لماذا يتعارض التسخين مع نشاط الانزيم؟

لا يزال العلماء يسعون جاهدين لفهم التفاصيل المعقدة لجزيئات البروتين المعقدة التي تمكن العمليات البيولوجية الأساسية. تعمل هذه الجزيئات ، المعروفة باسم الإنزيمات ، كمحفزات للعديد من التفاعلات البيولوجية. بدون الإنزيمات ، لن تحدث معظم هذه التفاعلات بالسرعة الكافية للحفاظ على الحياة. تم تصميم الإنزيمات للعمل في بيئة معينة. يمكن أن تؤدي الحرارة الزائدة ، إلى جانب العديد من الحالات الأخرى ، إلى إضعاف نشاط الإنزيم بشكل خطير.

توفر التفاعلات البيولوجية الطاقة والجزيئات المتخصصة التي تحافظ على حياة الكائن الحي. ومع ذلك ، لا يمكن أن تحدث جميع التفاعلات حتى تحفز كمية معينة من الطاقة جزيئات المادة المتفاعلة. تُعرف هذه الطاقة باسم طاقة تنشيط التفاعل. غالبًا ما تكون الطاقة المتاحة في البيئات البيولوجية غير كافية لتحفيز عدد كافٍ من التفاعلات ، لكن الإنزيمات تعوض هذا القصور. من خلال تغيير الطريقة التي تتفاعل بها الجزيئات المتفاعلة مع بعضها البعض ، تقلل الإنزيمات من طاقة التنشيط وتسمح للتفاعلات بالحدوث بسرعة أكبر.

الإنزيمات هي جزيئات بروتينية متخصصة ، مما يعني أنها تشترك في البنية الأساسية للبروتين: أنواع معينة من الأحماض الأمينية مرتبطة ببعضها البعض في تسلسل معين. تحتوي الإنزيمات بشكل عام على هياكل ثلاثية الأبعاد معقدة تحدد خصائصها الوظيفية التفصيلية. إذا تغير هذا الهيكل ، يصبح الإنزيم أقل فعالية في دوره في خفض طاقة التنشيط. أحد المصادر الشائعة للتغيير الهيكلي هو الحرارة. تميل درجات الحرارة الدافئة إلى تعزيز النشاط الأنزيمي عن طريق زيادة الطاقة الحركية المرتبطة بالجزيئات العشوائية الحركة ، ولكن عندما تصبح درجة الحرارة مفرطة ، تتعرض الإنزيمات للتدهور الهيكلي الذي يثبط الإنزيم نشاط.

يُعرف تعطيل الهيكل المصمم بعناية للإنزيم باسم التمسخ. غالبًا ما تكون هذه العملية مرغوبة: فبعض بروتينات الطعام ، على سبيل المثال ، يسهل هضمها بعد تغيير طبيعتها عن طريق الطهي. ارتفاع درجة الحرارة هو سبب شائع للتمسخ. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تصبح الحركة الجزيئية العشوائية أكثر نشاطًا. في النهاية ، تصبح الحركة الجزيئية نشطة للغاية لدرجة أن الجزيئات تعطل الروابط بين العديد من الأحماض الأمينية التي تحدد البنية الطبيعية للإنزيم. لم يتم تدمير الإنزيم ، ولكن تم تغيير خصائصه الهيكلية الأساسية. في البروتينات المعقدة مثل الإنزيمات ، يكون التمسخ دائمًا أمرًا لا رجوع فيه.

يعتبر جزيء التفاعل السليم ، أو الركيزة ، التي ترتبط بإنزيم في بداية التفاعل الإنزيمي ، ضروريًا لتصحيح أداء الإنزيم. يتسبب تمسخ طبقة أساسية في تغييرات هيكلية تجعل من الصعب أو المستحيل بالنسبة لها أن تتلاءم مع بنية الإنزيم المحددة للغاية. الإنزيمات محددة للغاية ، مما يعني أن هياكلها المعقدة تضمن أنها يمكن أن ترتبط فقط بنوع واحد من الجزيئات أو بمجموعة من الجزيئات وثيقة الصلة.