Los catalizadores se pueden ver en términos de biología o química. En ambos sus roles son casi idénticos.
En biología, los catalizadores reducen la cantidad de energía necesaria para que la reacción proceda. Esta energía se conoce como energía de activación . La enzima encapsula un sustrato y se le da un entorno o superficie sobre la cual puede transformarse químicamente. Hay dos teorías principales sobre la actividad enzimática biológica. El modelo de ‘cerradura y llave’ establece que la enzima es una cerradura con la que solo un determinado sustrato (una llave) puede unirse y, por lo tanto, catalizarse. Una nueva teoría sugiere que las enzimas experimentan un cambio conformacional en el sitio de unión del sustrato, permitiendo que se unan múltiples tipos de ‘claves’ (sustratos). Un ejemplo de enzima biológica es la lactasa. Descompone el disacárido (azúcar) conocido como lactosa. Entonces, cuando bebe leche, su cuerpo puede descomponer el azúcar de lactosa en azúcares utilizables (como glucosa) para producir ATP. La enzima lactasa, por lo tanto, es responsable de una reacción de descomposición de un azúcar. Reduce la energía de activación (la cantidad mínima de energía necesaria para que ocurra un reactor) necesaria para que nuestros cuerpos descompongan el azúcar lactosa. El cuerpo humano contiene cientos de enzimas, sin las cuales no sobreviviríamos. La digestión comienza con enzimas en la boca, lo que da mucha importancia a los procesos corporales que damos por sentado. Sugerencia: todo lo que termina con el sufijo “-ase” en biología o bioquímica es una enzima.
Las enzimas en química también disminuyen la energía de activación requerida para que ocurra una reacción. Una buena manera de abordar este tema es ver la curva de distribución de Maxwell Boltzmann . La línea verde que representa la energía de activación, se desplazaría hacia la izquierda a lo largo del eje x, lo que llevaría a un mayor número de partículas que contienen suficiente energía para reaccionar con éxito. La teoría de la colisión establece que para que se produzca una reacción, las moléculas deben chocar, chocar con suficiente energía (energía de activación) y chocar con la geometría correcta.
Anteriormente di un ejemplo de un catalizador biológico (lactasa), un ejemplo de un catalizador químico se puede ver en el Proceso de Haber . Este proceso se utiliza para producir amoníaco en fábricas a gran escala. El proceso requiere alta presión (~ 200 atm) y temperatura de alta temperatura (~ 45o grados Celsius). Este proceso ocurre debido a la presencia de filamentos de hierro que actúan como catalizador. Si esto ocurriera sin un catalizador, tanto la temperatura como la presión tendrían que aumentar considerablemente.
Los catalizadores biológicos (enzimas) consisten en estructuras de proteínas extremadamente complejas. En mi investigación actual de pregrado, estamos estudiando formas de capturar moléculas de una manera similar a las enzimas. El objetivo final es un cubo que pueda encapsular huéspedes grandes y, además, usarse para capturar gases de efecto invernadero potentes y / o usarse para administrar medicamentos.
