一. 酶的化學(xué)本質(zhì)
酶是一類具有生物催化作用的有機(jī)物。絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),少數(shù)酶是RNA.
二. 酶的產(chǎn)生場所與作用場所
酶是在活細(xì)胞中產(chǎn)生的,所有的活細(xì)胞均可以產(chǎn)生酶.酶既可以在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用,比如線粒體內(nèi)的呼吸氧化酶和葉綠體中的光合作用酶等,也可以分泌到細(xì)胞外起作用,比如唾液淀粉酶、胃蛋白酶等各種消化酶.不僅如此,在體外適宜的條件下酶也具有催化作用,比如可以把唾液淀粉酶加入到試管里,在適宜的條件下催化淀粉的水解反應(yīng).
三. 酶與一般的催化劑
(一)共性
作為具有催化作用的一類物質(zhì),酶與一般的催化劑具有一些共性:①僅能改變化學(xué)反應(yīng)速率,而不能改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn). ②只需要微量就可以使相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)加速進(jìn)行,而本身的質(zhì)與量都不會發(fā)生變化。
(二)特性
與一般催化劑相比,酶還具有以下特性:
1.高效性:
一般而言,酶催化反應(yīng)的速率比非催化反應(yīng)的速率高108--1020倍,比其他無機(jī)催化劑催化反應(yīng)的速率高107—1013倍.
2.專一性:
一種酶只能催化一種化合物或一類化合物的化學(xué)反應(yīng).例如,淀粉酶只能催化淀粉的水解,而對蔗糖不起作用;二肽酶可以催化任何兩個氨基酸組成的二肽的水解反應(yīng),但是不能催化多肽的水解.
3.易失活:
由于大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì),所以凡是能使蛋白質(zhì)變性的因素,如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫、重金屬鹽、X射線、紫外線等，都能使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞,導(dǎo)致酶完全失去活性而不可恢復(fù).所以,酶一般要求比較溫和的條件,比如常溫、常壓、接近中性的酸堿度等.
四.影響酶促反應(yīng)的因素:
影響酶促反應(yīng)的因素主要有溫度、PH值、底物濃度、酶濃度等.
1.溫度與酶活性
每種酶只能在一定限度的溫度范圍內(nèi)起作用.酶表現(xiàn)最大活性時的溫度叫做酶的最適溫度.低于最適溫度時,隨著溫度的降低,活性也下降,到一定范圍內(nèi)酶的催化效率為零,但是此時酶的活性仍保留。溫度恢復(fù)到最適時,酶的活性逐步增加直至最大.高于最適溫度時,隨著溫度的上升,酶的活性迅速下降,到一定限度時會因?yàn)樽冃远セ钚?。此時即使再恢復(fù)到最適溫度,酶的活性也無法恢復(fù).圖像表示如圖1.
2.PH與酶活性
每種酶只能在一定限度的PH范圍內(nèi)起作用.酶表現(xiàn)最大活性時的PH叫做酶的最適PH.稍高或稍低于最適PH,酶的活性都會降低;偏離最適PH越遠(yuǎn),酶活性就越低.過酸或過堿時酶本身會因?yàn)樽冃远セ钚? 即使再恢復(fù)到最適PH,酶的活性也無法恢復(fù).圖像表示如圖2.
值得特別指出的是,酶的最適PH一般接近于中性,但是胃蛋白酶的最適PH為1.5—2.2.
圖1 圖2
3.底物濃度與酶促反應(yīng)速率
在底物(反應(yīng)物)濃度較低時,反應(yīng)速率隨底物濃度的增加而加快;在底物濃度較高時, 反應(yīng)速率仍隨底物濃度的增加而加快,但是并不顯著; 在底物濃度很高且達(dá)到一定濃度時,反應(yīng)速率達(dá)到最大值.此時酶已經(jīng)被底物所飽和,即使再增加底物濃度,反應(yīng)速率也幾乎不再加快.圖像表示如圖3.
4.酶濃度與酶促反應(yīng)速率
在酶促反應(yīng)中,如果底物濃度足夠大,足以使酶飽和,而且反應(yīng)系統(tǒng)中不含有抑制酶活性的物質(zhì)及其他不利于酶發(fā)揮作用的因素時,酶促反應(yīng)的反應(yīng)速率與酶濃度成正比.圖像表示如圖4.
圖3 圖4
五．高中生物學(xué)中常見的酶
1.物質(zhì)代謝中的酶：
①淀粉酶：主要有唾液腺分泌的唾液淀粉酶、胰腺分泌的胰淀粉酶和腸腺分泌的腸淀粉酶?？纱呋矸鬯獬甥溠刻?。
②麥芽糖酶：主要有胰腺分泌的胰麥芽糖酶和腸腺分泌的腸麥芽糖酶?？纱呋溠刻撬獬善咸烟?。
③脂肪酶：主要有胰腺分泌的胰脂肪酶和腸腺分泌的腸脂肪酶?？纱呋痉纸鉃橹舅岷透视?。需要指出的是，脂肪分解前往往需要經(jīng)過肝臟分泌的膽汁的乳化作用形成脂肪微粒。
④蛋白酶：主要有胃腺分泌的胃蛋白酶和胰腺分泌的胰蛋白酶?？纱呋鞍踪|(zhì)水解成多肽鏈。
⑤肽酶：由腸腺分泌?？纱呋嚯逆溗獬砂被帷?/font>
⑥轉(zhuǎn)氨酶：催化蛋白質(zhì)代謝過程中氨基轉(zhuǎn)換過程。例如人體中的谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT），能夠把谷氨酸上的氨基轉(zhuǎn)移給丙酮酸，從而形成丙氨酸和酮戊二酸（見圖5）。谷丙轉(zhuǎn)氨酶在肝臟中的含量最多，當(dāng)肝臟發(fā)生病變時谷丙轉(zhuǎn)氨酶就大量釋放到血液中。因此臨床上常把化驗(yàn)人體血液中這種酶的含量作為診斷是否患肝炎等疾病的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
圖5
除此之外，常見的還有光合作用酶、呼吸氧化酶、ATP合成酶等，這里不再贅述。
2.遺傳變異中的酶：
①解旋酶：在DNA復(fù)制或者轉(zhuǎn)錄時，解旋酶可以將DNA分子的兩條多脫氧核苷酸鏈中配對的堿基從氫鍵處斷裂，從而使兩條螺旋的雙鏈解開。
②DNA/RNA聚合酶：分別催化脫氧核苷酸聚合成DNA鏈及核糖核苷酸聚合成RNA鏈的反應(yīng)。
③逆轉(zhuǎn)錄酶：催化以RNA為模板、以脫氧核糖核苷酸為原料合成DNA的過程。
3.生物工程中的酶：
①限制性內(nèi)切酶：主要存在于微生物中，一種限制性內(nèi)切酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的位點(diǎn)上切割DNA 分子。據(jù)此，可以用限制性內(nèi)切酶切割獲得基因工程中所需要的目的基因。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了200多種限制性內(nèi)切酶。
②DNA連接酶：如果將經(jīng)過同一種內(nèi)切酶剪切而成的兩段DNA比喻為斷成兩截的梯子，那么DNA連接酶可以把梯子的“扶手”的斷口處（注意：不是連接堿基對，堿基對可以依靠氫鍵連接），即兩條DNA黏性末端之間的縫隙“縫合”起來。據(jù)此，可以在基因工程中用以連接目的基因和運(yùn)載體。
③纖維素酶和果膠酶：植物細(xì)胞工程中植物體細(xì)胞雜交時，需事先用纖維素酶和果膠酶分解植物細(xì)胞的細(xì)胞壁，從而獲得有活力的原生質(zhì)體，然后誘導(dǎo)不同植物的原生質(zhì)體融合。
④胰蛋白酶：在動物細(xì)胞工程的動物細(xì)胞培養(yǎng)中，需要用胰蛋白酶將取自動物胚胎或幼齡動物的器官和組織分散成單個的細(xì)胞，然后配制成細(xì)胞懸浮液進(jìn)行培養(yǎng)。
4.微生物代謝調(diào)節(jié)中的酶：
微生物代謝的調(diào)節(jié)主要包括兩種方式：酶合成的調(diào)節(jié)和酶活性的調(diào)節(jié)。
酶合成的調(diào)節(jié)是指只有在環(huán)境中存在某種物質(zhì)的情況下合成特定誘導(dǎo)酶的調(diào)節(jié)方式。這里涉及到兩種酶:①組成酶----指微生物細(xì)胞中一直存在的酶。它們的合成只受遺傳物質(zhì)的控制。例如大腸桿菌細(xì)胞中分解葡萄糖的酶；②誘導(dǎo)酶----指環(huán)境中存在某種物質(zhì)的情況下才合成的酶。例如大腸桿菌細(xì)胞中分解乳糖的酶。
酶活性的調(diào)節(jié)則是由于代謝過程中產(chǎn)生的物質(zhì)與酶結(jié)合，導(dǎo)致酶的結(jié)構(gòu)發(fā)生可逆性的變化，從而改變了酶活性的調(diào)節(jié)方式。例如谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸過程中的谷氨酸脫氫酶。
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