Question

Влияние физических воздействий на активность катализа в живых системах Распишите поподробнее, пожалуйста

Answer 1

Катализом называют явление изменения скорости реакции в присутствии катализаторов. Реакции, протекающие с участием катализаторов, называют каталитическими. Вещества, которые увеличивают скорость химической реакции, оставаясь при этом в результате суммарной реакции в неизменном количестве, называются катализаторами. Катализатор одновременно ускоряет и прямую и обратную реакцию, благодаря чему константа равновесия суммарной реакции остается неизменной. Если бы это было не так, то можно было бы сконструировать вечный двигатель, используя катализатор для регенерации вещества. Катализаторы подразделяются на гомогенные и гетерогенные. Гомогенный катализатор находится в одной фазе с реагирующими веществами, гетерогенный -- образует самостоятельную фазу, отделённую границей раздела от фазы, в которой находятся реагирующие вещества. Типичными гомогенными катализаторами являются кислоты и основания. В качестве гетерогенных катализаторов применяются металлы, их оксиды и сульфиды.Ферменты являются наиболее удивительными катализаторами. С ними связано множество реакций в живых организмах, и поэтому их часто называют биологическими катализаторами. Ферментативный катализ -- явление более сложное, чем обычный катализ. Высокая организованность процессов ферментативного катализа определяется особенностью взаимодействия в живом организме, связанной с особым сочетанием молекулярного строения ферментов и субстратов, которыми в ферментативных реакциях называют реагирующие вещества. Ферменты представляют собой белки, т.е. состоят из аминокислот, связанных пептидными связями. Ферментативный катализ играет огромную роль во всех проявлениях жизни, где речь идет о живых существах. Катализатор – это вещество, увеличивающее количество активных частиц в системе. Катализ — избирательное ускорение одного из возможных термодинамически разрешенных направлений химической реакции под действием катализатора(ов).  Различают два вида катализа - гомогенный (однородный) и гетерогенный (неоднородный) катализ.  При гомогенном катализе реагирующие вещества и катализатор образуют однофазную систему - газовую или жидкую, между катализатором и реагирующими веществами отсутствует поверхность раздела. Например, каталитическое разложение пероксида водорода в присутствии раствора солей (жидкая фаза). Для гомогенного катализа установлено, что скорость химической реакции пропорциональна концентрации катализатора.  При гетерогенном катализе реагирующие вещества и катализатор образуют систему из разных фаз. В этом случае между катализатором и реагирующими веществами существует поверхность раздела. Обычно катализатор - твердое вещество, а реагирующие вещества - газы или жидкости. Примерами могут служить окисление аммиака (газообразная фаза) в присутствии платины (твердая фаза) или разложение пероксида водорода (жидкая фаза) в присутствии угля или оксида марганца (IV) (твердая фаза). Все реакции при гетерогенном катализе протекают на поверхности катализатора. Поэтому активность твердого катализатора зависит и от свойств его поверхности (размера, химического состава, строения и состояния). Электрокатализ – реакция на поверхности электрода в контексте с раствором и под действием электрического тока. Фотокатализ – реакция стимулирования энергией поглощенного излучения и она может происходить на поверхности твердого тела или в жидком растворе.

Answer 2

Физические воздействия могут оказывать влияние на активность катализа в живых системах как прямо, так и косвенно.

Прямое воздействие может происходить через изменение физических свойств белков, которые являются катализаторами химических реакций в клетках. Такие свойства, как конформация, структура и динамика могут быть изменены под воздействием физических факторов, таких как температура, давление, pH, силы механических напряжений и электромагнитные поля.

Также физические воздействия могут косвенно влиять на активность катализа, изменяя окружающую среду клетки. Например, изменение температуры или pH может привести к изменению вязкости и свойств раствора, что в свою очередь может влиять на диффузию субстрата и продукта реакции, что влияет на эффективность катализа.

Кроме того, физические воздействия также могут изменять конформацию ферментов, которые участвуют в регуляции активности катализаторов. Например, изменение температуры может привести к изменению конформации аллостерических центров, что может вызвать изменение связывания активаторов или ингибиторов с ферментом, что в свою очередь влияет на скорость реакции.

Изменения физических условий окружающей среды могут также влиять на проницаемость мембраны, что может приводить к изменению концентрации веществ, необходимых для катализа, на обеих сторонах мембраны, что может повлиять на активность катализатора.

В целом, физические воздействия могут оказывать важное влияние на активность катализаторов в живых системах, и понимание этих воздействий может помочь в понимании механизмов регуляции биохимических реакций в клетках.