Was ist der Zusammenhang zwischen Enzymen und Temperatur?
Enzyme und Temperatur können zusammenwirken, um bestimmte, notwendige Reaktionen schneller ablaufen zu lassen als ohne die Anwesenheit von Enzymen. Mit zunehmender Temperatur kollidieren die Enzyme und Substrate, wie die Reaktanten in einer Enzymreaktion bezeichnet werden, häufiger, sodass die Enzyme die Möglichkeit haben, Reaktionen zu katalysieren. Dieses Phänomen nimmt zu, bis die optimale Temperatur erreicht ist. Ein weiterer Temperaturanstieg denaturiert die Enzyme und macht sie für die Katalyse von Reaktionen unbrauchbar. Bei niedriger Temperatur reicht die Energie nicht aus, um Reaktionen auszulösen, und die Enzyme sind nicht in der Lage, ihre Arbeit zu verrichten.
Damit eine Reaktion stattfinden kann, müssen die Reaktanten mit genügend Energie kollidieren, um Bindungen zu lösen und neue zu bilden. Dies nennt man die Aktivierungsenergie. Während ein Enzym die Menge an Aktivierungsenergie reduziert, die für eine Reaktion erforderlich ist, wird immer noch eine bestimmte Menge an Energie benötigt. Die kinetische Energie, die Energie, die ein Molekül aufgrund seiner Bewegung hat, kann mit zunehmender Temperatur zunehmen. Dies ist einer der Hauptgründe, warum ein Zusammenhang zwischen Enzymen und Temperatur besteht.
Mit steigender Temperatur kollidieren die Enzyme und Substrate und interagieren immer mehr. Dies bedeutet, dass mit steigender Temperatur eine Enzymreaktion schneller abläuft. Tatsächlich haben die Zunahme der Aktivität der Enzyme und die Temperaturzunahme eine fast lineare Korrelation. Dieses Phänomen setzt sich fort, bis die optimale Temperatur für das Enzym erreicht ist. Bei dieser Temperatur läuft die Enzymreaktion so schnell wie möglich ab.
Die meisten Enzyme haben eine optimale Temperatur zwischen 0 und 40 ° C. Sobald die Temperatur über das Optimum ansteigt, ändert sich die Verbindung zwischen Enzymen und Temperatur, da die Enzyme zu denaturieren beginnen - die Bindungen, die das Enzym in Form halten, beginnen zu brechen. In diesem Fall sind die Aktivierungsstellen, die von den Substraten verwendet werden, nicht mehr in der richtigen Form vorhanden und die Substrate können nicht in sie passen. Es ist möglich, dass Enzyme über die optimalen Temperaturen hinaus überleben, dies geschieht jedoch normalerweise nur, wenn sie für kurze Zeit dieser höheren Temperatur ausgesetzt werden.
Ein Zusammenhang zwischen Enzymen und Temperatur besteht auch bei niedrigeren Temperaturen. Bei niedrigen Temperaturen haben die Substrate und Enzyme nicht viel kinetische Energie. Selbst wenn sie kollidieren, ist möglicherweise nicht genügend Energie vorhanden, damit die Reaktion stattfinden kann. Daher können Enzyme bei einer relativ niedrigen Temperatur ihre Arbeit nicht verrichten. Dies ist einer der Gründe, warum der menschliche Körper versucht, eine bestimmte Temperatur einzuhalten: zu heiß und Proteine, einschließlich Enzyme, denaturieren; zu kalt und Enzymreaktionen laufen zu langsam ab.