酶的作用

发生的部位

酶的作用发生在酶的活性部位，一个具有特定形状、只有相配的底物才能嵌入的区域。酶既在细胞内起作用，例如在呼吸作用中，也在细胞外起作用，例如消化道中的消化酶。

细胞内酶在细胞质与细胞器内起作用：糖酵解的酶在细胞质中，三羧酸循环的酶在线粒体基质中，光合作用的酶在叶绿体基质中。细胞外酶在细胞内合成，由高尔基体包装成囊泡，经胞吐作用释放到细胞外发挥作用，口腔中的唾液淀粉酶、胃中的胃蛋白酶，以及十二指肠中的胰脂肪酶、胰淀粉酶与胰蛋白酶。

作用部位对考试答案很重要，因为每个部位都有各自的最适pH：胃蛋白酶在酸性的胃中约pH 2下工作，胰蛋白酶在碱性的十二指肠中约pH 8下工作。

输入与输出

• 输入：底物，酶所作用的分子，例如淀粉酶的底物是淀粉，胃蛋白酶的底物是蛋白质，过氧化氢酶的底物是过氧化氢。
• 输入：酶，一种球状蛋白质，其活性部位由少数几个氨基酸折叠而成，形状精确。
• 输入：合适的条件，接近最适温度、接近最适pH，以及水解反应所需的水。
• 输出：产物，淀粉生成麦芽糖，蛋白质生成多肽，过氧化氢生成水和氧气。
• 输出：酶本身，保持不变地被释放，并能立即与另一个底物分子结合。
• 不属于输出：通常意义上的能量，酶降低反应的活化能，使反应在体温下更快进行，但酶并不提供能量。

步骤

1. 随机运动使底物分子靠近酶；底物浓度和温度越高，碰撞越频繁。
2. 底物因形状互补而嵌入活性部位，就像钥匙插入锁孔；形状不对的底物无法结合。
3. 底物与活性部位之间形成弱键，把底物固定在位置上，并使其内部的化学键受到拉扯。
4. 酶-底物复合物形成；反应所需的活化能已被降低。
5. 反应发生：在分解反应中底物裂解为两种或更多产物，在合成反应中两个底物被连接起来。
6. 产物的形状与底物不同，不再与活性部位相配，于是被释放。
7. 酶的形状和化学组成保持不变；活性部位空出，准备接纳下一个底物分子。
8. 这一循环每秒重复数千次，直到底物耗尽、产物被移走或条件发生改变。

为何重要以及如何受控

酶能加快那些原本进行得太慢、不足以维持生命的反应，而自身不会被消耗。由于每个活性部位形状特定，酶具有专一性，通常只对一种底物起作用。

酶的活性受温度、pH 与底物浓度影响，极端的温度或 pH 会改变活性部位的形状，使酶变性。

温度以两种相反的方式控制酶的作用。温度向最适温度（人体酶约为37 °C）上升时，分子获得动能，碰撞更频繁，反应速率提高。

超过最适温度后，振动破坏维持蛋白质折叠形状的弱氢键，活性部位失去特定形状，底物无法再结合：酶发生变性，且是永久性的。低温不会使酶变性，只会减慢反应，这就是为什么冷却过的试管重新加温后酶能恢复活性。

pH通过活性部位氨基酸所带的电荷来控制酶的作用。每种酶都有一个最适pH，在此pH下这些电荷维持正确的形状；偏离它会降低活性，极端改变则使酶变性。

底物浓度在一定范围内控制速率：底物越多，碰撞越多，速率越快，直到每个活性部位始终被占据、酶达到饱和，此后再增加底物也不会有差别。酶浓度从另一侧产生同样的效果，酶分子越多，可用的活性部位越多，只要底物充足，速率就会上升。

影响酶促反应速率的因素

如何考查

题目可能要求用标注图描述锁钥模型，解释温度或 pH 变化如何影响酶催化反应的速率，或解释变性的含义以及变性后的酶为何无法发挥作用。

图表题最为常见：给出反应速率随温度或pH变化的曲线，要求描述并解释其形状。评分标准把描述（速率上升至37 °C后下降）与解释（动能与碰撞增多；超过最适温度后活性部位变性）分开计分，因此两者都要写。

第二类题给出实验装置，淀粉与淀粉酶按固定间隔做碘液检验，或用马铃薯中的过氧化氢酶分解过氧化氢并测量产生的氧气，要求你指出变量、预测结果并加以解释。比较题可能对比锁钥模型与诱导契合模型，或问为什么一种酶不能消化另一种底物。

常见误解

考试风格例题

题目。 一名学生把等体积的淀粉溶液与淀粉酶溶液放入试管，分别置于10 °C、25 °C、37 °C、50 °C和70 °C的水浴中。

每隔一分钟从各试管取一滴用碘液检验。碘液不再变蓝黑色所需的时间分别记录为18、9、4、12分钟以及“30分钟后仍无变化”。

(a) 解释碘液检验结果说明了什么。(b) 解释为什么37 °C时反应最快。

(c) 解释70 °C时的结果。(d) 学生随后把70 °C的试管冷却到37 °C再次检验。

预测结果并解释你的预测。

参考答案。 (a) 碘液遇淀粉变蓝黑色；当它保持棕色时，说明淀粉已被淀粉酶完全水解为麦芽糖，因此所需时间反映了酶作用的速率。

(b) 37 °C是淀粉酶的最适温度：分子动能高，底物与活性部位之间的碰撞频繁，酶-底物复合物迅速形成。(c) 70 °C时酶已变性：高温破坏维持蛋白质形状的化学键，活性部位形状改变，底物不再能嵌入，淀粉未被分解，碘液保持蓝黑色。

(d) 碘液仍会变蓝黑色。变性是永久性的；冷却不能恢复活性部位的形状，因此没有淀粉被消化。

相比之下，10 °C的试管反应慢但酶未变性，因为低温只是降低了动能。

来源:SRC-DSKP-EN

常见问题