생물 촉매(Biocatalysts) : 효소와 같이 생물학적 기원을 가진 촉매로, 생체 내에서 일어나는 다양한 반응을 촉진합니다. 예를 들어, 아밀라아제는 전분을 당으로 분해하는데 도움을 줍니다.

1. 표면 촉매

금속이나 금속 산화물과 같은 고체 상태의 촉매이다.

정유 공장에서 원유로부터 양질의 휘발유를 많이 얻어 내려면 황을 제거하는 탈황 공정과 분자량이 큰 분자를 작은 분자로 분해하거나 분자 구조를 거쳐야 합니다. 이러한 모든 공정에는 제올라이트를 비롯한 여러 표면 촉매가 사용되고 표면 촉매는 합성 반응뿐만 아니라 자동차에서 배출되는 배기가스를 정화하는 데에도 사용된다.

2. 전이 효소(transferase)는 한 분자에서 다른 분자로 작용기를 전이하는 데 사용된다. 인산화 효소 및 인산 분해 효소(인산염의 첨가 및 제거)는 분자 신호전달 연쇄반응, DNA 복제, RNA 전사 및 기타 기능에 있어서 특히 중요하다. 또한 케톤 또는 알데히드의 아민으로의 전환과 같은 기능을 하고 입체 선택적인 기능을 할 수 있는 생물학적으로 중요한 효소이다.

산업 현장에서 사용되는 촉매의 종류: 표면 촉매

산업 현장에서 사용되는 촉매의 역할: 산업에서 사용하는 대표적인 촉매 중의 하나는 금속이나 금속 산화물과 같은 고체 상태의 촉매이다.

고체의 표면에 반응물이 흡착되면 반응물을 이루는 원자 사이의 화학 결합이 약해져 활성화 에너지가 낮아지므로 반응이 쉽게 일어날 수 있다.

표면 촉매의 작용은 기체 상태의 반응물이 고체 상태의 촉매 표면에 흡착되어 일어난다.

생체 촉매인 효소의 종류: 리보자임

생체 촉매인 효소의 역할: 반응물인 기질과 결합해서 효소기질 복합체를 형성하여 화학 반응의 활성화 에너지를 낮춤으로써 물질대사의 속도를 증가시킨다.

효소는 기질을 생성물로 알려진 다른 분자로 전환시킨다.

산업 현장에서 사용되는 촉매의 종류

: 황산촉매

역할: 큐멘 공정의 페놀과 아세톤 제조에 사용된다.

페놀 생산 수율 및 공정의 부식이 관련이 있고 황산 촉매는 큐멘을 산화시킨 큐멘하이드록사이드가 페놀과 아세톤으로 전환되는 효율이 달라지게한다.

생체촉매

카탈레이스 우리 몸의 간, 적혈구, 콩팥에 존재한다.

과산화 수소를 분해하여 물과 산소로 만드는 반응에서 촉매로 사용하는데, 비슷한 역할을 하는 무기 촉매인 이산화 망가니즈보다 반응속도가 빠르고 강력하며 일상생활에서 과산화 수소수를 상처의 소독에 사용하는데, 이때 거품이 나는 것이 바로 혈액 속 카탈레이스가 과산화 수소를 분해하여 산소가 나오기 때문이다.

1. 균일 촉매 : 반응물과 동일한 상에 있는 촉매

- 황산: 산 촉매로 에스테르화 반응에 사용.

- 팔라듐(Pd) 화합물: 의약품, 플라스틱 제조에서 주로 활용.

2. 생체 촉매 : 생물체 내에서 각종 화학반응을 촉매

3. - 산화환원 효소 : 산화와 환원 반응을 촉진 (예: 카탈라아제).

광촉매란 빛에너지를 받을 때 촉매 작용을 일으키는 물질이다.

광촉매의 종류 중 하나인 이산화 타이타늄은 빛에너지를 받아 물을 수소와 산소로 분해하거나 유기물을 분해한다.

이는 수소 연료 전지에 수소를 공급할 때 이용된다.

또한 공기청정기, 타일, 커튼, 벽지 등에 광촉매를 사용하면 세균 번식을 막고 청결함을 유지해준다.

<생체촉매효소-카탈레이스>

카탈레이스는 과산화수소를 물과 산소로 분해시키는 반응에서 활성화 에너지를 낮추어 촉매로 작용하는 효소로 산소가 있는 환경에서 서식하는 대부분의 유기물에서 발견할 수 있다.

대사 효소 : 신체에 흡수된 영양소가 혈관을 지나 각 기관에 운반된 후, 에너지로 바뀌어 생명활동에 쓰이기 위한 화학반응을 일으키는 데 필요한 효소, 소화과정을 돕거나 몸 전체의 모든 대사 과정에 작용(신진대사에 관여)

산업현장에서 사용되는 촉매의 종류는 실리카-알루미나이다.

실리카-알루미나는 석유 분해 및 증류에 사용된다.

출처:기초 과학 연구원

항산화효소 (SOD)

.항산화제 중에서 가장 중요한 역할을 하는 것은 항산화효소 중 첫 번째로 활성산소를 제거하는 SOD다. SOD가 활성산소를 만나면 부족한 전자를 건네받고 과산화수소(H2O2)가 된다. 이 과산화수소는 카달라아제와 글루타치온을 만나 물(H2O)로 변한 후 배출된다. SOD는 이런 작용을 통해 폐 손상이나 혈관질환, 관절염 등의 질환을 예방하고 피부 노화까지 방지한다.

출처 : https://health.chosun.com/site/data/html_dir/2018/02/02/2018020201435.html

카탈레이스(catalase)는 과산화 수소를 물과 산소로 분해하는 효소이다. 그리고 카탈레이스는 인체의 조직과 세포를 공격하고 산화시켜 세포노화를 촉진시키는 활성산소를 분해하며 그 찌꺼기를 해독시키는 작용을 한다.

리파아제 : 지질을 가수분해하여 지방산과 글리세롤을 만들며 동물의 췌장, 곰팡이와 효모에서 생산된다. 리파아제는 오일을 가수분해하여 비누를 만드는 데 사용하기도 하고 폐수 속에 존재하는 지질-지방화합물을 거수분해시키는데에 사용된다.

나노 촉매(nanozymes): 원자, 분자 혹은 초분자로 이루어져 화학반응에 활성을 갖는 나노크기 또는 그 이하 크기의 촉매활성 능력을 갖는 입자체

효소

단백질 분해효소(protease)는 펩티드 결합의 가수분해 작용에 관여하여 단백질을 폴리펩티드로까지 분해하는 효소로 동식물의 조직이나 세포에 널리 들어 있다

산화, 수소 첨가 혹은 수소 이탈 반응에 사용되는 촉매. 디젤 자동차는 주행 중 일산화탄소와 산화수소 등 오염물질을 배출하는데 백금이 코팅된 촉매변환기가 이들을 98%이상 정화한다.

효소

기질과 결합해서 효소-기질 복합체를 형성하여 화학반응의 활성화 에너지를 낮춤으로써 물질대사의 속도를 증가시키는 생체 촉매이다. 어떤 효소들은 기질을 생성물로 전환시키는 것을 수백만 배 더 빨리 일어나게 할 수 있다.

무기촉매는 필요한 반응에만 작용하도록 선택적으로 반응을 조절하는 것이 쉽지 않고, 잘 분해되지 않기 때문에 환경 오염을 일으킬 수 있습니다. 최근에는 금속이 아닌 탄소, 수소, 질소, 산소 등으로 이루어진 유기물 형태의 유기 촉매가 식품이나 의약품을 합성하는 데 사용되고 있습니다. 유기 촉매는 반응의 선택성이 높고, 쉽게 분해될 수 있어 친환경 청정 촉매로 연구가 활발하게 진행되고 있다.

생체촉매효소- 리파아제

리파아제는 지방을 소화하여 우리 몸이 흡수하기 쉬운 형태로 변화시켜준다. 지방은 우리 몸에서 중요한 에너지원이 되기도 하며, 지방 소화는 이를 효과적으로 이용할 수 있도록 도와준다.

카탈레이스 : 과산화 수소를 물과 산소로 분해하는 효소로 산소가 있는 환경에서 서식하는 대부분의 유기물에 존재한다. 체내에서 탈수소반응을 일으켜 치명적인 활성산소를 제거해 유기체 내의 산화손상을 방지한다. 또한 노화로 인한 일부 세포 손상을 예방할 수 있다.

:오가 바나듐의 산화물. 바나듐의 산화물이나 바나듐 가루를 공기 중에서 가열하여 얻는 붉은 갈색 가루로, 물에는 잘 녹지 않고 알칼리와 산에 녹으며, 황산을 만드는 데에 쓰인다. 바나듐은 강도, 경도, 내충격성을 부여하는 강철 합금의 제조에 사용된다. 구조용으로 사용되는 고강도 저합금강은 종종 바나듐을 포함한다. 바나듐 화합물은 또한 세라믹의 제조와 촉매로 사용된다.

몰리브덴(Molybdän)

:아미노산 중에서도 메티오닌과 시스테인의 생성 및 분해에 관여한다. 이러한 아미노산은 단백질 합성 및 DNA 복제에 필수적이다.황기능을 가진 효소와 함께 황 화합물을 분해하여 독소를 제거하는 데 도움을 준다. 몸에 좋지 못한 유해한 화학물질을 제거하는데 도움을 준다.

백금 촉매
밀도가 높고 연성과 전성이 좋은 은백색의 귀금속인 백금을 이용한 것이다.
백금 촉매 정화장치를 배기 가스관 중간에 넣어 두면 일산화탄소, 탄화수소, 산화질소 등 해로운 배기가스를 이산화탄소와 물, 질소 분자와 같이 안전하거나 덜 위험한 물질로 바꾸어준다.

펩신
펩신은 위액에 들어 있는 단백질 소화 효소로 아미노산 사이의 결합을 끊어 단백질을 더욱 작게 분해한다. 펩신은 위액에서 처음 분비될 때에는 단백질을 분해할 수 있는 형태가 아니지만, 염산의 도움을 받아 비로소 단백질을 더 작은 분자로 분해할 수 있게 된다. 이를 통해 소화를 원활하게 할 수 있다.

탈수소효소는 화합물로부터 수소원자와 전자가 제거되는 반응에 작용하는 생체 촉매이다. NAD, FAD 등을 조효소로 하여 세포호흡의 해당과정과 TCA회로, 광합성의 명반응과 암반응 과정에 관여한다.

몰리브덴 촉매:몰리브덴은 고온에서도 단단하고 부식되지 않는 강철을 제공할 뿐 아니라, 질소고정으로 먹거리를 풍성하게 하는 중대한 역할을

하는 귀중한 원소로 볼 수 있다.몰리브덴을 철계 합금에 첨가하면 강도나 내열성, 내식성이 늘어나므로 널리 쓰이고 있다. 특히 스테인리스강에 몰리브덴을 첨가하면 특성이 크게 향상되기 때문에 몰리브덴의 수요 중 약 90%를

차지하고 있다. 실제로 제1차 세계대전 시 가볍고 튼튼한 전차

의 장갑판을 만드는 데 필수적으로 사용되었으며, 오늘날에도 몰리

브덴은 고온에서도 물러지지 않고 부식되지 않는 강철의 합금제로

주로 사용될 뿐 아니라 석유화학공업에서 원유에 포함되어 있는 황

을 제거하는 탈황 촉매 등으로 중요하게 사용되고 있다.

프로테아제:단백질 분해 효소(protease)는 단백질 분해를 촉매하여 단백질을 더 작은 폴리펩티드 또는 단일 아미노산으로 분해하고 새로운 단백질 생성물의 형성을 촉진하는 효소이다. 물이 결합을 깨는 반응인 가수분해에 의해 단백질 내의 펩티드 결합을 절단함으로써 이것을 합니다. 단백질분해효소는 섭취된 단백질의 소화, 단백질 이화작용(오래된 단백질의 분해) 및 세포 신호전달을 포함한 수많은 생물학적 경로에 관여한다.기능성 촉진제가 없으면 단백질 분해는 수백 년이 걸릴 정도로 매우 느릴 것이다. 단백질분해효소는 모든 형태의 생명체와 바이러스에서 찾을 수 있다. 독립적으로 여러 번 진화했으며, 다른 종류의 단백질분해효소는 완전히 다른 촉매 메커니즘에 의해 동일한 반응을 수행할 수 있다.

<금속촉매ㅡ백금>

백금은 고온에서도 안정적이고 다양한 산화 및 환원 반응을 촉진할 수 있는 능력을 가지고 있으며 자동차의 배기가스에 포함된 일산화탄소,탄화수소, 질소산화물등을 무해한 물질로 변환하는데 사용된다. 백금은 이 반응에서 중요한 역할을 하며, 특히 자동차의 촉매 변환 장치(Catalytic Converter)에 필수적인 요소이다.

<생체촉매ㅡ아밀레이스>

아밀레이스는주로 침샘과 췌장에서 분비되며, 탄수화물을 분해하는 역할을 하고 복잡한 탄수화물(전분)을 분해하여 단당류로 전환시키는 효소입니다.

전분을 당으로 분해하는 과정에서 사용되며 제과, 제빵 산업에서 반죽의 질을 개선하고, 단맛을 증가하는데 사용됩니다.

광촉매는 일반 촉매처럼 반응 속도에 영향을 주는 물질들이며 빛을 받아들여 화학반응에서 반응 속도에 영향을 준다. 광촉매 또한 주로 반응을 촉진시키는 정촉매의 역할을 하는 것이 많다. 이러한 광촉매를 사용해서 일으키는 반응을 광촉매 반응이라고 한다. 광촉매라고 불리는 몇몇 물질들이 빛을 받아서 촉매로써의 역할을 한다는 점에서 기존의 촉매 반응과는 차이가 있다.

산업용 촉매:백금

백금은 자동차의 촉매 변환기의 배기가스 중의 유해물질을 무해한 물질로 변환되는데 사용됩니다. 또한 고온에서도 안정적인 성질을 가지며, 독성 가스를 환원시키는 데 효과적입니다.

카탈레이스:

산소가 있는 환경에서 서식하는 대부분의 유기물에 존재하며 유기체는 카탈레이스로 탈수소반응을 일으켜 체내에서 치명적인 활성산소를 제거하여 유기체 내의 산화손상을 방지한다. 효소중 가장 높은 촉매 활성도를 띠며 카탈레이스 한 분자는 초당 수백만개의 과산화수소 분자를 산소와 물로 분해시킨다. 카탈레이스는 과산화수소를 반응성이 낮은 산소와 물 분자로 빠르게 분행하는 것을 촉진하기 위해 세포에서 자주 사용됩니다. 과산화수소는 유기체의 세포가 병원균에 감염되었을 때 강력한 항균제로 사용됩니다.

광촉매(photocatalyst)는 빛에너지를 흡수하여 광화학 반응을 개시하고, 촉매로서 광화학 반응을 촉진하는 화합물을 말한다. 대표적인 광촉매로 물을 광분해하여 수소 및 산소 기체를 얻기 위해 사용되는 이산화 타이타늄(TiO2)이 있다. 이산화 타이타늄은 빛과의 화학반응으로 흔히 새집증후군을 유발한다고 하는 포름알데히드, 휘발성 유기화합물, 곰팡이에서 배출되는 오염 물질등을 제거하는데 매우 효과적이며 물리적으로 코팅이 제거되지 않는 이상 효과는 반영구적이다.

생체 내에서의 효소- 락타아제(lactase)

β-갈락토시다아제·젖당분해효소라고도하는 락타아제는 포유류의 소장과 간 등에서 발견되며 인체 내에서의 락타아제는 우유를 소화하기 위해 필수적으로 필요한 효소이다. 락타아제는 분자구조가 복잡한 락토스(젖당)를 단당류인 글루코스와 갈락토스로 분해하는 작용을 한다. 인체 내 락타아제가 부족하다면 이 분해 작용이 잘 일어나지 않아 락토스가 소화되지 않은 채로 대장으로 내려가 대장에 살고 있는 세균에 의해 분해 및 발효된다. 이때 혈액 속의 수분을 대장으로 가져와 설사를 일으키며 이 과정에서 산과 가스를 발생시켜 몸이 붓거나 복부 팽만을 일으키는데 이를 유당불내증이라 한다.

금속이 아닌 탄소, 수소, 질소, 산소 등으로 이루어진 유기물 형태로, 식품이나 의약품을 합성하는 데 사용되고 있다. 반응의 선택성이 높고,

쉽게 분해될 수 있어 친환경 청정 촉매로 연구되고 있다

프로테아제

단백질 분해효소로, 화장품에서 세포 재생효과가 있어 피부 재생력을 높이고 주름을 개선시켜준다. 또한 죽은 세포를 방출시켜 피부의 전환을 가속시키기도 한다.

산업에서 사용하는 대표적인 촉매 중의 하나는 금속이나 금속 산화물과 같은 고체 상태의 촉매입니다.

고체의 표면에 반응물이 흡착되면 반응물을 이루는 원자 사이의 화학 결합이 약해져 활성화 에너지가 낮아지므로

반응이 쉽게 일어날 수 있습니다. 표면 촉매의 작용은 기체 상태의 반응물이 고체 상태의 촉매 표면에 흡착되어 일어납니다.

정유 공장에서 원유로부터 양질의 휘발유를 많이 얻어 내려면 황을 제거하는 탈황 공정과 분자량이 큰 분자를

작은 분자로 분해하거나 분자 구조를 거쳐야 합니다. 이러한 모든 공정에는 제올라이트를 비롯한 여러 표면 촉매가 사용되고

표면 촉매는 합성 반응뿐만 아니라 자동차에서 배출되는 배기가스를 정화하는 데에도 사용됩니다.

실리카 알루미나 촉매

석유의 접촉 분해용으로 가장 널리 사용되고 있는 촉매로 접촉 분해 외에 탄화수소의 이성질화, 중합, 알킬화, 탈알킬, 불균화 기타 반응에도 유효하다. 전형적 고체산 촉매이며, 실리카와 알루미나의 혼합 촉매인데 그 조성은 SiO2:Al2O3가 80 : 20~93 : 7 범위의 것이 양호한 활성을 나타낸다. 활성 백토는 불순물을 함유하고 있지만 본질적으로는 실리카 알루미나 촉매이다. 실리카 겔과 알루미나 겔을 습한 상태에서 골고루 섞이도록 반죽하는 방법, 실리카 겔에 알루미늄염을 침지법으로 붙이는 방법, 실리카와 알루미나를 수용액에서 동시에 겔화시키는 방법, 실리카 겔 위에 알루미나 겔을 침착시키는 방법 중 어느 하나에 의해 만들어진다. 석유의 접촉 분해에 사용하면 옥탄값이 높은 가솔린을 생성하는 특징을 가진다. 이동 촉매층용으로는 약 4mm의 구형으로 성형한 것이, 또 유동 촉매층용으로는 약 50μ 정도의 미소한 구형의 MS 촉매가 사용된다.

-산화 효소는 산화환원 반응을 촉매하는 효소로, 특히 전자수용체로 산소(O2)를 포함하는 반응을 촉매하는 효소이다. 수소 원자의 공여와 관련된 반응에서, 산소는 물(H2O) 또는 과산화 수소(H2O2)로 환원된다. 효소가 포함된 요검사지로 오줌 속에 포함된 포도당의 양을 측정하여 당뇨병 여부를 진단한다.