Vědci se stále snaží porozumět složitým detailům komplexních molekul bílkovin, které umožňují základní biologické procesy. Tyto molekuly, známé jako enzymy, fungují jako katalyzátory mnoha biologických reakcí. Bez enzymů by většina z těchto reakcí neproběhla dostatečně rychle, aby udržela život. Enzymy jsou navrženy tak, aby fungovaly v konkrétním prostředí. Nadměrné teplo spolu s různými dalšími podmínkami může vážně narušit aktivitu enzymu.
Reakce života
Biologické reakce poskytují energii a specializované molekuly, které udržují život organismu. Všechny reakce však nemohou nastat, dokud určité množství energie stimuluje molekuly reaktantů. Tato energie je známá jako aktivační energie reakce. Energie dostupná v biologickém prostředí je často nedostatečná pro stimulaci dostatečného počtu reakcí, ale enzymy tuto nedostatečnost kompenzují. Změnou způsobu, jakým molekuly reagujících látek vzájemně reagují, snižují enzymy aktivační energii a umožňují mnohem rychlejší reakci.
Změněno teplem
Enzymy jsou specializované proteinové molekuly, což znamená, že sdílejí základní strukturu proteinu: specifické typy aminokyselin spojených dohromady v konkrétní sekvenci. Enzymy obecně mají složité trojrozměrné struktury, které určují jejich podrobné funkční vlastnosti. Pokud se tato struktura změní, enzym bude méně účinný ve své roli snižování aktivační energie. Jedním společným zdrojem strukturálních změn je teplo. Teplé teploty mají tendenci zvyšovat enzymatickou aktivitu zvyšováním kinetické energie spojené s náhodnou molekulou pohyb, ale když teplota stoupne nadměrně, dojde u enzymů ke zhoršení struktury, které inhibuje enzymatické aktivita.
Molekuly v pohybu
Narušení pečlivě navržené struktury enzymu je známé jako denaturace. Tento proces je často žádoucí: například některé potravinářské bílkoviny jsou snáze strávitelné poté, co byly denaturovány vařením. Vysoká teplota je běžnou příčinou denaturace. Se zvyšující se teplotou se náhodný molekulární pohyb stává energičtějším. Nakonec se molekulární pohyb stane tak energickým, že molekuly narušují vazby mezi mnoha aminokyselinami, které určují přirozenou strukturu enzymu. Enzym není zničen, ale byly změněny jeho základní strukturální vlastnosti. V komplexních proteinech, jako jsou enzymy, je denaturace téměř vždy nevratná.
Enzym bez substrátu
Neporušená molekula reaktantu nebo substrát, který se váže na enzym na začátku enzymatické reakce, je nezbytný pro správnou funkci enzymu. Denaturace substrátu způsobuje strukturální změny, které ztěžují nebo znemožňují jeho začlenění do vysoce specifické struktury enzymu. Enzymy jsou vysoce specifické, což znamená, že jejich složité struktury zajišťují, že se mohou připojit pouze k jednomu typu molekuly nebo ke skupině blízce příbuzných molekul.