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酵素は生命を支えるには遅すぎる化学反応を触媒するため、すべての生命にとって重要です。重要なことに、酵素が標的反応を触媒できる速度と、酵素が構造を維持する能力は温度に大きく依存します。その結果、凍結と煮沸は酵素活性に大きな影響を与える可能性があります。
TL; DR（長すぎる;読まなかった）
沸騰すると酵素が分解され、機能しなくなります。氷点下では、結晶化は酵素の機能を妨げます。
分子運動と温度の役割
凍結が酵素活性にどのように影響するかを理解するには、まず、酵素触媒の基質である分子に対する温度の影響を理解する必要があります。細胞内では、基質分子と個々の水分子との衝突の結果として、基質分子はブラウン運動として知られる一定のランダムな動きをしています。温度が高くなると、分子は高温でより多くの振動エネルギーを持つため、このランダムな分子運動の速度も増加します。より速い動きは分子と酵素の間のランダムな衝突の頻度を増加させます。これは酵素が反応を起こす前に衝突する基質分子に依存するため、酵素活性にとって重要です。
酵素活性に対する凍結の影響
非常に低い温度では、反対の効果が支配的です。分子の動きが遅くなり、酵素と基質の衝突の頻度が減るため、酵素の活性が低下します。凍結の時点で、分子の動きは、固体の形成が発生し、分子が硬い結晶の形成に固定されるため、劇的に減少します。これらの固体結晶内では、分子は液体配列の同じ分子と比較して運動の自由度がはるかに低くなります。その結果、凍結が発生すると、酵素と基質の衝突は非常にまれになり、氷点下では酵素活性はほぼゼロになります。
酵素構造
温度を上げると酵素活性が高くなりますが、酵素が機能し続けることができる温度の上限があります。なぜそうなのかを理解するためには、酵素の構造と機能を考慮しなければなりません。酵素はタンパク質であり、アミノ酸間の化学結合によって3次元構造にまとめられた個々のアミノ酸で構成されています。酵素は基質の周りに物理的な「フィット」を形成するように構造化されているため、この3次元構造は酵素活性にとって重要です。
沸騰と変性
沸騰前後の温度で、酵素の構造を保持する化学結合が破壊され始めます。結果として生じる三次元構造の損失により、酵素はもはや標的基質分子に適合せず、酵素は完全に機能を停止します。変性として知られるこの構造の損失は不可逆的です。酵素が一緒に保持されている化学結合が分解するほど加熱されると、温度が下がっても自然に再び形成されることはありません。これは、酵素構造に影響を与えない凍結とは異なります。凍結後に温度が上昇すると、酵素活性が回復します。