ფერმენტები კრიტიკულია მთელი ცხოვრებისათვის, რადგან ისინი ახდენენ ქიმიური რეაქციების კატალიზაციას, რომლებიც სხვაგვარად ნელა მოხდებოდა სიცოცხლის შესანარჩუნებლად. მნიშვნელოვანია, რომ ის ტემპები, რომლითაც ფერმენტებს შეუძლიათ გაანალიზონ თავიანთი სამიზნე რეაქციები და ფერმენტების უნარი შეინარჩუნონ თავიანთი სტრუქტურა, მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე. შედეგად, გაყინვამ და დუღილმა შეიძლება მნიშვნელოვანი გავლენა მოახდინოს ფერმენტების აქტივობაზე.
TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)
დუღილი ანადგურებს ფერმენტებს, ამიტომ ისინი აღარ ფუნქციონირებენ. გაყინვის ქვემოთ, კრისტალიზაცია ხელს უშლის ფერმენტების მუშაობას.
მოლეკულური მოძრაობა და ტემპერატურის როლი
იმის გასაგებად, თუ როგორ მოქმედებს გაყინვა ფერმენტის აქტივობაზე, პირველ რიგში საჭიროა გავიგოთ ტემპერატურის გავლენა ფერმენტების კატალიზის სუბსტრატებად მოლეკულებზე. უჯრედების შიგნით, სუბსტრატის მოლეკულები მუდმივ შემთხვევით მოძრაობაში არიან, ცნობილი როგორც ბრაუნიანის მოძრაობა, სუბსტრატის მოლეკულებსა და ცალკეულ წყლის მოლეკულებს შორის შეჯახების შედეგად. ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება ამ შემთხვევითი მოლეკულური მოძრაობის სიჩქარეც, ვინაიდან მოლეკულებს უფრო მეტი ვიბრაციული ენერგია აქვთ მაღალ ტემპერატურაზე. რაც უფრო სწრაფი მოძრაობა ზრდის მოლეკულებსა და ფერმენტებს შორის შემთხვევითი შეჯახების სიხშირეს, რაც მნიშვნელოვანია ფერმენტების აქტივობისთვის, ვინაიდან ფერმენტები დამოკიდებულია მათ სუბსტრატის მოლეკულებზე, რომლებიც ეჯახებიან მათ რეაქციას მოხდეს
გაყინვის ეფექტი ფერმენტულ აქტივობაზე
ძალიან ცივ ტემპერატურაზე საპირისპირო ეფექტი დომინირებს - მოლეკულები უფრო ნელა მოძრაობენ, ამცირებენ ფერმენტ-სუბსტრატის შეჯახების სიხშირეს და შესაბამისად ამცირებენ ფერმენტის აქტივობას. გაყინვის დროს, მოლეკულური მოძრაობა მკვეთრად მცირდება, რადგან მყარი წარმონაქმნი ხდება და მოლეკულები იკეტება ხისტ კრისტალურ წარმონაქმნებში. ამ მყარი კრისტალების ფარგლებში, მოლეკულებს მოძრაობის გაცილებით ნაკლები თავისუფლება აქვთ თხევადი წყობის იმავე მოლეკულებთან შედარებით. შედეგად, ფერმენტ-სუბსტრატის შეჯახება ძალზე იშვიათია, როდესაც გაყინვა ხდება და ფერმენტის აქტივობა გაყინვამდე თითქმის ნულოვანია.
ფერმენტის სტრუქტურა
მიუხედავად იმისა, რომ ტემპერატურის გაზრდა იწვევს ფერმენტების აქტივობის მაღალ მაჩვენებლებს, ტემპერატურის ზედა ზღვარია, რომელზეც ფერმენტებს შეუძლიათ განაგრძონ ფუნქციონირება. იმისათვის, რომ გავიგოთ, რატომ არის ასე, უნდა იქნას გათვალისწინებული ფერმენტების სტრუქტურა და ფუნქცია. ფერმენტები არის ცილები, რომლებიც შედგება ინდივიდუალური ამინომჟავებისგან, რომლებიც სამგანზომილებიან სტრუქტურაში ერთად ინახება ამინომჟავებს შორის ქიმიური ობლიგაციებით. ეს სამგანზომილებიანი სტრუქტურა კრიტიკულია ფერმენტების აქტივობისთვის, რადგან ფერმენტები აგებულია ისე, რომ მათი სუბსტრატების გარშემო ფიზიკური "ჯდება".
დუღილი და დენატურაცია
დუღილის გარშემო ტემპერატურაზე, ქიმიური ობლიგაციები, რომლებიც აერთიანებს ფერმენტების სტრუქტურას, იწყებს დაშლას. შედეგად სამგანზომილებიანი სტრუქტურის დაკარგვა იწვევს ფერმენტების აღარ ჯდება მათი სამიზნე სუბსტრატის მოლეკულების და ფერმენტები მთლიანად წყვეტენ ფუნქციონირებას. სტრუქტურის ეს დანაკარგი, რომელიც დენატურაციის სახელით არის ცნობილი, შეუქცევადია - მას შემდეგ, რაც ფერმენტები იმდენად გაცხელდება, რომ ქიმიური ბმები იკავებს მათთან ერთად, ისინი სპონტანურად აღარ წარმოიქმნება, თუ ტემპერატურა შემცირება ეს გაყინვისგან განსხვავებით, რაც გავლენას არ ახდენს ფერმენტის სტრუქტურაზე - თუ გაყინვის შემდეგ ტემპერატურა გაიზარდა, ფერმენტის აქტივობა აღდგება.