掀起“酶”的盖头来

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人教版高中生物必修教材《分子与细胞》中介绍了酶的本质和特性,在关于温度对蛋白酶的影响时是这样说的:酶在高温下易失去活性,低温下酶的活性明显降低,并给出了这样一个曲线:

从曲线不难得出这样一些推论:1.每种酶的最适作用温度都是一个定值。2.此曲线显示酶的作用温度是以最适作用温度为对称轴呈左右对称的。3.曲线的两侧与横坐标轴没有交点。笔者教学研究中发现存在着明显的缺点,为此,笔者专门请教了有关专家并进行了研究,觉得有必要予以澄清。

首先,大多数的蛋白酶在高温下分子结构遭到破坏,并失去了活性,特别是大多数的蛋白酶,因为蛋白质的变性而失去活性,这种变性大多是不可逆的,而且随着温度的升高,这种变性更无恢复的可能,也就是说曲线的右侧的某一位置上应该与横坐标有一个交点,而课本上的插图没有。为此笔者完整地摘录了《生化简明教程》插图如下:

从图上可以明确看出右侧也没有交点。对于蛋白类的酶来说,高温时失去活性是肯定的,是不是对于核酶来说有例外呢?笔者专门请教了南京师范大学的教授,得到的回答也是肯定的,RNA酶在高温下也会失去活性,也就是说即使是核酶也应该有一个交点。

其次,在低温下,酶的活性也会受到抑制,由于它的分子结构没有被破坏,所以在适宜的条件下可以恢复,而在日常生活中也可以利用这一点来保存酶,而从《生物化学简明教程》的上述插图可以看出,左侧是从原点开始的,也就是说有一个交点。蛋白质类的酶在低温下一般不会发生变性,但活性极低,甚至可以低到难以检测的程度,RNA酶在低温下的活性也可能会很低,因此,给出这个交点倒是能够让人理解的。但酶在高温下会发生变性,变性以后酶的活性大部分将会完全丧失,最适作用温度高温一侧也必定存在一个交点,不给出这个交点无法让人理解。

第三,酶的最适作用温度不是一个固定不变的常数,其数值受到底物、种类、作用等因素的影响而改变,例如,酶的作用时间长短不同,所求的最适作用温度亦不同,作用时间愈长,最适作用温度愈低,作用时间愈短,最适作用温度则愈高。其实只有在一定的条件下各种酶才有其一定的最适作用温度,通常动物体内酶的最适作用温度在37-50℃,植物体内的酶的最适作用温度在50-60℃。

第四,和一般化学反应相同,酶的反应在一定的温度范围0-40℃内,其速度随温度的升高而升高,根据一般经验每升高10℃的反应速度增加一倍,高温下酶易失活,绝大多数酶在60℃即失去活性,故此,最适作用温度的右侧下降的幅度应该较大,左侧上升的幅度应该相对较慢,曲线的两侧也应该不会程明显的对称。

综上所述,酶在一定的条件下有一个最适温度,并且在最适温度两侧应该是不对称,左侧和横坐标无限接近,右侧和横轴在某一位置有一个交点。所以酶受温度的影响曲线应该大体上是这样一个趋势:

当然,蛋白酶和核酶在特性上有一定的差异,曲线也应该有所变动。

另外,从曲线上无法直接反映出来的是,蛋白质的变性作用如不过于剧烈,是一种可逆反应。这一点在教学过程中往往也无法作出解释。例如,胃蛋白酶加热至80-90℃时,失去溶解性,也无消化的能力,如将温度再降低到点37℃则它又可恢复溶解性与消化蛋白的能力,但随着变性时间的增加、条件的加剧,变性程度也加深,如蛋白质的结絮作用和凝固作用就是变性程度深刻化,这样就达到不可逆的变性。这些也绝不是一个图就可以说明的。当然上述是笔者的一孔之见,错误在所难免,请各位同仁不吝赐教。

参考文献:

1.全日制普通高级中学教科书《生物》必修第一册,人民教育出版社自然编著室编著

2.《生物化学简明教程》高等教育出版社第三版由罗纪盛等编著

顾问专家:南京师范大学许晓风教授

备注:除最后一图为笔者所绘,其他均为所选教材原图,由于是电脑绘图可能看起来有点出入。语言也尽量使用教材原文,也可以核对。

作者单位:江苏省东海县房山中学