Vad är katalytisk aktivitet?

Katalytisk aktivitet är förstärkning av hastigheten och energin i en kemisk reaktion av ett ämne som inte själv förändras i reaktionen. I biologiska system utförs det av enzymer som är nödvändiga för normala livsprocesser. Genom att sänka den nödvändiga energin som krävs för att initiera en reaktion, ökar enzymatiska vägar hastigheten vid vilken celler utför viktiga kemiska funktioner. Katalys kontrolleras genom reglerande enzymer. Vissa av dessa innebär förändringar av enzymstrukturen, medan andra fungerar genom att förändra den cellulära miljön där katalytisk aktivitet äger rum.

I allmän kemi är katalytisk aktivitet eller katalys varje förändring - ökning eller minskning - i en reaktionshastighet av ett medel som inte kemiskt förändras genom processen. Inom industrin kan detta betyda vilket antal medel som helst för att öka hastigheten och utbytet av reaktioner, men i biokemi avser katalytisk aktivitet arbetet med enzymer, de proteiner som finns i alla organismer som medierar de flesta cellfunktioner, inklusive metabolism. Få om några biologiska processer skulle äga rum med en hastighet som är tillräcklig för att upprätthålla liv utan enzymatisk katalys.

Vissa reaktioner skulle inte inträffa alls utan den katalytiska aktiviteten hos enzymer. Vanligtvis har många molekyler en energibarriär för att reagera tillsammans. Kallas aktiveringsenergi, denna gräns måste övervinnas för att kemiska reaktioner ska fortsätta.

I vissa fall innebär en hög tröskel för aktivering av energi att reaktanterna troligen inte reagerar på egen hand eller kommer att göra det i långsam takt. När enzymer tillfälligt binder till en eller flera reaktanter sänks den nödvändiga aktiveringsenergin och reaktionshastigheten accelererar. Enzymer kan också hämma aktiveringen av andra enzymer och bromsa processen.

Enzymatisk aktivitet resulterar ofta i flerstegs biokemiska reaktioner, som var och en förlitar sig på en annan katalysator och är beroende av produkten från föregående steg. Fysiskt sker katalytisk aktivitet av många olika enzymer i samma cellulära organell, vilket påskyndar reaktionshastigheten som ett resultat. Förändringar i pH och temperatur kan, till en viss grad, fungera i synergi för att öka katalysatorn. Temperaturer utanför ett visst intervall kan skada strukturen hos ett enzyms proteiner, vilket gör det oförmöget att vara aktivt.

I biologiska system regleras katalytisk aktivitet av flera olika mekanismer. Enzymer tillverkas vanligtvis av inaktiva prekursorproteiner, och dessa blir aktiva endast genom verkan av ett annat enzym eller genom en miljöförändring såsom rörelse från insidan av cellen till utsidan. Återkopplingshämning reducerar katalys när produkten från en eller flera enzymatiska vägar ackumuleras i cellen, vilket blockerar ytterligare frisättning eller tillverkning av enzymet som katalyserade den inledande reaktionen. På liknande sätt kommer reducerade mängder av reaktionsprodukterna att öka produktionen av enzymet.