Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Molekyylin liike ja lämpötilan rooli
- Jäätymisen vaikutus entsyymiaktiivisuuteen
- Entsyymirakenne
- Kiehuminen ja denaturointi
Entsyymit ovat kriittisiä koko elämässä, koska ne katalysoivat kemiallisia reaktioita, jotka muuten tapahtuisivat liian hitaasti elämän tukemiseksi. Tärkeää on, että nopeudet, joilla entsyymit kykenevät katalysoimaan kohdereaktioitaan, ja entsyymien kyky ylläpitää rakennettaan ovat erittäin riippuvaisia lämpötilasta. Seurauksena jäätymisellä ja kiehumisella voi olla merkittäviä vaikutuksia entsyymiaktiivisuuteen.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Kiehuminen hajottaa entsyymejä, joten ne eivät enää toimi. Jäätymisen alapuolella kiteytyminen estää entsyymejä toimimasta.
Molekyylin liike ja lämpötilan rooli
Jotta ymmärretään kuinka jäätyminen vaikuttaa entsyymien aktiivisuuteen, on ensin ymmärrettävä lämpötilan vaikutus molekyyleihin, jotka ovat entsyymikatalyytin substraatteja. Soluissa substraattimolekyylit ovat jatkuvassa satunnaisessa liikkeessä, joka tunnetaan nimellä Brownian liike, substraattimolekyylien ja yksittäisten vesimolekyylien välisten törmäysten seurauksena. Lämpötilan noustessa myös tämän satunnaisen molekyylin liikkeen nopeus kasvaa, koska molekyyleillä on enemmän värähtelyenergiaa korkeissa lämpötiloissa. Nopeampi liike lisää satunnaisten törmäysten taajuutta molekyylien ja entsyymien välillä, mikä on tärkeää entsyymiaktiivisuudelle, koska entsyymit riippuvat substraattimolekyyliensä törmäystä niihin ennen kuin reaktio voi tapahtua.
Jäätymisen vaikutus entsyymiaktiivisuuteen
Hyvin kylmissä lämpötiloissa hallitsee päinvastainen vaikutus - molekyylit liikkuvat hitaammin, vähentäen entsyymi-substraatti-törmäysten taajuutta ja vähentäen siten entsyymien aktiivisuutta. Jäätymispisteessä molekyylin liikkeet vähenevät rajusti, kun tapahtuu kiinteiden aineiden muodostumista ja molekyylit lukitaan jäykkiin kiteisiin muodostelmiin. Näissä kiinteissä kiteissä molekyyleillä on paljon vähemmän liikkumisvapautta verrattuna samoihin molekyyleihin nestemäisessä järjestelyssä. Seurauksena on, että entsyymi-substraatti-törmäykset ovat erittäin harvinaisia, kun jäätyminen tapahtuu, ja entsyymiaktiivisuus on melkein nolla pakkasen alapuolella.
Entsyymirakenne
Vaikka lämpötilan nousu johtaa korkeampaan entsyymiaktiivisuuteen, on olemassa ylemmä lämpötilaraja, jolla entsyymit voivat jatkaa toimintaa. Entsyymien rakenteen ja toiminnan ymmärtämiseksi, miksi näin on, Entsyymit ovat proteiineja, jotka koostuvat yksittäisistä aminohapoista, joita pidetään yhdessä kolmiulotteisessa rakenteessa aminohappojen välisten kemiallisten sidosten avulla. Tämä kolmiulotteinen rakenne on kriittinen entsyymien aktiivisuudelle, koska entsyymit on rakennettu muodostamaan fysikaalinen "sovi" substraattiensa ympärille.
Kiehuminen ja denaturointi
Kiehumislämpötiloissa entsyymien rakennetta pitävät kemialliset sidokset alkavat hajoa. Tuloksena oleva kolmiulotteisen rakenteen menetys aiheuttaa sen, että entsyymit eivät enää sovi kohdealustamolekyyleihinsä, ja entsyymit lakkaavat toimimasta kokonaan. Tämä denaturoitumisesta tunnettu rakennehäviö on peruuttamaton - kun entsyymejä lämmitetään niin paljon, että niitä pitävät kemialliset sidokset hajoavat, ne eivät muodostu spontaanisti uudelleen, jos lämpötilat laskevat. Tämä on toisin kuin jäädyttäminen, mikä ei vaikuta entsyymien rakenteeseen - jos lämpötiloja nostetaan pakastamisen jälkeen, entsyymien aktiivisuus palautuu.