Все ферменты – белки (но не все белки – ферменты). Как на ваш взгляд, почему большинство ферментов в организме животных перестает работать при температуре выше 60°C (значительная их часть прекращает работу уже при 42°C)? Чтобы ответить на этот вопрос, вспомните, что вы знаете о белках.

Ферменты в организме животных перестают работать при высокой температуре потому, что ферменты — это белки, а работа белка напрямую зависит от его пространственной формы.

У белка есть сложная трёхмерная структура. Она удерживается не только прочными ковалентными связями в цепочке аминокислот, но и более слабыми взаимодействиями: водородными связями, ионными взаимодействиями, гидрофобными взаимодействиями и другими. Именно благодаря этим связям белковая молекула сворачивается определённым образом.

У фермента особенно важен активный центр — участок молекулы, к которому присоединяется вещество-субстрат. Форма активного центра должна точно подходить к субстрату, примерно как ключ к замку. Если форма фермента меняется, субстрат уже не может нормально присоединиться, и химическая реакция не идёт или идёт очень плохо.

При повышении температуры молекулы начинают двигаться быстрее. До определённого предела это может даже ускорять работу фермента, потому что столкновения молекул происходят чаще. Но если температура становится слишком высокой, слабые связи, удерживающие пространственную структуру белка, начинают разрушаться. Белок теряет свою нормальную форму. Это называется денатурация.

После денатурации фермент уже не выполняет свою функцию, потому что его активный центр изменён или разрушен. Поэтому при температуре выше 60°C большинство ферментов животных уже не работает: их белковая структура сильно нарушается. У многих ферментов это происходит раньше, уже около 42°C, потому что белки животных приспособлены к работе в сравнительно узком температурном диапазоне, близком к нормальной температуре тела.

Например, у человека нормальная температура тела около 36–37°C. Ферменты человеческого организма лучше всего работают примерно при этой температуре. Когда температура поднимается до 40–42°C, начинается серьёзное нарушение работы белков и клеток. Именно поэтому очень высокая температура тела опасна: страдают ферменты, а значит, нарушаются обмен веществ, дыхание клеток, синтез нужных веществ и другие жизненно важные процессы.

То есть главная причина в том, что ферменты являются белками, а белки чувствительны к высокой температуре. При нагревании нарушается их пространственная структура, активный центр теряет правильную форму, и фермент перестаёт катализировать реакцию.