Je leest:

Wat is katalyse?

Wat is katalyse?

Auteur: | 8 december 2015

Zelf leven van de grond af opbouwen. Uit niks meer dan losse moleculen. Scheikundigen proberen het, maar dat is nog niet makkelijk. In een reeks spoedcursussen praat Kennislink je snel bij over hoe je van een knutseldoos met moleculen tot iets kan komen dat op leven lijkt. Deze week: wat is katalyse?

Na deze cursus begrijp je:

  • wat katalyse is
  • hoe een katalysator werkt
  • dat de natuur gebruikmaakt van katalyse
  • dat enzymen biologische katalysatoren zijn
De autokatalysator reinigt uitlaatgassen door roet helemaal te laten verbranden.

Het aanrecht staat weer vol met afwas. Elke dag na het avondeten staan de aangekoekte pannen en vette borden je aan te kijken. Op zulke momenten zou je willen dat het vanzelf gaat. Dat je niet elke avond een half uur bezig bent met schrobben, maar dat de klus in een minuutje gepiept is. Wat zou het handig zijn om een stofje tussen de vaat te stoppen, waardoor de afwas klaar is in een oogwenk.

Zulke hulpstoffen bestaan, ze heten katalysatoren. Er zijn helaas (nog) geen handige katalysatoren die je de hele afwas uit handen nemen, al zitten ze al wel in afwasmiddel en vind je ze overal om je heen. De bekendste is misschien wel de autokatalysator. Die zorgt ervoor dat uitlaatgassen zoals roet helemaal verbranden tot CO2 en water. De temperatuur in de motor en de uitlaat van een auto is niet hoog genoeg om het roet helemaal te laten reageren.

Vroeger kwam dat roet daardoor gewoon in de lucht terecht. De autokatalysator, gemaakt van de metalen platina en palladium, zorgt ervoor dat de reactie bij lagere temperatuur gebeurt. Als een scheikundige reactie sneller of schoner verloopt dankzij een toegevoegde hulpstof heet dat katalyse. Het bijzondere is dat een katalysator een chemische reactie kan beïnvloeden zonder zelf verbruikt te worden.

Een katalysator neemt ‘de top van de berg weg’om een reactie op te starten.

Tegen een berg op fietsen

Veel reacties zouden zonder katalysator alleen bij heel hoge temperaturen plaatsvinden. Er is veel energie nodig om ze op gang te brengen, terwijl ze lekker gaan als ze eenmaal gestart zijn. Je kunt het vergelijken met een berg waartegen je op moet fietsen: als je over het topje bent, gaat het trappen vanzelf en roetsj je naar beneden naar het dorpje in het dal. Maar als de berg te hoog is, zal je nooit in dat dorpje aankomen, of pas na uren en uren trappen. Een katalysator neemt de top van de berg weg. Er is minder energie nodig om de reactie te starten, dus loopt de reactie ook bij een lagere temperatuur.

Eén manier waarop een katalysator die bergtop wegneemt, is door te koppelen aan de moleculen van één van de stoffen die moeten reageren (een uitgangsstof). Doordat de katalysator het molecuul ‘vasthoudt’, worden bepaalde bindingen in dat molecuul verzwakt, zodat ze gemakkelijker verbreken en dus nieuwe verbindingen kunnen aangaan met andere moleculen.

Kunstmest

Een voorbeeld. We maken ammoniak voor in kunstmest uit waterstof en stikstof met behulp van een ijzerkatalysator. De water- en stikstofmoleculen (H2 en N2) hechten aan het ijzer, dat ze uiteen laat vallen in losse atomen. Die losse atomen combineren zich vervolgens tot ammoniakmoleculen (NH3). De katalysator laat het molecuul los als het gereageerd heeft, zodat het weer opnieuw een van de uitgangsstoffen kan vastpakken. Zo kan hij doorwerken tot alle uitgangsstoffen opgebruikt zijn.

Enzymen

In de natuur wordt katalyse voortdurend gebruikt. In alle levende organismen komen katalysatoren voor. In mensen, dieren en planten maar ook in eencellige bacteriën. Meestal gaat het om eiwitten die het lichaam zelf maakt. Eiwitten die werken als katalysator noemen we enzymen. Een enzym is dus niets anders dan een biologische katalysator: een biologische stof die een reactie versnelt zonder zelf opgebruikt te worden.

Enzymen zijn essentieel: ze helpen bij het verteren van de maaltijd die je net gegeten hebt. Ze maken de energie vrij die in dat eten opgeslagen ligt zodat het gebruikt kan worden in de cellen van je lichaam. Ze helpen bij de groei en reparatie van weefsels, organen en cellen. Dankzij enzymen verlopen alle processen die nodig zijn voor leven efficiënt.

Enzymen helpen bijvoorbeeld bij het verteren van eten.

Helpen bij zelfassemblage

Ze werken vaak doordat ze verschillende moleculen binden die daardoor dicht genoeg bij elkaar komen om met elkaar te reageren. Dat is handig in de soep van allerhande stoffen waarin ze zich bevinden. Enzymen zijn kieskeurig: elk enzym bindt maar aan één of een paar specifieke moleculen.

Enzymen kunnen ook helpen bij de zelfassemblage van moleculen. Dat werkt als volgt. Enzymen binden aan specifieke moleculen en knippen er een stukje af. Zo zijn er enzymen die het uiteinde van losse eiwitten eraf knippen. De kleinere eiwitten die overblijven zijn in staat om spontaan aan elkaar te koppelen tot een lange keten. Op die manier worden allerlei structuren gevormd waaruit een levende cel bestaat.

1/8

Spoedcursussen

Volg hier de cursus van molecuul tot leven in tekst en film.

Gemaakt voor de pagina Leven bouwen met moleculen op Kennislink.nl. Met dank aan het Research Center for Functional Molecular Systems

Pixabay, Darwin Laganzon via CC0

1/8

Spoedcursus: Wat zijn moleculen?

Al het leven om ons heen bestaat uit moleculen. Weet jij wat een molecuul ís en doet?

Volg hier de cursus: In tekst In film In infografic

1/8

Spoedcursus: Wat is zelfassemblage?

In de natuur klonteren moleculen spontaan samen, bijvoorbeeld om onderdelen van cellen te bouwen. Weet jij hoe en waarom moleculen dat doen?

Volg hier de cursus: In tekst In film

En test jezelf in de quiz.

1/8

Spoedcursus: Wat is katalyse?

Hulpstoffen genaamd katalysatoren zitten overal om je heen. De bekendste is misschien wel de autokatalysator. De natuur maakt ook gebruik van katalyse. Weet jij hoe?

Volg hier de cursus: In tekst In film

En test jezelf in de quiz.

1/8

Spoedcursus: Wat is een levende cel?

Alle levende wezens op aarde hebben gemeen dat ze zijn opgebouwd uit dezelfde bouwblokken: cellen. Weet jij uit welke onderdelen een cel bestaat?

Volg hier de cursus: In tekst In film

En test jezelf in de quiz.

1/8

Spoedcursus: Hoe is de eerste cel ontstaan?

De eerste cel zou bijna 4 miljard jaar geleden voor het eerst in onze oceaan hebben gezwommen. Weet jij hoe dat allereerste leven ontstaan kan zijn?

Volg hier de cursus: In tekst In film

En test jezelf in de quiz.

1/8

Spoedcursus: Hoe bouwen we zelf een levende cel?

Wetenschappers proberen zelf een cel te bouwen. Ze kennen alle benodigde moleculen. Weet jij wat er komt kijken bij het maken van een levende cel?

Volg hier de cursus: In tekst In film

En test jezelf in de quiz.

1/8

Credits spoedcursussen

Deze cursus is gemaakt voor de pagina Leven bouwen met moleculen op Kennislink.nl Met dank aan het Research Center for Functional Molecular Systems

Tekst Mariska van Sprundel en Sanne Deurloo

Film Opzet en script: Mariska van Sprundel, Bruno van Wayenburg en Sanne Deurloo Animatie en geluid: Bruno van Wayenburg Stem: Ans Hekkenberg

Infografic Bruno van Wayenburg

Dit is de derde spoedcursus in de reeks ‘Van molecuul tot leven’. Eerder verscheen deel twee: ‘Wat is zelfassemblage’. Lees en bekijk volgende week deel vier: wat is een levende cel?

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 08 december 2015

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.