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Thermolabile désigne une substance (protéine) qui perd ses propriétés lorsqu'elle subit une élévation de température.
Cela concerne surtout des protéines complexes (toxines et autres) qui sous l'effet de la température perdent leur configuration tri-dimensionnelle et les propriétés qui y sont liées. Entre autres exemples, on peut citer la toxine botulique ou celle contenue dans le venin de guêpe, la vitamine B9 ... Les protéines enzymatiques sont thermolabiles, contrairement aux coenzymes qui sont thermostables.