ה קָטָלִיזָה מתאים להפחתה באנרגיית ההפעלה הנדרשת לתגובות כימיות וביולוגיות. הפחתה הקטליטית בכמות האנרגיה הנדרשת מתאפשרת על ידי זרז התואם לאנזים בביולוגיה. במחלות אנזימטיות ניתן להפחית או לבטל את התכונות הקטליטיות של אנזימים.
מהי קטליזה?
לאנזימים משימות מיוחדות בגוף האדם. שונות ככל שתפקודם של אנזימים בודדים יכול להיות, לכולם בעיקרון יש אותה משימה ויש להם תכונות דומות למילוי משימה זו. המשימה העיקרית של כל האנזימים היא קטליזה. לכן, ביוכימיה אומרת שיש להם תכונות קטליטיות.
פירושו של מילולית, פירושו של קטליזה הוא "פירוק". מוקד הקטליזה הוא אנרגיית ההפעלה. ככזו, הכימיה מתארת את כמות האנרגיה שהיא הכרחית במערכת תגובה לתגובה הכימית של שני שותפי התגובה. זרזים משמשים להפחתת אנרגיית ההפעלה ובכך מאפשרים לשני המגיבים להגיב במערכת התגובה אפילו באנרגיות נמוכות. במערכות תגובה ביולוגיות, אנזימים בעלי תכונות קטליטיות מפחיתים את אנרגיית ההפעלה של תגובה כימית מסוימת ובהתאם הם מתפקדים כזרזים כימיים.
בהקשר לקטליזה מחד גוברת ההסתברות לתהליך תגובה מוצלח ומצד שני מהירות התגובה עולה לפעמים. שינוי בשיווי המשקל הכימי אינו מתרחש בהקשר של קטליזה.
כימיה מבדילה קטליזה הומוגנית מקטליזה הטרוגנית. ביו-קטליזה לא תואמת את הצורה האחת או את השנייה. זוהי צורה עצמאית של קטליזה.
פונקציה ומשימה
ביו-קטליזה מקבילה לשליטה, יישום או האצה של תגובות כימיות בסביבה ביולוגית. אנזימים פועלים כזרזים ביולוגיים בתהליך זה. כל אנזים מורכב ברובו מחלבונים שחלקם קשורים לקו-פקטור. כמעט לכל התגובות הביוכימיות באורגניזמים חיים יש זרז אנזימטי.
ביו-קטליזה מיושמת בביוטכנולוגיה באמצעות אנזימים מבודדים או חיים. דוגמה לביו-קטליזה ניתן למצוא במבשלות בירה, בהן מיושמים תהליכים ביו-קטליטיים באמצעות חיידקים, פטריות או שמרים. תעשיית התרופות משתמשת בביו-קטליזה כדי להשיג תגובות בלתי אפשריות אחרת.
בגוף האדם מתרחשת כל הזמן קטליזה, בה אנזימים מאיצים תגובות מסוימות. אנזימים רלוונטיים למטבוליזם של אורגניזמים, למשל, ושולטים במידה רבה בתגובות הביוכימיות בתהליכים המטבוליים. הם שולטים למשל על העיכול, אך מעורבים גם בתעתיק ושכפול של DNA בצורה של פולימראזות.
מרבית התגובות הביוכימיות יופיעו באורגניזם חי ללא אנזימים בקצב איטי זניחה. אנזימים מאיצים את השגת שיווי המשקל הכימי מבלי לשנות שום דבר בשיווי המשקל.
לאנזים פעילות קטליטית מכיוון שהוא יכול להוריד את אנרגיית ההפעלה בתגובות כימיות. אנרגיה זו תואמת את כמות האנרגיה שצריך ליישם מראש בכדי להתחיל תגובה. במהלך התגובה המצע משתנה למצבי מעבר חסרי אנרגיה. אנרגיית ההפעלה מכריחה את המצע למצב המעבר שלו. ההשפעה הקטליטית של אנזימים מתערבת בנקודה זו בתגובה על ידי ייצוב מצב המעבר של המצע באמצעות אינטראקציות לא קוולנטיות. באופן זה נדרשת פחות אנרגיה משמעותית כדי להמיר מצע למצב המעבר. בגלל זה המצע ממיר לתוצר הסופי של התגובה בקצב מהיר יותר. עם פונקציות קטליטיות אלה, האנזימים נחשבים ליסודות פילוס הנתיבים עבור כל מוצר תגובה ביוכימית.
מחלות ומחלות
אם אנזימים משתנים או אינם ממלאים את תפקידם הקטליטי בצורה מספקת מסיבות אחרות, יש השלכות בריאותיות נרחבות. קבוצת המחלות של מחלות מטבוליות כוללת הפרעות שונות מתחום חילוף החומרים הפועלים ביניים. הפרעות כאלה הן מולדות או נרכשות.
המחלות המטבוליות שונות מאוד בהיקפן ומתפשטות. גם מבחינה קלינית הם מתבטאים בצורה הטרוגנית מאוד. הפרעה קשורה היא, למשל, מחלת הסוכרת הנפוצה. עם זאת, מחלות תורשתיות נדירות בהרבה עם מסלול קטלני נופלות גם הן בקבוצת מחלות זו. ניתן לאחסן אוסטאופניה ואת אוסטיאופורוזיס כתוצאה ממחלות מטבוליות.
מרבית המחלות המולדות מהקבוצה העל-אדירה של מחלות מטבוליות תואמות ליקויים גנטיים באנזימים שונים. בהתאם לאנזים הנוגע בדבר, תפקודו הקטליטי ותוצר התגובה שלו, פגמים אנזימטיים או חסרים באנזים יכולים, למשל, לגרום לאיברים להיכשל.
מחלת גושה היא מחלה מטבולית נדירה וירושה יחסית. בהקשר של מחלה זו, האנזים הפגוע הוא גלוקוצרברוסידאז או גלוקוצרברוסידאז. אנזים זה מפרק רכיבים מיושנים של קרום התא באורגניזם בריא. מחלת גושה לוקה באנזים חשוב זה. אם האנזים אינו מציג פעילות מספקת, זה מגיע לתצהיר רכיבי הממברנה בתוך הליזוזומים. יותר ממאתיים מוטציות של האנזים תועדו עד כה בהקשר של מחלת גושה. מידת הפעילות האנזימטית הנותרת תלויה במוטציה של הגן המקודד במקרה האינדיבידואלי. המחלה יכולה, למשל, לגרום לאנזים להיכשל לחלוטין. עם זאת, ניתן להעלות על הדעת גם ירידה חלשה בתפקוד בפעילות האנזימטית. מרבית החולים במחלה מראים ביטויים של איברים פנימיים וגם של מערכת העצבים.
