Forskare strävar fortfarande efter att förstå de invecklade detaljerna i de komplexa proteinmolekylerna som möjliggör viktiga biologiska processer. Dessa molekyler, kända som enzymer, fungerar som katalysatorer för många biologiska reaktioner. Utan enzymer skulle de flesta av dessa reaktioner inte inträffa tillräckligt snabbt för att upprätthålla livet. Enzymer är utformade för att fungera inom en specifik miljö. Överdriven värme, tillsammans med olika andra tillstånd, kan allvarligt försämra enzymaktiviteten.
Livets reaktioner
Biologiska reaktioner ger energi och specialmolekyler som håller liv i en organism. Alla reaktioner kan dock inte inträffa förrän en viss mängd energi stimulerar reaktantmolekylerna. Denna energi är känd som reaktionens aktiveringsenergi. Den tillgängliga energin i biologiska miljöer är ofta otillräcklig för att stimulera ett tillräckligt antal reaktioner, men enzymer kompenserar för denna brist. Genom att förändra sättet på vilket reaktantmolekyler interagerar med varandra minskar enzymer aktiveringsenergin och låter reaktioner inträffa mycket snabbare.
Förändrad av Heat
Enzymer är specialiserade proteinmolekyler, vilket innebär att de delar den grundläggande strukturen i ett protein: specifika typer av aminosyror kopplade i varandra i en viss sekvens. Enzymer har i allmänhet komplexa tredimensionella strukturer som bestämmer deras detaljerade funktionella egenskaper. Om denna struktur ändras blir enzymet mindre effektivt när det gäller att sänka aktiveringsenergin. En vanlig källa till strukturförändringar är värme. Varma temperaturer tenderar att förbättra enzymatisk aktivitet genom att öka den kinetiska energin som är associerad med slumpmässig molekyl rörelse, men när temperaturen blir för hög upplever enzymer strukturell försämring som hämmar enzymatisk aktivitet.
Molekyler i rörelse
Störningen av ett enzyms noggrant utformade struktur kallas denaturering. Denna process är ofta önskvärd: vissa matproteiner är till exempel lättare att smälta efter att de har denaturerats genom matlagning. Hög temperatur är en vanlig orsak till denaturering. När temperaturen ökar blir slumpmässig molekylär rörelse mer energisk. Så småningom blir molekylär rörelse så energisk att molekylerna stör banden mellan de många aminosyrorna som bestämmer enzymets naturliga struktur. Enzymet förstörs inte, men dess väsentliga strukturella egenskaper har ändrats. I komplexa proteiner som enzymer är denaturering nästan alltid irreversibel.
Ett enzym utan substrat
En intakt reaktantmolekyl, eller ett substrat, som fäster vid ett enzym i början av en enzymatisk reaktion är viktigt för att enzymet ska fungera korrekt. Denaturering av ett substrat orsakar strukturella förändringar som gör det svårt eller omöjligt för det att passa in i enzymets mycket specifika struktur. Enzymer är mycket specifika, vilket innebär att deras invecklade strukturer säkerställer att de endast kan fästa till en typ av molekyl eller till en grupp närbesläktade molekyler.