Vsebina
- TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
- Molekularno gibanje in vloga temperature
- Vpliv zamrzovanja na aktivnost encima
- Struktura encima
- Vretje in denaturacija
Encimi so ključnega pomena za vse življenje, ker katalizirajo kemične reakcije, ki bi sicer potekale prepočasi, da bi podprle življenje. Pomembno je, da so hitrosti, s katerimi encimi lahko katalizirajo svoje ciljne reakcije, in sposobnost encimov, da ohranijo svojo strukturo, zelo odvisni od temperature. Zaradi tega lahko zamrzovanje in vrenje pomembno vplivata na delovanje encimov.
TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
Vretje razgradi encime, tako da ne delujejo več. Kristalizacija prepreči delovanje encimov pod zmrzovanjem.
Molekularno gibanje in vloga temperature
Da bi razumeli, kako zamrzovanje vpliva na delovanje encimov, je treba najprej razumeti vpliv temperature na molekule, ki so substrati za encimsko katalizo. Znotraj celic so molekule substrata v nenehnem naključnem gibanju, znanem kot Brownovo gibanje, ki je posledica trkov med molekuli substrata in posameznimi molekulami vode. Z naraščanjem temperature se poveča tudi hitrost tega naključnega molekularnega gibanja, saj imajo molekule pri višjih temperaturah več vibracijske energije. Hitrejše gibanje poveča pogostost naključnih trkov med molekulami in encimi, kar je pomembno za aktivnost encimov, saj so encimi odvisni od njihovih molekul substrata, ki se v njih trčijo, preden lahko pride do reakcije.
Vpliv zamrzovanja na aktivnost encima
Pri zelo hladnih temperaturah prevladuje nasprotni učinek - molekule se gibljejo počasneje, zmanjšujejo pogostost trkov encim-substrat in s tem zmanjšujejo aktivnost encimov. Ob zamrznitvi se molekularno gibanje drastično zmanjša, ko pride do trdne tvorbe in se molekule zaklenejo v toge kristalne formacije. Znotraj teh trdnih kristalov imajo molekule veliko manj svobode gibanja v primerjavi z istimi molekuli v tekoči postavitvi. Posledica tega je, da so trki z encimom in substrati izjemno redki, ko pride do zamrzovanja in je aktivnost encima pod zmrzovanjem skoraj nič.
Struktura encima
Čeprav zvišanje temperature povzroči višje stopnje aktivnosti encimov, obstaja zgornja mejna temperatura, pri kateri lahko encimi še naprej delujejo. Da bi razumeli, zakaj je tako, je treba upoštevati strukturo in delovanje encimov. Encimi so beljakovine, sestavljene iz posameznih aminokislin, ki jih v tridimenzionalni strukturi drži kemična vez med aminokislinami. Ta tridimenzionalna struktura je kritična za delovanje encimov, saj so encimi strukturirani tako, da tvorijo fizično "prileganje" okoli njihovih substratov.
Vretje in denaturacija
Pri temperaturah okoli vrenja se kemične vezi, ki držijo strukturo encimov, začnejo razpadati. Posledično izguba tridimenzionalne strukture povzroči, da encimi ne ustrezajo več njihovim ciljnim molekulam substrata in encimi v celoti prenehajo delovati. Ta izguba strukture, znana kot denaturacija, je nepopravljiva - ko se encimi segrejejo toliko, da se kemične vezi, ki jih držijo skupaj, razgradijo, če se temperature znižajo, se ne bodo ponovno tvorile. To ni v nasprotju z zmrzovanjem, ki ne vpliva na strukturo encimov - če se temperature po zamrzovanju zvišajo, se bo aktivnost encimov obnovila.