Отличие ферментов от химических катализаторов кратко

Обновлено: 04.07.2024

1. Скорость ферментативных реакций выше, чем реакций, катализируемых неорганическими катализаторами.

2. Ферменты обладают высокой специфичностью к субстрату.

3. Ферменты по своей химической природе белки, катализаторы - неорганика.

4. Ферменты подвержены регуляции (есть активаторы и ингибиторы ферментов), неорганические катализаторы работают нерегулируемо.

5. Ферменты обладают конформационной лабильностью - способностью к небольшим изменениям своей структуры за счет разрыва и образования новых слабых связей.

6. Ферментативные реакции протекают только в физиологических условиях, т. к. работают внутри клеток, тканей и организма (это определенные значения температуры, давления и рН).

Общие свойства ферментов:

1. Не расходуются в процессе катализа;

2. Имеют высокую активность по сравнению с катализаторами др. природы;

3. Обладают высокой специфичностью;

4. Лабильность (неустойчивость);

5. Ускоряют только те реакции, которые не противоречат законам термодинамики.

Общие свойства неорганических катализаторов:

1. Химическая природа – низкомолекулярные вещества;

2. В ходе реакции структура катализатора изменяется незначительно, или не изменяется вовсе;

3. Оптимум pH – сильнокислая или щелочная;

4. Увеличение скорости реакции намного меньше, чем при действии ферментов.

Специфичность - очень высокая избирательность ферментов по отношению к субстрату. Специфичность фермента объясняется совпадением пространственной конфигурации субстрата и субстратного центра. За специфичность фермента ответственен как активный центр фермента, так и вся его белковая молекула. Активный центр фермента определяет тип реакции, который может осуществить данный фермент. Различают три вида специфичности: абсолютную, относительную, стереохимическую.

Абсолютная специфичность. Такой специфичностью обладают ферменты, которые действуют только на один субстрат. Например, сахараза гидролизует только сахарозу, лактаза - лактозу, мальтаза - мальтозу, уреаза - мочевину, аргиназа - аргинин и т.д.

Относительная специфичность - это способность фермента действовать на группу субстратов с общим типом связи, т.е. относительная специфичность проявляется только по отношению к определенному типу связи в группе субстратов. Пример: липаза расщепляют сложноэфирную связь в жирах животного и растительного происхождения. Амилаза гидролизует α-гликозидную связь в крахмале, декстринах и гликогене. Алкогольдегидрогеназа окисляет спирты (метанол, этанол и др.).

Стереохимическая специфичность - это способность фермента действовать только на один стереоизомер. Например: 1) L, B-изомерия: L- амилаза слюны и сока поджелудочной железы расщепляет только L-глюкозидные связи в крахмале и не расщепляет D-глюкозидные связи клетчатки; 2) L и В-изомерия: В нашем организме превращения подвергаются только L-аминокислоты, т.к. эти превращения осуществляются ферментами L-оксидазами, способными реагировать только с L-формой аминокислот; 3) Цис-, транс-изомерия: Фумаратгидратаза может превращать только транс-изомер (фумаровую кислоту) в яблочную. Цис-изомер (малеиновая кислота) таким превращениям в нашем организме не подвергается.

Локализация ферментов зависит от их функций. Одни ферменты просто растворены в цитоплазме, другие связаны с определенными органоидами. Например, окислительно-восстановительные ферменты сосредоточены в митохондриях.

Эктоферменты – ферменты, локализующиеся в плазматической мембране и действующие снаружи от нее

Эндоферменты – функционируют внутри клетки. Они катализируют реакции биосинтеза и энергетического обмена.

Экзоферменты – выделяются клеткой в окружающую среду, за пределами клетки расщепляют крупные молекулы на более мелкие осколки и тем самым способствуют проникновению их в клетку. К ним относятся гидролитические ферменты, играющие исключительно важную роль в питании микроорганизмов.

Отличия:

1. Скорость ферментативных реакций выше, чем реакций, катализируемых неорганическими катализаторами.

2. Ферменты обладают высокой специфичностью к субстрату.

3. Ферменты по своей химической природе белки, катализаторы - неорганика.

Общие свойства ферментов:

1. Не расходуются в процессе катализа;

2. Имеют высокую активность по сравнению с катализаторами др. природы;

3. Обладают высокой специфичностью;

4. Лабильность (неустойчивость);

5. Ускоряют только те реакции, которые не противоречат законам термодинамики.

Общие свойства неорганических катализаторов:

1. Химическая природа – низкомолекулярные вещества;

2. В ходе реакции структура катализатора изменяется незначительно, или не изменяется вовсе;

3. Оптимум pH – сильнокислая или щелочная;

4. Увеличение скорости реакции намного меньше, чем при действии ферментов.

Эктоферменты – ферменты, локализующиеся в плазматической мембране и действующие снаружи от нее

Эндоферменты – функционируют внутри клетки. Они катализируют реакции биосинтеза и энергетического обмена.

Основное различие между катализатором и ферментом заключается в том, что катализатор известен как химическое вещество, которое ускоряет скорость химической реакции, тогда как фермент — это глобулярный белок, который ускоряет скорость биохимической реакции.

Катализатор против фермента

Вещество, которое максимизирует скорость химической реакции без каких-либо изменений в его химической структуре, известно как катализатор; с другой стороны, биологическая молекула, образованная живыми организмами, которые катализируют определенные биологические реакции при температуре тела. Катализаторы могут быть либо ферментами, либо неорганическими солями, тогда как ферменты рассматриваются как тип катализатора.

Типы неорганических катализаторов представляют собой минеральные ионы или небольшие молекулы; напротив, ферменты представляют собой глобулярные белки. Присутствуют неорганические катализаторы, близкие по размеру к молекуле субстрата; С другой стороны, размер ферментов намного больше по сравнению с молекулой субстрата.

Молекулярная масса неорганического катализатора низкая, а молекулярная масса ферментов высокая. Неорганические катализаторы обычно действуют на физические реакции; с другой стороны, ферменты всегда действуют на биохимические реакции. Катализаторы обычно работают менее эффективно; напротив, ферменты работают очень эффективно.

Катализаторы могут максимизировать скорость различных наборов реакций, тогда как ферменты могут действовать и увеличивать скорость только конкретной реакции. Молекулы регулятора не могут контролировать функцию неорганических катализаторов; С другой стороны, регуляторные молекулы могут регулировать функцию ферментов путем связывания регуляторных молекул со специфическим ферментом.

Неорганические катализаторы нечувствительны к небольшим перепадам температуры, поэтому они работают при высоких температурах; с другой стороны, ферменты зависят от температуры, поэтому при низких температурах ферменты становятся неактивными, а при высоких температурах ферменты денатурируются.

Неорганические катализаторы обычно не чувствительны к небольшим изменениям pH; и наоборот, ферменты чувствительны к небольшим изменениям pH и работают только в определенном диапазоне pH. Неорганические катализаторы работают только при высоком давлении, в то время как ферменты работают только при стандартном давлении. На неорганические соли белковые яды не действуют; С другой стороны, ферменты могут быть отравлены белковыми ядами.

Коротковолновое излучение не влияет на неорганические катализаторы, в то время как коротковолновое излучение может денатурировать ферменты. Основными примерами катализаторов являются железо, платина и оксид ванадия. Напротив, некоторыми примерами фермента являются глюкозо-6-фосфат, алкогольдегидрогеназа, амилаза, липаза и аминотрансфераза.

Сравнительная таблица

Катализатор	Фермент
Катализатор — это молекулы, которые ускоряют скорость реакции без изменения ее структуры.	Фермент известен как биологический катализатор и глобулярный белок, ускоряющий естественные реакции.
Корреляция
Могут быть ферменты или неорганические соли.	Считается разновидностью катализатора
Тип
Минеральные ионы или небольшие молекулы	Глобулярные белки
Разница в размерах
По размеру похож на молекулу субстрата.	Очень крупный по сравнению с молекулой субстрата
Молекулярный вес
Молекулярная масса низкая	Молекулярная масса ферментов высокая
Действие
Обычно действуют на физические реакции	Всегда действуйте в соответствии с биохимическими реакциями
Эффективность
Работайте менее эффективно	Работайте высокоэффективно
Специфичность
Может максимизировать скорость различных реакций	Может только действовать и увеличивать скорость конкретной реакции
Молекулы регулятора
Невозможно контролировать работу неорганических катализаторов.	Может регулировать функцию ферментов путем связывания регуляторных молекул со специфическим ферментом.
Температура
Нечувствительны к небольшим перепадам температуры, поэтому работают при высоких температурах	Зависит от температуры, поэтому при низкой температуре ферменты становятся неактивными, а при высокой температуре ферменты денатурируются.
pH
Обычно не чувствителен к небольшим изменениям pH.	Чувствителен к небольшим изменениям pH и работает только в определенном диапазоне pH
Давление
Работайте только при высоком давлении	Работайте только при нормальном давлении
Белковые яды
Белковые яды не действуют	Может быть поражен и отравлен белковыми ядами
Коротковолновое излучение
Не влияет на неорганические катализаторы	Может денатурировать ферменты
Примеры
Оксид железа, платины и ванадия	Глюкозо-6-фосфат, алкогольдегидрогеназа, амилаза, липаза и аминотрансфераза

Что такое катализатор?

Конкретное вещество, которое позволяет химическим реакциям протекать с большей скоростью в различных условиях, известно как катализатор. Обычно для начала или катализа реакции требуется лишь небольшое количество катализатора. Обычно катализаторы уменьшают скорость энергии активации реакции, открывая другой путь к реакции. Временный промежуточный продукт образуется в низкоэнергетическом состоянии, когда катализаторы реагируют с субстратом.

Типы катализаторов

Неорганический катализатор: это может быть переходный металл или оксид переходного металла. Переходные металлы обладают широким спектром специфичности. Переходные металлы обеспечивают удобную площадь поверхности для протекания химических реакций различными способами, что снижает скорость энергии активации химической реакции. Они используются в виде мелкодисперсных порошков с максимальной площадью поверхности. Неорганические катализаторы, кроме того, делятся на две категории в зависимости от природы вещества как гетерогенные катализаторы или гомогенные катализаторы.
Фермент: это глобулярный белок, который катализирует многие биохимические реакции внутри клетки в присутствии определенной температуры тела.

Что такое фермент?

Биологическая макромолекула, которая образуется живыми организмами для катализа биохимических реакций внутри определенных клеток при средней температуре тела. Функции ферментов обширны, поскольку они имеют решающее значение для поддержания жизни.

Все биохимические реакции, которые происходят внутри тела живых организмов, зависят от ферментов, около 4000 хорошо известных до сих пор. Ферменты обычно действуют в обычных условиях, таких как нормальная температура тела и pH.

Функции ферментов очень специфичны, их основная функция — катализировать строительные реакции и разрушение многих материалов внутри живых организмов. Ферменты состоят из глобулярных белков с высокой молекулярной массой.

Ферменты нуждаются в кофакторах для их работы. Кофакторы считаются неорганическими ионами, такими как Zn 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ и Mn 2+, или многие небольшие органические молекулы известны как коферменты. Активность ферментов может быть ускорена или подавлена связыванием кофакторов фермента.

Ключевые отличия

Катализатор, рассматриваемый как вещество, ускоряющее скорость химических реакций, не имеющее постоянной структуры; с другой стороны, фермент считается биологическими молекулами, которые синтезируются живыми организмами, работающими при температуре тела.
Неорганические катализаторы имеют низкую молекулярную массу; напротив, фермент имеет высокую молекулярную массу.
Катализаторы обычно действуют на физические реакции, а ферменты — на биохимические реакции живых организмов.
Неорганические катализаторы работают при высоких температурах, потому что они нечувствительны к небольшим изменениям температуры; наоборот, ферменты не действуют при высоких температурах; вместо этого они работают при нормальной температуре.
Неорганические катализаторы обычно не чувствительны к небольшим изменениям pH, тогда как ферменты работают в определенных диапазонах pH.
Белковые яды не действуют на неорганические катализаторы, а коротковолновое излучение денатурирует свойства ферментов.

Заключение

Катализатор и фермент — это вещества, которые ускоряют скорость химической реакции за счет минимизации энергии активации. Разница между ними в том, что катализаторы — это небольшие молекулы, которые катализируют химические реакции живых организмов, а ферменты считаются макромолекулами, которые катализируют определенные биохимические реакции.

Общее между ферментами и неорганическими катализаторами:
1. Увеличивают скорость химических реакций, при этом сами не расходуются.
2. Ферменты и неорганические катализаторы ускоряют энергетически возможные реакции.
3. Энергия химической системы остается постоянной.
4. В ходе катализа направление реакции не изменяется.

Различия между ферментами и неорганическими катализаторами:
1. Скорость ферментативных реакций выше, чем реакций, катализируемых неорганическими катализаторами.
2. Ферменты обладают высокой специфичностью к субстрату.
3. Ферменты по своей химической природе белки, катализаторы - неорганика.
4. Ферменты работают только в опрделенном диапазоне температур (обычно в районе 37 град. С плюс/минус 2-3 град. С). , а скорость неорганического катализа возрастает в 2-4 раза при повышении температуры на каждые 10 град. С по линейной зависимости (правило Вант-Гоффа) .
5. Ферменты подвержены регуляции (есть активаторы и ингибиторы ферментов) , неорганические катализаторы работают нерегулируемо.
6. Ферменты обладают конформационной лабильностью - способностью к небольшим изменениям своей структуры за счет разрыва и образования новых слабых связей.
7. Ферментативные реакции протекают только в физиологических условиях, т. к. работают внутри клеток, тканей и организма (это определенные значения температуры, давления и рН).

Отличается ли фермент от химического катализатора, способностью катализировать прямую и обратную реакции

Катализатором, или ферментом (в случае биохимической реакции), называется вещество, помогающее протеканию химической реакции, но не изменяющееся в ходе нее.

Скорость протекания химической реакции можно значительно увеличить, если добавить вещество, которое участвует в этой реакции, но при этом само не расходуется. Чтобы лучше это понять, представим себе работу брокера по операциям с недвижимостью. Брокер находит и собирает вместе людей, желающих продать какое-либо имущество, и людей, желающих его купить, таким образом способствуя его продаже и передаче другому владельцу. При этом сам брокер в ходе сделки ничего реально не покупает и не продает. Так же и катализатор, или фермент, способствует протеканию реакции между двумя веществами, но к концу реакции остается в первоначальном виде.

Подалуй, самый известный катализатор находится у нас в машине, в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов. Он представляет собой мелкоячеистую металлическую сетку, сделанную из палладия и платины, через которую пропускаются выхлопы из автомобильного двигателя. Эти металлы катализируют ряд химических взаимодействий. Во-первых, они абсорбируют окись углерода (CO), окись азота (NO) и кислород, причем каждая молекула NO распадается на составляющие ее атомы. CO соединяется с атомом кислорода, образуя диоксид углерода, а атомы азота соединяются, и получаются молекулы азота. В то же время избыток кислорода дает возможность углеводородам, не до конца сгоревшим в автомобильных цилиндрах, полностью окислиться до диоксида углерода и воды. Вот так выхлопные газы, которые содержат окись углерода (смертельный яд) и вещества, приводящие к кислотным дождям, а также несгоревшие фрагменты исходных молекул бензина, превращаются в относительно безвредную смесь диоксида углерода, азота и воды.

Чтобы понять действие ферментов, необходимо знать, что для взаимодействия сложных органических молекул недостаточно их простого контакта. Чтобы реакция протекала, определенные атомы в сближающихся молекулах должны быть правильно сориентированы друг относительно друга (так же как ключ определенным образом должен быть вставлен в замок), только тогда смогут образоваться химические связи. То есть для химических процессов, протекающих в биологических системах (см. Биологические молекулы), чрезвычайно важную роль играет пространственная геометрия.

В биохимии крайне мала вероятность того, что две сложные молекулы, предоставленные сами себе, случайно окажутся друг относительно друга в правильной ориентации, необходимой для взаимодействия. Чтобы такая реакция протекала с ощутимой скоростью, нужна помощь молекул определенного типа — ферментов. Фермент притягивает к себе две другие молекулы и удерживает их в правильном положении, чтобы взаимодействие состоялось. Как только реакция произошла, фермент освобождается и повторяет те же действия с другим набором молекул. Все ферменты в биологических системах представляют собой белки, которые могут принимать разнообразные сложные формы. Как и все белки, они закодированы в ДНК и в качестве ферментов управляют скоростью протекания химических реакций.

Флогистон 02.12.2005 08:21 Ответить

Если это сайт для ученых, а не для школьников, то и определения должны
быть не списаны из школьных учебников!
Например, первая строчка "Катализатором, или ферментом (в случае биохимической реакции), называется вещество, помогающее протеканию химической реакции, но не изменяющееся в ходе нее."
Но почему же не так: "Катализатором называется вещество, способствующее увеличению скорости химической реакции путем снижения энергии активационного барьера, и тем самым обеспечивающее более быстрое достижение состояния термодинамического равновесия. Как правило, катализатор не претерпевает химических превращений в ходе химической реакции. Ферменты или биокатализаторы - это вещества белковой природы, катализирующие биохимические реакции. В отличи от небелковых катализаторов ферменты (энзимы) крайне реакционно-специфические катализаторы, т.е. фермент способен катализировать лишь очень небольшое число реакций, часто только одну.

algen Флогистон 02.12.2005 11:23 Ответить

Но все же не стоит путать научность с наукообразием. Вовсе не в том цель, чтобы каждое объяснение было фундаментальным. Обычно гораздо важнее, чтобы оно было понятным.

Флогистон algen 02.12.2005 12:14 Ответить

Спасибо за информацию! Полезу в соответствующий раздел.
Но по поводу "Обычно гораздо важнее, чтобы оно было понятным" позвольте не согласиться - гораздо важнее, что бы объяснение было правильным и не грешило двусмысленностью.

algen Флогистон 02.12.2005 13:01 Ответить

Какова ценность точного объяснения, если оно осталось непонятым? Человеческое понимание устроено так, что сразу воспринять предельно точные формулировки трудно. Поэтому сначала обычно дается некая неточная, но наводящая на правильные представления мысль. Потом, по мере того, как у человека накапливается опыт, а практика показывает недостаточность упрощенного объяснения, появляется нужда в уточнении. Главное, что читатель в этот момент готов к восприятию более точного понятия, он правильно поймет и оценит все тонкости формулировки. А если дать такое объяснение раньше времени, то возникнет ощущение сумбура и человек ничего не поймет и не запомнит.

Флогистон algen 02.12.2005 13:41 Ответить

Я преподаватель ВУЗа с немалым стажем, точная формулировка с последующим объяснением - это лучшее, что может дать учитель ученику. А Ваш подход - он повсеместно реализован в наших школах. И детишек потом приходится переучивать, предлагая забыть "..некая неточная, но наводящая на правильные представления мысль..", поскольку неподготовленый человек никогда не будет заниматься обдумыванием и додумыванием самостоятельно, и запоминать сразу точное и, главное, правильное определение. В итоге имеет место колоссальный разрыв между школой и ВУЗом, из-за которого вчерашние отличники превращаются в неуспевающих студентов. Специфика любого научного знания - это чистая, незамутненная мысль, и к этому нужно готовить сразу, а не потом.
И с чего это Вы взяли, что "Человеческое понимание устроено так, что сразу воспринять предельно точные формулировки трудно"? То что есть естественники и гуманитарии - это давно известно, но Ваш сайт не на школьников-гуманитариев ориентирован я надеюсь :)

alexsmail Флогистон 16.09.2006 18:51 Ответить

Как выпускник гимназии с углубленным изучением математики, физики и английского, а также как выпускнив ВУЗа (за рубежом) по математике и компьютерным наукам позвольте с вами не согласиться. Когда слышишь первый раз определение хочется услышать именно "..некая неточная, но наводящая на правильные представления мысль..". Затем можно привести несколько примеров, показывающие недостатки данного определния и дать правильное, точно определение. С лекции студент должен уйти именно с неточным определением и чётким предствалением, какие у него есть изъяны. Затем, дома или перед сессией, студент выучит точное определение.
В школе же нужно говорить правильные вещи. Например, говорить, что "квадратное уравнение с отрицательной дискриминантой не имеет решения" не верно. Нужно говорить "квадратное уравнение с отрицательной дискриминантой не имеет решения в действительных числах". И не важно, что дать вразумительный ответ школьнику, почему эта оговорка важна, сложно, я бы сказал не возможно, ведь он других чисел не знает, поэтому даже дача абсолютно точного определения действительного числа не поможет. Если этого не делать, то школьник, столкнувший с комплексными, числами испытает шок, он будет считать, что его обманывали.

Читайте также: