Hvad er virkningerne af kogning og frysning på enzymaktivitet?

Enzymer er kritiske for alt liv, fordi de katalyserer kemiske reaktioner, som ellers ville finde sted for langsomt for at støtte livet. Det er vigtigt, at de hastigheder, hvormed enzymer kan katalysere deres målreaktioner og enzymernes evne til at opretholde deres struktur, er stærkt afhængige af temperaturen. Som følge heraf kan frysning og kogning have betydelige virkninger på enzymaktiviteten.

TL; DR (for lang tid, ikke læst)

Kogning nedbryder enzymer, så de ikke længere fungerer. Under frysning forhindrer krystallisation enzymer i at fungere.

Molekylær bevægelse og temperaturens rolle

For at forstå, hvordan frysning påvirker enzymaktivitet, er det først nødvendigt at forstå temperaturens virkning på molekyler, som er substraterne til enzymkatalyse. Inden for celler er substratmolekyler i konstant tilfældig bevægelse, kendt som brunisk bevægelse, som følge af sammenstød mellem substratmolekyler og individuelle vandmolekyler. Når temperaturen stiger, øges hastigheden af ​​denne tilfældige molekylære bevægelse, da molekylerne har mere vibrationsenergi ved højere temperaturer. Den hurtigere bevægelse øger frekvensen af ​​tilfældige kollisioner mellem molekyler og enzymer, hvilket er vigtigt for enzymaktivitet, da enzymer afhænger af deres substratmolekyler, der kolliderer ind i dem, før en reaktion kan forekomme.

Effekt af frysning på enzymaktivitet < Ved meget kolde temperaturer dominerer den modsatte effekt - molekylerne bevæger sig langsomt, hvilket reducerer frekvensen af ​​enzym-substratkollisioner og dermed nedsætter enzymaktiviteten. Ved frysningspunktet falder molekylær bevægelse drastisk, idet fast dannelse opstår, og molekyler låses i stive krystallinske formationer. Inden for disse faste krystaller har molekyler langt mindre bevægelsesfrihed i forhold til de samme molekyler i et væskearrangement. Som følge heraf er enzym-substratkollisioner yderst sjældne, når frysning opstår, og enzymaktiviteten er næsten nul under frysning.

Enzymestruktur

Selvom stigende temperatur resulterer i højere enzymaktivitetsniveauer, er der en øvre temperaturgrænse, ved hvilken enzymer kan fortsætte med at fungere. For at forstå hvorfor dette er tilfældet, skal enzymets struktur og funktion overvejes. Enzymer er proteiner, der består af individuelle aminosyrer, der holdes sammen i en tredimensionel struktur ved kemiske bindinger mellem aminosyrer. Denne tredimensionelle struktur er kritisk for enzymaktivitet, da enzymer er struktureret til at danne en fysisk "fit" omkring deres substrater.

Kogning og denaturering

Ved temperaturer omkring kogning holde sammen strukturen af ​​enzymer begynder at bryde ned. Det resulterende tab af tredimensionelle strukturer får enzymerne ikke længere til at passe deres målsubstratmolekyler, og enzymerne stopper helt. Dette tab af struktur, kendt som denaturering, er irreversibel - når enzymerne opvarmes så meget, at de kemiske bindinger, der holder dem sammen, nedbrydes, vil de ikke spontant dannes igen, hvis temperaturen falder. Dette er i modsætning til frysning, som ikke påvirker enzymstrukturen - hvis temperaturen øges efter frysning, vil enzymaktiviteten blive genoprettet.