Jeder Biologe kennt das Profil der Geschwindigkeit einer enzymatischen Reaktion gegenüber der Temperatur, wie in der Abbildung gezeigt. Wir wissen, dass Enzyme von E. coli oder Warmblütern dazu neigen, ein Optimum um 37°C zu haben, während diejenigen von Thermal-Vent-Bakterien viel höhere optimale Temperaturen haben. Überraschenderweise finde ich, dass viele Biologen nicht verstehen, warum Enzyme diese Temperaturprofile haben. Eigentlich ist es beruhigend einfach.,
Chemiker haben die Faustregel, dass ein Temperaturanstieg von 10°C eine Verdoppelung der Reaktionsgeschwindigkeit bewirkt. Diese Regel wird lose aus der Arrhenius-Gleichung abgeleitet. Grundsätzlich, wenn die Temperatur steigt, auch die kinetische Energie der Reaktanten. Diese erhöhte kinetische Energie bedeutet, dass die Reaktanten eher mit genügend Energie kollidieren, um die Reaktion auftreten zu lassen, so dass je höher die Temperatur, desto höher die Reaktionsgeschwindigkeit.,
Der erste Teil des Reaktionsprofils (grün dargestellt), bei dem die Geschwindigkeit mit der Temperatur zunimmt, folgt der Arrhenius-Gleichung. Wenn das Enzym auch bei hohen Temperaturen vollständig stabil wäre, würde die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur weiter ansteigen, bis etwas anderes passiert, wie zum Beispiel einer der Reaktanten verdampft ist.
Die Reaktionsgeschwindigkeit beginnt zu Plateau dann im gelb markierten Abschnitt des Graphen fallen., Dies ist auf die Temperatur zurückzuführen, die sich dem Punkt nähert, an dem das Enzym zu denaturieren beginnt (und daher an Aktivität verliert). Bei noch höheren Temperaturen (dem dunkleren gelben Abschnitt) ist das Enzym vollständig denaturiert und es bleibt keine Aktivität zurück.
Die Temperatur, bei der die Denaturierung stattfindet, hängt von der Struktur des Enzyms ab, was wiederum mit seinem evolutionären Ursprung zusammenhängt. So, E., coli-Enzyme haben sich entwickelt, um Temperaturen von etwa 37°C zu bewältigen, während Enzyme von Thermal Vent-Bakterien gezwungen waren, sich so zu entwickeln, dass sie bei weit höheren Temperaturen stabil bleiben können (yay für PCR!).
Die optimale Temperatur eines Enzyms ist also ein Kompromiss zwischen der Abhängigkeit vom Arrhenius-Typ von der Temperatur (je heißer die Reaktion, desto schneller die Rate) und der Instabilität des Enzyms, wenn es sich nähert, dann erreicht es die Denaturierungstemperatur.
Ursprünglich am 11. Oktober 2007 veröffentlicht. Überarbeitet und aktualisiert am Mai 20, 2016.,
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