掀起“酶”的蓋頭來(lái)

韓永成

人教版高中生物必修教材《分子與細(xì)胞》中介紹了酶的本質(zhì)和特性,在關(guān)于溫度對(duì)蛋白酶的影響時(shí)是這樣說(shuō)的:酶在高溫下易失去活性,低溫下酶的活性明顯降低,并給出了這樣一個(gè)曲線:

從曲線不難得出這樣一些推論:1.每種酶的最適作用溫度都是一個(gè)定值。2.此曲線顯示酶的作用溫度是以最適作用溫度為對(duì)稱(chēng)軸呈左右對(duì)稱(chēng)的。3.曲線的兩側(cè)與橫坐標(biāo)軸沒(méi)有交點(diǎn)。筆者教學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)存在著明顯的缺點(diǎn),為此,筆者專(zhuān)門(mén)請(qǐng)教了有關(guān)專(zhuān)家并進(jìn)行了研究,覺(jué)得有必要予以澄清。

首先,大多數(shù)的蛋白酶在高溫下分子結(jié)構(gòu)遭到破壞,并失去了活性,特別是大多數(shù)的蛋白酶,因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的變性而失去活性,這種變性大多是不可逆的,而且隨著溫度的升高,這種變性更無(wú)恢復(fù)的可能,也就是說(shuō)曲線的右側(cè)的某一位置上應(yīng)該與橫坐標(biāo)有一個(gè)交點(diǎn),而課本上的插圖沒(méi)有。為此筆者完整地摘錄了《生化簡(jiǎn)明教程》插圖如下:

從圖上可以明確看出右側(cè)也沒(méi)有交點(diǎn)。對(duì)于蛋白類(lèi)的酶來(lái)說(shuō),高溫時(shí)失去活性是肯定的,是不是對(duì)于核酶來(lái)說(shuō)有例外呢?筆者專(zhuān)門(mén)請(qǐng)教了南京師范大學(xué)的教授,得到的回答也是肯定的,RNA酶在高溫下也會(huì)失去活性,也就是說(shuō)即使是核酶也應(yīng)該有一個(gè)交點(diǎn)。

其次,在低溫下,酶的活性也會(huì)受到抑制,由于它的分子結(jié)構(gòu)沒(méi)有被破壞,所以在適宜的條件下可以恢復(fù),而在日常生活中也可以利用這一點(diǎn)來(lái)保存酶,而從《生物化學(xué)簡(jiǎn)明教程》的上述插圖可以看出,左側(cè)是從原點(diǎn)開(kāi)始的,也就是說(shuō)有一個(gè)交點(diǎn)。蛋白質(zhì)類(lèi)的酶在低溫下一般不會(huì)發(fā)生變性,但活性極低,甚至可以低到難以檢測(cè)的程度,RNA酶在低溫下的活性也可能會(huì)很低,因此,給出這個(gè)交點(diǎn)倒是能夠讓人理解的。但酶在高溫下會(huì)發(fā)生變性,變性以后酶的活性大部分將會(huì)完全喪失,最適作用溫度高溫一側(cè)也必定存在一個(gè)交點(diǎn),不給出這個(gè)交點(diǎn)無(wú)法讓人理解。

第三,酶的最適作用溫度不是一個(gè)固定不變的常數(shù),其數(shù)值受到底物、種類(lèi)、作用等因素的影響而改變,例如,酶的作用時(shí)間長(zhǎng)短不同,所求的最適作用溫度亦不同,作用時(shí)間愈長(zhǎng),最適作用溫度愈低,作用時(shí)間愈短,最適作用溫度則愈高。其實(shí)只有在一定的條件下各種酶才有其一定的最適作用溫度,通常動(dòng)物體內(nèi)酶的最適作用溫度在37-50℃,植物體內(nèi)的酶的最適作用溫度在50-60℃。

第四,和一般化學(xué)反應(yīng)相同,酶的反應(yīng)在一定的溫度范圍0-40℃內(nèi),其速度隨溫度的升高而升高,根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)每升高10℃的反應(yīng)速度增加一倍,高溫下酶易失活,絕大多數(shù)酶在60℃即失去活性,故此,最適作用溫度的右側(cè)下降的幅度應(yīng)該較大,左側(cè)上升的幅度應(yīng)該相對(duì)較慢,曲線的兩側(cè)也應(yīng)該不會(huì)程明顯的對(duì)稱(chēng)。

綜上所述,酶在一定的條件下有一個(gè)最適溫度,并且在最適溫度兩側(cè)應(yīng)該是不對(duì)稱(chēng),左側(cè)和橫坐標(biāo)無(wú)限接近,右側(cè)和橫軸在某一位置有一個(gè)交點(diǎn)。所以酶受溫度的影響曲線應(yīng)該大體上是這樣一個(gè)趨勢(shì):

當(dāng)然,蛋白酶和核酶在特性上有一定的差異,曲線也應(yīng)該有所變動(dòng)。

另外,從曲線上無(wú)法直接反映出來(lái)的是,蛋白質(zhì)的變性作用如不過(guò)于劇烈,是一種可逆反應(yīng)。這一點(diǎn)在教學(xué)過(guò)程中往往也無(wú)法作出解釋。例如,胃蛋白酶加熱至80-90℃時(shí),失去溶解性,也無(wú)消化的能力,如將溫度再降低到點(diǎn)37℃則它又可恢復(fù)溶解性與消化蛋白的能力,但隨著變性時(shí)間的增加、條件的加劇,變性程度也加深,如蛋白質(zhì)的結(jié)絮作用和凝固作用就是變性程度深刻化,這樣就達(dá)到不可逆的變性。這些也絕不是一個(gè)圖就可以說(shuō)明的。當(dāng)然上述是筆者的一孔之見(jiàn),錯(cuò)誤在所難免,請(qǐng)各位同仁不吝賜教。

參考文獻(xiàn):

1.全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)《生物》必修第一冊(cè),人民教育出版社自然編著室編著

2.《生物化學(xué)簡(jiǎn)明教程》高等教育出版社第三版由羅紀(jì)盛等編著

顧問(wèn)專(zhuān)家:南京師范大學(xué)許曉風(fēng)教授

備注:除最后一圖為筆者所繪,其他均為所選教材原圖,由于是電腦繪圖可能看起來(lái)有點(diǎn)出入。語(yǔ)言也盡量使用教材原文,也可以核對(duì)。

作者單位:江蘇省東?？h房山中學(xué)