ما هي آثار الغليان والتجميد على نشاط الإنزيم؟

تعتبر الإنزيمات ضرورية لجميع أشكال الحياة لأنها تحفز التفاعلات الكيميائية التي كانت ستحدث ببطء شديد لدعم الحياة. الأهم من ذلك ، أن المعدلات التي تكون فيها الإنزيمات قادرة على تحفيز تفاعلاتها المستهدفة وقدرة الإنزيمات على الحفاظ على بنيتها تعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة. نتيجة لذلك ، يمكن أن يكون للتجميد والغليان تأثيرات كبيرة على نشاط الإنزيم.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

يؤدي الغلي إلى تكسير الإنزيمات بحيث لا تعمل. تحت التجمد ، يمنع التبلور الإنزيمات من العمل.

من أجل فهم كيفية تأثير التجميد على نشاط الإنزيم ، من الضروري أولاً فهم تأثير درجة الحرارة على الجزيئات التي تشكل ركائز تحفيز الإنزيم. داخل الخلايا ، تكون جزيئات الركيزة في حركة عشوائية ثابتة ، تُعرف بالحركة البراونية ، نتيجة للتصادم بين جزيئات الركيزة وجزيئات الماء الفردية. مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد سرعة هذه الحركة الجزيئية العشوائية أيضًا لأن الجزيئات لديها طاقة اهتزازية أكثر في درجات حرارة أعلى. تزيد الحركة السريعة من تكرار الاصطدامات العشوائية بين الجزيئات والإنزيمات ، وهو أمر مهم لنشاط الإنزيم لأن الإنزيمات تعتمد على جزيئات الركيزة التي تصطدم بها قبل التفاعل تحدث.

في درجات الحرارة شديدة البرودة ، يسود التأثير المعاكس - تتحرك الجزيئات بشكل أبطأ ، مما يقلل من تكرار اصطدام الركيزة الإنزيمية وبالتالي يقلل من نشاط الإنزيم. عند نقطة التجمد ، تنخفض الحركة الجزيئية بشكل كبير حيث يحدث تكوين صلب ويتم حبس الجزيئات في تشكيلات بلورية صلبة. داخل هذه البلورات الصلبة ، تتمتع الجزيئات بحرية حركة أقل بكثير مقارنة بالجزيئات نفسها في ترتيب سائل. نتيجة لذلك ، تعد اصطدامات الركيزة الإنزيمية نادرة للغاية بمجرد حدوث التجمد ويكون نشاط الإنزيم أقل من الصفر تقريبًا.

على الرغم من أن زيادة درجة الحرارة تؤدي إلى ارتفاع معدلات نشاط الإنزيم ، إلا أن هناك حدًا أعلى لدرجة الحرارة يمكن أن تستمر عنده الإنزيمات في العمل. لفهم سبب حدوث ذلك ، يجب مراعاة بنية ووظيفة الإنزيمات. الإنزيمات عبارة عن بروتينات ، تتكون من أحماض أمينية فردية مرتبطة ببعضها البعض في بنية ثلاثية الأبعاد بواسطة روابط كيميائية بين الأحماض الأمينية. هذا الهيكل ثلاثي الأبعاد مهم لنشاط الإنزيم ، حيث يتم تنظيم الإنزيمات لتشكيل "تناسب" فيزيائي حول ركائزها.

في درجات حرارة قريبة من الغليان ، تبدأ الروابط الكيميائية التي تربط بنية الإنزيمات ببعضها البعض في الانهيار. يتسبب الخسارة الناتجة في البنية ثلاثية الأبعاد في عدم ملاءمة الإنزيمات لجزيئات الركيزة المستهدفة ، وتوقف الإنزيمات تمامًا عن العمل. هذا الفقد في البنية ، المعروف باسم تمسخ الطبيعة ، لا رجعة فيه - بمجرد تسخين الإنزيمات لدرجة أن تتفكك الروابط الكيميائية التي تربطها ببعضها البعض ، ولن تتشكل تلقائيًا مرة أخرى إذا كانت درجات الحرارة تخفيض. هذا على عكس التجميد ، الذي لا يؤثر على بنية الإنزيم - إذا ارتفعت درجات الحرارة بعد التجميد ، فسيتم استعادة نشاط الإنزيم.