Enzymy jsou kritické pro celý život, protože katalyzují chemické reakce, které by jinak probíhaly příliš pomalu, aby podpořily život. Důležité je, že rychlosti, kterými jsou enzymy schopny katalyzovat své cílové reakce, a schopnost enzymů udržovat svou strukturu velmi závisí na teplotě. Výsledkem je, že zmrazení a vaření mohou mít významný vliv na aktivitu enzymů.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Vaření rozkládá enzymy, takže již nefungují. Pod bodem mrazu krystalizace brání fungování enzymů.
Molekulární pohyb a úloha teploty
Abychom pochopili, jak zmrazení ovlivňuje aktivitu enzymů, je nejprve nutné pochopit vliv teploty na molekuly, které jsou substráty pro enzymovou katalýzu. V buňkách jsou molekuly substrátu v neustálém náhodném pohybu, známém jako Brownův pohyb, v důsledku srážek mezi molekulami substrátu a jednotlivými molekulami vody. Jak se zvyšuje teplota, zvyšuje se také rychlost tohoto náhodného molekulárního pohybu, protože molekuly mají při vyšších teplotách více vibrační energie. Rychlejší pohyb zvyšuje frekvenci náhodných kolizí mezi molekulami a enzymy, což je důležité pro enzymovou aktivitu, protože enzymy závisí na srážení jejich molekul substrátu, než může reakce nastat.
Vliv zmrazení na aktivitu enzymu
Při velmi nízkých teplotách dominuje opačný účinek - molekuly se pohybují pomaleji, což snižuje frekvenci kolizí enzym-substrát, a tím snižuje aktivitu enzymu. V okamžiku zmrazení se molekulární pohyb drasticky snižuje, když dochází k tvorbě pevných látek a molekuly jsou uzamčeny do tuhých krystalických útvarů. V těchto pevných krystalech mají molekuly mnohem menší volnost pohybu ve srovnání se stejnými molekulami v kapalném uspořádání. Výsledkem je, že kolize enzym-substrát jsou extrémně vzácné, jakmile dojde k zamrznutí a aktivita enzymu je téměř nulová pod bodem mrazu.
Struktura enzymu
Přestože zvýšení teploty vede k vyšším rychlostem aktivity enzymu, existuje horní teplotní limit, při kterém mohou enzymy pokračovat v činnosti. Abychom pochopili, proč tomu tak je, je třeba vzít v úvahu strukturu a funkci enzymů. Enzymy jsou proteiny, které se skládají z jednotlivých aminokyselin držených pohromadě v trojrozměrné struktuře chemickými vazbami mezi aminokyselinami. Tato trojrozměrná struktura je zásadní pro aktivitu enzymu, protože enzymy jsou strukturovány tak, aby vytvářely fyzický "fit" kolem svých substrátů.
Vaření a denaturace
Při teplotách kolem bodu varu se začínají rozpadat chemické vazby, které drží pohromadě strukturu enzymů. Výsledná ztráta trojrozměrné struktury způsobí, že se enzymy přestanou hodit na své cílové molekuly substrátu a enzymy úplně přestanou fungovat. Tato ztráta struktury, známá jako denaturace, je nevratná - jakmile se enzymy zahřejí natolik, že chemické vazby, které je drží pohromadě, se rozpadají, při teplotách se samovolně znovu nevytvoří pokles. To je na rozdíl od zmrazení, které nemá vliv na strukturu enzymu - pokud se teploty po zmrazení zvýší, aktivita enzymu se obnoví.