掀起“酶”的蓋頭來

韓永成

人教版高中生物必修教材《分子與細胞》中介紹了酶的本質和特性,在關于溫度對蛋白酶的影響時是這樣說的: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定值。2.此曲線顯示酶的作用溫度是以最適作用溫度為對稱軸呈左右對稱的。3.曲線的兩側與橫坐標軸沒有交點。筆者教學研究中發現存在著明顯的缺點,為此,筆者專門請教了有關專家并進行了研究,覺得有必要予以澄清。

首先,大多數的蛋白酶在高溫下分子結構遭到破壞,并失去了活性,特別是大多數的蛋白酶,因為蛋白質的變性而失去活性,這種變性大多是不可逆的,而且隨著溫度的升高,這種變性更無恢復的可能,也就是說曲線的右側的某一位置上應該與橫坐標有一個交點,而課本上的插圖沒有。為此筆者完整地摘錄了《生化簡明教程》插圖如下:

從圖上可以明確看出右側也沒有交點。對于蛋白類的酶來說,高溫時失去活性是肯定的,是不是對于核酶來說有例外呢?筆者專門請教了南京師范大學的教授,得到的回答也是肯定的,RNA酶在高溫下也會失去活性,也就是說即使是核酶也應該有一個交點。

其次,在低溫下,酶的活性也會受到抑制,由于它的分子結構沒有被破壞,所以在適宜的條件下可以恢復,而在日常生活中也可以利用這一點來保存酶,而從《生物化學簡明教程》的上述插圖可以看出,左側是從原點開始的,也就是說有一個交點。蛋白質類的酶在低溫下一般不會發生變性,但活性極低,甚至可以低到難以檢測的程度,RNA酶在低溫下的活性也可能會很低,因此,給出這個交點倒是能夠讓人理解的。但酶在高溫下會發生變性,變性以后酶的活性大部分將會完全喪失,最適作用溫度高溫一側也必定存在一個交點,不給出這個交點無法讓人理解。

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

第四,和一般化學反應相同,酶的反應在一定的溫度范圍0-40℃內,其速度隨溫度的升高而升高,根據一般經驗每升高10℃的反應速度增加一倍,高溫下酶易失活,絕大多數酶在60℃即失去活性,故此,最適作用溫度的右側下降的幅度應該較大,左側上升的幅度應該相對較慢,曲線的兩側也應該不會程明顯的對稱。

綜上所述,酶在一定的條件下有一個最適溫度,并且在最適溫度兩側應該是不對稱,左側和橫坐標無限接近,右側和橫軸在某一位置有一個交點。所以酶受溫度的影響曲線應該大體上是這樣一個趨勢:

當然,蛋白酶和核酶在特性上有一定的差異,曲線也應該有所變動。

另外,從曲線上無法直接反映出來的是,蛋白質的變性作用如不過于劇烈,是一種可逆反應。這一點在教學過程中往往也無法作出解釋。例如,胃蛋白酶加熱至80-90℃時,失去溶解性,也無消化的能力,如將溫度再降低到點37℃則它又可恢復溶解性與消化蛋白的能力,但隨著變性時間的增加、條件的加劇,變性程度也加深,如蛋白質的結絮作用和凝固作用就是變性程度深刻化,這樣就達到不可逆的變性。這些也絕不是一個圖就可以說明的。當然上述是筆者的一孔之見,錯誤在所難免,請各位同仁不吝賜教。

參考文獻:

1.全日制普通高級中學教科書《生物》必修第一冊,人民教育出版社自然編著室編著

2.《生物化學簡明教程》高等教育出版社第三版由羅紀盛等編著

顧問專家:南京師范大學許曉風教授

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有點出入。語言也盡量使用教材原文,也可以核對。

作者單位:江蘇省東海縣房山中學