Исключительно важное значение имеет каталитическая роль белков. Все биологические катализаторы — ферменты — вещества белковой природы, они ускоряют химические реакции, протекающие в клетке, в десятки и сотни тысяч раз. Температура всегда влияет на скорость химических реакций. Большинство реакций с неорганическими катализаторами идет при очень высоких

 

Остановимся на этой важнейшей функции несколько подробнее. Термин «катализ», который в биохимии встречается не менее часто, чем в химической промышленности, где широко используются катализаторы, буквально означает «развязывание», «освобождение». Вещества, относимые к катализаторам, ускоряют химические превращения, причем состав самих катализаторов после реакции остается таким же, каким он был до реакции. Сущность каталитиче­ской реакции, несмотря на огромное разнообразие катализаторов и типов реакций, в которых они принимают участие, в основных чертах сводится к тому, что исходные вещества образуют с катализатором промежуточные соединения. Они сравнительно быстро превращаются в конечные продукты реакции, а катализатор восстанавливается в первоначальном виде. Ферменты — те же катализаторы. Им свойственны все законы катализа. Но ферменты имеют белковую природу, и это сообщает им особые свойства. Что же общего у ферментов с известными из неорганической химии катализаторами, например платиной, оксидом ванадия и другими неорганическими ускорителями реакций, а что их отличает? Один и тот же неорганический катализатор может приме­няться во многих различных производствах. Фермент же катализирует только одну реакцию или один вид реакций, т. е. он более специфичен, чем неорганический катализатор. При повышении температуры скорость реакции, как правило, увеличивается. Для ферментативных реакций это увеличение ограничено определенной (оптимальной) температурой.

 

Дальнейшее повышение температуры вызывает изменения в структуре молекулы фермента, ее активность снижается, а затем прекращается. Однако некоторые ферменты микроорганизмов, обнаруженных в водах горячих природных источников, не только выдерживают температуры, близкие к точке кипения воды, но даже проявляют в этих условиях свою максимальную активность.
 

Но и для них температурные рамки довольно узки и определяются температурой среды, в которой обитают микроорганизмы. Для большинства нее ферментов температурный оптимум близок к 35—40 °С.

Ферменты активны только при физиологических значениях кислотности раствора, только при такой концентрации ионов водорода, которая совместима с жизнью и нормальным функционированием клетки, органа или системы.
 

Реакции с участием неорганических катализаторов протекают, как правило, при высоких давлениях, а ферменты работают при нормальном (атмосферном) давлении. И самое важное отличие ферментов от других катализаторов в том, что скорость реакций, катализируемых ферментами, в десятки тысяч, а иногда и в миллионы раз выше той скорости, которая может быть достигнута при участии неорганических катализаторов.
 

Известный всем пероксид водорода, применяемый в быту как отбеливающее и дезинфицирующее вещество, без катализаторов разлагается медленно.

В присутствии неорганического катализатора (солей железа) эта реакция идет несколько быстрее. А каталаза - (фермент, имеющийся практически во всех клетках) разрушает пероксид водорода с невероятной скоростью: одна мо­лекула каталазы расщепляет в 1 мин более 5 млн молекул Ускоряющее действие катализаторов в различных реакциях связано с энергией активации — той энергией, которую необходимо сообщить реагирующим молекулам в момент их взаимодействия, чтобы реакция стала возможной. Именно благодаря большим значениям энергии активации дерево, бумага, керосин и другие горючие вещества не загораются сами собой при комнатной температуре. Если же их нагреть в кислородной среде, то возможность загорания увеличится. Чем выше температура окружающей среды, тем меньше требуется затратить дополнительной энергии для того, чтобы горючие вещества воспламенились, и тем ниже, следовательно, энергия активации. Биологические катализаторы и выполняют роль такого «подогрева», который обеспечивает возможность множеству молекул беспрепятственно вступать во взаимодействия.