高中生物中酶知识的梳理与整合

高中生物中酶知识的梳理与整合

安徽东至徐少华

“酶”，是高中生物学知识体系中的一个重要环节，几乎贯穿着

整个高中课本。为了帮助大家更好地理解和掌握这部分内容，本文就

高中阶段有关酶的知识进行了总结和归纳.

一.酶的化学本质

酶是一类具有生物催化作用的有机物。绝大多数酶是蛋白质,少数

酶是RNA.

二.酶的产生场所与作用场所

酶是在活细胞中产生的,所有的活细胞均可以产生酶.酶既可以在

细胞内发挥作用,比如线粒体内的呼吸氧化酶和叶绿体中的光合作用

酶等,也可以分泌到细胞外起作用,比如唾液淀粉酶、胃蛋白酶等各种

消化酶.不仅如此,在体外适宜的条件下酶也具有催化作用,比如可以

把唾液淀粉酶加入到试管里,在适宜的条件下催化淀粉的水解反应.

三.酶与一般的催化剂

(一)共性

作为具有催化作用的一类物质,酶与一般的催化剂具有一些共性:

①仅能改变化学反应速率,而不能改变化学反应的平衡点. ②只需要

微量就可以使相应的化学反应加速进行,而本身的质与量都不会发生

变化.

(二)特性

与一般催化剂相比,酶还具有以下特性:

1.高效性:

一般而言,酶催化反应的速率比非催化反应的速率高108--1020倍,

比其他无机催化剂催化反应的速率高107—1013倍.

2.专一性:

一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应.例如,淀

粉酶只能催化淀粉的水解,而对蔗糖不起作用;二肽酶可以催化任何

两个氨基酸组成的二肽的水解反应,但是不能催化多肽的水解.

3.易失活:

由于大多数酶都是蛋白质,所以凡是能使蛋白质变性的因素,如

强酸、强碱、高温、重金属盐、X射线、紫外线等，都能使酶的空间

结构遭到破坏,导致酶完全失去活性而不可恢复.所以,酶一般要求比

较温和的条件,比如常温、常压、接近中性的酸碱度等.

四.影响酶促反应的因素:

影响酶促反应的因素主要有温度、PH值、底物浓度、酶浓度等.

1.温度与酶活性

每种酶只能在一定限度的温度范围内起作用.酶表现最大活性时的温度叫做酶的最适温度.低于最适温度时,随着温度的降低,活性也下降,到一定范围内酶的催化效率为零,但是此时酶的活性仍保留。温度恢复到最适时,酶的活性逐步增加直至最大.高于最适温度时,随着温度的上升,酶的活性迅速下降,到一定限度时会因为变性而失去活性。此时即使再恢复到最适温度,酶的活性也无法恢复.图像表示如图1.

与酶活性

每种酶只能在一定限度的PH范围内起作用.酶表现最大活性时的PH叫做酶的最适PH.稍高或稍低于最适PH,酶的活性都会降低;偏离最适PH越远,酶活性就越低.过酸或过碱时酶本身会因为变性而失去活性, 即使再恢复到最适PH,酶的活性也无法恢复.图像表示如图2.

值得特别指出的是,酶的最适PH一般接近于中性,但是胃蛋白酶的最适PH 为—.

图1 图2

3.底物浓度与酶促反应速率

在底物(反应物)浓度较低时,反应速率随底物浓度的增加而加快;在底物浓度较高时, 反应速率仍随底物浓度的增加而加快,但是并不显著; 在底物浓度很高且达到一定浓度时,反应速率达到最大值.此时酶已经被底物所饱和,即使再增加底物浓度,反应速率也几乎不再加快.图像表示如图3.

4.酶浓度与酶促反应速率

在酶促反应中,如果底物浓度足够大,足以使酶饱和,而且反应系统中不含有抑制酶活性的物质及其他不利于酶发挥作用的因素时,酶促反应的反应速率与酶浓度成正比.图像表示如图4.

图 3 图4

五．高中生物学中常见的酶

1.物质代谢中的酶：

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肠腺分泌的肠淀粉酶。可催化淀粉水解成麦芽糖。

②麦芽糖酶：

主要有胰腺分泌的胰麦芽糖酶和肠腺分泌的肠麦芽糖酶。可催化麦芽糖水解成葡萄糖。

③脂肪酶：

主要有胰腺分泌的胰脂肪酶和肠腺分泌的肠脂肪酶。可催化脂肪分解为脂肪酸和甘油。需要指出的是，脂肪分解前往往需要经过肝脏分泌的胆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。可催化蛋白质水解成多肽链。

⑤肽酶：

由肠腺分泌。可催化多肽链水解成氨基酸。

⑥转氨酶：

催化蛋白质代谢过程中氨基转换过程。例如人体中的谷丙转氨酶（GPT），能够把谷氨酸上的氨基转移给丙酮酸，从而形成丙氨酸和酮戊二酸（见图5）。谷丙转氨酶在肝脏中的含量最多，当肝脏发生病变时谷丙转氨酶就大量释放到血液中。因此临床上常把化验人体血液中这种酶的含量作为诊断是否患肝炎等疾病的一项重要指标。

图5

除此之外，常见的还有光合作用酶、呼吸氧化酶、ATP合成酶等，这里不再赘述。

2.遗传变异中的酶：

①解旋酶：

在DNA复制或者转录时，解旋酶可以将DNA分子的两条多脱氧核苷酸链中配对的碱基从氢键处断裂，从而使两条螺旋的双链解开。

②DNA/RNA聚合酶：

分别催化脱氧核苷酸聚合成DNA链以及核糖核苷酸聚合成RNA链的反应。

③逆转录酶：

催化以RNA为模板、以脱氧核糖核苷酸为原料合成DNA的过程。

3.生物工程中的酶：

①限制性内切酶：

主要存在于微生物中，一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的位点上切割DNA 分子。据此，可以用限制性内切酶切割获得基因工程中所需要的目的基因。目前已经发现了200多种限制性内切酶。

②DNA连接酶：

如果将经过同一种内切酶剪切而成的两段DNA比喻为断成两截的梯子，那么DNA连接酶可以把梯子的“扶手”的断口处（注意：不是连接碱基对，碱基对可以依靠氢键连接），即两条DNA黏性末端之间的缝隙“缝合”起来。据此，可以在基因工程中用以连接目的基因和运载体。

③纤维素酶和果胶酶：

在植物细胞工程中植物体细胞杂交时，需要事先用纤维素酶和果胶酶分解植物细胞的细胞壁，从而获得有活力的原生质体，然后诱导不同植物的原生质体融合。

④胰蛋白酶：

在动物细胞工程的动物细胞培养中，需要用胰蛋白酶将取自动物胚胎或幼龄动物的器官和组织分散成单个的细胞，然后配制成细胞悬浮液进行培养。

4.微生物代谢调节中的酶：

微生物代谢的调节主要包括两种方式：酶合成的调节和酶活性的调节。

酶合成的调节是指只有在环境中存在某种物质的情况下合成特定诱导酶的调节方式。这里涉及到两种酶:①组成酶----指微生物细胞中一直存在的酶。它们的合成只受遗传物质的控制。例如大肠杆菌细胞中分解葡萄糖的酶；②诱导酶----指环境中存在某种物质的情况下才合成的酶。例如大肠杆菌细胞中分解乳糖的酶。