周炳渠

酶是生物催化劑，細(xì)胞的代謝是一系列復(fù)雜而有序的酶促反應(yīng)。因而，酶相關(guān)的內(nèi)容，必然是高中生物學(xué)學(xué)習(xí)和考查的重點(diǎn)。

一、歸納：酶相關(guān)基本內(nèi)容

高中生物學(xué)，關(guān)于酶的考查重點(diǎn)是結(jié)合酶的特性、酶促反應(yīng)的特點(diǎn)，考查酶在細(xì)胞和生物體中的作用，考查酶在生產(chǎn)、生活、科研等情境中的應(yīng)用。

二、梳理：高中生物學(xué)中的酶

在高中生物學(xué)中，教材中提及的酶主要有：溶酶體中的多種水解酶，ATP的合成與分解相關(guān)的酶，細(xì)胞呼吸相關(guān)的酶，光合作用相關(guān)的酶，酶特性實(shí)驗(yàn)相關(guān)的酶（過(guò)氧化氫酶、淀粉酶、蔗糖酶等），與遺傳物質(zhì)和基因工程相關(guān)的酶（DNA聚合酶、RNA聚合酶、逆轉(zhuǎn)錄酶、限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶），與植物細(xì)胞工程相關(guān)的酶（纖維素酶、果膠酶），與動(dòng)物細(xì)胞工程相關(guān)的酶（胰蛋白酶），分離以尿素為氮源的微生物實(shí)驗(yàn)中的脲酶，觀察土壤中能水解纖維素的微生物實(shí)驗(yàn)中的纖維素酶，果汁制作實(shí)驗(yàn)中的果膠酶，加酶洗衣粉實(shí)驗(yàn)相關(guān)的多種水解酶。

【例1】（浙江省2021年1月選考）圖1為動(dòng)物成纖維細(xì)胞的培養(yǎng)過(guò)程示意圖。下列敘述正確的是（? ?）

A.步驟①的操作不需要在無(wú)菌環(huán)境中進(jìn)行

B.步驟②中用鹽酸溶解細(xì)胞間物質(zhì)使細(xì)胞分離

C.步驟③到④的分瓶操作前常用胰蛋白酶處理

D.步驟④培養(yǎng)過(guò)程中不會(huì)發(fā)生細(xì)胞轉(zhuǎn)化

【解析】動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中，需要在無(wú)菌條件下進(jìn)行，選項(xiàng)A說(shuō)法錯(cuò)誤;步驟②中若用鹽酸處理，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡，選項(xiàng)B說(shuō)法錯(cuò)誤;步驟②需要把組織塊制備成細(xì)胞懸液，步驟③到④的分瓶操作，都需要用胰蛋白酶處理，這可以把細(xì)胞間的蛋白質(zhì)水解，故選項(xiàng)C說(shuō)法正確;動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中，細(xì)胞常會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化，形成不死性細(xì)胞，選項(xiàng)D說(shuō)法錯(cuò)誤。

【答案】C

三、比較：酶的合成和分布

絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，是相關(guān)基因表達(dá)（轉(zhuǎn)錄和翻譯）的結(jié)果。酶一般在核糖體上合成，經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等的加工而成。有些RNA也具有生物催化功能，這類(lèi)RNA稱(chēng)為核酶，合成過(guò)程屬于轉(zhuǎn)錄，對(duì)于真核細(xì)胞而言其合成場(chǎng)所主要是細(xì)胞核。

這里要注意，核酶不同于核酸酶，核酶的化學(xué)本質(zhì)是RNA，在翻譯過(guò)程中具有重要作用，而核酸酶是對(duì)核酸具有水解作用的酶，其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，類(lèi)似于DNA酶和RNA酶。

酶都是在細(xì)胞內(nèi)合成的，大多種類(lèi)的酶均在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，這類(lèi)酶稱(chēng)為胞內(nèi)酶。另外還有一類(lèi)是胞外酶，是由細(xì)胞分泌到胞外后發(fā)揮作用的，這些酶主要是一些水解酶，如微生物分泌的淀粉酶、果膠酶，動(dòng)物消化液中的消化酶等。無(wú)論是胞內(nèi)酶還是胞外酶，人類(lèi)只要能夠分離得到的相關(guān)的酶，就可用來(lái)催化相應(yīng)的反應(yīng)，如加入洗衣粉的水解酶，可用于水解蛋白質(zhì)、油脂等污漬。

【例2】下列關(guān)于以纖維素為碳源的微生物的敘述中，正確的是（? ?）

A.微生物可通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸將纖維素?cái)z入細(xì)胞內(nèi)

B.微生物在細(xì)胞內(nèi)將纖維素水解成葡萄糖

C.微生物分泌的纖維素酶可水解體外的纖維素

D.微生物可通過(guò)擴(kuò)散作用吸收葡萄糖

【解析】纖維素分子是大分子物質(zhì)，無(wú)法通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞。以纖維素為碳源的微生物，可以將纖維素酶分泌到胞外。微生物將環(huán)境中的纖維素水解成葡萄糖，然后通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)姆绞轿掌咸烟?，從而?shí)現(xiàn)對(duì)纖維素的利用，所以選項(xiàng)C說(shuō)法正確。

【答案】C

四、分析：酶的高效性和專(zhuān)一性

酶是生物催化劑，與化學(xué)催化劑相同的功能是可以降低反應(yīng)的活化能，使底物分子更易成為活化分子，因而具有催化作用。它與化學(xué)催化劑相比具有高效性，這是因?yàn)槊缚梢愿@著地降低反應(yīng)的活化能，具有更高的催化效率。

酶具有專(zhuān)一性，是因?yàn)橐环N酶只能與具有特定結(jié)構(gòu)的一種或一類(lèi)底物相結(jié)合，從而催化一種或一類(lèi)化學(xué)反應(yīng)。如酯酶催化酯鍵的水解，對(duì)底物中的R和R'基團(tuán)沒(méi)有嚴(yán)格要求（圖2），只是對(duì)于不同的酯類(lèi)水解速率有所不同。蛋白酶可以催化肽鍵的水解，但不同種類(lèi)的蛋白酶的專(zhuān)一性也有所不同，如凝血酶屬于蛋白酶，其專(zhuān)一性程度相當(dāng)高，只能水解羧基端為精氨酸殘基、氨基端為甘氨酸殘基的肽鍵（圖3）。

【例3】動(dòng)物的消化道里有多種蛋白酶，只有經(jīng)過(guò)這些蛋白酶的聯(lián)合作用，才能把食物中的蛋白質(zhì)最終水解為氨基酸。下列分析中不合理的是（? ?）

A.蛋白質(zhì)分子中的肽鍵具有多樣性

B.蛋白質(zhì)分子中的氨基酸種類(lèi)具有多樣性

C.蛋白質(zhì)的氨基酸數(shù)目、種類(lèi)和排列順序具有多樣性

D.不同蛋白酶能水解的肽鍵可能不同，這與肽鍵兩側(cè)的基團(tuán)有關(guān)

【解析】蛋白質(zhì)具有多樣性，原因包括：氨基酸數(shù)目不同、氨基酸種類(lèi)不同、氨基酸排列順序不同、蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)不同。合成蛋白質(zhì)時(shí)，相鄰的兩個(gè)氨基酸經(jīng)脫水縮合形成肽腱-CO=NH-。蛋白酶通過(guò)作用于肽鍵而發(fā)揮水解作用，但不同的蛋白酶能水解的肽鍵與肽鍵兩側(cè)的基團(tuán)有關(guān)。因此，蛋白質(zhì)進(jìn)入動(dòng)物消化道后，需要經(jīng)過(guò)多種蛋白酶的聯(lián)合作用，才能被徹底水解為氨基酸。故選項(xiàng)BCD說(shuō)法均合理。不同氨基酸之間的肽鍵結(jié)構(gòu)是相同的，均可以

-CO=NH-表示，故選項(xiàng)A說(shuō)法不合理。

【答案】A

五、解釋?zhuān)好傅拇呋饔檬芏喾N因素影響

酶的活性常用底物過(guò)量條件下的酶促反應(yīng)速率來(lái)表示。酶的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，必然會(huì)影響其發(fā)揮催化作用，溫度和pH等會(huì)影響酶的活性。如新鮮果蔬的冷藏，就是通過(guò)降溫來(lái)抑制酶的活性。

【例4】茶多酚是茶葉中具有保健功能的主要成分。通過(guò)殺青可抑制鮮茶葉中茶多酚的氧化。殺青方式有炒青、蒸青、烘青、輻射殺青等。殺青的原理是（? ?）