Catalizzatore vs. Enzima

Enzimi e catalizzatori influenzano entrambi la velocità di una reazione. In effetti, tutti gli enzimi noti sono catalizzatori, ma non tutti i catalizzatori sono enzimi. La differenza tra catalizzatori ed enzimi è che gli enzimi sono in gran parte di natura organica e sono bio-catalizzatori, mentre i catalizzatori non enzimatici possono essere composti inorganici. Né catalizzatori né enzimi vengono consumati nelle reazioni che catalizzano.

Per semplicità, il catalizzatore in questo articolo fa riferimento a catalizzatori non enzimatici per differenziarsi facilmente dagli enzimi.

Tabella di confronto

Grafico di confronto tra catalizzatore e enzima
Catalizzatore Enzima
FunzioneI catalizzatori sono sostanze che aumentano o diminuiscono la velocità di una reazione chimica ma rimangono invariate.Gli enzimi sono proteine ​​che aumentano il tasso di reazioni chimiche convertendo il substrato in prodotto.
Peso molecolareComposti a basso peso molecolare.Proteine ​​globulari ad alto peso molecolare.
tipiEsistono due tipi di catalizzatori: catalizzatori positivi e negativi.Esistono due tipi di enzimi: enzimi di attivazione ed enzimi inibitori.
NaturaI catalizzatori sono semplici molecole inorganiche.Gli enzimi sono proteine ​​complesse.
Termini alternativiCatalizzatore inorganico.Catalizzatore organico o bio catalizzatore.
Tassi di reazioneIn genere più lentoPiù volte più veloce
SpecificitàNon sono specifici e finiscono per produrre residui con erroriGli enzimi sono altamente specifici producendo grandi quantità di buoni residui
condizioniAlta temperatura, pressioneCondizioni lievi, pH e temperatura fisiologici
Obbligazioni CC e CHassentepresente
Esempioossido di vanadioamilasi, lipasi
Energia di attivazioneLo abbassaLo abbassa

Una breve storia di catalizzatori, enzimi e catalisi

Le reazioni di catalisi sono note all'uomo da molti secoli ma non sono state in grado di spiegare gli eventi che stavano vedendo intorno a loro come fermentazione del vino in aceto, lievitazione del pane, ecc. Fu nel 1812 che il chimico russo Gottlieb Sigismund Constantin Kirchhof studiò il scomposizione dell'amido in zucchero o glucosio in acqua bollente in presenza di poche gocce di acido solforico concentrato. L'acido solforico è rimasto invariato dopo l'esperimento e potrebbe essere recuperato. Nel 1835 il chimico svedese Jöns Jakob Berzelius propose il nome " catalisi" dal termine greco, "kata" che significa giù e "lyein" che significa allentato.

Una volta comprese le reazioni di catalisi, gli scienziati hanno scoperto molte reazioni che hanno cambiato i tassi in presenza di catalizzatori . Louis Pasteur scoprì che c'era un fattore che catalizzava i suoi esperimenti di fermentazione dello zucchero e che era attivo solo nelle cellule viventi. Questo fattore fu in seguito definito "enzima" dal fisiologo tedesco Wilhelm Kühne nel 1878. Enzima deriva dalla parola greca che significa "in lievito". Nel 1897, Eduard Buchner nominò l'enzima che fermentava il saccarosio come zimasi. I suoi esperimenti hanno anche dimostrato che gli enzimi potrebbero funzionare al di fuori di una cellula vivente. Alla fine sono state scoperte la struttura e la funzione di vari enzimi che catalizzano importanti funzioni.

Struttura di catalizzatori ed enzimi

Un catalizzatore è qualsiasi sostanza che può causare alterazioni significative della velocità di una reazione chimica. Quindi potrebbe essere un elemento puro come nichel o platino, un composto puro come silice, biossido di manganese, ioni disciolti come ioni rame o persino una miscela come ferro-molibdeno. I catalizzatori più comunemente usati sono gli acidi protonici nella reazione di idrolisi. Le reazioni redox sono catalizzate dai metalli di transizione e il platino viene utilizzato per le reazioni che coinvolgono l'idrogeno. Alcuni catlayts si presentano come precatalisti e vengono convertiti in catalizzatori nel corso della reazione. L'esempio tipico è quello del catalizzatore di Wilkinson - RhCl (PPh 3 ) 3 che perde un ligando di trifenilfosfina mentre catalizza la reazione.

Gli enzimi sono proteine ​​globulari e possono consistere in 62 aminoacidi (4-ossalocrotonato) fino a una dimensione di 2.500 aminoacidi (acido grasso sintasi). Esistono anche enzimi a base di RNA chiamati ribozimi . Gli enzimi sono specifici del substrato e di solito sono più grandi dei rispettivi substrati. Solo una piccola parte di un enzima prende parte a una reazione enzimatica. Il sito attivo è dove i substrati si legano all'enzima per facilitare la reazione. Altri fattori come co-fattori, prodotti diretti, ecc. Hanno anche specifici siti di legame sull'enzima. Gli enzimi sono costituiti da lunghe catene di aminoacidi che si piegano l'una sull'altra dando origine a una struttura globulare. La sequenza aminoacidica conferisce agli enzimi la specificità del substrato. Il calore e le sostanze chimiche possono denaturare un enzima.

Differenze nel meccanismo delle reazioni

Sia i catalizzatori che gli enzimi riducono l'energia di attivazione di una reazione aumentandone così la velocità.

Un catalizzatore può essere positivo (aumento della velocità di reazione) o negativo (riduzione della velocità di reazione) in natura. Reagiscono con i reagenti in una reazione chimica per dare origine a intermedi che alla fine rilasciano il prodotto e rigenerano il catalizzatore. Considera una reazione in cui

C è un catalizzatore

A e B sono reagenti e

P è il prodotto.

Una tipica reazione chimica catalitica sarebbe:

A + CAC

B + ACABC

ABCPC

PCP + C

Il catalizzatore viene rigenerato nell'ultima fase anche se nelle fasi intermedie si è integrato con i reagenti.

Le reazioni enzimatiche si verificano in molti modi:

  • Riduzione dell'energia di attivazione e dando origine a uno stato di transizione stabile solitamente ottenuto distorcendo la forma del substrato.
  • Riduzione dell'energia dello stato di transizione senza distorsione del substrato.
  • Formazione temporanea del complesso di substrato enzimatico e quindi fornendo una via alternativa per far procedere la reazione.
  • Riduzione dell'entropia di reazione.
  • Temperatura in aumento.

Il meccanismo di azione enzimatica segue il modello di adattamento indotto come suggerito da Daniel Koshland nel 1958. Secondo questo modello, il substrato è modellato nell'enzima e possono esserci lievi cambiamenti nella forma dell'enzima e del substrato mentre il substrato si lega al sito attivo di enzima per formare il complesso del substrato enzimatico.

Esempi di reazioni assistite da catalizzatore ed enzima

Un catalizzatore utilizzato nelle automobili è un dispositivo che rimuove i gas che causano inquinamento dai sistemi di scarico delle automobili. Il platino e il rodio sono i catalizzatori usati qui che scompongono i gas pericolosi in innocui. Ad esempio, l'ossido di azoto viene convertito in azoto e ossigeno in presenza di piccole quantità di platino e rodio.

L'enzima amilasi aiuta nella digestione della conversione dell'amido complesso in saccarosio più facilmente digeribile.

Applicazioni industriali

I catalizzatori sono utilizzati nel trattamento dell'energia; produzione di prodotti chimici sfusi; prodotti chimici fini; nella produzione di margarina e nell'ambiente in cui svolgono un ruolo critico dei radicali liberi del cloro nella degradazione dell'ozono.

Gli enzimi sono utilizzati nella lavorazione degli alimenti; alimenti per bambini; birra; succhi di frutta; produzione lattiero-casearia; industria dell'amido, della carta e dei biocarburanti; trucco, pulizia delle lenti a contatto; gomma e fotografia e biologia molecolare.

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