Содержание
- TL; DR (слишком долго; не читал)
- Молекулярное движение и роль температуры
- Влияние замораживания на активность фермента
- Структура фермента
- Кипячение и денатурация
Ферменты имеют решающее значение для всей жизни, потому что они катализируют химические реакции, которые в противном случае происходили бы слишком медленно, чтобы поддерживать жизнь. Важно отметить, что скорость, с которой ферменты способны катализировать свои целевые реакции, и способность ферментов сохранять свою структуру в значительной степени зависят от температуры. В результате замерзание и кипение могут оказывать существенное влияние на активность фермента.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Кипячение расщепляет ферменты, поэтому они больше не функционируют. При температуре ниже нуля кристаллизация препятствует функционированию ферментов.
Молекулярное движение и роль температуры
Чтобы понять, как замораживание влияет на активность фермента, 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. По мере повышения температуры скорость этого случайного молекулярного движения также увеличивается, поскольку молекулы имеют большую вибрационную энергию при более высоких температурах. Более быстрое движение увеличивает частоту случайных столкновений между молекулами и ферментами, что важно для активности ферментов, поскольку ферменты зависят от молекул субстрата, сталкивающихся с ними, прежде чем может произойти реакция.
Влияние замораживания на активность фермента
При очень низких температурах преобладает противоположный эффект - молекулы движутся медленнее, снижая частоту столкновений фермента и субстрата и, следовательно, снижая активность фермента. В точке замерзания молекулярное движение резко уменьшается, поскольку происходит образование твердого вещества, и молекулы фиксируются в жестких кристаллических образованиях. Внутри этих твердых кристаллов молекулы имеют гораздо меньшую свободу движения по сравнению с теми же молекулами в жидком расположении. В результате столкновения фермент-субстрат чрезвычайно редки, когда происходит замораживание, и активность фермента почти равна нулю ниже уровня замерзания.
Структура фермента
Хотя повышение температуры приводит к более высоким показателям активности фермента, существует верхний температурный предел, при котором ферменты могут продолжать функционировать. Чтобы понять, почему это так, необходимо рассмотреть структуру и функцию ферментов. Ферменты - это белки, состоящие из отдельных аминокислот, удерживаемых вместе в трехмерной структуре посредством химических связей между аминокислотами. Эта трехмерная структура имеет решающее значение для активности ферментов, так как ферменты структурированы, чтобы сформировать физическую «подгонку» вокруг своих субстратов.
Кипячение и денатурация
При температурах вокруг кипения химические связи, которые удерживают вместе структуру ферментов, начинают разрушаться. В результате потеря трехмерной структуры приводит к тому, что ферменты перестают соответствовать молекулам субстрата-мишени, и ферменты полностью перестают функционировать. Эта потеря структуры, известная как денатурация, является необратимой - когда энзимы нагреваются настолько сильно, что химические связи, удерживающие их вместе, разрушаются, они не будут самопроизвольно образовываться, если температура снизится. Это не похоже на замораживание, которое не влияет на структуру фермента - если после замораживания температура повысится, активность фермента будет восстановлена.