Но насколько важна роль катализа в жизни?

"Неосуществимых реакций нет, а если реакция не идёт, то просто ещё не найден подходящий катализатор." – говорил изобретатель противогаза, нефтехимик Николай Дмитриевич Зелинский^[1].

Но насколько важна роль катализа в жизни?

Из школьного курса химии мы знаем о том, что химические превращения происходят везде, будь то образование ржавчины на железе, либо синтез белка в нашем организме.  Но перед химиками всегда стоит вопрос как ускорить или замедлить реакцию, без изменения продуктов реакции и их свойств.

В 1835 шведский химик Й.Берцелиус установил, что в присутствии определенных веществ скорость некоторых химических реакций существенно возрастает. Для таких веществ он ввел термин «катализатор» - вещества, принимающие участие в химической реакции, но в состав конечных продуктов не входящих и в результате реакции не расходующихся.

Например, создан катализатор (Co2MnO4), который сможет значительно повысить скорость электролиза воды. Разработка позволит снизить финансовые и энергетические расходы на получение водорода из воды^[2].

Процесс изменения скорости химической реакции при помощи катализаторов называется катализом. Еще в 11 веке химик Андрей Либавий^[3] применял термин "катализ", однако это слово тогда означало процессы разложения.

[pic 1]

Рисунок 1. Влияние катализатора на энергию активации реакции и скорость химической реакции.

На сегодняшний день в положительном катализе различают гомогенный и гетерогенный катализ.

а) Гомогенный, когда реакционная смесь и катализатор находятся в жидком или в газообразном состоянии. Рассмотрим общую схему механизма гомогенного катализа на примере разложения перекиси водорода. При растворении гидроперита в воде ничего не наблюдается, так как без катализатора реакция протекает медленно. Далее в реакцию вводится раствор К2Cr2O7 (катализатор). Энергия активации этой реакции становится меньше, чем энергия активации без участия катализатора. Катализатор вытесняется, то есть регенерирует. 2H2O2 → O2 ↑ + 2H2O

В результате реакции наблюдается бурное выделение газа, окраска раствора меняется (буреет). Через некоторое время окраска раствора становится прежней. [Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана]

б) Гетерогенный - катализатор находится в виде твердого вещества, а реагирующие соединения в виде раствора или газообразной смеси.

Молекулы реагирующих веществ адсорбируются на поверхности катализатор, он ослабляет связи между атомами и перераспределяет их. Затем происходит десорбция молекул.

Рассмотрим влияние разных катализаторов на молекулу этилового спирта (С2Н5ОН).

[pic 2][pic 3]

Рисунок 2. Гетерогенный катализ

Из приведённых реакций мы можем наблюдать, что каждый катализатор ускоряет только конкретную реакцию или конкретный тип реакций.

Так можно сделать вывод, что использование катализаторов позволяет ускорять химические процессы. Если с химическим катализом всё понятно, так как мы можем сами ускорять или замедлять реакцию с помощью катализатора, то какова роль катализа с точки зрения биологии?

Известно, что все живые организмы состоят из химических элементов и внутри них происходят химические реакции, так  например, лежащий в основе жизнедеятельности процесс ассимиляции двуокиси углерода хлорофиллом растений является фотохимическим и каталитическим процессом.