F4 第4課 酶

第4章：酶和新陳代謝 (Enzyme and Metabolism)

4.1  新陳代謝 （課本1A，p. 4-3）

新陳代謝 (metabolism) = 生物體內維持生命的所有化學反應
分解代謝 (catabolism)	合成代謝 (anabolism)
Ø  分解反應 Ø   過程中 釋出 能量	Ø  合成      反應 Ø   過程中 需要 能量來進行

Ø  反應分子必須吸收足夠能量，克服 能障 (energy barrier)，生化學反應才能進行。

Ø  酶 (enzyme) 是生物體內化學反應的 催化劑：

n  能 減低/降低 能障，加速化學反應，

n  使化學反應可在 溫和 的環境下快速進行。

B

酶怎樣發揮作用？（課本1A，p. 4-6）

Ø  酶是 蛋白質 分子，有具特定形狀的 活性部位 (active site)。

Ø  酶的活性部位與合適的受質 (substrate) 分子結合，

        形成 酶受質複合物 (enzyme-substrate complex)，減低反應的能障。

Ø   複合物隨即分解，釋出 生長物/產物 (product)。

Ø   酶的結構在反應後沒有任何 改變。

Ø   在分解代謝中，酶催化受質分子的 分解；在 合成代謝中，酶催化受質分子的結合 。

http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter2/animation__how_enzymes_work.html (動畫: 酶受質複合物)

酶作用的專一性 (specificity)：

Ø   可用 鎖鑰假說 (lock-and-key hypothesis) 來解釋。

酶只與特定的 受質分子 結合，就像鑰匙與 鎖 的配對。

http://www.kscience.co.uk/animations/anim_2.htm (動畫: 鎖鑰假說及解釋)

C

酶的性質 （課本1A，p. 4-7）

1      酶是生物催化劑，能 加速 代謝反應。

2      酶可以 重複 使用：

Ø  化學反應中，酶與受質分子暫時結合。

Ø  反應完成後，酶回復原來的結構，可再與其他受質分子結合。

3      酶的所需量相對較 小

4      酶的化學本質是 蛋白質：

Ø   其作用是 專一 的，只催化一種化學反應

Ø   其結構和作用容易受 溫度 和pH值影響。

4.3  影響酶反應速率的因素 （課本1A，p. 4-9）

Ø  酶反應 速率 ：

n  受質消耗或分解的速率

n  或生成物產生的速率

n  反映酶的活性

	A		溫度 （課本1A，p. 4-9）
Ý 溫度對酶反應速率的影響
溫 度				對酶反應速率的影響
低 溫				Ø  低溫時，酶處於 不活躍／活躍狀態，反應速率很 低／高。 Ø   隨著溫度上升，分子的 振動 增加，分子互相 碰撞 的頻率增加， Ø   形成 酶受質複合物 的機會亦會增加。
最適溫度				Ø   酶的活性最高，酶的反應速率也就 最低／最高。
高 溫				Ø   酶分子的形狀改變，即 變性 (denature) Ø   酶的 活性 下降。

http://www.youtube.com/watch?v=3IL_Df5ouUc&feature=PlayList&p=E2AF1FC6A4091D0B&playnext=1&playnext_from=PL&index=28 (youtube: 蛋白變性)

B

pH值 （課本1A，p. 4-11）

Ø  酶只在狹窄的 pH 範圍內發揮作用。酶在 最適pH (optimum pH) 時，活性最高。

Ø  在pH值不合適的環境下，酶會 變性，其活性於是下降。

C

抑制劑 （課本1A，p. 4-12）

Ø  抑制劑 (inhibitor) 可減慢酶的作用，甚至使酶的作用停止。

	競爭性抑制劑 (competitive inhibitor)	非競爭性抑制劑 (non-competitive inhibitor)
抑制劑分子形狀與受質	相似	不相似
作 用	與受質分子 競爭 活性部位，佔據活性部位	改變酶的 結構 (尤其是活性部位)，使其不再與受質分子相配
增加受質濃度的影響	酶反應速率 會 / 不會 提高	酶反應速率 會 / 不會 提高

http://personal.cityu.edu.hk/~bhdingli/Animation%20of%20Enzyme%20Inhibition.htm (動畫: 抑制作用)

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp06/0602001.html (動畫: 酶, 受質與抑制物)

http://www.wiley.com/college/boyer/0470003790/animations/enzyme_inhibition/enzyme_inhibition.htm (動畫: 不同抑制作用)

http://www.wiley.com/college/pratt/0471393878/student/animations/enzyme_inhibition/index.html (可逆抑制劑)

http://student.ccbcmd.edu/courses/bio141/lecguide/unit2/control/compant_an.html (動畫: 競爭性抑制作用)

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp06/0602001.html (動畫: 非競爭性抑制作用)

4.4  酶的應用 （課本1A，p. 4-16）

洗衣粉 (生物性洗衣粉)	鬆肉粉	芝 士
加入 蛋白酶 和脂肪酶，幫助去除污漬。	含有從木瓜提取的 木瓜素 (一種蛋白酶)，使肉質變得鬆軟。	凝乳酶 可使牛奶凝結。
麵 包	果 汁	皮 革
酶可改善 鬆軟 的結構，保持麵包鬆軟。	酶可分解植物細胞的 纖維素 ，使果汁更清澈。	酶可用來去除牛皮上的毛髮，並軟化皮革。

在工業過程中使用酶的好處：

Ø   酶的作用是 專一 的，可減少無用的生成物的產生。

Ø   只需小量酶便能有效地催化化學反應，可降低生產成本。

Ø  大部分酶都能在 溫和 的環境條件下發揮作用，減省提供極端環境條件所需的支出。