מהן ההשפעות של הרתחה והקפאה על פעילות האנזים?

תוֹכֶן

• TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
• תנועה מולקולרית ותפקיד הטמפרטורה
• השפעת ההקפאה על פעילות האנזים
• מבנה האנזים
• רתיחה ו denaturation

אנזימים הם קריטיים לכל החיים מכיוון שהם מזרזים תגובות כימיות שאחרת היו מתרחשות לאט מדי כדי לתמוך בחיים. חשוב לציין כי השיעורים בהם אנזימים מסוגלים לזרז את תגובות היעד שלהם ואת יכולתם של אנזימים לשמור על מבנהם תלויים מאוד בטמפרטורה. כתוצאה מכך, הקפאה והרתחה יכולים להשפיע משמעותית על פעילות האנזים.

TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)

הרתחה מפרקת אנזימים כך שהם כבר לא מתפקדים. מתחת להקפאה, התגבשות מונעת את תפקוד האנזימים.

תנועה מולקולרית ותפקיד הטמפרטורה

על מנת להבין כיצד ההקפאה משפיעה על פעילות האנזים, ראשית יש להבין את השפעת הטמפרטורה על המולקולות המהוות את המצעים לקטליזת האנזים. בתוך תאים מולקולות המצע נמצאות בתנועה אקראית מתמדת, המכונה תנועה בראונית, כתוצאה מהתנגשויות בין מולקולות מצע ומולקולות מים אינדיבידואליות. עם עליית הטמפרטורה, מהירות התנועה המולקולרית האקראית הזו עולה גם מכיוון שלמולקולות יש אנרגיה רטטית יותר בטמפרטורות גבוהות יותר. התנועה המהירה יותר מגדילה את תדירות ההתנגשויות האקראיות בין מולקולות לאנזימים, דבר שחשוב לפעילות האנזים שכן אנזימים תלויים במולקולות המצע שלהם שמתנגשות בהן לפני שיכולה להתרחש תגובה.

השפעת ההקפאה על פעילות האנזים

בטמפרטורות קרות מאוד, ההשפעה ההפוכה שולטת - מולקולות נעות לאט יותר, ומקטינות את התדירות של התנגשויות אנזים-מצע ולכן מפחיתה את פעילות האנזים. בנקודת ההקפאה, התנועה המולקולרית פוחתת בצורה דרסטית ככל שמתרחשת היווצרות מוצקה והמולקולות ננעלות לתצורות גבישיות נוקשות. בתוך גבישים מוצקים אלה, למולקולות חופש תנועה הרבה פחות בהשוואה לאותן מולקולות בסידור נוזלי. כתוצאה מכך, התנגשויות עם מצע אנזים הם נדירים ביותר ברגע שמתרחש הקפאה ופעילות האנזים כמעט אפס מתחת להקפאה.

מבנה האנזים

למרות שהעלאת הטמפרטורה גורמת לשיעורים גבוהים יותר של פעילות אנזים, יש גבול טמפרטורה עליון בו אנזימים יכולים להמשיך לתפקד. על מנת להבין מדוע זה המקרה, יש לקחת בחשבון את המבנה והתפקוד של אנזימים. אנזימים הם חלבונים המורכבים מחומצות אמינו בודדות המוחזקות יחד במבנה תלת ממדי על ידי קשרים כימיים בין חומצות אמינו. מבנה תלת מימדי זה הוא קריטי לפעילות האנזים, שכן אנזימים בנויים ליצירת "התאמה" פיזית סביב מצעיהם.

רתיחה ו denaturation

בטמפרטורות סביב הרתיחה, הקשרים הכימיים המחזיקים יחד את מבנה האנזימים מתחילים להתפרק. האובדן שנוצר כתוצאה ממבנה תלת ממדי גורם לאנזימים לא להתאים יותר למולקולות מצע היעד שלהם, ואנזימים מפסיקים לחלוטין לתפקד. אובדן מבנה זה, המכונה denaturation, הוא בלתי הפיך - ברגע שאנזימים מחוממים כל כך עד שהקשרים הכימיים המחזיקים אותם יחד מתפרקים, הם לא ייווצרו באופן ספונטני אם הטמפרטורות יורדות. זה בניגוד להקפאה, שאינה משפיעה על מבנה האנזים - אם הטמפרטורות יעלו לאחר ההקפאה, תשוב לפעילות האנזים.