Det katalyse svarer til reduktionen i aktiveringsenergi krævet til kemiske og biologiske reaktioner. Den katalytiske reduktion i den krævede mængde energi muliggøres af en katalysator, der svarer til et enzym i biologien. Ved enzymatiske sygdomme kan enzymernes katalytiske egenskaber reduceres eller endda afskaffes.
Hvad er katalyse?
Enzymer har specielle opgaver i den menneskelige krop. Så forskellige som funktionen af individuelle enzymer kan være, har de dybest set alle den samme opgave og har lignende egenskaber til at udføre denne opgave. Hovedopgaven for alle enzymer er katalyse. Derfor siger biokemi, at de har katalytiske egenskaber.
Bogstaveligt oversat betyder katalyse "opløsning". Fokus for katalyse er aktiveringsenergien. Som sådan beskriver kemi den mængde energi, der er absolut nødvendig i et reaktionssystem til den kemiske reaktion fra begge reaktionspartnere. Katalysatorer bruges til at reducere aktiveringsenergien og tillader således begge reaktanter at reagere i reaktionssystemet selv ved lave energier. I biologiske reaktionssystemer reducerer enzymer med katalytiske egenskaber aktiveringsenergien for en bestemt kemisk reaktion og fungerer følgelig som kemiske katalysatorer.
I forbindelse med katalyse øges på den ene side sandsynligheden for en vellykket reaktionsproces, og på den anden side øges reaktionens hastighed undertiden. Et skift i den kemiske ligevægt forekommer ikke i forbindelse med katalyse.
Kemi adskiller homogen katalyse fra heterogen katalyse. Biokatalyse svarer hverken til den ene eller den anden form. Det er en uafhængig form for katalyse.
Funktion & opgave
Biokatalyse svarer til kontrol, implementering eller acceleration af kemiske reaktioner i et biologisk miljø. Enzymer fungerer som biologiske katalysatorer i denne proces. Hvert enzym består stort set af proteiner, hvoraf nogle er forbundet med en co-faktor. Næsten alle biokemiske reaktioner i levende organismer har en enzymatisk katalysator.
Biokatalyse implementeres i bioteknologi ved hjælp af isolerede eller levende enzymer. Et eksempel på biokatalyse kan findes i ølbryggerier, hvor biokatalytiske processer implementeres ved anvendelse af bakterier, svampe eller gær. Den farmaceutiske industri bruger biokatalyse til opnåelse af ellers upraktiske reaktioner.
I den menneskelige krop foregår der konstant katalyse, hvor enzymer fremskynder visse reaktioner. Enzymer er relevante for for eksempel metabolismen af organismer og styrer i vid udstrækning de biokemiske reaktioner i de metaboliske processer. De kontrollerer for eksempel fordøjelsen, men er også involveret i transkription og replikation af DNA i form af polymeraser.
Størstedelen af alle biokemiske reaktioner ville forekomme i en levende organisme uden enzymer i en ubetydelig langsom hastighed. Enzymer fremskynder opnåelsen af kemisk ligevægt uden at ændre noget i ligevægten.
Et enzym har katalytisk aktivitet, fordi det kan sænke aktiveringsenergien i kemiske reaktioner. Denne energi svarer til den mængde energi, der skal påføres på forhånd for at starte en reaktion. Under reaktionen skifter substratet til energisk ugunstige overgangstilstande. Aktiveringsenergien tvinger underlaget til dets overgangstilstand. Den katalytiske virkning af enzymer griber ind på dette tidspunkt i reaktionen ved at stabilisere overgangstilstanden for substratet via ikke-kovalente interaktioner. På denne måde kræves markant mindre energi for at omdanne et substrat til overgangstilstand. På grund af dette konverteres substratet til slutproduktet af reaktionen med en hurtigere hastighed. Med disse katalytiske funktioner anses enzymerne for at være de stigende elementer for hvert biokemisk reaktionsprodukt.
Sygdomme og lidelser
Hvis enzymer muterer eller ikke længere udfører deres katalytiske rolle tilstrækkeligt af andre grunde, er der omfattende sundhedsmæssige konsekvenser. Sygdomsgruppen af metabolske sygdomme inkluderer forskellige lidelser fra området med mellemliggende driftsmetabolisme. Sådanne lidelser er enten medfødt eller erhvervet.
De metaboliske sygdomme varierer meget i omfang og spredning. Klinisk manifesterer de sig også meget heterogent. En relateret lidelse er for eksempel den udbredte sygdom diabetes mellitus. Imidlertid falder meget sjældnere arvelige sygdomme med et dødbringende forløb også ind i denne gruppe af sygdomme. Osteopeni og den resulterende osteoporose kan også spores tilbage til metaboliske sygdomme.
De fleste af de medfødte sygdomme fra den overordnede gruppe af metaboliske sygdomme svarer til genetiske defekter i forskellige enzymer. Afhængig af det pågældende enzym kan dets katalytiske funktion og dets reaktionsprodukt, enzymatiske defekter eller enzymmangel for eksempel forårsage organer i at svigte.
Gauchers sygdom er en relativt sjælden og arvelig metabolisk sygdom. I forbindelse med denne sygdom er det påvirkede enzym glucocerebrosidase eller glucocerebrosidase. Dette enzym nedbryder alderen komponenter i cellemembranen i en sund organisme. Gauchers sygdom er mangelfuld med dette vigtige enzym. Hvis enzymet ikke viser tilstrækkelig aktivitet, kommer det til aflejring af membrankomponenter i lysosomerne. Mere end 200 mutationer af enzymet er hidtil dokumenteret i forbindelse med Gauchers sygdom. Graden af resterende enzymatisk aktivitet afhænger af mutationen af det kodende gen i det enkelte tilfælde. Sygdommen kan fx forårsage, at enzymet mislykkes fuldstændigt. En funktionel svag reduktion i enzymatisk aktivitet kan imidlertid også tænkes. De fleste patienter med sygdommen viser manifestationer af både indre organer og nervesystemet.
