酶和酶反应
进阶酶是蛋白质类生物催化剂，靠活性部位的特定形状认受质，具专一性；温度与 pH 偏离最适值会令酶变性，抑制剂减慢反应，这些特性正是含酶洗衣粉与松肉粉的设计原理。
- 新陈代谢分分解代谢（拆大分子、释能）与合成代谢（建大分子、耗能）。
- 酶是蛋白质类催化剂，靠活性部位与受质的互补形状达成专一性（锁钥学说）。
- 温度曲线：低温慢、最适温度最快、高温变性急跌且不可逆；pH 偏离最适值同样变性。
文体小知识：科学知识说明文——由酶的蛋白质本质和活性部位出发，解释专一性、温度与 pH 对酶反应速率的影响，以及酶在日常生活中的应用。
§课文原文 Passage
1新陈代谢是细胞内所有化学反应的总称，分为两个方向：分解代谢把大分子拆成小分子并释放能量，例如呼吸作用分解葡萄糖；合成代谢把小分子建成大分子并消耗能量，例如由氨基酸合成蛋白质。两类反应同时进行，互相配合。
2细胞内的反应若要快速进行，必须有催化剂相助。酶是球状蛋白质类的生物催化剂：能大幅加快反应速率，反应前后自身不变，只需极少量便有效，而且对所催化的反应有严格选择。
3酶的专一性来自活性部位——酶分子表面的凹位，形状与受质互补吻合，就像锁与钥匙。受质嵌进活性部位后，与酶结合成酶受质复合物，反应随即发生；产物脱离后，酶恢复原状，准备接待下一个受质。
4温度和 pH 是影响酶反应速率的两大环境因素：低温时分子运动缓慢，碰撞稀少，速率偏低；温度升至最适温度（人体酶约三十七摄氏度）速率最高；温度再高，维持酶形状的键被破坏，酶变性，速率急跌且不可逆转。pH 偏离最适值同样令酶变性。
5抑制剂分两类：竞争性抑制剂形状与受质相似，与受质争夺活性部位，增加受质浓度可减轻其影响；非竞争性抑制剂结合在活性部位以外，令活性部位变形，增加受质也无济于事。含酶洗衣粉、松肉粉等产品，正把酶的特性用于日常生活。
1重点摘要 Summary
酶是蛋白质类生物催化剂，靠活性部位的特定形状认受质，具专一性；温度与 pH 偏离最适值会令酶变性，抑制剂减慢反应，这些特性正是含酶洗衣粉与松肉粉的设计原理。
2生字卡 Vocabulary
细胞内所有化学反应的统称，包括分解代谢与合成代谢。
把大分子分解为小分子并释放能量的代谢过程。
用小分子建造大分子并消耗能量的代谢过程。
蛋白质类生物催化剂，加快细胞内的反应而自身不改变。
被酶作用的分子，与酶的活性部位结合。
酶表面与受质形状互补吻合的凹位，决定酶的专一性。
受质嵌进活性部位后与酶暂时结合的整体，反应在其中进行。
高温或极端 pH 破坏酶的结构、令活性部位形状永久改变的过程。
与受质相似、争夺活性部位的物质，其影响可藉增加受质浓度减轻。
结合在活性部位以外位置、令活性部位变形的抑制剂，增加受质也无法解除。
3逐步讲解 Steps
- 第一步：新陈代谢的两个方向新陈代谢是细胞内所有化学反应的统称，分为两个方向：分解代谢把大分子拆成小分子并释放能量，例如呼吸作用把葡萄糖氧化成二氧化碳和水；合成代谢则用小分子建造大分子并消耗能量，例如把氨基酸合成蛋白质。两类反应同时在细胞内进行，互相配合。举个例子：进食后血糖升高，身体把多余葡萄糖合成糖原，属合成代谢；运动时糖原再分解成葡萄糖供能，属分解代谢。
- 第二步：酶——生物催化剂细胞内的反应若无催化剂，在体温下进行得极慢，生命无法维持。酶是球状蛋白质类的生物催化剂：能大幅加快反应，反应前后自身不改变，可重复使用，且只需极少量便见效。酶不改变反应的方向，只加快反应的进行。举个例子：唾液淀粉酶能把饭中的淀粉在口腔内分解成麦芽糖；若没有酶，淀粉在摄氏三十七度的温水中几乎不会分解。
- 第三步：活性部位与专一性酶分子表面有一个凹位称为活性部位，其三维形状与受质互相吻合，就像锁与钥匙：只有形状相配的受质才能嵌进去，这就是酶的专一性。受质与活性部位结合后形成酶受质复合物，反应在其中进行，产物生成后脱离，酶恢复原状，准备下一个受质。举个例子：淀粉酶的活性部位只容纳淀粉，不容纳蛋白质；分解蛋白质要靠蛋白酶。
- 第四步：酶反应的过程与速率酶催化的反应可用简式表达：受质在酶的作用下转为产物。影响反应速率的因素包括受质浓度和酶浓度：受质越多，越多酶的活性部位被占用，速率上升，直至酶饱和为止；酶越多，速率也越高。举个例子：工业上把酶固定在反应柱中，让受质溶液流过，反应便能连续进行，酶又可长期重复使用，正是利用这些规律。
- 第五步：温度的影响低温时分子动能低，酶与受质碰撞少，反应慢，但酶并未受破坏；温度每升高一些，碰撞更频密，速率上升，至最适温度达到顶点，人体多数酶约为摄氏三十七度；超过最适温度后，热力破坏维持酶形状的键，活性部位变形，酶变性，速率急跌，冷却后不能复原。举个例子：发烧超过摄氏四十一度时，体内多种酶的活性下降，这正是高烧危险的原因之一。
- 第六步：pH 的影响每种酶都有最适 pH：偏离最适值，过多氢离子或氢氧根离子干扰维持酶形状的键，活性部位变形，反应速率下降；偏离太远，酶便变性，同样不可逆。不同酶的最适 pH 差异很大。举个例子：胃蛋白酶的最适 pH 约为 2，适合强酸的胃液；胰蛋白酶的最适 pH 偏碱性，适合小肠环境——同一套消化道，酶却各司其职。
- 第七步：抑制剂抑制剂令酶反应减慢。竞争性抑制剂的形状与受质相似，与受质争夺活性部位；受质浓度越高，受质抢到活性部位的机会越大，抑制便可减轻。非竞争性抑制剂结合在活性部位以外的位置，改变活性部位的形状，令受质无法嵌合，增加受质也无法解除抑制。举个例子：一些抗生素正是设计成细菌特定酶的抑制剂，干扰病原体的新陈代谢，却不影响人体细胞。
- 第八步：酶在日常生活的应用酶的专一性和常温高效令它广泛用于生活：含酶洗衣粉加入蛋白酶和脂酶，分别对付蛋白质渍和油渍，在摄氏三十至四十度的温水中效果最佳，既省电又不伤衣物；松肉粉含木瓜蛋白酶，把肌肉蛋白质部分分解，肉质变软；制酪用凝乳酶凝固奶类，果汁工业用果胶酶令果汁澄清。举个例子：洗衣粉标签写明勿用热水，因为热水令酶变性失效。
4图解 Diagrams
5例题示范 Example
例题：同学以唾液淀粉酶分解淀粉，量度不同温度下的反应速率，结果：摄氏 20 度时很慢，37 度时最快，60 度时很慢，80 度时反应完全停止。试描述速率随温度变化的曲线，解释各段变化的原因，并说明为什么含酶洗衣粉在温水中效果最好。
- 摄氏 20 度至 37 度：温度升高令分子动能增加，受质与酶活性部位的碰撞更频密，反应速率上升，至人体最适温度约 37 度时达到最高。
- 60 度：速率明显放缓，因为高温开始破坏维持酶形状的键，部分酶分子变性。
- 80 度：酶完全变性，活性部位形状永久改变，反应停止；冷却后酶也不能复原。
- 含酶洗衣粉中的蛋白酶和脂酶在摄氏 30 至 40 度接近最适温度，活性最高又不致变性；热水反而令酶失效，温水洗涤既有效又省电。
- 答案：曲线随温度上升而升高，在约 37 度达到顶点，其后急速下降至零。原因：低温时碰撞少、速率低；最适温度时碰撞最频密；高温破坏酶的结构令其变性，且不可逆。洗衣粉中的酶在最适温度附近活性最高，所以温水洗涤最有效，热水反会令酶失效。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1酶属于哪一类生物分子？为什么高温会令它失效？
Q2什么是酶的专一性？
Q3把酶溶液由摄氏 5 度加热至 37 度，反应速率有什么变化？为什么？
Q4竞争性与非竞争性抑制剂有什么分别？
Q5松肉粉为什么能把肉变得松软？
8重点回顾 Recap
- 新陈代谢分分解代谢（拆大分子、释能）与合成代谢（建大分子、耗能）。
- 酶是蛋白质类催化剂，靠活性部位与受质的互补形状达成专一性（锁钥学说）。
- 温度曲线：低温慢、最适温度最快、高温变性急跌且不可逆；pH 偏离最适值同样变性。
- 竞争性抑制可藉增加受质减轻；非竞争性抑制不能。
- 含酶洗衣粉、松肉粉等应用，正是利用酶的专一性和在最适条件下高效工作的特性。