Біокаталіз

Біоката́ліз (від біо… та каталіз) — прискорення швидкості хімічних реакцій, властиве живому організму.

Зміст

1 Характеристика
2 Значення
3 Література
4 Автор ВУЕ

Характеристика

Біокаталіз, на відміну від хімічного каталізу, відбувається в умовах (температура, реакція середовища, тиск тощо) живого організму за участю біокаталізаторів — ферментів, які регулюють обмін речовин (метаболізм) і енергії, життєдіяльність усього організму. Біокаталізатори — специфічні речовини білкової природи, за винятком рибозимів (РНК-фермент або каталітична рибонуклеїнова кислота); наявні в тканинах і клітинах усіх живих організмів; впливають на перебіг більшості хімічних реакцій у живих системах.

Для біокаталізу характерна висока інтенсивність, ефективність і специфічність, що суттєво відрізняє його від хімічного каталізу за участю неорганічних каталізаторів.

Щодо механізмів перебігу біокаталітичних процесів розглядають теорії, що відображають сутність реакцій та взаємодоповнюють одна одну:

теорія утворення проміжного комплексу: А + К → АК, АК + В → АВ + К, де А та В — початкові речовини, К — каталізатор, АК — проміжний комплекс (проміжні сполуки утворюються на поверхні каталізатора);
адсорбційна теорія (каталітична активність зумовлена здатністю каталізатора адсорбувати (див. Адсорбція) реагенти на активних центрах);
мультиплетна теорія (передбачає утворення мультиплетного комплексу на активному центрі каталізатора, унаслідок чого виділяється енергія, необхідна для розриву старих зв’язків).

Спільні властивості каталізаторів небілкової природи й біокаталізаторів:

прискорюють реакцію без впливу на глибину її перебігу (рівновагу й константу рівноваги);
діють вибірково (прискорюють одну або 2–3 з усіх можливих реакцій);
після реакції залишаються хімічно й кількісно незмінними;
прискорювальна роль каталізатора зумовлена формуванням активованих перехідних комплексів, до складу яких входить каталізатор; активований комплекс, утворений за участю каталізатора, має нижчу енергію активації, ніж той, що виникає за його відсутності.

Значення

Біокаталіз є основою однієї з найсучасніших галузей біотехнології — інженерної ензимології. Так, біокаталізатори використовують для створення нових біотехнологічних процесів у промисловості (харчовій, фармацевтичній, текстильній та інших галузях) і методів терапії та діагностики в гуманній та ветеринарній медицині, а також у сільському господарстві, органічному синтезі, хімічному аналізі тощо. Наприклад, у промисловості застосовують ферментні препарати для гідролізу природних полімерів (білків, крохмалю, пектинів тощо).

Література

Rodwell V. W., Bender D. A., Botham K. M. et al. Harper’s illustrated Biochemistry. 75th ed. New York : McGraw-Hill, 2015. 817 p.
Губський Ю. І., Ніженковська І. В., Корда М. М. Біологічна і біоорганічна хімія : у 2 кн. Київ : ВСВ «Медицина», 2016. Кн. 2. 544 с.
Пирог Т. П., Антонюк М. М., Скроцька О. І. та ін. Харчова біотехнологія. Київ : Видавництво Ліра-К, 2016. 408 с.
Гонський Я. І., Максимчук Т. П. Біохімія людини. 3-тє вид., випр. і допов. Тернопіль : Тернопільський національний медичний університет, 2019. 732 с.
Bell E., Finnigan W., France S. et al. Biocatalysis // Nature Reviews Methods Primers. 2021. № 1. Is. 46. P. 1–21. URL: https://www.nature.com/articles/s43586-021-00044-z