In diesem kurzen Video werden wir uns mit der Frage beschäftigen, was man unter der Reaktionsgeschwindigkeits-Temperatur-Regel versteht?
Wahrscheinlich werdet ihr mit dieser Regel entweder im Kontext der Enzymatik oder der Ökologie konfrontiert - und in beiden Themenbereichen ist es sinnvoll, diese Regel aufzugreifen, wie gleich noch ersichtlich.
Hinter der Reaktionsgeschwindigkeits-Temperatur-Regel, oder kurz einfach RGT-Regel, steckt vielmehr eine Faustformel, die besagt, dass sich die Reaktionsgeschwindigkeit einer biochemischen Reaktion bei einer Temperaturerhöhung von 10 Grad Celsius verdoppelt bis verdreifacht. Wenn die Temperatur um 10 Grad erhöht wird, läuft eine biochemische Reaktion immer noch auf dieselbe Weise ab wie auch vorher - aber deutlich schneller.
Eine wichtige Erkenntnis ist: Die allermeisten biochemischen Reaktionen und damit zusammenhängenden physiologischen Prozesse sind temperaturabhängig. Bei höheren Temperaturen laufen sie rascher ab als bei niedrigeren - wie bereits erwähnt, führt ein Temperaturanstieg zu einer Verdopplung der Reaktionsgeschwindigkeit - hier anhand der blauen Linie dargestellt - bishin zu einer Verdreifachung der Reaktionsgeschwindigkeit - hier anhand der roten Linie dargestellt. Mit jedem Temperaturanstieg von 10 Grad erkennt man, dass sich die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt bis verdreifacht. Die meisten biochemischen Reaktionen reagieren auf eine Temperaturerhöhung mit einer Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit, die innerhalb dieses Bereiches fällt.
Warum ist das eigentlich so und welcher Nutzen steckt dahinter? Durch eine höhere Temperatur wird die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht, weil die reagierenden Moleküle mehr kinetische Energie besitzen. Kinetische Energie ist nichts anderes als Bewegungsenergie - die Moleküle bewegen sich schneller. Kein Wunder also, dass dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht wird. Denn wenn sich die Moleküle schneller bewegen, ist die wahrscheinlichkeit deutlich höher, dass sie aufeinandertreffen und miteinander reagieren. Und nicht nur das: Eine Vielzahl von biochemischen Reaktionen in Stoffwechselwegen läuft mithilfe von Enzymen ab - und die Aktivität von Enzymen wiederum wird ebenfalls von der Temperatur beeinflusst. Auch hier gilt, dass eine Temperaturzunahme zu einer deutlichen Zunahme der Enzymaktivität führt, wodurch das Enzym das Substrat eines Stoffwechselweges erheblich schneller in ein Produkt umwandeln kann - oder anders formuliert: es bewirkt, dass biochemische Reaktionen beschleunigt werden.
Dass biochemische Reaktionen durch eine Temperaturzunahme beschleunigt werden, kann durchaus vorteilhaft sein. Jeder von euch wird schonmal einmal als Reaktion auf Krankheitserreger Fieber bekommen haben. Fieber ist nichts anderes als der Anstieg der Körpertemperatur, die sich im normalen Zustand in einem engen Bereich zwischen 36,5-37,4°C bewegt. Wir wissen, dass durch eine höhere Temperatur sämtliche Stoffwechselreaktionen beschleunigt werden - dadurch werden auch die biochemischen Reaktionen des Immunsystems auf Infektionen beschleunigt. Aber Vorsicht: Auch wenn die Temperatur die Enzymaktivität beeinflusst - die Geschwindigkeit einer enzymkatalysierten Reaktion steigt nur bis zu der Temperatur an, wo das jeweilige Enzym sein Temperaturoptimum hat - wo es am aktivsten ist. Die meisten Enzyme im menschlichen Körper haben ihr Optimum entsprechend der Körpertemperatur bei ca. 37 Grad - übermäßiges, starkes Fieber kann durchaus lebensbedrohlich werden, weil Enzyme bei Temperaturen von 40° und mehr anfangen irreversibel zu denaturieren - es verändert also seine Konformation - seine äußere Form - so, dass es seine ursprüngliche Funktion nicht mehr ausüben kann. Enzyme von Bakterien sind übrigens bei höheren Temperaturen weitaus weniger stabil als die Enzyme des Menschen - somit hat mäßiges Fieber den wesentlichen biologischen Nutzen, dass die Enzyme von Bakterien denaturieren, obgleich die menschlichen Enzyme intakt bleiben.
Auch in der Ökologie ist die RGT-Regel von besonderer Relevanz, weil sie die unterschiedlichen Aktivitäten von wechselwarmen - auch poikilothermen - Tieren in Abhängigkeit zur Temperatur erklärt. Wechselwarme Organismen sind Fische, Amphibien, Reptilien, Insekten sowie wirbellose Tiere - man bezeichnet sie als wechselwarm, weil sie nicht in der Lage sind ihre Körpertemperatur unabhängig von der Umgebungstemperatur aufrecht zu erhalten. Ihre Körpertemperatur schwankt mit der Umgebungstemperatur. Ist die Umgebungstemperatur kalt, dann hat auch das Tier eine geringe Körpertemperatur - und seine Aktivität ist entsprechend eingeschränkt. Wenn die wärmer wird - die Umgebungstemperatur also steigt, dann steigt in gleicher Weise auch die Körpertemperatur eines wechselwarmen Tiers - und auch hier gilt, dass bei einer Temperaturzunahme von 10 Grad Stoffwechselreaktionen zwei bis dreimal so schnell ablaufen.