Mengapa Pemanasan Mengganggu Aktivitas Enzim?

Para ilmuwan masih berusaha untuk memahami detail rumit dari molekul protein kompleks yang memungkinkan proses biologis penting. Molekul-molekul ini, yang dikenal sebagai enzim, berfungsi sebagai katalis untuk berbagai reaksi biologis. Tanpa enzim, sebagian besar reaksi ini tidak akan terjadi cukup cepat untuk menopang kehidupan. Enzim dirancang untuk beroperasi dalam lingkungan tertentu. Panas yang berlebihan, bersama dengan berbagai kondisi lain, dapat secara serius mengganggu aktivitas enzim.

Reaksi biologis menyediakan energi dan molekul khusus yang mempertahankan kehidupan suatu organisme. Semua reaksi, bagaimanapun, tidak dapat terjadi sampai sejumlah energi tertentu merangsang molekul reaktan. Energi ini dikenal sebagai energi aktivasi reaksi. Energi yang tersedia di lingkungan biologis seringkali tidak cukup untuk merangsang jumlah reaksi yang memadai, tetapi enzim mengkompensasi kekurangan ini. Dengan mengubah cara molekul reaktan berinteraksi satu sama lain, enzim menurunkan energi aktivasi dan memungkinkan reaksi terjadi lebih cepat.

Enzim adalah molekul protein khusus, yang berarti bahwa mereka berbagi struktur dasar protein: jenis asam amino tertentu yang dihubungkan bersama dalam urutan tertentu. Enzim pada umumnya memiliki struktur tiga dimensi yang kompleks yang menentukan karakteristik fungsionalnya yang terperinci. Jika struktur ini berubah, enzim menjadi kurang efektif dalam perannya menurunkan energi aktivasi. Salah satu sumber umum dari perubahan struktural adalah panas. Suhu hangat cenderung meningkatkan aktivitas enzim dengan meningkatkan energi kinetik yang terkait dengan molekul acak random gerak, tetapi ketika suhu menjadi berlebihan, enzim mengalami kerusakan struktural yang menghambat enzim aktivitas.

Gangguan struktur enzim yang dirancang dengan hati-hati dikenal sebagai denaturasi. Proses ini sering diinginkan: beberapa protein makanan, misalnya, lebih mudah dicerna setelah didenaturasi dengan memasak. Suhu tinggi adalah penyebab umum denaturasi. Saat suhu meningkat, gerakan molekul acak menjadi lebih energik. Akhirnya, gerakan molekul menjadi begitu energik sehingga molekul-molekul tersebut mengganggu ikatan antara banyak asam amino yang menentukan struktur alami enzim. Enzim tidak dihancurkan, tetapi karakteristik struktural esensialnya telah diubah. Dalam protein kompleks seperti enzim, denaturasi hampir selalu ireversibel.

Molekul reaktan utuh, atau substrat, yang menempel pada enzim pada awal reaksi enzimatik sangat penting untuk memperbaiki fungsi enzim. Denaturasi substrat menyebabkan perubahan struktural yang membuatnya sulit atau tidak mungkin untuk masuk ke dalam struktur enzim yang sangat spesifik. Enzim sangat spesifik, artinya strukturnya yang rumit memastikan bahwa mereka hanya dapat menempel pada satu jenis molekul atau sekelompok molekul yang terkait erat.