Gli scienziati stanno ancora cercando di comprendere gli intricati dettagli delle complesse molecole proteiche che consentono processi biologici essenziali. Queste molecole, note come enzimi, funzionano come catalizzatori per numerose reazioni biologiche. Senza enzimi, la maggior parte di queste reazioni non si verificherebbe abbastanza rapidamente da sostenere la vita. Gli enzimi sono progettati per operare all'interno di un ambiente specifico. Il calore eccessivo, insieme a varie altre condizioni, può compromettere seriamente l'attività enzimatica.
Le reazioni della vita
Le reazioni biologiche forniscono l'energia e le molecole specializzate che mantengono la vita di un organismo. Tutte le reazioni, tuttavia, non possono avvenire finché una certa quantità di energia non stimola le molecole reagenti. Questa energia è nota come energia di attivazione della reazione. L'energia disponibile negli ambienti biologici è spesso insufficiente per stimolare un numero adeguato di reazioni, ma gli enzimi compensano questa insufficienza. Alterando il modo in cui le molecole reagenti interagiscono tra loro, gli enzimi riducono l'energia di attivazione e consentono alle reazioni di avvenire molto più rapidamente.
Alterato dal calore
Gli enzimi sono molecole proteiche specializzate, il che significa che condividono la struttura di base di una proteina: tipi specifici di amminoacidi legati tra loro in una particolare sequenza. Gli enzimi in generale hanno strutture tridimensionali complesse che ne determinano le caratteristiche funzionali dettagliate. Se questa struttura cambia, l'enzima diventa meno efficace nel suo ruolo di abbassare l'energia di attivazione. Una fonte comune di cambiamento strutturale è il calore. Le temperature calde tendono a potenziare l'attività enzimatica aumentando l'energia cinetica associata alle molecole casuali movimento, ma quando la temperatura diventa eccessiva, gli enzimi subiscono un deterioramento strutturale che inibisce l'enzima attività.
Molecole in movimento
La distruzione della struttura accuratamente progettata di un enzima è nota come denaturazione. Questo processo è spesso auspicabile: alcune proteine alimentari, ad esempio, sono più digeribili dopo essere state denaturate dalla cottura. L'alta temperatura è una causa comune di denaturazione. All'aumentare della temperatura, il movimento molecolare casuale diventa più energico. Alla fine, il movimento molecolare diventa così energico che le molecole interrompono i legami tra i numerosi amminoacidi che determinano la struttura naturale dell'enzima. L'enzima non viene distrutto, ma le sue caratteristiche strutturali essenziali sono state alterate. Nelle proteine complesse come gli enzimi, la denaturazione è quasi sempre irreversibile.
Un enzima senza substrato
Una molecola reagente intatta, o substrato, che si leghi a un enzima all'inizio di una reazione enzimatica è essenziale per il corretto funzionamento dell'enzima. La denaturazione di un substrato provoca cambiamenti strutturali che ne rendono difficile o impossibile l'inserimento nella struttura altamente specifica dell'enzima. Gli enzimi sono altamente specifici, il che significa che le loro strutture intricate assicurano che possano legarsi solo a un tipo di molecola o a un gruppo di molecole strettamente correlate.