Enzim sangat penting untuk semua kehidupan karena mereka mengkatalisis reaksi kimia yang seharusnya berlangsung terlalu lambat untuk mendukung kehidupan. Yang penting, tingkat di mana enzim mampu mengkatalisis reaksi target mereka dan kemampuan enzim untuk mempertahankan struktur mereka sangat tergantung pada suhu. Akibatnya, pembekuan dan perebusan dapat memiliki efek signifikan pada aktivitas enzim.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)
Perebusan memecah enzim sehingga tidak berfungsi lagi. Di bawah titik beku, kristalisasi mencegah enzim berfungsi.
Gerak Molekul dan Peran Suhu
Untuk memahami bagaimana pembekuan mempengaruhi aktivitas enzim, pertama-tama perlu dipahami pengaruh suhu pada molekul yang merupakan substrat untuk katalisis enzim. Di dalam sel, molekul substrat berada dalam gerakan acak yang konstan, yang dikenal sebagai gerakan Brown, sebagai akibat dari tumbukan antara molekul substrat dan molekul air individu. Saat suhu meningkat, kecepatan gerakan molekul acak ini juga meningkat karena molekul memiliki lebih banyak energi vibrasi pada suhu yang lebih tinggi. Gerakan yang lebih cepat meningkatkan frekuensi tumbukan acak antara molekul dan enzim, yang penting untuk aktivitas enzim karena enzim bergantung pada molekul substratnya yang bertabrakan dengannya sebelum reaksi dapat terjadi terjadi.
Pengaruh Pembekuan pada Aktivitas Enzim
Pada suhu yang sangat dingin, efek sebaliknya mendominasi – molekul bergerak lebih lambat, mengurangi frekuensi tumbukan enzim-substrat dan oleh karena itu menurunkan aktivitas enzim. Pada titik beku, gerakan molekul menurun drastis saat pembentukan padat terjadi dan molekul terkunci dalam formasi kristal kaku. Di dalam kristal padat ini, molekul memiliki kebebasan gerak yang jauh lebih sedikit dibandingkan dengan molekul yang sama dalam susunan cair. Akibatnya, tumbukan enzim-substrat sangat jarang terjadi setelah terjadi pembekuan dan aktivitas enzim hampir nol di bawah titik beku.
Struktur Enzim
Meskipun peningkatan suhu menghasilkan tingkat aktivitas enzim yang lebih tinggi, ada batas suhu atas di mana enzim dapat terus berfungsi. Untuk memahami mengapa hal ini terjadi, struktur dan fungsi enzim harus dipertimbangkan. Enzim adalah protein, terdiri dari asam amino individu yang disatukan dalam struktur tiga dimensi oleh ikatan kimia antara asam amino. Struktur tiga dimensi ini sangat penting untuk aktivitas enzim, karena enzim disusun untuk membentuk "kecocokan" fisik di sekitar substratnya.
Mendidih dan Denaturasi
Pada suhu sekitar titik didih, ikatan kimia yang menyatukan struktur enzim mulai rusak. Hilangnya struktur tiga dimensi yang dihasilkan menyebabkan enzim tidak lagi sesuai dengan molekul substrat targetnya, dan enzim sama sekali berhenti berfungsi. Hilangnya struktur ini, yang dikenal sebagai denaturasi, tidak dapat diubah – setelah enzim dipanaskan sedemikian rupa sehingga ikatan kimia yang mengikat mereka bersama-sama rusak, mereka tidak akan terbentuk lagi secara spontan jika suhu mengurangi. Ini tidak seperti pembekuan, yang tidak mempengaruhi struktur enzim - jika suhu meningkat setelah pembekuan, aktivitas enzim akan dipulihkan.