影响酶促反应的因素有哪些:实操判断要点
影响酶促反应的因素有哪些,核心可控变量包含温度、pH、底物浓度、酶浓度、抑制剂、激活剂,温度和pH存在最适区间,偏离后酶活性下降,高温、过酸、过碱会破坏酶的空间结构造成酶永久失活,低温仅抑制活性、不会破坏结构,底物浓度较低时反应速率随底物上升而加快,底物充足时速率由酶浓度决定,抑制剂分为竞争性与非竞争性两类,竞争性抑制剂可通过提高底物浓度减弱抑制效果,该判断逻辑适用于高中生物实验、生化简易测定,不适用于复杂膜结合酶体系、胞内多酶串联代谢通路。
影响酶促反应的温度条件
每一种酶都有对应的最适温度,在最适温度附近,酶分子的空间结构稳定,底物与酶活性位点结合效率更高,酶促反应速率达到较高水平。温度低于最适值,分子运动变慢,底物和酶碰撞的频次减少,反应速率逐步降低,将温度回升到适宜区间后,酶活性大多可以恢复。温度持续高于最适值,肽链之间的作用力被破坏,酶的空间结构发生改变,活性位点变形,酶活性会快速下降,温度过高时这种改变不可逆,酶直接丧失催化能力。人体大多数内源酶的最适温度接近37摄氏度。
影响酶促反应的pH条件
pH改变会影响酶蛋白侧链基团的带电状态,同时改变底物分子的电荷属性,干扰二者之间的结合。酶同样存在最适pH,偏离这个数值,反应速率下降。过酸或者过碱环境,能够直接破坏酶的空间结构,失活过程不可逆,和低温抑制存在本质区别。胃蛋白酶最适pH大约为1.5,过氧化氢酶最适pH接近中性,不同酶的适宜pH区间差异明显,不能套用统一数值。
pH不能随便大幅度调整。
影响酶促反应的底物与酶浓度
底物浓度较低的时候,体系里面酶的活性位点没有被占满,增加底物浓度,单位时间内能够结合底物的酶分子变多,酶促反应速率持续上升。底物浓度提升到一定程度,几乎所有酶的活性位点都被底物占据,反应速率到达饱和,继续添加底物,速率不再明显上涨,这个饱和状态由体系内酶的总量决定。在底物足够充足、其他条件稳定的前提下,提高酶浓度,反应速率会随之提升,二者大致呈现正向相关关系。
影响酶促反应的抑制剂类型
| 抑制剂类型 | 作用位置 | 速率变化特点 | 解除方式 |
|---|---|---|---|
| 竞争性抑制剂 | 酶活性位点 | 底物饱和速率不变 | 提高底物浓度 |
| 非竞争性抑制剂 | 酶其他结合位点 | 底物饱和速率下降 | 提高底物浓度无效 |
竞争性抑制剂结构和底物相近,抢占酶的活性位点,阻碍底物结合。非竞争性抑制剂结合在酶别的区域,改变酶的空间形态,就算底物能够结合,催化反应也很难正常进行。抑制剂作用大多可逆,和高温强酸强碱造成的永久性失活区分开。很多药物就是利用酶的竞争性抑制机制调节体内生化反应。
影响酶促反应的激活剂作用
激活剂多为部分金属离子或者小分子有机物,结合酶之后,可以稳定酶的活性结构,或者帮助底物完成结合,提升酶的催化效率。部分酶离开对应的激活剂,催化活性会变得很低甚至不具备催化能力。激活剂存在适宜浓度,浓度过高时,反而会改变体系理化环境,转而抑制酶促反应。常见的淀粉酶可以受氯离子激活。
以上变量是独立作用,也会互相叠加。
单一改变一项条件时得到的速率规律,在多个变量同时变动的体系里面不再直接成立,比如同时升温并调高pH,无法单独用温度或者pH的规律预判最终反应速度。胞内环境里面,酶还会受到膜结构、其他蛋白结合的调控,体外试管生化实验得出的曲线,只能作为基础参考,不能直接等同于活细胞内部真实的反应情况。
