Af hverju vinna ensím hægt við lágt hitastig?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Af hverju vinna ensím hægt við lágt hitastig?
Ensím eru prótín sem finnast í lífverum og virka sem hvatar á efnahvörf. Það þýðir að þau valda því að hvörfin ganga hraðar en ella eða jafnvel að hvörf eigi sér stað sem annars myndu ekki gera það við þær aðstæður sem ríkja í lifandi frumum. Þetta gera ensím, eins og aðrir hvatar, með því að lækka virkjunarorku (e. activation energy, táknað E_a) hvarfanna, sem er hæsta orkuástandið sem hvarfefni þarf að komast í til að geta breyst í myndefni (sjá mynd).

Hraði allra efnahvarfa er háður hitastigi og lýtur þar lögmálum varmafræðinnar. Hraði hvarfanna eykst með hækkuðu hitastigi og oft er miðað við þá (ónákvæmu) þumalfingursreglu að hraðinn tvöfaldist við 10°C hækkun á hitastigi. Samkvæmt því væri til dæmis hraðinn 1 við 0°C, 2 við 10°C, 4 við 20°C og 8 við 30°C, sem sagt veldisvöxtur (e. exponential growth). Ástæðan fyrir auknum hraða er sú að við hærra hitastig fá sameindirnar meiri hreyfiorku (e. kinetic energy) og með því aukast líkur á því að hvarfefni öðlist næga orku til að breytast í myndefni eða, ef tvö efni hvarfast saman, að þau rekist hvort á annað og áreksturinn leiði til hvarfa.

Þegar ensím hvetur efnahvörf er myndin nokkuð flóknari vegna þess að hvarfefni þarf að bindast hvarfstöð ensímsins, en þar eru efnahópar sem hafa þau áhrif á hvarfefnið að umbreyting í myndefni verður auðveldari og hvörfin ganga hraðar. Samt sem áður eru þetta efnahvörf sem lúta sömu varmafræðilögmálum og önnur hvörf. Þess vegna ganga ensímhvött efnahvörf hægar við lægra hitastig af sömu ástæðum og hvörf almennt. Samt sem áður ganga hvörfin mörgum stærðargráðum hraðar en án ensíms.

Reyndar eru önnur ferli einnig að verki sem hafa áhrif á virkni ensíma. Ef við reynum að mæla hraða ensímhvattra efnahvarfa við sífellt hærra hitastig kemur að því að hvarfahraðinn hættir að aukast og virkni ensímsins hverfur skyndilega. Ástæðan er sú að ensímprótínið er óstöðugt við hærra hitastig og eðlissviptist eða missir svipmót og lögun þegar vissu hitastigi er náð og tapar þar með hæfni sinni sem hvati. Þetta gerist kannski við 40 til 60 °C en til eru ensím sem eðlissviptast við hærra eða lægra hitastig. Ensím úr hitakærum örverum þola oft mjög hátt hitasig, allt að suðumarki vatns (100°C) eða meira, og til eru kuldkærar örverur sem lifa við mjög lágt hitastig en ensím þeirra eru samt nægilega virk til að sinna þörfum lífverunnar.

Annað sem hefur áhrif á starf ensíma er sveigjanleiki (e. flexibility) ensímsameindarinnar. Ensím, eins og önnur prótín, þurfa vissan sveigjanleika til að tengjast hvarfefnum og hvata efnahvörf. Sveigjanleiki minnkar með lækkuðu hitastigi og ensím sem þróast hafa til að starfa við meðalhátt eða hátt hitastig hafa oft misst að mestu sveigjanleika og virkni þegar hitastig fer niður undir frostmark vatns (0°C). Ensím úr kuldakærum lífverum hafa hins vegar þróast þannig að bygging þeirra leyfir meiri sveigjanleika þó hitastigið sé lágt og geta því sinnt hlutverki sínu í kulda.

Mynd:

• Emelía Eiríksdóttir. Mynd teiknuð eftir fyrirmynd af Enzyme - Wikipedia, the free encyclopedia, 23.11.2013.

...