Miksi lämmitys häiritsee entsyymin toimintaa?

Tutkijat pyrkivät edelleen ymmärtämään monimutkaisten proteiinimolekyylien monimutkaiset yksityiskohdat, jotka mahdollistavat välttämättömät biologiset prosessit. Nämä entsyymeinä tunnetut molekyylit toimivat katalysaattoreina lukuisille biologisille reaktioille. Ilman entsyymejä suurin osa näistä reaktioista ei tapahtuisi tarpeeksi nopeasti elämän ylläpitämiseksi. Entsyymit on suunniteltu toimimaan tietyssä ympäristössä. Liiallinen lämpö voi yhdessä muiden olosuhteiden kanssa heikentää entsyymiaktiivisuutta.

Biologiset reaktiot tarjoavat energiaa ja erikoistuneita molekyylejä, jotka ylläpitävät organismin elämää. Kaikki reaktiot eivät kuitenkaan voi tapahtua ennen kuin tietty määrä energiaa stimuloi reagoivia molekyylejä. Tämä energia tunnetaan reaktion aktivointienergiana. Biologisissa ympäristöissä käytettävissä oleva energia on usein riittämätön stimuloimaan riittävää määrää reaktioita, mutta entsyymit kompensoivat tämän puutteen. Muuttamalla tapaa, jolla reagenssimolekyylit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, entsyymit alentavat aktivaatioenergiaa ja antavat reaktioiden tapahtua paljon nopeammin.

Entsyymit ovat erikoistuneita proteiinimolekyylejä, mikä tarkoittaa, että niillä on yhteinen proteiinin perusrakenne: tietyntyyppiset aminohapot, jotka on kytketty yhteen tietyssä sekvenssissä. Entsyymeillä on yleensä monimutkaiset kolmiulotteiset rakenteet, jotka määrittävät niiden yksityiskohtaiset toiminnalliset ominaisuudet. Jos tämä rakenne muuttuu, entsyymi tulee vähemmän tehokkaaksi alentamaan aktivaatioenergiaa. Yksi yleinen rakennemuutoksen lähde on lämpö. Lämmin lämpötila pyrkii parantamaan entsymaattista aktiivisuutta lisäämällä satunnaiseen molekyyliin liittyvää kineettistä energiaa liikettä, mutta kun lämpötila muuttuu liian korkeaksi, entsyymit kokevat rakenteellisen heikkenemisen, joka estää entsymaattista toiminta.

Entsyymin huolellisesti suunnitellun rakenteen rikkoutuminen tunnetaan denaturoitumisena. Tämä prosessi on usein toivottava: esimerkiksi jotkut ruokaproteiinit ovat helpommin sulavia sen jälkeen, kun ne on denaturoitu keittämällä. Korkea lämpötila on yleinen syy denaturoitumiseen. Lämpötilan kasvaessa satunnaisesta molekyyliliikkeestä tulee energisempää. Lopulta molekyyliliikkeestä tulee niin energistä, että molekyylit hajottavat sidokset lukemattomien aminohappojen välillä, jotka määräävät entsyymin luonnollisen rakenteen. Entsyymiä ei tuhota, mutta sen olennaisia ​​rakenteellisia ominaisuuksia on muutettu. Monimutkaisissa proteiineissa, kuten entsyymeissä, denaturoituminen on melkein aina peruuttamatonta.

Ehjä reagoiva molekyyli tai substraatti, joka kiinnittyy entsyymiin entsymaattisen reaktion alkaessa, on välttämätöntä entsyymin oikean toiminnan kannalta. Substraatin denaturaatio aiheuttaa rakenteellisia muutoksia, jotka vaikeuttavat tai mahdotonta sen sovittamista entsyymin erittäin spesifiseen rakenteeseen. Entsyymit ovat erittäin spesifisiä, mikä tarkoittaa, että niiden monimutkaiset rakenteet varmistavat, että ne voivat kiinnittyä vain yhden tyyppiseen molekyyliin tai läheisesti toisiinsa liittyvien molekyylien ryhmään.