Katalysator versus enzym

enzymen en katalysatoren beide beïnvloeden de snelheid van een reactie. In feite zijn alle bekende enzymen katalysatoren, maar niet alle katalysatoren zijn enzymen. De verschil tussen katalysatoren en enzymen is dat enzymen grotendeels organisch van aard zijn en biologische katalysatoren zijn, terwijl niet-enzymatische katalysatoren anorganische verbindingen kunnen zijn. Noch katalysatoren noch enzymen worden geconsumeerd in de reacties die zij katalyseren.

Voor de eenvoud, katalysator in dit artikel verwijst naar niet-enzymatische katalysatoren om gemakkelijk te differentiëren van enzymen.

Vergelijkingstabel

Vergelijkingsgrafiek voor katalysator versus enzym

	Catalyst	Enzym
Functie	Katalysatoren zijn stoffen die de snelheid van een chemische reactie verhogen of verlagen maar ongewijzigd blijven.	Enzymen zijn eiwitten die de hoeveelheid chemische reacties verhogen die substraat in product omzetten.
Molecuulgewicht	Laagmoleculaire verbindingen.	Bolvormige eiwitten met hoog molecuulgewicht.
Types	Er zijn twee soorten katalysatoren: positieve en negatieve katalysatoren.	Er zijn twee soorten enzymen: activatie-enzymen en remmende enzymen.
Natuur	Katalysatoren zijn eenvoudige anorganische moleculen.	Enzymen zijn complexe eiwitten.
Alternatieve voorwaarden	Anorganische katalysator.	Organische katalysator of biologische katalysator.
Reactiesnelheden	Typisch langzamer	Verschillende keren sneller
specificiteit	Ze zijn niet specifiek en daarom produceren ze residuen met fouten	Enzymen zijn zeer specifiek en produceren grote hoeveelheden goede residuen
Voorwaarden	Hoge temperatuur, druk	Milde omstandigheden, fysiologische pH en temperatuur
C-C- en C-H-bindingen	afwezig	aanwezig
Voorbeeld	vanadiumoxide	amylase, lipase
Activatie Energie	Verlaagt het	Verlaagt het

Inhoud: Catalyst vs Enzyme

• 1 Een korte geschiedenis van katalysatoren, enzymen en katalyse
• 2 Structuur van katalysatoren en enzymen
• 3 Verschillen in reactiemechanisme
• 4 Voorbeelden van katalysator- en enzym-ondersteunde reacties
• 5 industriële toepassingen
• 6 Referenties

Een korte geschiedenis van katalysatoren, enzymen en katalyse

Catalysis reacties zijn al vele eeuwen bekend bij mensen, maar ze konden de gebeurtenissen rondom hen niet verklaren, zoals fermentatie van wijn tot azijn, rijzen van brood enz. Het was in 1812 dat de Russische chemicus Gottlieb Sigismund Constantin Kirchhof de verdeling bestudeerde van zetmeel in suiker of glucose in kokend water in aanwezigheid van enkele druppels geconcentreerd zwavelzuur. Het zwavelzuur bleef na het experiment onveranderd en kon worden teruggewonnen. In 1835 stelde de Zweedse chemicus Jöns Jakob Berzelius de naam voor 'katalyse van de Griekse term, 'kata' betekent naar beneden en 'loog' betekent loslaten.

Toen de reacties op de katalyse eenmaal begrepen waren, ontdekten wetenschappers veel reacties die de snelheid veranderden in aanwezigheid van katalysatoren. Louis Pasteur ontdekte dat er een factor was die zijn suikerfermentatie-experimenten katalyseerde en die alleen in levende cellen actief was. Deze factor werd later door de Duitse fysioloog Wilhelm Kühne in 1878 als 'enzym' aangeduid. Enzym komt van het Griekse woord voor 'in zuurdeeg'. In 1897 noemde Eduard Buchner het enzym dat sucrose fermenteerde als zymase. Zijn experimenten bewezen ook dat enzymen buiten een levende cel kunnen functioneren. Uiteindelijk werden structuur en functie van verschillende enzymen die belangrijke functies katalyseren ontdekt.

Structuur van katalysatoren en enzymen

EEN katalysator is een stof die aanzienlijke wijzigingen in de snelheid van een chemische reactie kan veroorzaken. Het kan dus een puur element zijn zoals nikkel of platina, een zuivere verbinding zoals silica, mangaandioxide, opgeloste ionen zoals koperionen of zelfs een mengsel zoals ijzer-molybdeen. De meest algemeen gebruikte katalysatoren zijn protonzuren in de hydrolysereactie. Redoxreacties worden gekatalyseerd door overgangsmetalen en platina wordt gebruikt voor reacties waarbij waterstof betrokken is. Sommige catades treden op als prekatalysatoren en worden omgezet in katalysatoren in de loop van de reactie. Het typische voorbeeld is dat van de katalysator van Wilkinson - RhCl (PPh₃)₃ die één trifenylfosfineligand verliest terwijl de reactie wordt gekatalyseerd.

enzymen zijn bolvormige eiwitten en kunnen bestaan ​​uit 62 aminozuren (4-oxalocrotonaat) tot een grootte van 2500 aminozuren (vetzuursynthase). Er bestaan ​​ook op RNA gebaseerde enzymen die worden genoemd ribozymen. Enzymen zijn substraat-specifiek en zijn gewoonlijk groter dan hun respectieve substraten. Slechts een klein deel van een enzym neemt deel aan een enzymatische reactie. De actieve plaats is waar substraten aan enzym binden voor het vergemakkelijken van de reactie. Andere factoren zoals co-factoren, directe producten, enz. Hebben ook specifieke bindingsplaatsen op enzym. Enzymen zijn gemaakt van lange ketens van aminozuren die over elkaar vouwen en aanleiding geven tot een bolvormige structuur. De aminozuursequentie geeft enzymen hun substraatspecificiteit. Warmte en chemicaliën kunnen een enzym denatureren.

Verschillen in reactiemechanisme

Beide katalysatoren en enzymen verlaag de activeringsenergie van een reactie waardoor de snelheid ervan wordt verhoogd.

EEN katalysator kan positief zijn (verhoogde reactiesnelheid) of negatief (afnemende reactiesnelheid) in de natuur. Ze reageren met reactanten in een chemische reactie en geven aanleiding tot tussenproducten die uiteindelijk het product afgeven en de katalysator regenereren. Overweeg een reactie waar
C is een katalysator
EEN en B zijn reactanten en
P is het product.

EEN typische katalytische chemische reactie zou zijn:

EEN + C → AC
B + AC → abc
abc → PC
PC → P + C

De katalysator wordt in de laatste stap geregenereerd, hoewel in de tussenstappen deze met reagentia was geïntegreerd.

Enzymatische reacties komen op vele manieren voor:

• Het verlagen van de activeringsenergie en het veroorzaken van een stabiele overgangstoestand die gewoonlijk wordt bereikt door de vorm van het substraat te vervormen.
• Verlagen van de energie van de overgangstoestand zonder het substraat te verstoren.
• Tijdelijke vorming van enzymsubstraatcomplex en daardoor het verschaffen van een alternatief pad voor reactie om verder te gaan.
• Reactietropopie verminderen.
• Temperatuur verhogen.

Het mechanisme van enzymatische actie volgt het geïnduceerde fitmodel zoals voorgesteld door Daniel Koshland in 1958. Volgens dit model wordt substraat in het enzym gevormd en kunnen er kleine veranderingen in vorm in enzym en substraat optreden wanneer het substraat zich op de actieve plaats bindt. van enzym om het enzymsubstraatcomplex te vormen.

Voorbeelden van katalysa- tor- en enzym-ondersteunde reacties

EEN katalysator gebruikt in auto's is een apparaat dat gassen verwijdert die vervuiling door uitlaatsystemen van auto's veroorzaken. Platina en Rhodium zijn de katalysatoren die hier worden gebruikt en die gevaarlijke gassen afbreken in onschadelijke. Voor b.v. stikstofoxide wordt omgezet in stikstof en zuurstof in aanwezigheid van een kleine hoeveelheid platina en rhodium.

Het enzym amylase helpt bij de vertering van omzetting van complex zetmeel in beter verteerbare sucrose.

Industriële toepassingen

katalysatoren worden gebruikt bij de verwerking van energie; productie van bulkchemicaliën; fijne chemicaliën; bij de productie van margarine en in de omgeving waar ze een kritieke rol spelen bij de afbraak van ozon door chloorvrije radicalen.

enzymen worden gebruikt in voedselverwerking; babyvoeding; brouwen; vruchtensappen; zuivelproductie; zetmeel-, papier- en bio-brandstofindustrie; make-up, contactlenzenreiniging; rubber en fotografie en moleculaire biologie.

Referenties

• Wikipedia: Enzyme
• Wikipedia: katalyse
• Enzym informatie - Wetenschap verduidelijkt