Wikimedia übernommen
2. "Vanadiumpentoxidpulver" Von W. Oelen - (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
3. "Glucosidase-Enzym" Von Thomas Shafee - Eigene Arbeit (CC BY-SA 4.0) über Commons Wikimedia