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什么是酵素Enzyme?酵素的定义与组成及反应原理

发布时间:2016-04-21 浏览次数:

酵素的定义

酵素又称为「酶」,是生物体内进行生化反应时最重要的「协助者」,可以「加快」生物体内的生化反应速率,也可以使原本不会反应的物质产生反应。生物体内的「酶(Enzyme)」与石油化学工业的「触媒(Catalyst)」功能相似,酶是指可以引发生物体内进行生化反应的物质; 触媒是指可以引发化学反应的固体,酶或触媒所产生的反应称为「催化反应」,主要的功能是提供一个会产生反应的固体表面,使原本不会产生的化学反应发生,也可以加快化学反应速率,而且反应前后酶或触媒本身并不会改变。

酶的中文命名与英文命名都很简单,中文命名为「反应物中文名称+酶」,英文命名为「反应物英文名称+ase」,例如:淀粉酶(Amylase)可以将淀粉分解为醣,由于淀粉(Amylum)为反应物,所以这种酶的中文名称为「淀粉酶」,英文名称为「Amylase」。

酵素的组成

生物体内的酵素主要是由「蛋白质」组成,我们可以说:生物体内的酵素就是蛋白质,由于蛋白质内的胺基酸具有氢键,所以会扭曲形成三级结构,如<图1>所示,我们可以画成如<图1(a)>的平面图来表示,图中每一个圆形代表一个胺基酸,英文字母为胺基酸的一字符号,由图中可以明显看出在这个酵素(蛋白质)的上方有一个凹口,我们称为「活性中心」,科学家们将这个平面图再简化成<图1(b)>。

 

1 生物体内的酵素主要是由蛋白质组成


    酵素的反应原理

酵素的反应过程如<图2>所示,包括下列三种物质:

>酵素(Enzyme):简写为「E」。

>反应物:又称为「基质(Substrate)」,简写为「S」。

>生成物(Product):简写为「P」。

2 酵素的反应流程

 

酵素的反应流程是:反应物(基质)与酵素的活性中心结合,形成「酵素-基质」,如<图2(a)>所示;接著反应物(基质)与酵素分开,反应物变成生成物,如<图2(b)>所示,所以酵素主要的功能是提供一个会产生反应的固体表面(活性中心),使反应物变成生成物,而且反应前后酵素本身并不会改变。

酵素的专一性

科学家发现酵素活性中心的立体结构和反应物的立体结构有密切的关系,酵素的专一性是指「一种酵素只会和一种反应物产生反应」,如果酵素的活性中心是圆形,则反应物恰好是圆形,这样子反应物才能和酵素的活性中心结合产生反应,如<图3(a)>所示;如果酵素活性中心是方形,则反应物恰好是方形,这样子反应物才能和酵素活性中心结合产生反应,如<图3(b)>所示。我们以淀粉酶与胃蛋白酶为例说明酵素的专一性:

3 酵素的专一性

 

>淀粉酶

口水里含有淀粉酶,能够将淀粉分解成醣,科学家发现淀粉酶的活性中心是圆形,淀粉分子恰好是圆形,所以淀粉分子才能和淀粉酶的活性中心结合产生反应,分解成醣,如<3(a)>所示。

>胃蛋白酶

胃液里含有胃蛋白酶,能够将蛋白质分解成胺基酸,科学家发现胃蛋白酶的活性中心是方形,蛋白质分子恰好是方形,所以蛋白质分子才能和胃蛋白酶的活性中心结合产生反应,分解成胺基酸,如<图3(b)>所示。

换句话说,淀粉酶的活性中心(圆形)只会和淀粉分子(圆形)反应;胃蛋白酶的活性中心(方形)只会和蛋白质分子(方形)反应,淀粉酶没办法分解蛋白质;胃蛋白酶也没办法分解淀粉,一种酵素只会和一种反应物产生反应称为「酵素的专一性」。

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