Hva er effekten av koking og frysing på enzymaktivitet?

Enzymer er kritiske for alt liv fordi de katalyserer kjemiske reaksjoner som ellers ville skjedd for sakte til å støtte livet. Viktigere er at hastighetene med hvilke enzymer er i stand til å katalysere målreaksjonene og enzymers evne til å opprettholde strukturen deres, er avhengig av temperatur. Som et resultat kan frysing og koking ha betydelige effekter på enzymaktiviteten.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Koking bryter ned enzymer slik at de ikke lenger fungerer. Under frysepunktet hindrer krystallisering enzymer i å fungere.

For å forstå hvordan frysing påvirker enzymaktivitet, er det først nødvendig å forstå effekten av temperatur på molekylene som er substrat for enzymkatalyse. Innen cellene er substratmolekyler i konstant tilfeldig bevegelse, kjent som Brownian-bevegelse, som et resultat av kollisjoner mellom substratmolekyler og individuelle vannmolekyler. Når temperaturen øker, øker også hastigheten til denne tilfeldige molekylære bevegelsen siden molekyler har mer vibrasjonsenergi ved høyere temperaturer. Jo raskere bevegelse øker frekvensen av tilfeldige kollisjoner mellom molekyler og enzymer, noe som er viktig for enzymaktivitet siden enzymer er avhengige av at substratmolekylene kolliderer i dem før en reaksjon kan skje.

Ved veldig kalde temperaturer dominerer den motsatte effekten - molekyler beveger seg saktere, reduserer hyppigheten av enzym-substratkollisjoner og reduserer derfor enzymaktiviteten. Ved frysepunktet avtar molekylær bevegelse drastisk ettersom fast dannelse oppstår og molekyler er låst i stive krystallinske formasjoner. Innenfor disse faste krystallene har molekyler langt mindre bevegelsesfrihet sammenlignet med de samme molekylene i et væskearrangement. Som et resultat er enzym-substratkollisjoner ekstremt sjeldne når frysing oppstår, og enzymaktivitet er nesten null under frysepunktet.

Selv om økende temperatur gir høyere enzymaktivitet, er det en øvre temperaturgrense der enzymer kan fortsette å fungere. For å forstå hvorfor dette er tilfelle, må strukturen og funksjonen til enzymene vurderes. Enzymer er proteiner, sammensatt av individuelle aminosyrer holdt sammen i en tredimensjonal struktur ved kjemiske bindinger mellom aminosyrer. Denne tredimensjonale strukturen er avgjørende for enzymaktivitet, ettersom enzymer er strukturert for å danne en fysisk "passform" rundt substratene.

Ved temperaturer rundt koking begynner de kjemiske bindingene som holder sammen strukturen til enzymer å bryte ned. Det resulterende tapet av tredimensjonal struktur fører til at enzymer ikke lenger passer til målsubstratmolekylene, og enzymer slutter helt å fungere. Dette tapet av struktur, kjent som denaturering, er irreversibelt - når enzymer oppvarmes så mye at kjemiske bindinger som holder dem sammen, brytes ned, de vil ikke dannes spontant igjen hvis temperaturen avta. Dette er i motsetning til frysing, som ikke påvirker enzymstrukturen. Hvis temperaturen økes etter frysing, vil enzymaktiviteten bli gjenopprettet.