植物存在的重要性

1、东莞市2014年生物学科技探究论文 有机催化剂一一酶 作者姓名：袁忠泰 郑楚君 作者单位：塘厦水霖学校高中部 辅导教师：杨进良 编号 有机催化剂一一酶 摘要：化学之中有催化剂的存在， 催化剂可以分为无机催化剂和有机催化剂。 催化剂可 以降低活化能，同无机催化剂相比较有机催化剂降低活化能的作用更为显著。而有机催化剂 中的酶就是杰出的代表。 正文： 酶的催化作用，可以追溯到很久以前。 人类早就会利用酵母使果汁和粮食转化成酒。19 世纪50年代，法国的酿酒业发生了危机，葡萄酒厂存放的大量陈年的葡萄酒忽然变酸，变 得无法饮用，使酿酒厂损失惨重。厂主纷纷向法国利尔大学的化学家和生理学家巴斯德求救， 他也

2、用显微镜观察研究葡萄酒里的酵母细胞，巴斯德认为酿酒中的发酵是由于酵母细胞的存 在，没有活细胞的参与， 糖类是不可能变成酒精的。 德国的化学家李比希却坚持认为引起发 酵的是酵母细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡病裂解后才能发挥作用。德 国化学家毕希纳把酵母细胞放在石英砂中用力研磨，有水搅拌，在进行加压过滤，得到不含 酵母细胞的提取液。 在这些汁液中加入葡萄糖，一段时间后就冒出气泡，糖液变成了酒。这 一结果和糖液中含有活酵母细胞是一样的，他将酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶。但是 这提取液中还有着许多其他物质，无法直接对酶进行鉴定。 酶究竟是什么物质， 仍然是未解 之谜。 1917年美

3、国科学家萨姆纳从刀豆种子中提取纯酶。经过一次又一次的失败，他在1926 年的一天发现，在用丙酮作溶剂的提取液中出现了结晶。然后他又用了多种方法证明了脲酶 是蛋白质。后来科学家们又相继获得了胃蛋白酶，胰蛋白酶等许多酶的结晶，并且都证明了 这些酶都是蛋白质。 就当许多人认为酶就是蛋白质的时候，美国科学家切赫和奥特曼发现少 数的RNA也是酶。这也告诉了我们科学的探究是无止境的，绝不要满足眼前的成果。 在生物体内，酶发挥着非常广泛的功能。信号转导和细胞活动的调控都离不开酶，特别 是激酶和磷酸酶的参与。酶也能产生运动，通过催化肌球蛋白上 ATP的水解产生肌肉收缩， 并且能够作为细胞骨架的一部分参与运送胞

4、内物质。一些位于细胞膜上的ATP酶作为离子 泵参与主动运输。一些生物体中比较奇特的功能也有酶的参与，例如荧光素酶可以为萤火虫 发光。18病毒中也含有酶，或参与侵染细胞（比如 HIV整合酶和逆转录酶），或参与病毒 颗粒从宿主细胞的释放（如流感病毒的神经氨酸酶）。 酶的一个非常重要的功能是参与在动物消化系统的工作。以淀粉酶和蛋白酶为代表的一 些酶可以将进入消化道的大分子（淀粉和蛋白质） 降解为小分子，以便于肠道吸收。淀粉不 能被肠道直接吸收，而酶可以将淀粉水解为麦芽糖或更进一步水解为葡萄糖等肠道可以吸收 的小分子。不同的酶分解不同的食物底物。在草食性反刍动物的消化系统中存在一些可以产 生纤维素酶的

5、细菌，纤维素酶可以分解植物细胞壁中的纤维素，从而提供可被吸收的养料。 在代谢途径中，多个酶以特定的顺序发挥功能：前一个酶的产物是后一个酶的底物；每 个酶催化反应后，产物被传递到另一个酶。 有些情况下，不同的酶可以平行地催化同一个反 应，从而允许进行更为复杂的调控：比如一个酶可以以较低的活性持续地催化该反应，而另 一个酶在被诱导后可以较高的活性进行催化。酶的存在确定了整个代谢按正确的途径进行； 而一旦没有酶的存在， 代谢既不能按所需步骤进行， 也无法以足够的速度完成合成以满足细 胞的需要。实际上如果没有酶，代谢途径，如糖酵解，无法独立进行。例如，葡萄糖可以直 接与ATP反应使得其一个或多个碳原子

6、被磷酸化；在没有酶的催化时，这个反应进行得非 常缓慢以致可以忽略；而一旦加入己糖激酶，在6位上的碳原子的磷酸化反应获得极大加 速，虽然其他碳原子的磷酸化反应也在缓慢进行，但在一段时间后检测可以发现，绝大多数 产物为葡萄糖-6-磷酸。于是每个细胞就可以通过这样一套功能性酶来完成代谢途径的整个 反应网络。 酶的催化作用主要是它的特性：1 高效性：酶的催化效率比无机催化剂更高，使得反 应速率更快。酶的催化效率大约是无机催化剂的1071013倍。2 .专一性：一种酶只能催化 一种或一类底物，如过氧化氢酶只能催化过氧化氢的分解，不能催化其他的化学反应。3.多 样性：酶的种类很多，大约有4000多种。4

7、温和性：是指酶所催化的化学反应一般是在 较温和的条件下进行的。5 活性可调节性：包括抑制剂和激活剂调节、反馈抑制调节、共 价修饰调节和变构调节等。酶的这几种特性也是表现了它的能力。一把钥匙只能进一个门， 专一性使细胞代谢有条不紊的进行。高效性和多样性说明了酶的催化作用的广泛和高效工作 率。人们可以合理的利用酶的作用来生产，这不仅仅会提高生产的效率，还会引起全人类的 一场跳跃性的进步。但是现实生活当中还需要注意许多事项和克服诸多问题。 各种酶在最适温度范围内，酶活性最强，酶促反应速度最大。 在适宜的温度范围内，温 度每升高10 C,酶促反应速度可以相应提高 12倍。不同生物体内酶的最适温度不同。

8、女口， 动物组织中各种酶的最适温度为3740 C;微生物体内各种酶的最适温度为2560 C,但 也有例外，如黑曲糖化酶的最适温度为6264 C;巨大芽孢杆菌、短乳酸杆菌、产气杆菌 等体内的葡萄糖异构酶的最适温度为80 C;枯草杆菌的液化型淀粉酶的最适温度为85 94 C。可见，一些芽孢杆菌的酶的热稳定性较高。过高或过低的温度都会降低酶的催化效 率，即降低酶促反应速度。最适温度在60 C以下的酶，当温度达到 6080 C时，大部分酶 被破坏，发生不可逆变性；当温度接近100 C时，酶的催化作用完全丧失。温度上的问题也 是不容小觑，毕竟酶是娇气的。酶的娇气还不仅仅是所处的温度，还有PH值等。 酶在

9、最适pH范围内表现出活性，大于或小于最适pH，都会降低酶活性。主要表现在 两个方面：改变底物分子和酶分子的带电状态，从而影响酶和底物的结合；过高或过低 的pH都会影响酶的稳定性，进而使酶遭受不可逆破坏。人体中的大部分酶所处环境的pH 值越接近7,催化效果越好。但人体中的胃蛋白酶却适宜在pH值为12的环境中，胰蛋白 酶的最适pH在8左右。 依照强大的催化能力来看，酶将来是人类生产的主力，但是好剑都是双刃的。人类必须 控制好着一把剑。人类科学家可以利用酶的活性可调节性来控制，包括抑制剂和激活剂调节、 反馈抑制调节、共价修饰调节和变构调节等。 能激活酶的物质称为酶的激活剂。激活剂种类很多，有无机阳离

10、子，如钠离子、钾离 子、铜离子、钙离子等；无机阴离子，如氯离子、溴离子、碘离子、硫酸盐离子磷酸盐离 子等；有机化合物，如维生素 C、半胱氨酸、还原性谷胱甘肽等。许多酶只有当某一种适 当的激活剂存在时，才表现出催化活性或强化其催化活性，这称为对酶的激活作用。 而有些 酶被合成后呈现无活性状态，这种酶称为酶原。它必须经过适当的激活剂激活后才具活性。 能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质称为酶的抑制剂。它可降低酶促反应速度。酶的抑 制剂有重金属离子、一氧化碳、硫化氢、氢氰酸、氟化物、碘化乙酸、生物碱、染料、对- 氯汞苯甲酸、二异丙基氟磷酸、乙二胺四乙酸、表面活性剂等。对酶促反应的抑制可分为竞 争性抑制和

11、非竞争性抑制。与底物结构类似的物质争先与酶的活性中心结合，从而降低酶促 反应速度，这种作用称为竞争性抑制。就类似找位子，某人看中了一个位置，但是那位置早 已被人占据，只好站着一边。竞争性抑制是可逆性抑制， 通过增加底物浓度最终可解除抑制， 恢复酶的活性。与底物结构类似的物质称为竞争性抑制剂。抑制剂与酶活性中心以外的位点 结合后，底物仍可与酶活性中心结合，但酶不显示活性，这种作用称为非竞争性抑制。非竞 争性抑制是不可逆的，增加底物浓度并不能解除对酶活性的抑制。与酶活性中心以外的位点 结合的抑制剂，称为非竞争性抑制剂。 酿酒工业中使用的酵母菌，就是通过有关的微生物产生的，酶的作用将淀粉等通过水解、

12、 氧化等过程，最后转化为酒精；酱油、食醋的生产也是在酶的作用下完成的；用淀粉酶和纤 维素酶处理过的饲料，营养价值提高；洗衣粉中加入酶，可以使洗衣粉效率提高， 使原来不 易除去的汗渍等很容易除去等等 酶其实早已进入我们的生活当中。由于酶的应用广泛，酶的提取和合成就成了重要的研 究课题.目前酶可以从生物体内提取，如从菠萝皮中可提取菠萝蛋白酶.但由于酶在生物体 内的含量很低，因此，它不能适应生产上的需要.工业上大量的酶是采用微生物的发酵来制 取的.一般需要在适宜的条件下， 选育出所需的菌种，让其进行繁殖，获得大量的酶制剂.另 外，人们正在研究酶的人工合成.总之随着科学水平的提高，酶的应用将具有非常广阔的前 景因为酶有高效的催化