酶的性质与功能
酵素の性質と働き
酶是降低活化能的生物催化剂,主要成分是蛋白质,只作用于特定底物,有最适温度和最适 pH。低温只是抑制活性,回温后能恢复;高温使酶变性失活,不可逆。
过氧化氢在常温下分解得极慢,滴到切开的生猪肝上却立刻冒出大量气泡;猪肝先煮过再滴,气泡几乎没有。起作用的是猪肝里的过氧化氢酶(カタラーゼ),催化 2H2O2 → 2H2O + O2,煮过之后它就被破坏了。
为什么是这样
化学反应要越过一道能量门槛——活化能(活性化エネルギー)——才能进行。酶(酵素)与反应物(底物,基質)结合后降低了这道门槛,于是反应在体温下就能快速进行。酶本身在反应前后不变,可以反复使用,所以少量的酶就能处理大量底物。
每种酶只作用于特定的底物,称为底物特异性(基質特異性)。原因在酶的立体结构:酶上有一个与底物形状吻合的活性部位,底物结合进去形成酶–底物复合体,反应后产物离开,活性部位又空出来。淀粉酶分解淀粉而不分解蛋白质,胃蛋白酶则相反。
温度升高时分子运动加快,反应变快;但温度过高,酶的立体结构被破坏(变性)而失活,所以酶有最适温度。低温只使反应变慢,结构没有被破坏,回温后活性能恢复;高温造成的变性一般不可逆,冷却后也不能恢复。pH 同样影响活性部位的结构,每种酶有自己的最适 pH。
定量表达
人体内多数酶的最适温度在 35–40 ℃ 左右。最适 pH 因酶而异,并与所在环境相符:胃液中的胃蛋白酶约 pH 2,唾液淀粉酶约 pH 7,胰液中的胰蛋白酶约 pH 8。
酶量一定时,反应速度随底物浓度升高而增大,但逐渐趋于最大值:所有活性部位都被占满后,再加底物也不会更快;此时把酶量加倍,最大速度也加倍。与底物结构相似的物质抢占活性部位,叫竞争性抑制(競争的阻害),底物足够多时影响变小;抑制物结合在活性部位以外、改变酶的形状,叫非竞争性抑制(非競争的阻害),底物再多最大速度也下降(见图)。
有些酶需要低分子的辅酶(補酵素)才能起作用。把酵母榨汁装入透析袋,辅酶透过半透膜,酶蛋白留在袋内,两部分单独都没有活性,混合后恢复;辅酶耐热,酶蛋白不耐热。代谢途径的最终产物抑制前段某个酶的现象叫反馈调节,这类酶多为在活性部位以外另有调节部位的别构酶(アロステリック酵素)。
- 例题
- 容易错在哪里
- 自测
- 小结
- 日文术语