高中生物酶知识的整合及拓展

1高中生物学学科体系中的酶

酶是由活细胞合成、在机体内行使催化功能的生物催化剂。目前已发现的酶约有万余种，在高中生物学学科体系中常见的酶及功能概括如表1所示。

2、酶的化学本质

一般认为，自然界绝大多数酶是蛋白质，仅有少数为RNA。蛋白类的酶可分为单纯酶(其分子组成全为蛋白质)和全酶(含蛋白质和非蛋白质成分，图 1)两种。

核酶是具有催化功能的RNA分子，大多数核酶具有剪切RNA的功能。经过30多年的研究历程，科学家已证实自然发生的14种核酶(表2)。在高中生物学学科体系中涉及的核酶主要有催化真核细胞核mRNA前体剪接的剪接体和催化蛋白质生物合成的核糖体。

3酶作用的机制

酶的作用机制是通过降低生化反应的活化能来提高反应速率。目前该机制一般用中间产物学说来解释，其核心是酶在催化过程中首先与底物结合形成酶-底物中间复合物，发生化学反应后再分解成酶和产物，酶在反应前后数量和性质均不变。

4酶的作用特点

酶的作用具有高效性,与无机催化剂的反应相比，酶促反应的速率一般要高10¹⁰~10¹²倍，甚至更高（表3）。酶的作用具有专一性，酶对底物的选择具有严格的专一性，即一种酶只能作用于一种或一类底物，使其发生特定类型的化学反应，并产生特定的产物。酶的催化活性依赖其空间结构的完整，一旦变性则会失去催化能力。高温、高压、极端pH和重金属盐等都容易使酶失去催化活性。故酶促反应要求在比较温和的条件下进行，如常温、常压等。

核酶在发挥作用时与上述起催化作用的蛋白质具有相似的特征，也有专一性，高效性和对温度、pH敏感等。

5关于酶专一性的假说

酶作用的专一性源于酶在催化时存在活性中心与底物结合的过程。酶的活性中心又称活性部位，是指酶分子中能直接同底物结合并起催化反应的空间部位（图2）。

5.1“锁钥”学说人教版高中生物学教材必修1“降低化学反应活化能的酶”一节课后习题中展示了酶作用专一性的“锁钥”学说。其主要观点是底物的结构（形状、大小、电荷的分布等）必须与酶活性中心的构象非常吻合才能结合'。该学说很好地解释了酶和底物的结合，但仍有不足，例如不能解释有些酶既能催化产物生成，又能与产物结合并催化逆反应。该学说实际早已被淘汰。

5.2“诱导契合”学说该学说的主要观点是：在未同底物结合时，酶活性中心的构象并不适宜与底物结合，但同底物结合时，酶活性中心因受底物的诱导即改变其构象与底物契合，进行反应，当酶从ES复合物解离出来后，即恢复原有的构象。“诱导契合”学说很好地解释了酶作用的专一性,同时阐明酶的催化机制，因而该学说已得到广泛认可。