A-level生物名师精讲 | 强大的酶—Enzyme

我们都知道酶enzyme是biological catalyst, 能极快的加速反应速率 。
大部分的酶是protein (globular protein), 有一小部分是RNA,称为ribozyme.
所以 , 下面我们来总结一下酶的properties:
1. Enzyme as biological catalyst
2. Enzymes can be used repeatedly (酶可以重复使用)
3. A small amount of enzyme is required
4. Enzyme is a kind of protein
5. affected by temperature and pH value of the environment. (酶会被温度 , pH等影响)
6. Enzymes possess specificity (酶具有特异性)
这是因为enzyme有一个特殊的区域称为活性部位(active site).由于substrate的形状与active site的形状高度契合(fit) , 因此substrate能够与active site特异性地结合 , 形成enzyme-substrate complex
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Enzyme 工作一共有两种mechanism: a. lock and key model and b. induced fit model
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Lock and key model应该很好理解 , substrate are exactly complimentary to enzyme active site.他们是一个完美的契合结构 , 像钥匙和锁一样 。
Induced fit mode是指当substrate结合到active site后 , enzyme will change its structure , 使得substrate和active site的结合更加地紧密 , 提高了酶的催化能力 。
我们接下来讲一下chemical reaction.
对于一个化学反应AB + CD → AC + BD, AB和CD是这个酶的substrate,或者称为substrate. 我们得到的AC和BD就是产物(product)
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如图所示 , 底物所含有的总能量和产物所含有的总能量是不同的 。
如果底物含有的总能量大于产物含有的总能量 , 那么该反应会释放能量 , 称为放能反应(exergonic reaction). 如果要让反应发生 , 要么从周围的环境中吸热 , 这部分能量是用于引发化学反应的能量被称为活化能(activation energy) , 缩写为EA 。
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上图中的EA就像一个山丘 , it is the minimum energy for a reaction to take place 。
那么酶是如何加速化学反应的呢?
答案是酶能够降低反应的EA , 让山丘矮了些 。
所以‘Enzymes lowers the activation energy by holding the substrate or substrates in such a way that their molecules can react more easily’酶催化的反应将在较低的温度下迅速发生 , 一般能加速108到1011倍 。
影响酶活性(enzyme activity)的因素:
1. 温度
在最适温度(optimal temperature)之前 , 随着温度的升高 , 分子运动加快 , substrate与active site的碰撞的概率增大 , 但是超过optimal temperature维持enzyme tertiary structure的bonds如hydrogen bond, ionic bond被破坏 , 导致enzyme denature失去活性 。 人体酶的optimal temperature在37 °C 。
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2. pH
同理不同的enzyme有不同的optimal pH , 当环境pH远远偏离酶的optimal pH时 , 比如强酸强碱的环境 , enzyme 的结构会被破坏 , so enzyme will denature.
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3. 底物浓度(substrate concentration)
Substrate concentration逐渐增加 , enzyme activity也逐渐增加 , 直到超过enzyme的concentration时 , reaction rate will not change.
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