Temperaturabhängigkeit der Enzymaktivität in Rinderleber: Ein wissenschaftlicher Überblick

Enzyme sind organische oder biologische Katalysatoren, die Stoffwechselreaktionen antreiben. Damit eine Reaktion innerhalb von Zellen stattfinden kann, müssen Enzyme vorhanden sein. Enzyme sind komplexe Proteine, die innerhalb der eng kontrollierten inneren Umwelt eines Organismus funktionieren. In gesunden Zellen bleibt die Temperatur innerhalb eines engen Bereichs, und Enzyme werden daher leicht denaturiert oder durch Temperaturschwankungen zerstört. Unter ungünstigen Temperaturbedingungen stellen Enzyme ihre Funktion ein.

Chemische Reaktionen

Die durch ein Enzym erzeugte chemische Reaktion nimmt in der Regel mit steigender Temperatur zu. Als Faustregel führt eine Temperaturerhöhung um 50 Grad dazu, dass die Reaktionsgeschwindigkeit des Enzyms sich verdoppelt. Schließlich wird eine optimale Temperatur erreicht, oberhalb derer die Aktivität des Enzyms nicht mehr zunimmt. Nachdem diese Temperaturobergrenze erreicht ist, beginnt das Enzym zu denaturieren, und seine chemische Struktur wird beeinträchtigt, was sich nachteilig auf die chemische Reaktion auswirkt, für die es verantwortlich ist. Die durch das Enzym angetriebene chemische Reaktion tritt nicht mehr auf, da die geringste Veränderung in der Struktur des Proteins die Form des Enzyms ausreichend verändert, um die Bildung des für die Reaktion erforderlichen Enzym-Substrat-Komplexes zu behindern. Der Grund dafür ist, dass Enzyme keine Bewältigungsmechanismen entwickelt haben, um mit hocherhöhten Temperaturen umzugehen, da sie in lebenden Zellen existieren, die nur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs überleben können. Im Allgemeinen werden die meisten Enzyme denaturiert, sobald die Temperaturen über 105 Grad steigen.

Wasserstoffperoxid-Bildung

Enzyme sind organische Proteine, die die Reaktionsgeschwindigkeit in lebenden Zellen beschleunigen, aber durch diese Reaktionen selbst nicht verändert werden. In einer einzigen Zelle können Hunderte verschiedener Enzyme vorkommen, und jedes davon ist für eine spezifische Reaktion verantwortlich. Das Enzym Katalase reagiert mit Wasserstoffperoxid, um Wasser und Sauerstoff zu produzieren, und entfernt so effektiv dieses toxische Nebenprodukt, das durch den Zellstoffwechsel entsteht. Ein klassisches Experiment zeigt, wie Temperatur die Enzymaktivität beeinflusst, indem es zeigt, wie die Produktion von Wasserstoffperoxid durch Temperaturerhöhungen oder -senkungen beeinflusst wird. In diesem Experiment wird Rinderleber-Püree als Reservoir für die Enzyme verwendet. Bei steigender Temperatur wird weniger Wasserstoffperoxid produziert, was wiederum darauf hindeutet, dass Enzymreaktionen zugenommen haben.

Enger Temperaturbereich

Säugetiere wie Rinder haben eine relativ konstante Temperatur. Die Temperatur innerhalb der Zellen ihres Körpers bleibt ebenfalls konstant. Aus diesem Grund sind Enzyme daran gewöhnt, mit einem engen Temperaturbereich zu funktionieren, und die chemischen Reaktionen, die sie hervorrufen, treten optimal im selben Temperaturbereich auf. Jede Abweichung vom normalen Temperaturbereich wird sich negativ auf diese lebenswichtigen chemischen Reaktionen auswirken.