Wat is katalytische activiteit?
Katalytische activiteit is de verhoging van de snelheid en energie van een chemische reactie door een stof die zelf niet in de reactie verandert. In biologische systemen wordt het uitgevoerd door enzymen die essentieel zijn voor normale levensprocessen. Door de benodigde energie te verlagen die nodig is om een reactie te initiëren, verhogen enzymatische paden de snelheid waarmee cellen essentiële chemische functies vervullen. Katalyse wordt geregeld door enzymen te reguleren. Sommige hiervan houden veranderingen in de enzymstructuur in, terwijl andere werken door het veranderen van de cellulaire omgeving waarin katalytische activiteit plaatsvindt.
In het algemeen is chemie, katalytische activiteit of katalyse elke verandering - toename of afname - van de reactiesnelheid door een middel dat niet chemisch wordt veranderd door het proces. In de industrie kan dit een willekeurig aantal middelen betekenen die worden gebruikt om de snelheid en opbrengst van reacties te verhogen, maar in de biochemie verwijst katalytische activiteit naar het werk van enzymen, de eiwitten die worden aangetroffen in alle organismen die de meeste cellulaire functies bemiddelen, inclusief metabolisme. Weinig of geen biologische processen zouden plaatsvinden met een snelheid die voldoende is om het leven zonder enzymatische katalyse te ondersteunen.
Sommige reacties zouden helemaal niet gebeuren zonder de katalytische activiteit van enzymen. Gewoonlijk hebben veel moleculen een energiebarrière om samen te reageren. Dit wordt activeringsenergie genoemd en deze limiet moet worden overschreden voordat chemische reacties kunnen doorgaan.
In sommige gevallen betekent een hoge activeringsenergiedrempel dat het onwaarschijnlijk is dat de reactanten op zichzelf reageren, of dat ze dit langzaam zullen doen. Wanneer enzymen zich tijdelijk binden aan een of meer reactanten, wordt de benodigde activeringsenergie verlaagd en versnelt de reactiesnelheid. Enzymen kunnen ook de activering van andere enzymen remmen en het proces vertragen.
Enzymatische activiteit resulteert vaak in meerstaps biochemische reacties, die elk afhankelijk zijn van een andere katalysator en afhankelijk zijn van het product van de vorige stap. Fysiek vindt katalytische activiteit van veel verschillende enzymen plaats in hetzelfde cellulaire organel, waardoor de reactiesnelheid wordt versneld. Veranderingen in pH en temperatuur kunnen tot op zekere hoogte in synergie werken om het tempo van de katalyse te verhogen. Temperaturen buiten een bepaald bereik kunnen de structuur van de eiwitten van een enzym beschadigen, waardoor het niet meer in staat is tot activiteit.
In biologische systemen wordt katalytische activiteit gereguleerd door verschillende mechanismen. Enzymen worden meestal gemaakt van inactieve voorlopereiwitten en deze worden alleen actief door de werking van een ander enzym of een omgevingsverandering zoals beweging van binnen naar buiten. Feedbackremming vermindert katalyse wanneer het product van een of meer enzymatische paden zich ophoopt in de cel, waardoor verdere afgifte of vervaardiging van het enzym wordt geblokkeerd dat de initiële reactie heeft gekatalyseerd. Evenzo zullen verminderde hoeveelheden van de reactieproducten de productie van het enzym verhogen.