Vedci sa stále snažia porozumieť zložitým detailom molekúl zložitých proteínov, ktoré umožňujú základné biologické procesy. Tieto molekuly známe ako enzýmy fungujú ako katalyzátory mnohých biologických reakcií. Bez enzýmov by sa väčšina z týchto reakcií neobjavila dostatočne rýchlo na udržanie života. Enzýmy sú navrhnuté tak, aby fungovali v špecifickom prostredí. Nadmerné teplo spolu s rôznymi inými stavmi môže vážne narušiť aktivitu enzýmov.
Reakcie života
Biologické reakcie poskytujú energiu a špecializované molekuly, ktoré udržiavajú život organizmu. Všetky reakcie však nemôžu nastať, kým určité množstvo energie nestimuluje molekuly reaktantu. Táto energia je známa ako aktivačná energia reakcie. Energia dostupná v biologickom prostredí je často nedostatočná na stimuláciu adekvátneho počtu reakcií, ale túto nedostatočnosť kompenzujú enzýmy. Zmenou spôsobu vzájomného pôsobenia molekúl reaktantov znižujú enzýmy aktivačnú energiu a umožňujú omnoho rýchlejší priebeh reakcií.
Zmenené teplom
Enzýmy sú špecializované proteínové molekuly, čo znamená, že zdieľajú základnú štruktúru proteínu: špecifické typy aminokyselín spojených dohromady v konkrétnej sekvencii. Enzýmy majú vo všeobecnosti zložité trojrozmerné štruktúry, ktoré určujú ich podrobné funkčné charakteristiky. Ak sa táto štruktúra zmení, enzým sa stane menej efektívnym, pokiaľ ide o úlohu znižovania aktivačnej energie. Jedným spoločným zdrojom štrukturálnych zmien je teplo. Teplé teploty majú tendenciu zvyšovať enzymatickú aktivitu zvyšovaním kinetickej energie spojenej s náhodnou molekulou pohybu, ale keď teplota príliš stúpne, dôjde u enzýmov k štrukturálnemu zhoršeniu, ktoré inhibuje enzymatické činnosť.
Molekuly v pohybe
Porušenie starostlivo navrhnutej štruktúry enzýmu je známe ako denaturácia. Tento proces je často žiaduci: napríklad niektoré potravinové proteíny sú ľahšie stráviteľné po denaturácii varením. Vysoká teplota je častou príčinou denaturácie. Pri zvyšovaní teploty je náhodný molekulárny pohyb energetickejší. Molekulárny pohyb sa nakoniec stane taký energický, že molekuly narušia väzby medzi početnými aminokyselinami, ktoré určujú prirodzenú štruktúru enzýmu. Enzým nie je zničený, ale jeho základné štrukturálne vlastnosti boli zmenené. V komplexných proteínoch, ako sú enzýmy, je denaturácia takmer vždy nezvratná.
Enzým bez substrátu
Intaktná molekula alebo substrát, ktorý sa viaže k enzýmu na začiatku enzymatickej reakcie, je nevyhnutný pre správnu funkciu enzýmu. Denaturácia substrátu spôsobuje štrukturálne zmeny, ktoré znemožňujú alebo znemožňujú jeho začlenenie do vysoko špecifickej štruktúry enzýmu. Enzýmy sú veľmi špecifické, čo znamená, že ich zložité štruktúry zaisťujú, že sa môžu viazať iba na jeden typ molekuly alebo na skupinu príbuzných molekúl.