Ogni biologo ha familiarità con il profilo della velocità di una reazione enzimatica rispetto alla temperatura come mostrato nella figura. Sappiamo che gli enzimi da E. coli o animali a sangue caldo tendono ad avere un ottimale intorno a 37°C, mentre quelli da batteri di sfiato termico hanno temperature ottimali molto più elevate. Sorprendentemente, trovo che molti biologi non hanno una comprensione del perché gli enzimi hanno questi profili di temperatura. In realtà è rassicurante semplice.,
I chimici hanno una regola empirica che un aumento di temperatura di 10°C dà un raddoppio della velocità di reazione. Questa regola è vagamente derivata dall’equazione di Arrhenius. Fondamentalmente, all’aumentare della temperatura, aumenta anche l’energia cinetica dei reagenti. Questo aumento dell’energia cinetica significa che i reagenti hanno maggiori probabilità di scontrarsi con energia sufficiente per consentire la reazione, quindi maggiore è la temperatura, maggiore è la velocità di reazione.,
La prima parte del profilo della velocità di reazione (mostrato in verde), dove la velocità aumenta con la temperatura, segue l’equazione di Arrhenius. Se l’enzima fosse completamente stabile anche a temperature elevate, la velocità di reazione continuerebbe ad aumentare con la temperatura fino a quando non accadesse qualcos’altro, come ad esempio uno dei reagenti evaporato.
La velocità di reazione inizia a plateau poi cadere nella sezione evidenziata giallo del grafico., Ciò è dovuto alla temperatura che si avvicina al punto in cui l’enzima inizia a denaturare (e quindi a perdere attività). A temperature ancora più elevate (la sezione gialla più scura) l’enzima è completamente denaturato e non rimane alcuna attività.
La temperatura alla quale si verifica la denaturazione dipende dalla struttura dell’enzima, che a sua volta è correlata alla sua origine evolutiva. Così, E., gli enzimi coli si sono evoluti per far fronte a temperature di circa 37°C, mentre gli enzimi dei batteri di sfiato termico sono stati costretti ad evolversi in modo tale da poter rimanere stabili a temperature molto più elevate (yay per PCR!).
Quindi la temperatura ottimale di un enzima è un compromesso tra la dipendenza di tipo Arrhenius dalla temperatura (più calda è la reazione, più veloce è la velocità) e l’instabilità dell’enzima mentre si avvicina, quindi raggiunge, è la temperatura di denaturazione.
Originariamente pubblicato l ‘ 11 ottobre 2007. Rivisto e aggiornato il 20 maggio 2016.,
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