温度が上昇すると、酵素反応の速度も増加します。温度が10度上昇すると、ほとんどの酵素の活性は50％から100％増加します。反応温度の変動が1～2度であっても、結果に10％から20％の変化をもたらすことがあります。この増加は、ある一定の温度までであり、それ以上になると高温によって酵素の構造が壊れてしまいます。一度酵素が変性すると、元に戻すことはできません。各酵素はアミノ酸やペプチド間の構造や結合が異なるため、変性が起こる温度も酵素ごとに特有です。多くの動物酵素は40°Cを超えると急速に変性するため、ほとんどの酵素測定はそれよりも低い温度で行われます。

図1. 温度が反応速度に与える影響。

時間の経過とともに、酵素は中程度の温度でも失活します。酵素の保存には5°C以下が一般的に最適です。低温では化学反応が遅くなります。酵素は最終的に凍結温度で不活性になりますが、温度が再び上昇すると多くの場合酵素活性が回復します。ただし、一部の酵素は凍結によって活性を失うこともあります。

運動エネルギーと内部エネルギー

系の温度は、ある程度その系内の分子の運動エネルギーの指標となります。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。速度が速くなると、衝突の間隔が短くなります。その結果、より多くの分子が活性化エネルギーに到達し、反応速度が上昇します。分子の動きが速くなることで、酵素と基質の衝突も増加します。したがって、運動エネルギーが低いほど系の温度は低くなり、逆に運動エネルギーが高いほど系の温度は高くなります。

系の温度が上昇すると、系内の分子の内部エネルギーも増加します。分子の内部エネルギーには、並進エネルギー、振動エネルギー、回転エネルギー、分子の化学結合に関与するエネルギー、非結合性相互作用に関与するエネルギーなどが含まれます。この熱の一部は化学的な位置エネルギーに変換されることがあります。この化学的な位置エネルギーの増加が十分大きい場合、活性タンパク質の三次元構造を決定する弱い結合の一部が切断されることがあります。これによりタンパク質の熱変性が起こり、タンパク質が不活性化する可能性があります。したがって、過度の加熱は酵素や基質が変性・不活性化するため、酵素触媒反応の速度を低下させることがあります。

最適温度

各酵素には最大反応速度が得られる温度範囲があります。この最大値は酵素の最適温度と呼ばれます。ほとんどの酵素の最適温度は約98.6華氏（37摂氏）です。中にはより低温や高温でよく働く酵素もあります。例えば、北極の動物は低い最適温度に適応した酵素を持ち、砂漠気候の動物は高温に適応した酵素を持っています。しかし、酵素もタンパク質であり、すべてのタンパク質と同様に104華氏（約40摂氏）を超えると分解が始まります。したがって、酵素活性の範囲は、酵素が活性化し始める温度とタンパク質が分解し始める温度によって決まります。

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