ทำไมความร้อนถึงรบกวนการทำงานของเอนไซม์?

นักวิทยาศาสตร์ยังคงพยายามทำความเข้าใจรายละเอียดที่ซับซ้อนของโมเลกุลโปรตีนที่ซับซ้อนซึ่งทำให้เกิดกระบวนการทางชีววิทยาที่จำเป็น โมเลกุลเหล่านี้เรียกว่าเอ็นไซม์ ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาทางชีววิทยามากมาย หากไม่มีเอนไซม์ ปฏิกิริยาเหล่านี้ส่วนใหญ่จะไม่เกิดขึ้นเร็วพอที่จะดำรงชีวิตได้ เอ็นไซม์ได้รับการออกแบบให้ทำงานภายในสภาพแวดล้อมเฉพาะ ความร้อนที่มากเกินไปพร้อมกับสภาวะอื่นๆ อาจทำให้การทำงานของเอนไซม์บกพร่องได้อย่างมาก

ปฏิกิริยาทางชีวภาพให้พลังงานและโมเลกุลพิเศษที่รักษาชีวิตของสิ่งมีชีวิต อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาทั้งหมดไม่สามารถเกิดขึ้นได้จนกว่าพลังงานจำนวนหนึ่งจะกระตุ้นโมเลกุลของสารตั้งต้น พลังงานนี้เรียกว่าพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยา พลังงานที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อมทางชีวภาพมักจะไม่เพียงพอที่จะกระตุ้นปฏิกิริยาในปริมาณที่เพียงพอ แต่เอนไซม์ชดเชยความไม่เพียงพอนี้ โดยการเปลี่ยนวิธีที่โมเลกุลของสารตั้งต้นมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกัน เอ็นไซม์จะลดพลังงานกระตุ้นและทำให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเร็วขึ้นมาก

เอ็นไซม์เป็นโมเลกุลโปรตีนเฉพาะ ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีโครงสร้างพื้นฐานร่วมกันของโปรตีน: กรดอะมิโนบางชนิดที่เชื่อมโยงกันในลำดับเฉพาะ เอนไซม์โดยทั่วไปมีโครงสร้างสามมิติที่ซับซ้อนซึ่งกำหนดลักษณะการทำงานโดยละเอียด หากโครงสร้างนี้เปลี่ยนไป เอ็นไซม์จะมีประสิทธิภาพน้อยลงในบทบาทของมันในการลดพลังงานกระตุ้น สาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างคือความร้อน อุณหภูมิที่อบอุ่นมีแนวโน้มที่จะเพิ่มการทำงานของเอนไซม์โดยการเพิ่มพลังงานจลน์ที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลแบบสุ่ม การเคลื่อนไหว แต่เมื่ออุณหภูมิสูงเกินไป เอ็นไซม์จะพบกับการเสื่อมสภาพของโครงสร้างที่ยับยั้งเอนไซม์ กิจกรรม.

การหยุดชะงักของโครงสร้างที่ออกแบบอย่างพิถีพิถันของเอนไซม์เรียกว่าการเสียสภาพ กระบวนการนี้มักเป็นที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น โปรตีนจากอาหารบางชนิดย่อยได้ง่ายกว่าหลังจากถูกทำให้เสียสภาพโดยการปรุงอาหาร อุณหภูมิสูงเป็นสาเหตุของการเสียสภาพธรรมชาติ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ของโมเลกุลแบบสุ่มจะมีพลังมากขึ้น ในที่สุด การเคลื่อนที่ของโมเลกุลมีพลังมากจนโมเลกุลขัดขวางพันธะระหว่างกรดอะมิโนจำนวนมากที่กำหนดโครงสร้างตามธรรมชาติของเอนไซม์ เอ็นไซม์ไม่ถูกทำลาย แต่คุณสมบัติเชิงโครงสร้างที่สำคัญของมันถูกเปลี่ยนแปลง ในโปรตีนที่ซับซ้อน เช่น เอ็นไซม์ การเปลี่ยนสภาพนั้นแทบจะเปลี่ยนกลับไม่ได้เกือบทุกครั้ง

โมเลกุลของสารตั้งต้นหรือสารตั้งต้นที่ไม่บุบสลายซึ่งยึดติดกับเอนไซม์ที่จุดเริ่มต้นของปฏิกิริยาของเอนไซม์มีความสำคัญต่อการแก้ไขการทำงานของเอนไซม์ การเปลี่ยนสภาพของซับสเตรตทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่ทำให้ยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะเข้ากับโครงสร้างที่มีความเฉพาะเจาะจงสูงของเอนไซม์ เอ็นไซม์มีความเฉพาะเจาะจงสูง ซึ่งหมายความว่าโครงสร้างที่ซับซ้อนของพวกมันทำให้มั่นใจได้ว่าพวกมันสามารถเกาะติดกับโมเลกุลประเภทเดียวเท่านั้นหรือกับกลุ่มของโมเลกุลที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด