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📜  酶催化——定义、特征、机理、例子

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:57:10.306000             🧑  作者: Mango

酶催化——定义、特征、机理、例子

催化是通过使用称为催化剂的物质来改变反应速率的现象。催化剂是用来改变反应速率的物质。酶是一种催化剂，负责促进和加速动植物中许多重要的生化反应。酶催化是指酶作为催化剂的催化。

酶是复杂的含氮有机化合物，由活的植物和动物产生。它们是在水中形成胶体溶液的高分子量蛋白质分子。它们是极其有效的催化剂，可催化范围广泛的反应，尤其是那些与自然过程相关的反应。酶催化动植物体内发生的各种反应，以维持生命。因此，酶被称为生化催化剂，这种现象被称为生化催化。

什么是酶催化？

酶是可以降低多种生物过程的活化能的蛋白质。他们通过将反应物（也称为底物）连接到酶的活性位点来做到这一点。底物可以在活性位点形成较低能级的活化复合物。当反应完成时，产物离开活性位点，使酶催化其他反应。酶的活性位点通过结合底物来催化生物过程。当反应完成时，产物被释放出来，酶现在可以催化更多的反应。

适用性广，复杂和化学不稳定分子所需的温和反应条件，催化剂负载量低，生物催化剂的良好和有效的可重复使用性，促进绿色化学的酶（催化剂）所需的生物降解性，安全环保，减少或消除反应的能力副产物，并通过单级进行常规的多级反应。

酶催化的特点

  • 单个酶催化剂分子每秒可以转化多达一百万个反应物分子。因此，据说酶催化剂非常有效。
  • 这些生化催化剂特定于特定类型的反应，这意味着同一催化剂不能用于多个反应。
  • 催化剂的效率在其最佳温度下最大。在温度范围的任一端，生化催化剂的活性都会降低。
  • 溶液的 pH 值影响生化催化。当 pH 值介于 5-7 之间时，催化剂的性能最佳。
  • 在存在辅酶或活化剂（例如钠）的情况下，酶的活性通常会增加。酶和金属离子之间存在弱键会增加反应速率。
  • 与其他催化剂一样，酶会因某些物质的存在而受到抑制或中毒。抑制剂或毒物与酶表面的活性官能团相互作用，降低或完全破坏酶的催化活性。使用许多药物是因为它们在体内充当酶抑制剂。

酶催化剂的机理

酶由其外表面上的许多空腔组成。这些空腔包含诸如-COOH、-SH 等基团。这些被称为生化粒子的活动中心。底物与酶具有相反的电荷，以与钥匙插入锁相同的方式进入空腔。由于活性基团的存在，形成的络合物分解产生产物。因此，这分两步进行：

酶催化反应的例子

  • 蔗糖转化：蔗糖被转化酶转化为葡萄糖和果糖。
  • 将葡萄糖转化为乙醇：酶分解葡萄糖以产生乙醇和二氧化碳。
  • 将淀粉转化为麦芽糖：淀粉酶是将淀粉转化为麦芽糖的酶。
  • 麦芽糖转化为葡萄糖：麦芽糖酶是将麦芽糖转化为葡萄糖的酶。
  • 尿素分解成氨和二氧化碳：这种分解由尿素酶催化。
  • 在胃中，胃蛋白酶水解蛋白质形成肽，而在肠道中，胰蛋白酶水解蛋白质形成氨基酸。
  • 将牛奶转化为凝乳：这是由凝乳中的乳酸杆菌酶引起的酶促反应。

工业催化

哈伯制造氨的过程

Haber 工艺是生产氨的最有效和最成功的工业程序之一。卡尔博世在 1910 年接受了该设计并制造了一台用于工业级生产的机器。哈伯工艺是一个很好的案例研究，展示了工业化学家如何利用他们对影响化学平衡的因素的知识来找到生产高产量的最佳条件以合理的价格购买产品。

N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇢ 2NH 3 (g)

奥斯特瓦尔德生产硝酸的工艺

将氨转化为硝酸的过程就是简单的氧化。这种特定的氧化反应产生相应的一氧化氮。此外，当一氧化氮被氧化时，会形成一氧化二氮，它可以捕获水分子。结果，产生硝酸。在氨会产生产物的情况下，使用 O 2催化氧化。

在这个过程中有特定的反应室，氨从一个方向进料，空气从另一个方向进料。也有可能产生负面影响。如果我们继续进行氨氧化，还会发生其他反应。在二氮的情况下最常见。除去二氮后会产生氨。如果我们试图氧化氨，我们会得到二氮。其他氧化形式是可能的。

在所有这些情况下，优化反应条件至关重要。否则，会在所需的 NO 旁边形成许多气体。因此，避免副作用至关重要。下一阶段涉及 NO 2的氧化，它也可以二聚化产生 N 2 O 4 。在这个阶段，反应只在低温下进行。

制造硫酸的接触工艺

接触法是工业上使用的一种生产浓硫酸的现代方法。在此过程中，二氧化硫和氧气通过热催化剂 (V 2 O 5 )。它们结合形成三氧化硫，三氧化硫与水反应形成硫酸。

示例问题

问题一：哈伯法是如何生产氨的？

回答：

问题 2：我们如何为 Haber 工艺获得氢气？

回答：

问题3：影响Haber过程的因素有哪些？

回答：

问题四：联系流程是什么？

回答：

问题5：酶催化作用的机理是什么？

回答：