Forskere stræber stadig efter at forstå de indviklede detaljer i de komplekse proteinmolekyler, der muliggør essentielle biologiske processer. Disse molekyler, kendt som enzymer, fungerer som katalysatorer til adskillige biologiske reaktioner. Uden enzymer ville de fleste af disse reaktioner ikke forekomme hurtigt nok til at opretholde livet. Enzymer er designet til at fungere inden for et bestemt miljø. Overdreven varme sammen med forskellige andre forhold kan alvorligt forringe enzymaktiviteten.
Livets reaktioner
Biologiske reaktioner giver energi og specialiserede molekyler, der opretholder en organisms liv. Alle reaktioner kan dog ikke forekomme, før en vis mængde energi stimulerer reaktantmolekylerne. Denne energi er kendt som reaktionens aktiveringsenergi. Den tilgængelige energi i biologiske miljøer er ofte utilstrækkelig til at stimulere et tilstrækkeligt antal reaktioner, men enzymer kompenserer for denne mangel. Ved at ændre den måde, hvorpå reaktantmolekyler interagerer med hinanden, reducerer enzymer aktiveringsenergien og tillader reaktioner at forekomme meget hurtigere.
Ændret af Heat
Enzymer er specialiserede proteinmolekyler, hvilket betyder, at de deler den grundlæggende struktur i et protein: specifikke typer aminosyrer bundet sammen i en bestemt sekvens. Enzymer har generelt komplekse tredimensionelle strukturer, der bestemmer deres detaljerede funktionelle egenskaber. Hvis denne struktur ændres, bliver enzymet mindre effektivt i sin rolle som at sænke aktiveringsenergi. En almindelig kilde til strukturelle ændringer er varme. Varme temperaturer har tendens til at øge enzymatisk aktivitet ved at øge den kinetiske energi forbundet med tilfældig molekylær bevægelse, men når temperaturen bliver for høj, oplever enzymer strukturel forringelse, der hæmmer enzymatisk aktivitet.
Molekyler i bevægelse
Afbrydelsen af et enzyms omhyggeligt designet struktur kaldes denaturering. Denne proces er ofte ønskelig: for eksempel er nogle fødevareproteiner lettere at fordøje, efter at de er blevet denatureret ved madlavning. Høj temperatur er en almindelig årsag til denaturering. Når temperaturen stiger, bliver tilfældig molekylær bevægelse mere energisk. Til sidst bliver molekylær bevægelse så energisk, at molekylerne forstyrrer bindingerne mellem de mange aminosyrer, der bestemmer enzymets naturlige struktur. Enzymet ødelægges ikke, men dets væsentlige strukturelle egenskaber er blevet ændret. I komplekse proteiner som enzymer er denaturering næsten altid irreversibel.
Et enzym uden underlag
Et intakt reaktantmolekyle eller substrat, der binder sig til et enzym i begyndelsen af en enzymatisk reaktion, er afgørende for at enzymet fungerer korrekt. Denaturering af et substrat forårsager strukturelle ændringer, der gør det vanskeligt eller umuligt for det at passe ind i enzymets meget specifikke struktur. Enzymer er meget specifikke, hvilket betyder, at deres indviklede strukturer sikrer, at de kun kan knyttes til en type molekyle eller til en gruppe af nært beslægtede molekyler.