Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Μοριακή κίνηση και ο ρόλος της θερμοκρασίας
- Επίδραση της κατάψυξης στη δραστηριότητα του ενζύμου
- Δομή του ενζύμου
- Βράσιμο και μετουσίωση
Τα ένζυμα είναι κρίσιμα για όλη τη ζωή επειδή καταλύουν χημικές αντιδράσεις που διαφορετικά θα έλαβαν χώρα αργά για να στηρίξουν τη ζωή. Είναι σημαντικό ότι οι ρυθμοί με τους οποίους τα ένζυμα είναι σε θέση να καταλύουν τις αντιδράσεις στόχων τους και η ικανότητα των ενζύμων να διατηρούν τη δομή τους εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία. Ως αποτέλεσμα, η κατάψυξη και ο βρασμός μπορεί να έχουν σημαντικές επιδράσεις στην ενζυμική δραστηριότητα.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Το ζέσταμα διασπά τα ένζυμα έτσι ώστε να μην λειτουργούν πλέον. Κάτω από την κατάψυξη, η κρυστάλλωση εμποδίζει τη λειτουργία των ενζύμων.
Μοριακή κίνηση και ο ρόλος της θερμοκρασίας
Για να κατανοήσουμε πώς το πάγωμα επηρεάζει την ενζυμική δραστηριότητα, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε την επίδραση της θερμοκρασίας στα μόρια που είναι τα υποστρώματα για την κατάλυση ενζύμων. Μέσα στα κύτταρα, τα μόρια του υποστρώματος είναι σε συνεχή τυχαία κίνηση, γνωστή ως κίνηση Brownian, ως αποτέλεσμα συγκρούσεων μεταξύ μορίων υποστρώματος και μεμονωμένων μορίων νερού. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η ταχύτητα αυτής της τυχαίας μοριακής κίνησης αυξάνεται καθώς τα μόρια έχουν περισσότερη δόνηση ενέργειας σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Η ταχύτερη κίνηση αυξάνει τη συχνότητα των τυχαίων συγκρούσεων μεταξύ των μορίων και των ενζύμων, κάτι που είναι σημαντικό για τη δραστηριότητα των ενζύμων, δεδομένου ότι τα ένζυμα εξαρτώνται από το ότι τα μόρια του υποστρώματος τους συγκρούονται πριν συμβεί μια αντίδραση.
Επίδραση της κατάψυξης στη δραστηριότητα του ενζύμου
Σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, το αντίθετο αποτέλεσμα κυριαρχεί - τα μόρια κινούνται πιο αργά, μειώνοντας τη συχνότητα των συγκρούσεων ενζύμου-υποστρώματος και μειώνοντας έτσι την ενζυμική δραστηριότητα. Στο σημείο ψύξης, η μοριακή κίνηση μειώνεται δραστικά καθώς συμβαίνει σχηματισμός στερεών και τα μόρια κλειδώνονται σε άκαμπτες κρυσταλλικές μορφές. Μέσα σε αυτούς τους στερεούς κρυστάλλους, τα μόρια έχουν πολύ λιγότερη ελευθερία κίνησης σε σύγκριση με τα ίδια μόρια σε μια διάταξη υγρού. Ως αποτέλεσμα, οι συγκρούσεις ενζύμου-υποστρώματος είναι εξαιρετικά σπάνιες μόλις εμφανιστεί η κατάψυξη και η δραστηριότητα του ενζύμου είναι σχεδόν μηδενική από την κατάψυξη.
Δομή του ενζύμου
Αν και η αύξηση της θερμοκρασίας έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερες ταχύτητες ενζυμικής δραστηριότητας, υπάρχει ένα ανώτερο όριο θερμοκρασίας στο οποίο τα ένζυμα μπορούν να συνεχίσουν να λειτουργούν. Για να κατανοήσουμε γιατί συμβαίνει αυτό, πρέπει να εξεταστεί η δομή και η λειτουργία των ενζύμων. Τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες, αποτελούμενες από μεμονωμένα αμινοξέα που συγκρατούνται μαζί σε μια τρισδιάστατη δομή με χημικούς δεσμούς μεταξύ αμινοξέων. Αυτή η τρισδιάστατη δομή είναι κρίσιμη για τη δραστηριότητα των ενζύμων, καθώς τα ένζυμα είναι δομημένα για να σχηματίσουν μια φυσική "εφαρμογή" γύρω από τα υποστρώματά τους.
Βράσιμο και μετουσίωση
Σε θερμοκρασίες γύρω από το βρασμό, οι χημικοί δεσμοί που συγκρατούν τη δομή των ενζύμων αρχίζουν να διασπώνται. Η προκύπτουσα απώλεια τρισδιάστατης δομής αναγκάζει τα ένζυμα να μην ταιριάζουν πλέον με τα μόρια στόχου του υποστρώματός τους και τα ένζυμα σταματά εντελώς να λειτουργούν. Αυτή η απώλεια δομής, γνωστή ως μετουσίωση, είναι μη αναστρέψιμη - όταν τα ένζυμα θερμαίνονται τόσο πολύ ώστε οι χημικοί δεσμοί που τα συγκρατούν μαζί να σπάσουν, δεν θα δημιουργηθούν ξανά αυθόρμητα εάν μειωθούν οι θερμοκρασίες. Αυτό δεν συμβαίνει με την κατάψυξη, η οποία δεν επηρεάζει τη δομή του ενζύμου - εάν οι θερμοκρασίες αυξηθούν μετά την κατάψυξη, η ενζυμική δραστηριότητα θα αποκατασταθεί.