[科普中國]-酶促反應(yīng)

酶促反應(yīng)（Enzyme catalysis）又稱酶催化或酵素催化作用，指的是由酶作為催化劑進(jìn)行催化的化學(xué)反應(yīng)。

生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)絕大多數(shù)屬于酶促反應(yīng)。酶作為一種生物催化劑在催化一個化學(xué)反應(yīng)時，既具有一般的催化劑的特征，又具有不同于一般催化劑的特殊性。

簡介酶是一種具有特異性的高效生物催化劑,絕大多數(shù)的酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)。酶的催化條件溫和,在常溫、常壓下即可進(jìn)行。酶催化的反應(yīng)稱為酶促反應(yīng),要比相應(yīng)的非催化反應(yīng)快103-107倍。酶促反應(yīng)動力學(xué)簡稱酶動力學(xué),主要研究酶促反應(yīng)的速度和底物(即反應(yīng)物)濃度以及其他因素的關(guān)系。在底物濃度很低時酶促反應(yīng)是一級反應(yīng);當(dāng)?shù)孜餄舛忍幱谥虚g范圍時,是混合級反應(yīng);當(dāng)?shù)孜餄舛仍黾訒r,向零級反應(yīng)過渡1。

主要特性普遍性1、酶與一般催化劑一樣，只催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)（即可逆反應(yīng)）

2、可以加快化學(xué)反應(yīng)的速率，而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)，即不改變反應(yīng)的平衡常數(shù)

3、作用機(jī)理都是降低反應(yīng)的活化能

4、在反應(yīng)前后，酶沒有質(zhì)和量的改變，且微量的酶便可發(fā)揮巨大的催化作用。

特殊性但是酶也具有不同于其他催化劑的特殊性。

在酶促反應(yīng)中，酶作為高效催化劑，使得反應(yīng)以極快的速度或在一般情況無法反應(yīng)的條件下進(jìn)行。

酶是生物體內(nèi)進(jìn)行各種化學(xué)反應(yīng)最重要的物質(zhì)。

特點(diǎn)一、酶促反應(yīng)具有極高的效率

二、酶促反應(yīng)具有高度的特異性

酶的特異性是指酶對底物的選擇性，有以下三種類型：

1.絕對特異性 酶只作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。如淀粉酶只作用淀粉。

2.相對特異性 酶可作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。例如磷酸酶可作用于所有含磷酸酯鍵的化合物。

3.立體異構(gòu)特異性 一種產(chǎn)僅作用于立體異構(gòu)體中的一種。例如L-乳酸脫氫酶只作用于L-乳酸，而對D-乳酸不起催物作用。

三、酶活性的可調(diào)節(jié)性

四、酶活性的不穩(wěn)定性

因素溫度、酸堿度、酶的濃度、被催化物質(zhì)的濃度、抑制劑、激活劑、反應(yīng)產(chǎn)物

底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響

底物濃度的改變，對酶反應(yīng)速度的影響比較復(fù)雜。在一定的酶濃度下當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時（底物濃度從0逐漸增高），反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系呈正比關(guān)系（如右圖）；隨著底物濃度的增加，反應(yīng)速度不再按正比升高；如果再繼續(xù)加大底物濃度，反應(yīng)速度卻不再上升，趨向一個極限2。

影響在一定的溫度和pH條件下，當(dāng)?shù)孜餄舛茸阋允姑革柡偷?/p>

情況下，酶的濃度與酶促反應(yīng)速度呈正比關(guān)系。右圖：

pH對酶反應(yīng)速度的影響

pH對酶促反應(yīng)速度的影響酶反應(yīng)介質(zhì)的pH可影響酶分子，特別是活性中心上必需基團(tuán)的解離程度和催化基團(tuán)中質(zhì)子供體或質(zhì)子受體所需的離子化狀態(tài)，也可影響底物和輔酶的解離程度，從而影響酶與底物的結(jié)合。只有在特定的pH條件下，酶、底物和輔酶的解離情況，最適宜于它們互相結(jié)合，并發(fā)生催化作用，使酶促反應(yīng)速度達(dá)最大值，這種pH值稱為酶的最適pH。

胰蛋白酶大部分酶的活力受其環(huán)境pH的影響，在一定pH下，酶促反應(yīng)具有最大速度，高于或低于此值，反應(yīng)就會下降，通常稱此pH為酶的最適pH。不同酶的最適pH不同。右圖：例如：胃蛋白酶的最適pH為1.5~2.2，胰蛋白酶的最適pH為8.0~9.0，唾液淀粉酶的最適pH為6.8等。動物酶多在pH6.5~8.0之間，植物及微生物多在pH4.5~6.5之間，但也有例外。如：真菌的最適pH為5.0~6.0，多數(shù)細(xì)菌的最適為6.5~7.5，放線菌的最適在7.5~8.5。

體內(nèi)多數(shù)酶的最適pH值接近中性，但也有例外，如胃蛋白酶的最適pH約1.8，肝精氨酸酶最適pH約為9.8。溶液的pH值高于和低于最適pH時都會使酶的活性降低，遠(yuǎn)離最適pH值時甚至導(dǎo)致酶的變性失活（圖）。所以測定酶的活性時，應(yīng)選用適宜的緩沖液，以保持酶活性的相對恒定。臨床上根據(jù)胃蛋白酶的最適PH偏酸這一特點(diǎn)，配制助消化的胃蛋白酶合劑時加入一定量的稀鹽酸，使其發(fā)揮更好的療效。

pH影響酶活性的主要原因

過酸、過堿影響了酶分子的結(jié)構(gòu)，甚至使酶變性失活。

應(yīng)該注意的是，酶在試管中的最適pH與它在正常細(xì)胞中的生理pH值并不一定完全相同。這是因?yàn)橐粋€細(xì)胞內(nèi)可能會有幾百種酶，不同的酶對此細(xì)胞內(nèi)的生理pH的敏感性不同；也就是說此pH對一些酶是最適pH，而對另一些酶則不是，不同的酶表現(xiàn)出不同的活性。這種不同對于控制細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的代謝途徑可能具有很重要的意義。

溫度對酶促反應(yīng)速度的影響

化學(xué)反應(yīng)的速度隨溫度增高而加快，但酶是蛋白質(zhì)，可隨溫度的升高而變性。在溫度較低時，前一影響較大，反應(yīng)速度隨溫度升高而加快。但溫度超過一定范圍后，酶受熱變性的因素占優(yōu)勢，反應(yīng)速度反而隨溫度上升而減慢。常將酶促反應(yīng)速度最大的某一溫度范圍，稱為酶的最適溫度

人體內(nèi)酶的最適溫度接近體溫，一般為37℃～40℃之間，若將酶加熱到60℃即開始變性，超過80℃，酶的變性不可逆。

溫度對酶促反應(yīng)速度的影響在臨床實(shí)踐中具有指導(dǎo)意義。低溫條件下，酶的活性下降，但低溫一般不破壞酶，溫度回升后，酶又恢復(fù)活性。所以在管理技術(shù)操作中對酶制劑和酶檢測標(biāo)本（如血清等）應(yīng)放在冰箱中低溫保存，需要時從冰箱取出，在室溫條件下等溫度回升后再使用或檢測。溫度超過80℃后，多數(shù)酶變性失活，臨床應(yīng)用這一原理進(jìn)行高溫滅菌。

酶的最適溫度與反應(yīng)所需時間有關(guān)，酶可以在短時間內(nèi)耐受較高的溫度，相反，延長反應(yīng)時間，最適溫度便降低。據(jù)此，在生化檢驗(yàn)中，可以采取適當(dāng)提高溫度，縮短時間的方法，進(jìn)行酶的快速檢測。

不同的溫度對活性的影響不同，但都有一個最適溫度。在最適溫度的兩側(cè)，

反應(yīng)速度都比較低。右圖：溫度對酶促反應(yīng)的影響包括兩方面：一方面是當(dāng)溫度升高時，反應(yīng)速度也加快，這與一般化學(xué)反應(yīng)相同。另一方面，隨溫度升高而使酶逐步變性，即通過減少有活性的酶而降低酶的反應(yīng)速度。在低于最適溫度時，前一種效應(yīng)為主，在高于最適溫度時，則后一種效應(yīng)為主，因而酶活性喪失，反應(yīng)速度下降。

在制備培養(yǎng)基的過程中，可采用高溫對培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌，主要是破壞了微生物體內(nèi)的酶的活性。采用高溫滅菌在醫(yī)學(xué)和生活實(shí)踐中都有較廣泛的應(yīng)用。

在低溫的條件下，酶的活性降低，但酶分子的結(jié)構(gòu)一般還會發(fā)生改變。所以，人們可以選擇在低溫下保存酶。在生活實(shí)踐中人們也經(jīng)常選擇在低溫下較長時間保存食品。

抑制劑的作用通過改變酶必需基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)從而引起酶活力降低或喪失的作用稱為抑制作用，具有抑制作用的物質(zhì)稱為抑制劑，抑制劑通常是小分子化合物，但在生物體內(nèi)也存在生物大分子類型的抑制劑。

酶的抑制劑分類酶的抑制劑分為不可逆抑制劑和可逆抑制劑兩大類。不可逆抑制劑與酶的必需基團(tuán)以共價鍵結(jié)合，引起酶的永久性失活，其抑制作用不能夠用透析，超濾等溫和物理手段解除?？赡嬉种苿┡c酶蛋白以非共價鍵結(jié)合，引起酶活性暫時性喪失，其抑制作用可以通過透析、超濾等手段解除?？赡嬉种苿┯址譃楦偁幮砸种苿?、非競爭性抑制劑和反競爭性抑制劑等。

激活劑的作用酶的活力可以被某些物質(zhì)提高，這些物質(zhì)稱為激活劑，在酶促反應(yīng)體現(xiàn)中加入激活劑可導(dǎo)致反應(yīng)速率增加。通常酶對激活劑有一定選擇性，且有一定濃度要求，一種酶的激活劑對另一種酶可能是抑制劑，當(dāng)激活劑的濃度超過一定的范圍時，它就成為抑制劑1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

江松敏 - 副教授 - 復(fù)旦大學(xué)