Οι επιδράσεις της θερμοκρασίας στην ενζυμική δραστηριότητα και τη βιολογία
Η θερμοκρασία παίζει σημαντικό ρόλο στη βιολογία ως τρόπος ρύθμισης των αντιδράσεων. Η ενζυμική δραστηριότητα αυξάνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία και με τη σειρά της αυξάνει τον ρυθμό της αντίδρασης. Αυτό σημαίνει επίσης ότι η δραστηριότητα μειώνεται σε ψυχρότερες θερμοκρασίες. Όλα τα ένζυμα έχουν ένα εύρος θερμοκρασιών όταν είναι ενεργά, αλλά υπάρχουν ορισμένες θερμοκρασίες όπου λειτουργούν βέλτιστα.
Τι είναι ένα ένζυμο;
Τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες που δρουν ως καταλύτες σε μια βιοχημική αντίδραση για να αυξήσουν τον ρυθμό της αντίδρασης χωρίς να καταναλωθούν στην αντίδραση. Χιλιάδες είδη ενζύμων λειτουργούν στο σώμα σας για να εκτελέσουν ζωτικές λειτουργίες όπως η πέψη και η παραγωγή ενέργειας. Οι βιολογικές και χημικές αντιδράσεις μπορούν να συμβούν πολύ αργά και οι ζωντανοί οργανισμοί χρησιμοποιούν ένζυμα για να αυξήσουν τους ρυθμούς αντίδρασης σε πιο ευνοϊκή ταχύτητα. Τα ένζυμα έχουν πολλές περιοχές που μπορούν να ενεργοποιηθούν από συμπαράγοντες για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση τους. Οι συμπαράγοντες είναι συνήθως βιταμίνες που καταναλώνονται μέσω διαφόρων πηγών τροφής και ανοίγουν τη δραστική θέση στο ένζυμο. Οι ενεργές θέσεις είναι όπου λαμβάνουν χώρα αντιδράσεις σε ένα ένζυμο και μπορούν να δράσουν μόνο σε ένα υπόστρωμα, το οποίο μπορεί να είναι άλλες πρωτεΐνες ή σάκχαρα. Ένας καλός τρόπος για να το σκεφτείτε αυτό είναι ένα μοντέλο κλειδώματος με κλειδί. Μόνο ένα κλειδί μπορεί να ανοίξει σωστά μια κλειδαριά. Ομοίως, μόνο ένα ένζυμο μπορεί να προσκολληθεί σε ένα υπόστρωμα και να κάνει την αντίδραση να συμβεί πιο γρήγορα.
Τύποι ενζύμων
Το σώμα σας περιέχει περίπου 3.000 μοναδικά ένζυμα, καθένα από τα οποία επιταχύνει την αντίδραση για ένα συγκεκριμένο προϊόν πρωτεΐνης. Τα ένζυμα μπορούν να κάνουν τα εγκεφαλικά σας κύτταρα να λειτουργούν πιο γρήγορα και να βοηθήσουν στην παραγωγή ενέργειας για την κίνηση των μυών σας. Παίζουν επίσης μεγάλο ρόλο στο πεπτικό σύστημα, συμπεριλαμβανομένων των αμυλασών που διασπούν το σάκχαρο, των πρωτεασών που διασπούν τις πρωτεΐνες και των λιπασών που διασπούν το λίπος. Όλα τα ένζυμα λειτουργούν κατά την επαφή, επομένως όταν ένα από αυτά τα ένζυμα έρχεται σε επαφή με το σωστό υπόστρωμα, αρχίζει να δρα αμέσως.
Θερμοκρασία έναντι αντιδραστικότητας ενζύμου
Οι συγκρούσεις μεταξύ όλων των μορίων αυξάνονται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία. Αυτό οφείλεται στην αύξηση της ταχύτητας και της κινητικής ενέργειας που ακολουθεί τις αυξήσεις της θερμοκρασίας. Με μεγαλύτερες ταχύτητες, θα υπάρχει λιγότερος χρόνος μεταξύ των συγκρούσεων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περισσότερα μόρια να φτάνουν στην ενέργεια ενεργοποίησης, η οποία αυξάνει τον ρυθμό των αντιδράσεων. Δεδομένου ότι τα μόρια κινούνται επίσης πιο γρήγορα, οι συγκρούσεις μεταξύ ενζύμων και υποστρωμάτων αυξάνονται επίσης.
Βέλτιστη θερμοκρασία
Κάθε ένζυμο έχει μια θερμοκρασία στην οποία λειτουργεί βέλτιστα, η οποία στους ανθρώπους είναι περίπου 98,6 βαθμούς Φαρενάιτ, 37 βαθμούς Κελσίου - η κανονική θερμοκρασία σώματος για τον άνθρωπο. Ωστόσο, ορισμένα ένζυμα λειτουργούν πολύ καλά σε χαμηλότερες θερμοκρασίες όπως 39 βαθμούς Φαρενάιτ, 4 βαθμούς Κελσίου, και μερικά λειτουργούν πολύ καλά σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Για παράδειγμα, τα ζώα από την Αρκτική έχουν ένζυμα προσαρμοσμένα για να έχουν χαμηλότερες βέλτιστες θερμοκρασίες, ενώ τα ζώα σε κλίματα της ερήμου έχουν ένζυμα προσαρμοσμένα σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Ενώ οι υψηλότερες θερμοκρασίες αυξάνουν τη δραστηριότητα των ενζύμων και τον ρυθμό των αντιδράσεων, τα ένζυμα εξακολουθούν να είναι πρωτεΐνες, και όπως συμβαίνει με όλες τις πρωτεΐνες, θερμοκρασίες πάνω από 104 βαθμούς Φαρενάιτ, 40 βαθμούς Κελσίου, θα αρχίσουν να τις διασπούν. Έτσι, τα δύο άκρα του εύρους δραστηριότητας για ένα ένζυμο καθορίζονται από τη θερμοκρασία που ξεκινά τη δραστηριότητα και ποια θερμοκρασία αρχίζει να διασπά την πρωτεΐνη.
