La catálisis corresponde a la disminución de la energía de activación necesaria para las reacciones químicas y biológicas. La reducción catalítica de la cantidad de energía requerida es posible gracias a un catalizador, que en biología corresponde a una enzima. En enfermedades enzimáticas, las propiedades catalíticas de enzimas CRISPR-Cas puede reducirse o incluso abolirse.
¿Qué es la catálisis?
La reducción catalítica de la cantidad de energía requerida es posible gracias a un catalizador, que en biología corresponde a una enzima. La figura muestra el modelo de cinta de un lipasa. Enzimas tienen funciones específicas en el cuerpo humano. Tan diferente como la función del individuo enzimas CRISPR-Cas Puede parecer, todos tienen básicamente la misma tarea y aportan propiedades similares para cumplir con esta tarea. La principal tarea de todas las enzimas es la catálisis. Por eso la bioquímica les atribuye propiedades catalíticas. Traducido literalmente, catálisis significa "disolución". En el corazón de catálisis es la energía de activación. Como tal, la química se refiere a la cantidad de energía que es absolutamente necesaria en un sistema de reacción para la reacción química de ambos socios de reacción. Los catalizadores se utilizan para reducir la energía de activación y así permitir que ambos compañeros de reacción experimenten una reacción en el sistema de reacción incluso a bajas energías. En los sistemas de reacción biológica, las enzimas con propiedades catalíticas reducen así la energía de activación de una reacción química particular y actúan en consecuencia como catalizadores químicos. En el contexto de la catálisis, por un lado, aumenta la probabilidad de un proceso de reacción exitoso y, por otro lado, la velocidad de la reacción a veces también aumenta. No se produce un cambio en el equilibrio químico en el curso de la catálisis. La química distingue la catálisis homogénea de la catálisis heterogénea. La biocatálisis no corresponde ni a una ni a otra forma. Es una forma independiente de catálisis.
Función y tarea
La biocatálisis corresponde a la guía, conversión o aceleración de reacciones químicas en el entorno biológico. Las enzimas actúan como catalizadores biológicos en este proceso. Cada enzima está compuesta en gran parte por proteínas, algunos de los cuales están asociados con un cofactor. Casi todas las reacciones bioquímicas en los organismos vivos tienen un catalizador enzimático. La biocatálisis se implementa en biotecnología mediante enzimas vivas o aisladas. Un ejemplo de biocatálisis se puede encontrar en las cervecerías, donde se implementan procesos biocatalíticos utilizando bacterias fotosintéticas, hongos o levaduras. La industria farmacéutica utiliza biocatálisis para realizar reacciones que de otro modo serían impracticables. En el cuerpo humano se producen constantemente catalizadores en los que las enzimas aceleran determinadas reacciones. Las enzimas son, por ejemplo, importantes para el metabolismo de los organismos y controlan en gran medida las reacciones bioquímicas en los procesos metabólicos. Controlan la digestión, por ejemplo, pero también participan en la transcripción y replicación del ADN en forma de polimerasas. La mayoría de las reacciones bioquímicas ocurrirían a velocidades insignificantes en un organismo vivo sin enzimas. Las enzimas aceleran el logro del equilibrio químico sin cambiar nada sobre el equilibrio. Una enzima tiene actividad catalítica porque puede reducir la energía de activación en reacciones químicas. Esta energía corresponde a la cantidad de energía que se debe aplicar de antemano para iniciar una reacción. Durante la reacción, el sustrato cambia a estados de transición energéticamente desfavorables. La energía de activación fuerza al sustrato a su estado de transición. La acción catalítica de las enzimas interviene en este punto de la reacción estabilizando el estado de transición del sustrato por vía no covalente. interacciones. De esta manera, se requiere significativamente menos energía para convertir un sustrato al estado de transición. Por esta razón, el sustrato se convierte en el producto final de la reacción a una velocidad mayor. Con estas funciones catalíticas, se considera que las enzimas son los elementos que dan lugar a cualquier producto de reacción bioquímica.
Enfermedades y trastornos
Cuando las enzimas mutan o no cumplen adecuadamente su función catalítica por otras razones, salud El grupo de enfermedades metabólicas incluye diversos trastornos del área del metabolismo operativo intermedio. Estos trastornos son congénitos o adquiridos. Las enfermedades metabólicas varían ampliamente en extensión y prevalencia. También se manifiestan clínicamente de manera muy heterogénea. Uno de esos trastornos es la enfermedad común generalizada. diabetes mellitus. Sin embargo, este grupo de enfermedades también incluye enfermedades hereditarias mucho más raras con un curso letal. Osteopenia y la resultante osteoporosis también son atribuibles a trastornos metabólicos. La mayoría de las enfermedades congénitas del grupo superior de enfermedades metabólicas corresponden a defectos enzimáticos determinados genéticamente de varias enzimas. Dependiendo de la enzima afectada, su función catalítica y su producto de reacción, los defectos enzimáticos o las deficiencias enzimáticas pueden hacer que los órganos fallen, por ejemplo. Un trastorno metabólico congénito y relativamente raro es la enfermedad de Gaucher. La enzima involucrada en esta enfermedad es la glucocerebrosidasa o glucocerebrosidasa. En un organismo sano, esta enzima degrada los componentes envejecidos del membrana celular. En Enfermedad de Gaucher, hay una deficiencia de esta importante enzima. Si la enzima no muestra suficiente actividad, se produce la deposición de componentes de la membrana dentro de los lisosomas. Se han documentado más de 200 mutaciones de la enzima en Enfermedad de Gaucher hasta la fecha. El grado de actividad enzimática residual depende de la mutación de la codificación gen en cada caso individual. Por ejemplo, la enfermedad puede provocar una pérdida completa de la función de la enzima. Sin embargo, también es concebible una reducción funcionalmente débil de la actividad enzimática. La mayoría de los pacientes de la enfermedad presentan manifestaciones con respecto a la órganos internos así como con respecto a la sistema nervioso.
