酶

一个催化剂(catalyst)是一种加速一个化学反应(chemical reaction)的速率(rate)但不被反应消耗或改变的物质。同一个催化剂能一遍又一遍地使用。

酶(Enzymes)是生物催化剂——由活细胞制造的催化剂。它们是蛋白质(proteins)。酶参与新陈代谢(metabolism)的所有反应,所以它们控制一个生物中几乎每个化学反应。

酶至关重要。没有它们,使你活着的反应会太慢。酶把反应速率提高得足以使生物体活着。

每个酶有一个叫它活性位点(active site)的特殊口袋。它作用的分子(molecule)叫底物(substrate)。

• 活性位点的形状与底物的形状互补(complementary)——它们像一把钥匙在一把锁里契合在一起。
• 底物插入活性位点。(补充) 这构成一个酶底物复合物(enzyme-substrate complex)。
• 反应发生,而底物被变成一个或多个产物(products)。
• 产物离开活性位点,它随即腾出来再次被使用。

Why enzymes are specific (Supplement)

每个酶是专一(specific)的——它只作用于一种底物。这是因为只有那个底物有正确的形状来契合活性位点。一个不同形状的底物不会契合,正如错误的钥匙不会打开一把锁。

一个酶的活性取决于温度(temperature)和 pH。你可以通过测量反应在不同的温度或 pH 值进行得多快来研究这个。

Temperature

• 随着温度从冷上升,酶活性加速。酶和底物分子有更多的动能(kinetic energy),所以它们移动更快、更频繁地相遇。(补充) 每秒有更多有用的碰撞(collisions)。
• 活性在最适温度(optimum temperature,人体中约 37 °C)最高。
• 在最适温度之上,活性快速下降。热改变活性位点的形状,所以底物不再契合。酶被变性(denatured)。变性是永久的——酶不能恢复。

例题。 一个反应在 20 °C 时 50 s 完成,在 37 °C 时 20 s 完成。哪个温度更快?快多少?更短的时间意味着更快的速率,所以用 速率 = 1000 ÷ 时间 求出速率。在 20 °C,速率是 1000 ÷ 50 = 20 个单位;在 37 °C,是 1000 ÷ 20 = 50 个单位。所以 37 °C 快 50 ÷ 20 = 2.5 倍。不要说速率"上升了 30 s" - 时间不是速率。先把时间换成速率,并记住:速率越大,时间总是越小。

pH

• 每个酶在一个特定的 pH 工作得最好。
• 若 pH 太高或太低,活性位点的形状改变,底物停止契合,而酶被变性。

• 一个酶既是一个蛋白质又是一个生物催化剂:它加速一个反应而不被消耗。
• 描述形状:活性位点与底物互补(锁钥思想)。每个酶对一种底物专一。
• 低温 → 慢(太少的动能)。最适 → 最快。太热 → 变性(活性位点永久地失去它的形状)。
• 错误的 pH 也通过改变活性位点的形状使酶变性。
• "变性"不意味着"被杀死"——酶不是活的。说活性位点的形状已改变,所以底物不再契合。