Fermenti ir ļoti svarīgi visai dzīvei, jo tie katalizē ķīmiskās reakcijas, kas citādi notiktu pārāk lēni, lai atbalstītu dzīvību. Svarīgi ir tas, ka ātrumi, ar kādiem fermenti spēj katalizēt mērķa reakcijas, un fermentu spēja saglabāt savu struktūru ir ļoti atkarīga no temperatūras. Tā rezultātā sasaldēšana un vārīšana var būtiski ietekmēt fermentu aktivitāti.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Vārot fermentus noārda, tāpēc tie vairs nedarbojas. Zem sasalšanas kristalizācija novērš fermentu darbību.
Molekulārā kustība un temperatūras loma
Lai saprastu, kā sasaldēšana ietekmē fermentu aktivitāti, vispirms ir jāsaprot temperatūras ietekme uz molekulām, kas ir fermentu katalīzes substrāti. Šūnās substrāta molekulas atrodas pastāvīgā nejaušā kustībā, kas pazīstama kā Brauna kustība, kā rezultātā notiek sadursmes starp substrāta molekulām un atsevišķām ūdens molekulām. Palielinoties temperatūrai, palielinās arī šīs nejaušās molekulārās kustības ātrums, jo augstākās temperatūrās molekulām ir lielāka vibrācijas enerģija. Ātrāka kustība palielina nejaušas sadursmes starp molekulām un fermentiem biežumu, kas ir svarīgi fermentu aktivitātei, jo fermenti ir atkarīgi no to substrāta molekulām, kas tajos saduras pirms reakcijas rodas.
Sasaldēšanas ietekme uz fermentu darbību
Ļoti aukstā temperatūrā dominē pretējs efekts - molekulas pārvietojas lēnāk, samazinot enzīmu-substrātu sadursmju biežumu un tādējādi samazinot enzīmu aktivitāti. Sasalšanas brīdī molekulārā kustība krasi samazinās, kad notiek cieto vielu veidošanās un molekulas tiek bloķētas stingros kristāliskos veidojumos. Šajos cietajos kristālos molekulām ir daudz mazāka kustību brīvība, salīdzinot ar tām pašām molekulām šķidrā izkārtojumā. Rezultātā fermentu un substrātu sadursmes notiek ārkārtīgi reti, kad notiek sasalšana, un fermentu aktivitāte ir gandrīz nulle zem sasalšanas.
Fermentu struktūra
Lai gan temperatūras paaugstināšanās rada augstāku enzīmu aktivitātes līmeni, ir augšējā temperatūras robeža, pie kuras fermenti var turpināt darboties. Lai saprastu, kāpēc tas tā ir, jāņem vērā fermentu struktūra un funkcija. Fermenti ir olbaltumvielas, kas sastāv no atsevišķām aminoskābēm, kuras trīsdimensiju struktūrā satur ķīmiskas saites starp aminoskābēm. Šī trīsdimensiju struktūra ir kritiska enzīmu aktivitātei, jo fermenti ir strukturēti, veidojot fizisku "fit" ap viņu substrātiem.
Vārīšana un denaturēšana
Temperatūrā ap viršanas temperatūru ķīmiskās saites, kas satur fermentu struktūru, sāk sadalīties. Iegūtais trīsdimensiju struktūras zudums liek fermentiem vairs nederēt mērķa substrāta molekulām, un fermenti pilnībā pārstāj darboties. Šis struktūras zudums, kas pazīstams kā denaturācija, ir neatgriezenisks - kad fermenti ir tik karsēti, ka ķīmiskās saites, kas tos satur kopā, sadalās, temperatūras gadījumā tās vairs spontāni neveidosies samazināt. Tas atšķirībā no sasaldēšanas, kas neietekmē enzīmu struktūru - ja temperatūra pēc sasaldēšanas tiek paaugstināta, fermentu aktivitāte tiks atjaunota.
