大部分酶的活力受其环境pH的影响,在一定pH下,酶反应具有最大速度,高于或低于此值,反应速度下降,通常称此pH为酶反应的最适pH(optimumpH)。最适pH有时因底物种类、浓度及
缓冲液成分不同而不同。而且多与酶的
等电点不一致,因此,酶的最适pH并不是一个常数,只有在一定条件下才有意义。动物酶的最适pH多在6.5-8.0之间;植物及微生物多在4.5-6.5之间。pH影响
酶活力的原因主要有:
(一)过酸、过碱会影响酶蛋白的构象,甚至使酶变性而失活;
(二)当pH改变不很剧烈时,酶虽不变性,但活力受影响。因为pH会影响到底物分子的解离状态,也会影响到酶分子的解离状态,最适pH与
酶活性中心结合底物的基团及参与催化的基团的pK值有关,往往只有一种解离状态最有利于与底物结合,在此pH下酶活力最高;也可能影响到中间产物ES的解离状态。总之都会影响到ES的形成,从而降低酶活力;
(三)pH影响分子中另一些基团的解离,这些基团的离子化状态与酶的专一性及酶分子中活性中心的构象有关。
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温度对酶反应速度的影响
(一)温度对酶反应速度也有很大的影响,有一个最适温度。在最适温度的两侧反应速度都比较低,是
钟形曲线。从温血动物中提取的酶最适温度一般在30-40℃,植物酶的最适温度略高,约在40-50℃;从细菌中分离到的某些酶如TaqDNA聚合酶最适温度可达70℃;
(二)在达到最适温度之前提高温度可以增加酶促反应速度,每提高10℃,此反应速度与原来的反应速度之比称为反应的温度系数,用Q10来表示。对于许多酶来说Q10多为1-2,也即每增高10,酶反应速度为原来反应速度的1-2倍;
(三)温度对酶促反应速度的影响有来年两方面:一方面是当温度升高时,反应速度也加快,这与一般
化学反应一样。另一方面,随温度升高而使酶逐步变性,即通过减少有活性的酶而降低酶的反应速度。酶反应的最适温度就是这两种过程平衡的结果,在低于最适温度时,前一种效应为主,在高于最适温度时,则后一种效应为主,酶活性迅速丧失,反应速度很快下降。大部分酶在60℃以上变性,少数能耐受较高温度;
(四)最适温度不是特征物理常数,不是固定值。酶在干燥条件下比在潮湿条件下对温度的耐受力要高。可用于酶的保藏。
温度与酶反应速度的关系图
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酶浓度对酶反应速度的影响
在酶促反应中,如果底物浓度足够大,以使酶饱和,则反应速度与酶浓度成
正比,这种正比关系也可以由
米氏方程推导出来:
当[S]维持不变时,v与[E]成正比
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激活剂对酶反应速度的影响
凡是能提高酶活性的物质都称为激活剂(activator),其中大部分是离子或简单有机化合物。按分子大小,激活剂可分为三类:
(一)无机离子:金属离子对酶的作用分两种,一是作为酶的辅助因子,二是作为激活剂如K+、Na+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、Ca2+等;
阴离子一般不显作用,但也有激活剂的例子,如动物唾液中的α-淀粉酶受Cl-激活;
氢离子。激活剂对酶的作用具有一定的选择性,即一种激活剂对某中酶内容能够起激活作用,而对另一种酶可能起抑制作用。有时离子之间有拮抗现象,例如Na+抑制K+的激活作用,Mg2+激活的酶常为Ca2+所抑制。有时金属离子之间也可以相互替代,如Mg2+作为激酶等的激活剂,也可以被Mn2+取代。另外,激活剂的浓度对其作用也有影响;
(二)中等大小的有机分子,某些还原剂如
半胱氨酸等能激活某些酶,使酶中
二硫键还原成硫氰基,从而提高酶活性;此外,EDTA能除去酶中重金属杂质,从而解除重金属离子对酶的抑制作用;
(三)具有蛋白质性质的大分子物质,这类激活剂是指可对某些无活性的酶原起作用的酶。
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抑制剂对酶反应速度的影响
酶抑制作用(enzyme inhibition)是指酶的功能基团受到某种物质的影响,而导致酶活力降低或丧失的作用。该物质即称为酶抑制剂。分为可逆和不可逆抑制作用两大类。
抑制剂与酶的必需基团或活性部位以共价键结合而引起酶活力丧失,不能用透析、超滤或凝胶过滤等物理方法去除抑制剂而使酶活力恢复者称为不可逆抑制作用,这种抑制剂叫做不可逆抑制剂。
酶的可逆性抑制包括竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制作用