Ферменты имеют решающее значение для всего живого, потому что они катализируют химические реакции, которые в противном случае протекали бы слишком медленно, чтобы поддерживать жизнь. Важно отметить, что скорость, с которой ферменты могут катализировать свои целевые реакции, и способность ферментов поддерживать свою структуру во многом зависят от температуры. В результате замораживание и кипячение могут существенно повлиять на активность ферментов.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Кипячение разрушает ферменты, поэтому они больше не работают. При температуре ниже точки замерзания кристаллизация препятствует функционированию ферментов.
Молекулярное движение и роль температуры
Чтобы понять, как замораживание влияет на активность ферментов, сначала необходимо понять влияние температуры на молекулы, которые являются субстратами для ферментативного катализа. Внутри клеток молекулы субстрата находятся в постоянном случайном движении, известном как броуновское движение, в результате столкновений между молекулами субстрата и отдельными молекулами воды. С повышением температуры скорость этого случайного молекулярного движения также увеличивается, поскольку молекулы обладают большей колебательной энергией при более высоких температурах. Более быстрое движение увеличивает частоту случайных столкновений между молекулами и ферментами, что важно. для активности ферментов, поскольку ферменты зависят от их молекул субстрата, сталкивающихся с ними, прежде чем реакция может происходить.
Влияние замораживания на активность ферментов
При очень низких температурах преобладает противоположный эффект - молекулы движутся медленнее, что снижает частоту столкновений фермент-субстрат и, следовательно, снижает активность фермента. В точке замерзания движение молекул резко уменьшается, поскольку происходит образование твердого тела и молекулы блокируются в жесткие кристаллические образования. В этих твердых кристаллах молекулы обладают гораздо меньшей свободой движения по сравнению с такими же молекулами в жидкой структуре. В результате столкновения фермент-субстрат чрезвычайно редки, когда происходит замораживание, а активность фермента почти равна нулю ниже точки замерзания.
Структура фермента
Хотя повышение температуры приводит к более высокому уровню активности ферментов, существует верхний предел температуры, при котором ферменты могут продолжать функционировать. Чтобы понять, почему это так, необходимо учитывать структуру и функцию ферментов. Ферменты - это белки, состоящие из отдельных аминокислот, удерживаемых вместе в трехмерной структуре за счет химических связей между аминокислотами. Эта трехмерная структура имеет решающее значение для активности ферментов, поскольку ферменты структурированы таким образом, чтобы образовывать физическую «форму» вокруг своих субстратов.
Кипячение и денатурация
При температуре около кипения химические связи, удерживающие структуру ферментов, начинают разрушаться. В результате потеря трехмерной структуры приводит к тому, что ферменты больше не соответствуют своим целевым молекулам субстрата, и ферменты полностью перестают функционировать. Эта потеря структуры, известная как денатурация, необратима - если ферменты нагреваются так сильно, что химические связи, удерживающие их вместе, разрушаются, они не будут спонтанно образовываться снова, если температура снижаться. В этом отличие от замораживания, которое не влияет на структуру ферментов - при повышении температуры после замораживания активность ферментов восстанавливается.