생체 촉매 기술은 효소나 미생물 세포 또는 동식물 세포를 생체 촉매로 활용하여 반응을 촉매하는 기술입니다. 바이오 촉매로서의 효소는 화학 촉매에 비해 많은 장점을 가지고 있습니다. 효소 촉매 반응은 일반적으로 상온, 상압, 거의 중성 조건에서 수행되므로 투자 비용이 적고 에너지 소비가 적으며 작동 안전성이 높고, 바이오 촉매는 화학 촉매 반응보다 107~1013배 높은 촉매 효율과 반응 속도가 매우 높습니다.
정의
넓게는 유기체가 자신의 신진대사와 생체 유지를 위해 생성하는 모든 종류의 활동을 말합니다.
산업용 바이오촉매는 유리 또는 고정화된 효소 또는 살아있는 세포를 통칭하는 용어입니다. 주로 미생물 세포와 같은 살아있는 유기체에서 추출하거나 고정화 기술로 처리한 유리 효소를 통칭하며, 전체 미생물 기반의 유리 생세포와 고정화된 생세포를 통칭하기도 합니다. 효소 촉매가 특정 유형의 반응 또는 특정 유형의 반응물(효소 반응에서는 기질 또는 매트릭스라고도 함)을 촉매하는 데 사용되는 공정과 전체 미생물이 일련의 연쇄 반응에 사용되는 공정이 이에 해당합니다. 죽은 세포나 줄기세포 제제도 촉매 효과가 있지만 세포는 더 이상 대사 능력이 없고 조효소나 보조인자(효소 성분)를 재생할 수 없으며 단순한 효소 반응만 수행할 수 있어 불순물인 효소 촉매입니다.

장점
촉매는 생물학적 촉매와 비생물학적 촉매로 분류할 수 있습니다.
비생물학적 촉매에 비해 생체 촉매는 상온 및 압력에서 반응할 수 있고 반응 속도가 빠르며 전문화 촉매 효과, 저렴한 가격 및 기타 장점이 있지만 열에 의한 비활성화, 특정 화학 물질 및 이종 박테리아에 의한 파괴, 안정성 저하, 반응 중 온도 및 pH 범위에 대한 높은 요구 사항에 취약하다는 단점이 있습니다. 고정화 효소 또는 고정화 세포로 사용되는 서비스 수명은 일반적으로 30 배치 이상 또는 3 개월 연속 사용이어야하며 그렇지 않으면 경제성을 통과하기 어렵습니다.

효소는 생체 촉매제입니다.

생명체는 효소를 사용하여 체내 화학 반응을 가속화합니다. 효소가 없다면 생명체의 많은 화학 반응이 너무 느리게 진행되어 생명 유지가 어려울 것입니다. 효소는 약 37°C(인체 온도)의 온도에서 가장 잘 작동합니다. 온도가 50°C 또는 60°C보다 높으면 효소가 파괴되어 더 이상 기능을 발휘할 수 없습니다. 따라서 효소를 사용하여 의류의 얼룩을 분해하는 생물학적 세제는 저온에서 사용할 때 가장 효과적입니다.
효소는 기질에 대한 높은 특이성과 촉매 효능을 가진 살아있는 세포에서 생성되는 단백질 또는 RNA로, 효소의 촉매 효과는 효소 분자의 기본 및 공간 구조의 무결성에 따라 달라집니다. 효소 분자가 변성되거나 하위 단위가 해중합되면 효소 활성이 손실될 수 있습니다. 효소는 분자 질량이 최소 10,000개에서 최대 100만 개에 이르는 생체 분자입니다.
효소는 매우 중요한 종류의 생체 촉매입니다. 효소 덕분에 생명체의 화학 반응은 매우 온화한 조건에서 효율적이고 구체적으로 수행될 수 있습니다.

효소 분자의 구조와 기능, 효소 반응의 동역학에 대한 심도 있는 연구와 발전으로 효소학이라는 학문 분야가 점차 형성되었습니다.

효소의 화학적 성질은 단백질(단백질) 또는 RNA(리보핵산)이므로 1차, 2차, 3차, 심지어 4차 구조도 가지고 있습니다. 분자 구성의 차이에 따라 단순 효소와 결합 효소로 나눌 수 있습니다. 단백질로만 구성된 것을 단순 효소라고 하며, 결합 효소는 효소 단백질과 보조 인자로 구성됩니다. 예를 들어, 대부분의 가수분해효소는 단백질로만 구성되어 있고, 플라빈 모노뉴클레오티다아제는 효소 단백질과 보조 인자로 구성되어 있습니다. 공액 효소에서 효소 단백질은 단백질 부분이고 보조 인자는 비단백질 부분이며, 이 둘이 결합하여 전체 효소를 형성할 때만 촉매 활성을 갖습니다.
효소는 일반 촉매와는 다른 중요한 특징이 있는데, 바로 기질에 매우 특이적이고 촉매 효율이 높다는 점입니다. 효소는 조절이 가능하고 불안정합니다.

기능

촉매 역할
효소는 생물학적 촉매의 일종으로 유기체의 신진대사, 영양, 에너지 전환 등 많은 촉매 과정을 관장하며 생명 과정과 밀접하게 관련된 대부분의 반응이 효소 촉매 반응입니다.
이러한 효소의 특성은 세포 내 물질 대사의 복잡한 과정이 질서정연하게 진행되도록 하여 물질 대사와 정상적인 생리 기능이 서로 적응할 수 있도록 합니다. 유전적 결함으로 인해 효소에 결함이 생기거나 다른 이유로 인해 효소의 활성이 약화되면 효소가 촉매하는 이상 반응이 일어나 물질 대사 장애를 일으키고 질병까지 유발할 수 있으므로 효소는 의학과 매우 밀접한 관계를 맺고 있습니다.

효소는 신체가 우리가 먹는 음식을 소화 및 흡수하고 세포 복구, 항 염증 해독, 신진 대사, 면역력 향상, 에너지 생성, 혈액 순환 촉진 등 내부 장기의 모든 기능을 유지할 수 있도록합니다. 씹을 때 입안의 쌀과 같이 씹는 시간이 길수록 단맛이 더 뚜렷한 것은 타액 아밀라아제의 구강 분비물에서 쌀의 전분이 말토오스로 가수 분해되기 때문입니다. 따라서 더 많이 씹으면 음식과 타액이 완전히 혼합되어 소화에 도움이 될 수 있습니다. 또한 인체에는 펩신, 트립신 및 기타 가수 분해 효소가 있습니다. 단백질의 음식 섭취에서 인체는 펩신의 역할에 있어야하며 아미노산으로 가수 분해 된 다음 다른 효소의 역할에서 인체에 재 통합하기 위해 특정 순서에 따라 인체에 20 가지 이상의 아미노산이 필요한 인체를 선택하여 다양한 단백질이 필요합니다.

촉매 메커니즘
효소의 촉매 메커니즘은 기본적으로 반응물(효소의 기질)과 결합하여 먼저 복합체를 형성하고, 반응의 활성화 에너지를 낮추어 화학 반응 속도를 향상시키는 일반적인 화학 촉매의 촉매 메커니즘과 동일합니다. 일정한 온도에서 화학 반응계의 각 반응물 분자에 포함된 에너지는 반응의 초기 상태인 평균값은 많이 다르지만 평균값이 낮습니다.
S(기질) → P(생성물) 반응은 S 분자의 상당 부분이 활성화되어 활성화(전이 상태) 분자가 되었기 때문에 가능하며, 활성화된 분자가 많을수록 반응 속도가 빨라집니다. 주어진 온도에서 화학 반응의 활성화 에너지는 물질 1몰의 모든 분자를 활성화된 분자로 만드는 데 필요한 에너지의 양(킬로칼로리)입니다.
효소(E)는 S와 일시적으로 결합하여 촉매가 없는 화학 반응에서 반응물의 활성화된 분자보다 훨씬 낮은 활성화 상태(전이 상태)에 있는 새로운 화합물인 ES를 형성하는 작용을 합니다. 그러면 ES가 반응하여 P를 생성하고 동시에 E를 방출합니다. E는 다른 S 분자와 결합하여 다시 순환을 반복할 수 있습니다. 전체 반응에 필요한 활성화 에너지를 줄이면 단위 시간당 더 많은 분자가 반응할 수 있고 반응 속도도 빨라질 수 있습니다. 촉매가 없을 때 과산화수소가 물과 산소로 분해되는 반응(2H2O2 → 2H2O + O2)에 몰당 18kcal(1kcal = 4.187줄)의 활성화 에너지가 필요하다면, 카탈라아제에 의한 반응 촉매는 몰당 2kcal의 활성화 에너지만 필요하므로 반응 속도가 약 1011배 증가합니다.

효소(E)와 기질(S)은 효소-기질 복합체(ES)를 형성합니다.

효소의 활성 중심을 기질에 직접 결합하여 ES 복합체를 생성하는 것이 효소 촉매의 첫 번째 단계입니다. 직접 결합을 위한 에너지는 이온, 수소, 소수성 결합과 같은 다양한 비공유 결합과 효소 활성 중심부의 작용기가 기질과 상호작용하는 동안 형성되는 반데르발스 힘에서 비롯됩니다. 이들이 결합할 때 생성되는 에너지를 결합 에너지라고 합니다. 각 효소는 자체 기질에 선택적으로 결합한다는 것을 쉽게 이해할 수 있습니다.
효소가 기질과 상보적으로만 결합하여 ES 복합체를 생성하고 더 이상 기질을 전이 상태로 유도할 수 없다면 효소 촉매 작용이 일어날 수 없습니다. 이는 기질과 ES 복합체를 형성하려면 효소와 기질 분자 사이에 더 많은 비공유 결합을 형성하여 효소와 기질의 전이 상태에 상보적인 복합체를 만들어야 효소의 촉매 효과를 완성할 수 있기 때문입니다. 실제로 기질 분자는 위에서 설명한 대로 더 많은 비공유 결합을 생성하는 과정에서 원래의 기저 상태에서 전이 상태로 변형됩니다. 즉, 기질 분자는 활성화 분자가 되어 기질 분자가 화학 반응을 수행하는 데 필요한 그룹의 결합 및 배열, 순간적으로 불안정한 전하의 생성 및 기타 변형에 대한 조건을 제공합니다. 따라서 전이 상태는 반응 과정의 중간 생성물과 달리 안정적인 화학 물질이 아닙니다. 분자의 전이 상태에 관한 한, 분자는 생성물(P)로 변환되거나 기질(S)로 변환될 확률이 동일합니다.
효소가 기질과 ES 복합체를 생성하고 전이 상태를 더 형성할 때, 이 과정에서 더 많은 결합 에너지가 방출되어 반응물 분자의 활성화에 필요한 활성화 에너지의 일부를 상쇄하여 이전에 활성화 에너지의 역치 이하였던 분자가 활성화되어 화학 반응 속도가 빨라지는 것으로 알려져 있습니다.
일반적으로 효소와 촉매는 반응의 활성화 에너지를 낮추는 메커니즘을 통해 화학 반응의 속도를 높입니다.
효소의 촉매 특이성은 기질에 대한 선택성과 효소가 촉매하는 반응의 특이성 모두에서 나타납니다. 체내 화학 반응의 대부분은 개별적인 자발적 반응을 제외하고는 특정 효소에 의해 촉매되며, 효소는 수천 가지 반응물 중에서 자신만의 기질을 찾을 수 있는데, 이것이 바로 효소의 특이성입니다. 효소의 촉매 특이성은 그 정도의 차이에 따라 절대 특이성, 상대 특이성, 입체 특이성의 세 가지 범주로 나뉩니다. 요소 분해 효소가 요소만 가수분해하여 이산화탄소와 암모니아로 분해할 수 있는 것처럼 효소가 한 가지 기질의 반응만 촉매하는 것을 절대 특이성이라고 하고, 에스테르 분해 효소가 트리글리세라이드의 가수분해뿐만 아니라 다른 에스테르 결합도 가수분해할 수 있는 것처럼 효소가 한 종류의 화합물 또는 한 종류의 화학 결합의 반응만 촉매하는 것을 상대 특이성이라고 합니다. 입체 이성질체 특이성을 가진 효소는 기질 분자의 입체 구성에 대한 엄격한 요구 사항이 있습니다(예: L-락테이트 탈수소효소는 L-락테이트의 탈수소화만 촉매하고 D-락테이트에는 영향을 미치지 않음).
일부 효소의 촉매 활성은 합금에 의한 알로효소 조절, 공유 결합 변형에 의한 일부 효소 조절, 2차 전달체를 통한 호르몬 및 신경 체액에 의한 효소 활성 조절, 유도제 또는 차단제에 의한 세포 내 효소 함량 조절(효소 합성 및 이화 속도 변화) 등 여러 요인에 의해 영향을 받을 수 있습니다.
효소의 촉매 반응은 종종 여러 촉매 메커니즘의 조합으로 이루어지며, 이것이 효소 촉진 반응의 높은 효율을 가능하게 하는 중요한 이유라는 점에 유의해야 합니다.
애플리케이션
질병 진단
효소에 대한 심도 깊은 연구와 점점 더 많은 이해로 고농축 SOD가 풍부한 복합 효소는 질병 조절에 점점 더 중요한 역할을합니다. 정상적인 인체 효소 활동은 더 안정적이며 신체의 일부 장기와 조직이 손상되거나 질병이 발생하면 일부 효소가 혈액, 소변 또는 체액으로 방출됩니다. 급성 췌장염, 혈청 및 소변 아밀라아제 활성이 상당히 높음; 간염 및 기타 간 손상 원인, 간세포 괴사 또는 투과성 향상, 혈액으로 방출되는 많은 수의 트랜스 아미나 제, 혈청 트랜스 아미나 제 상승; 심근 경색, 혈청 젖산 탈수소 효소 및 포스 포 크레아틴 키나제가 상당히 높습니다. 유기 인 농약 중독, 콜린 에스 테라 제 활성 억제, 혈청 콜린 에스 테라 제 활성 감소, 특정 간 담도 질환, 특히 담도 폐쇄, 혈청 r- 글루타밀 트랜스퍼 라제 증가 등. 따라서 혈액의 도움으로 심근 경색, 혈청 젖산 수소화 효소 및 포스 크레아틴 키나아제가 유의하게 높습니다. 따라서 혈액, 소변 또는 체액 효소 활성 측정의 도움으로 특정 질병의 발생 및 발병을 이해하거나 결정할 수 있습니다.
임상 치료
효소 요법은 점차적으로 인식되어 점점 더 일반적인 임상 적용에서 다양한 효소 제제가 점점 더 많이 인식되었습니다. 예를 들어 트립신과 키모 트립신은 단백질 분해를 촉매 할 수 있으며이 원리는 수술 확장, 패 혈성 상처의 정화 및 흉부 및 복부 혈장 막 유착 치료에 사용되었습니다. 혈전 정맥염, 심근 경색, 폐경색 및 확산 성 혈관 내 응고, 섬유소 용해 효소, 스트렙토 키나제, 우로 키나제 등의 치료에는 혈전을 용해하고 혈전 형성을 예방하기 위해 적용될 수 있습니다.
높은 단위의 SOD 효소를 주성분으로하는 일부 화합물 천연 효소는 뇌, 심장, 간, 신장 등과 같은 중요한 장기의 보조 치료뿐만 아니라 종양 사용에도 놀라운 결과를 얻을 수 있습니다. 또한 효소의 경쟁적 억제 원리는 항균, 살균 및 항 종양 치료를위한 일부 화학 약물을 합성하는 데에도 사용됩니다. 불임 및 기타 문제에서 효소 비장 강장제 및 신장 강장제와 같은 효소도 더 나은 규제를받습니다. 그리고 설폰 아미드와 많은 항균제는 특정 박테리아의 성장에 필요한 효소를 억제 할 수 있으므로 항균 및 살균 효과가 있습니다; 많은 항암제는 세포의 핵산 또는 단백질 합성과 관련된 효소를 억제하여 종양 세포의 분화 및 증식을 억제하여 종양의 성장에 맞서 싸우고, 티오레독신은 요오드 효소를 억제하여 티록신 합성에 영향을 미칠 수 있으므로 갑상선 기능 항진증 등을 치료하는 데 사용할 수 있습니다.
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생산 수명
양조 산업에 사용되는 효모는 관련 미생물에 의해 생산되며 효소는 가수 분해, 산화 등의 과정을 통해 전분 등을 알코올로 전환하고 간장 및 식초의 생산도 효소의 작용으로 완성되며 아밀라아제 및 셀룰라아제로 처리 된 사료의 영양가가 향상되며 세탁 세제에 효소를 첨가하면 세제의 효율성을 향상시키고 원래 제거하기 쉽지 않은 땀 얼룩 등을 쉽게 제거 할 수 있습니다. ......
효소의 광범위한 응용으로 인해 효소의 추출 및 합성은 중요한 연구 주제가되었습니다. 현재 효소는 파인애플 프로테아제에서 파인애플 껍질을 추출할 수 있는 것처럼 살아있는 유기체에서 추출할 수 있습니다. 그러나 살아있는 유기체의 효소 함량이 매우 낮기 때문에 산업에서 많은 수의 효소는 미생물의 발효에 의해 생산됩니다. 일반적으로 대량의 효소 제제를 얻기 위해서는 적절한 조건에서 필요한 박테리아 균주를 선택 및 번식시키고 증식시켜야 합니다. 또한 효소의 합성 합성이 연구되고 있습니다. 대체로 과학 수준이 향상됨에 따라 효소의 적용은 매우 광범위한 전망을 갖게 될 것입니다.
주요 효과
효소와 특정 질병의 관계
효소 결핍으로 인한 질병은 티로신 하이드 록실 라제 결핍으로 인한 백색증, 세로토닌 또는 6- 포스 포 글루코스 탈수소 효소 결핍으로 인한 프리마퀸 민감성 환자 등 대부분 선천성 또는 유전성입니다. 많은 독성 질환은 거의 항상 특정 효소의 억제로 인해 발생합니다. 예를 들어, 일반적으로 사용되는 유기인 살충제(예: 트리클로르폰, 디클로르보스, 1059, 로게인)에 중독되면 콜린에스테라아제의 활성 중심에 있는 필수 그룹인 세린의 -OH에 결합하기 때문에 효소가 비활성화됩니다. 콜린에스테라아제는 아세틸콜린을 콜린과 아세트산으로 가수분해하는 촉매 역할을 합니다. 콜린 에스 테라 제가 억제되고 비활성화되면 아세틸 콜린의 가수 분해가 억제되어 아세틸 콜린이 축적되고 근육 떨림, 동공 축소, 과도한 발한 및 느린 심장 박동과 같은 일련의 중독 증상이 나타납니다. 특정 금속 이온은 특정 효소의 활성 중심(예: 시스테인의 -SH)의 필요한 그룹과 결합하여 효소를 비활성 상태로 만들 수 있기 때문에 특정 금속 이온(예: Hg2+)은 인체에 중독을 일으킵니다.

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