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温度は、反応を制御する方法として生物学において重要な役割を果たします。酵素活性は、温度が上昇すると増加し、反応速度が増加します。これは、気温が低いとアクティビティが減少することも意味します。すべての酵素は、活性のときにさまざまな温度を持っていますが、最適に機能する特定の温度があります。
酵素とは？
酵素は、生化学反応で触媒として作用し、反応で使い果たされることなく反応速度を高めるタンパク質です。消化やエネルギー生産などの重要な機能を実行するために、数千種類の酵素が体内で働いています。生物学的および化学的反応は非常にゆっくりと発生する可能性があり、生物は酵素を使用して反応速度をより好ましい速度まで上げます。酵素には、補因子によって活性化されてオンとオフを切り替えることができる複数の領域があります。補因子は通常、さまざまな食物源から消費されるビタミンであり、酵素の活性部位を開きます。活性部位は、酵素上で反応が起こる場所であり、他のタンパク質または糖であり得る1つの基質のみに作用することができます。これについて考える良い方法は、ロックとキーのモデルです。 1つのキーのみがロックを正しく開くことができます。同様に、基質に結合できる酵素は1つだけであり、反応がより速く起こります。
酵素の種類
体には約3,000のユニークな酵素が含まれており、それぞれが特定のタンパク質製品の反応を加速します。酵素は脳細胞をより速く働かせ、筋肉を動かすエネルギーを作るのを助けます。また、糖を分解するアミラーゼ、タンパク質を分解するプロテアーゼ、脂肪を分解するリパーゼなど、消化器系で大きな役割を果たします。すべての酵素は接触すると機能するため、これらの酵素の1つが適切な基質と接触すると、すぐに機能し始めます。
温度と酵素反応性
温度が上昇すると、すべての分子間の衝突が増加します。これは、温度の上昇に伴う速度と運動エネルギーの増加によるものです。速度が速いほど、衝突の間隔が短くなります。これにより、より多くの分子が活性化エネルギーに到達し、反応速度が向上します。分子も高速で移動するため、酵素と基質の衝突も増加します。
最適温度
各酵素は、それが最適に機能する温度を持ちます。これは、人間の場合、人間の通常の体温である華氏98.6度、摂氏37度です。ただし、一部の酵素は華氏39度、摂氏4度などの低温で非常にうまく機能し、一部の酵素は高温で非常にうまく機能します。たとえば、北極圏の動物には最適温度が低くなるように適応した酵素があり、砂漠の気候の動物には高温に適応した酵素があります。温度が高いと酵素の活性と反応速度が上がりますが、酵素は依然としてタンパク質であり、すべてのタンパク質と同様に、華氏104度、摂氏40度を超える温度で分解され始めます。したがって、酵素の活性範囲の両端は、どの温度で活性が始まり、どの温度でタンパク質の分解が始まるかによって決まります。