過酸化水素は、過酸化水素 (H 2 O 2 ) の溶液であり、時間の経過とともに分解反応が起こり、酸素と水素のガスが放出されます。
H 2 O 2(aq) → H 2 O (l) + O 2(g)
この反応は非常にゆっくりと起こります。しかし、10倍量の過酸化水素を傷口に塗布すると、上で示したものと同じ分解反応ですが、はるかに速いだけの大きな発泡が見られました。何がこの反応を加速させたのでしょうか？カタラーゼと呼ばれる血液中に存在する酵素。
過酸化水素を傷口に当てたときに観察される水疱の形成は、カタラーゼという酵素の作用の結果です。
酵素は分子量の大きなタンパク質であり、ペプチド結合で結合されたアミノ酸の長い鎖で構成され、三次元構造で連結されています（この記事の冒頭にあるカタラーゼ酵素の図でこれらの鎖が実際にどのくらいの長さであるかを見てください）。 。酵素は、生物学的触媒または生体触媒とも呼ばれます。
「触媒」のテキストで説明されているように、触媒作用は触媒が存在する化学反応です。これらは、同様に、特定の反応に関与せずにその速度を高めることができる物質であり、つまり、最後には完全に再構成されます。したがって、酵素は私たちの体内で起こる生化学反応の速度を高めるため、触媒となります。
触媒作用は、触媒が反応に新しい経路、つまりより低い活性化エネルギーを必要とする経路を提供するために起こります。それらは反応物と結合して中間化合物を形成し、その後変換して生成物を生成し、触媒を再生します (これについては、「均一系触媒」のテキストで詳しく説明されています)。
酵素はこのように作用します。分子 (基質) と結合し、低い活性化エネルギーによって中間構造を形成し、その後容易に分解して生成物を形成し、酵素を再生します。
この酵素作用のメカニズムはロックアンドキーと呼ばれ、1894 年にドイツの化学者ヘルマン フィッシャー (1852-1919) によって提案されました。鍵が特定の錠前に特有の形状をしているのと同じように、酵素には基質が適合する特定の領域 (活性部位) があります。これが、酵素が高度に特異的である理由です。つまり、各酵素は、特定の生成物の形成に関与する生化学経路の特定のステップのみを加速します。酵素活性は制御可能かつ選択的です。
次の図は、「鍵と鍵」仮説が酵素の作用メカニズムをどのように説明するかを理解するのに役立ちます。
ロックアンドキーモデルに基づく酵素機能スキーム
したがって、酵素は、炭水化物、タンパク質、脂肪などの栄養素を、細胞が吸収して使用できる物質に変換することにより、細胞の代謝に作用します。だからこそ、それらは私たちの生活にとってとても重要なのです。
赤血球内で起こる酵素触媒作用の例としては、炭酸脱水酵素という酵素によって行われる触媒作用があります。二酸化炭素 (CO 2 ) は、70% の確率で HCO 3 –に解離されて体内に輸送されます。これを行うために、CO 2 は水と反応して炭酸、H 2 CO 3を形成し、これがイオン HCO 3 –と H +に解離します。ただし、この反応には数秒かかります。一方、赤血球内では、炭酸脱水酵素が二酸化炭素を瞬時に炭酸に変換し、この反応を約 5,000 倍も加速します。