關(guān)于酶活性的兩個疑問

歐陽一鳴

（湖北省荊州中學(xué) 湖北荊州 434000）

1 溶酶體酶泄露后活性升高還是降低

在高中生物學(xué)教學(xué)中，師生一般認(rèn)為溶酶體酶泄露后活性降低，這一點在翟中和主編的《細(xì)胞生物學(xué)》中也有體現(xiàn)：少量的溶酶體酶泄露到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，并不會引起細(xì)胞損傷，其主要原因是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的pH約為7.0。在這種環(huán)境中，溶酶體酶的活性大大降低。但是，該教材中關(guān)于溶酶體發(fā)現(xiàn)歷程的描述，對泄露后的溶酶體酶活性卻有截然相反的說法：1949年，德迪夫利用大鼠肝組織勻漿離心得到了線粒體組分，在測定組分中酸性磷酸酶活性時出現(xiàn)了一些反常現(xiàn)象，如蒸餾水提取物中的活性比在蔗糖滲透平衡抽提物中酶的活性高。放置一段時間的抽提物比新鮮制品中的酶活性高，且酶活性與沉淀物線粒體無關(guān)，從而推測出線粒體中還存在一種新的細(xì)胞器。1955年，通過電子顯微鏡確定了溶酶體的存在。這部分內(nèi)容似乎認(rèn)為溶酶體破損后釋放的酶活性會升高，因為用蒸餾水處理顯然會導(dǎo)致溶酶體吸水破裂釋放溶酶體酶，而放置一段時間應(yīng)該有類似效果。

為了進一步證實推測，筆者查閱了貼近原始實驗的數(shù)據(jù)：

新鮮的細(xì)胞勻漿及各離心組分在冰箱放置一段時間后，酸性磷酸酶（可以使磷酸化合物水解產(chǎn)生磷酸鹽）活性大幅上升（表1）。德迪夫據(jù)表推測組分放置冰箱后，由于凍存而損傷膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致這種膜結(jié)構(gòu)含有的酶釋放而增加酶活性，據(jù)此認(rèn)為酸性磷酸酶也是一種膜包被的酶。可知這里酶活性的上升指的應(yīng)該是酶量的增加。

表1 酸性磷酸酶在新鮮組分與延時處理組分中的活性

在王鏡巖主編的《生物化學(xué)教程》中有這樣一段陳述：酶試樣或酶制品或多或少都雜有其他蛋白質(zhì)，因而酶的量不能直接用質(zhì)量或物質(zhì)量表示，需要用它的生物活性即催化能力表示，即酶活性代表酶量。

綜上，兩段說法的主要矛盾在于對酶活性概念的解讀。高中教學(xué)中討論的通常是單位酶在不同設(shè)定條件（如溫度、pH等）下的構(gòu)象變化導(dǎo)致對反應(yīng)催化能力不同。而大學(xué)生物化學(xué)教材中討論的是同一（適宜）條件下因酶制品中酶量的不同導(dǎo)致對反應(yīng)的催化能力不同。所以細(xì)胞生物學(xué)前文提到的活性升高，比較的是凍存等處理前后膜外酶量變化；后文提到的活性降低，比較的是泄露的溶酶體酶與膜內(nèi)酶的構(gòu)象差異。

2 酶的最適溫度與最適pH是否變化

在教輔資料及教師的課件中經(jīng)常可見到圖1。

圖1 溫度和pH對反應(yīng)物剩余量/相對量的關(guān)系

對圖1的解釋通常是，反應(yīng)溶液的pH（或溫度）不影響酶作用的最適溫度（或pH）。部分教師會進一步追問：酶作用的最適pH和最適溫度是不受外界因素影響的。這種說法成立嗎？

以蛋白質(zhì)類酶為例，首先要明確其催化機制。酶分子上存在多種可解離的催化基團，如Ser羥基、Cys巰基和His咪唑基等。這些基團要么是具有未共享電子對的，可以提供電子；要么是缺電子的，可以接受電子。缺電子的原子或基團傾向于從底物的多電子基團接納電子，該過程即為親電催化；具有未共享電子對的基團傾向于向底物的缺電子的核提供電子，該過程即為親核催化。當(dāng)酶分子通過上述方式和底物結(jié)合后，可使反應(yīng)物具有更大反應(yīng)性，即反應(yīng)所需活化能更低，更容易發(fā)生反應(yīng)。

因此，酶分子催化基團或底物的解離狀態(tài)可以影響到酶促反應(yīng)速率。而酶活性通常由酶促反應(yīng)速率衡量。pH變化意味著水溶液中缺電子的H濃度變化，很顯然，除極端pH條件造成酶空間結(jié)構(gòu)破壞致使活性完全喪失外，pH可以通過影響酶分子或者底物的解離狀態(tài)影響酶活性；而溫度可通過給分子賦能的方式影響其活躍程度，同樣可以導(dǎo)致分子相關(guān)基團的解離狀態(tài)變化。

綜上，pH和溫度可通過相同的機制影響酶促反應(yīng)，因此反應(yīng)溶液的pH（或溫度）會影響到酶作用的最適溫度（或pH）。