趙贛

摘要：高溫致酶失活時，反應底物的活化分子還在生成，故還在進行反應.只是由于生成的活化分子數(shù)少，反應速率遠不及有酶催化時的程度，所以不一定能夠測定出反應速率.

關鍵詞：高溫;酶;失活;底物分子;反應

中圖分類號：Q55? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）02-0034-02

溫度影響酶活性之規(guī)律，是酶促反應動力學中的一個重要內容.前人的研究工作表明，在溫度從低到高的變化過程中，酶活性的變化呈現(xiàn)“吊鐘形曲線”，即隨著溫度由低溫向高溫變化，酶活性先是隨溫度的升高而增加，當升至某一溫度時，酶活性達到最大，即達到最適溫度（optimum temperature）;而隨著溫度的進一步升高，酶活性卻逐漸下降，直至酶不表現(xiàn)酶活性.這在一般的生物化學理論教材中都有介紹[1-9].至于如何解釋這種溫度影響酶活性的“吊鐘形曲線”規(guī)律，不同的教材[1-9]中一般都談到，一方面隨著溫度的升高，酶促反應速率加快，而另一方面，由于酶的化學本質是蛋白質，在高溫時會變性失活，故隨著溫度的升高，酶活性會下降.有的進一步指出，由于這兩方面的對立統(tǒng)一，故在最適溫度[1-3]或0～40℃[3]之前，隨著溫度的升高而酶活性增加，即以前一種情況為主，而超過最適溫度之后，則隨著溫度的升高而酶活性下降，即以后一種情況為主.

那么，在高溫致酶失活時，反應底物是否還在進行反應呢？

關于這個問題，不妨做如下分析.生物化學理論講到[1-9]，酶只能催化熱力學上能夠進行的反應.因此，在考察酶促反應速率的規(guī)律時，首先必須注意到在該反應條件下反應物本身是否能進行反應，其次是酶的催化作用以及影響酶活性的因素可能帶來的影響.因此，當在一個適于反應物進行反應的條件下，一旦加入了酶這種生化反應的催化劑后，酶便是決定該反應體系中反應物的化學反應速率的根本性的、主導性的因素了.生物化學理論[1-9]已經(jīng)指出，一旦加入了酶，則由其催化作用所致的該反應體系中反應物（即該酶的底物）的化學反應速率比只有反應物（即該酶的底物）分子時甚至是加入了非酶催化劑時所能進行的反應速率往往可以高達多個數(shù)量級.顯然，這就是測酶活性時實驗數(shù)據(jù)的主要來源.因此，一旦酶活性受到某種因素的影響，則酶催化底物進行的反應速率就會受到影響.

具體來分析溫度影響酶活性的規(guī)律之前，不妨先看看以下這些例子.

許強等[10]利用圓二色性光譜技術對產自嗜熱放線菌Mlo33菌株的葡萄糖異構酶受溫度的影響進行了研究，證實在所取20℃、40℃、60℃、70℃、80℃這幾個溫度點，隨著溫度的升高，酶的α-螺旋度降低，酶分子構象發(fā)生改變，結構趨于松散.在其最適溫度70℃時，酶的構象中的α-螺旋度為11.6%.可見，酶分子構象中的α-螺旋度適當，才有利于酶催化反應.酶分子構象中的α-螺旋度過大，則因其結構緊密而不利于葡萄糖的結合;而酶分子構象中的α-螺旋度過小，則會徹底破壞酶蛋白的氫鍵結構或其他結構而導致酶結構不可逆的破壞.總之，葡萄糖異構酶分子的構象受溫度的影響而發(fā)生了變化，其變化與酶活力的變化有明顯的對應關系.

王延枝課題組[11]利用圓二色性光譜，考察了在非最適溫度25℃與最適溫度37℃條件下純化的大豆液泡膜H+-ATPase的二級結構的變化，證實該酶的圓二色性光譜對溫度敏感.在25℃、37℃分別保溫10分鐘和20分鐘時，酶蛋白α-螺旋含量減少，而且與25℃相比較，37℃保溫時酶蛋白構象的變化更為劇烈、迅速.該課題組[12]在用熒光猝滅技術分別考察了該酶的蛋白質疏水區(qū)域和親水區(qū)域在25℃與37℃條件下的變化后發(fā)現(xiàn)，在溫度上升越多、在高溫條件下處理時間越長時，酶蛋白的折疊程度越大，其疏水區(qū)和親水區(qū)的構象更趨于緊密.

劉映秋等[13]在對蕹菜類囊體膜蛋白磷酸酯酶熒光性質的研究中證實，在10到30℃范圍內，蛋白熒光峰位置和強度變化不大，而在40到90℃范圍內熒光強度升高再下降.有意思的是，其熒光強度升高的區(qū)域又恰在其最適溫度50℃附近.

這些例子都表明，在溫度由低溫升至最適溫度以及由最適溫度繼續(xù)升溫的過程中，酶本身的構象都程度不一地有所變化，并與酶的催化作用的變化相對應.

在研究溫度影響酶活性的規(guī)律的反應體系中，除溫度發(fā)生變化外，其他條件都要保持不變.現(xiàn)有生物化學理論告訴我們，當在溫度由低溫向高溫的變化過程中，反應物分子中的活化分子毫無疑問是逐步增加的，其反應速率也是增加的[1-9]，即使沒有酶這個催化劑的存在也是如此.因此，從以上分析可以看到，而一旦加入了酶后，酶對底物分子間的反應速率的主導性影響便顯現(xiàn)出來.由于酶的化學本質是蛋白質，故溫度的變化會對其構象產生影響，從而影響到酶活性.在溫度由低溫升至最適溫度的過程中，酶的構象逐漸變化，從而更加適宜于催化反應的進行，酶的催化能力也就越大.這時，反應體系中的底物分子中的活化分子數(shù)就不僅僅因為溫度的升高而增加，同時也更因為酶的催化作用的增強而大大增加，故而所測得的酶活性就越大.而在溫度由最適溫度繼續(xù)升高的過程中，酶的構象雖也逐漸變化，但卻更加不適宜于催化反應的進行，酶的催化能力也就逐漸變小以至于完全因酶變性而失去.這時，盡管反應體系中的底物分子中的活化分子數(shù)仍然會因為溫度的升高而增加，然而原本因酶的催化作用所致的底物分子中的活化分子數(shù)大大增加的情況卻因此而逐漸減弱以至于消失.故而此時所測得的酶活性就會逐漸降低以至于因為底物分子中的活化分子數(shù)少而不足以顯示出能夠測定到的反應速率值.實際上，當酶變性失活時，所測反應體系中的反應速率也就無所謂酶活性或酶促反應的速率了.

從以上分析可知，當高溫致酶構象變化失活而不能進行催化反應時，底物分子中的活化分子仍然生成，但此時其生成的程度遠不能達到酶的催化作用存在時的程度，以至于底物的反應雖然還在進行，但不一定能測得出來.

由此進一步分析可知，由于在酶促反應體系中，酶是影響決定酶促反應速率的根本性因素，而溫度升高導致底物分子不斷活化從而加快反應的進行這一因素卻屬于次要因素，所以才導致溫度對酶活性的影響呈現(xiàn)“吊鐘形曲線”這個現(xiàn)象.也正因為這樣，如果現(xiàn)在教材里面比較詳細地做上述分析的話，初學者就會比較容易理解目前教材里面對溫度影響酶活性的機制的解釋，即本文開頭一段介紹的目前教材里面的內容.

目前，酶在涉及工農業(yè)生產方面的基礎研究與應用過程中，仍然有相當重要的作用[14-17].本文的探討將有助于分析理解影響酶活性的因素的作用，以提高酶的利用效率.

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