影响酶活性的因素文献综述
影响酶活性的因素文献综述
酶是一种活性蛋白质。因此,一切对蛋白质活性有影响的因素都影响酶的活性。酶具有蛋白质样的一级、二级、三级、四级结构, 可由温度、离子发射、氧化剂、还原剂、光、酸、碱和有机溶剂, 生物作用等因素对其变性和降解, 酶的变性会引起其催化活性(即在特定的系统和条件下的反应速度) 的丧失, 现代分子学认为变性就是对蛋白质的二、三级结构的破坏, 下面从十一个方面说明影响酶活性的因素。 酶是生物催化剂,具有两方面的特性,既有与一般催化剂相同的催化性质,又具有一般催化剂所没有的生物大分子的特征。酶与一般催化剂一样,只能催化热力学允许的化学反应,缩短达到化学平衡的时间,而不改变平衡点。酶作为催化剂在化学反应的前后没有质和量的改变。微量的酶就能发挥较大的催化作用。酶和一般催化剂的作用机理都是降低相应的活化能因为酶是蛋白质,所以酶促反应又固有其特点:(1)、高度的催化效率. 其效率是一般无机催化剂的10的7次幂~~10的13次幂。(2)、高度的专一性.一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键,以促进一定的化学变化,并生成一定的产物,这种现象称为酶的特异性或专一性。受酶催化的化合物称为该酶的底物或作用物。(3)、酶活性的可调节性.酶是生物体的组成成份,和体内其他物质一样,不断在体内新陈代谢,酶的催化活性也受多方面的调控。(4)、酶活性的不稳定性,酶是蛋白质,酶促反应要求一定的pH、温度等温和的条件,强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐、高温、紫外线、剧烈震荡等任何使蛋白质变性的理化因素都可能使酶变性而失去其催化活性。
影响因素
1、 温度
酶的催化作用,只有在一定温度下才能表现出来。 酶对于升高温度十分敏感, 温度升高会对酶产生两种影响, 一方面酶的催化反应速度加大, 另一方面也加速了酶活性的丧失, 各种酶的热稳定性是不一样的, 都有各自的最适温度, 随着温度升高, 酶的反应速度成倍增长, 但达到最适温度后, 温度再升高, 反应速度又会急剧下降, 上述两种倾向维持平衡时, 酶的活性最大, 温度超过最适温度时, 酶的热变性造成的影响比升温引起的反应加速的影响更大。因此, 在酶解反应时, 只要能达到最大反应速度, 应尽量采用较低的温度。 2 、PH 值
pH值可改变底物的带电状态,从而影响底物分子与酶的结合。各种酶的特异性表明,酶的活动中心只能结合带某种电荷的离子,包括正电、负电或两性电荷。例如,胃蛋白酶只作用蛋白质的正电离子;胰蛋白酶只作用蛋白质的负电离子;而木瓜蛋白酶只作用蛋白质的两性离子,所以,木瓜蛋白酶最适pH值和它的等电点相同,pH值为5—6。酶分子具有两性电解质的性质,同时pH值也改变了酶分子的带电状态,特别是改变了酶活力中心上有关基团的电离状态。当在某一pH时,酶分子的活动中心,既存在一个带正电的基团,又存在一个带负电的基团,这时,酶与底物结合最容易;当pH偏高或偏低时,其活动中心只带有一种电荷,就会使酶与底物的结合能力降低。 PH 值是酶催化反应的重要环境条件, 酶是两性化合物, 其上分布着许多梭基和氨基等酸性、碱性基团, 对酸碱度极为敏感, 最适p H值因酶、底物的不同而异, 过酸和过碱时均会引起酶变性,从而降低酶活性, 导致反应速度下降, 酶反应速度最大的pH值是最适pH值,此时酶的活性最大。
3 、酶的浓度和底物浓度
酶与底物浓度的关系,一般来说,当酶的浓度较小,底物浓度大大高于酶,则酶的浓度与反应速度成正比;当底物浓度一定时,酶的浓度继续增加到一定值以后,其反应速度并不加快。由于上述关系,过大的增加用曲量是不能收到预期效果的。
4 、金属离子
某些金属离子对酶起着活化剂的作用,例如Cu , M n ,等离子通常可以显著增加D 一+ +
葡萄糖异构酶的活性, 相反地, 金属离子对酶也可能起抑制作用, 例如同样对D-葡萄糖异构酶, Cu ,Fe, Al , Hg , Zn, Ca均有不同程度的抑制催化活性的作用, 重金属离子如 Hg + , Pb + 等,对蛋白质具有变性作用, 故在酶洗液中应竭力避免铜、铁、铝等重金属离子进入, 应尽量在生产中避免使用铜器等设备, 或用赘和剂封锁, 但钾、钠、镁等重金属离子对酶影响不大。
5 、物理因素
许多物理因素和紫外线, 放射线, 超声波等都可能引起酶的失活。酶在存放中易失活, 一般酶最宜储存温度为。℃ 至10 ℃ , 一年内失活率15%, 冷冻干燥是保存酶制剂的一个好方法, 但也有一些酶经不起冷冻, 如梭肤酶A 。在生产操作时, 尤其是搅拌酶溶液时形成的大量泡沫会造成酶蛋白的变性, 这是由于表面张力的关系, 蛋白质的多肤链经常会在二相界面上松散, 特别是气液界面, 这就是表面变性。可加辛醇消沫剂消除泡沫。
6 、天然抑制剂
自然界中存在许多酶的天然抑制剂它们有些是非专一的抑制剂, 如植物中丹宁类成分具有强烈的结合蛋白质的能力, 易使酶失活, 动物体内的肝素, 青霉素等抗菌素也能影响很多酶的活性, 对纤维素酶而言, 植物体中的酚类即各种白色素则是其抑制剂。 7 、前处理用剂
纺织工业中, 织物前处理用剂对酶活性也有不同程度的影响。用H2O2和NaCLO 对织物分
别漂白后进行酶整理, 在相同酶整理条件下, 氧漂织物的整理效果明显, 而氯漂织物的整理效果较差,
说明CLO对酶的活性有抑制作用, 以纤维素酶为例, 次氯酸钠在浓度为2.5*l0M 时,可完全抑制其活性。
8 、添加物
各种添加物对酶整理的影响也不相同, 在相同的、酶洗条件下, 磷酸根对酶活性有一定
2--2-程度的抑制作用, 其它如CO 3,CL , SO4, NO3等酸根离子则影响不大, 有机物如尿素和
孤等都可引起蛋白质变性, 但单纯由尿素引起的变性常常是可逆的, 化学试剂对酶影响各异, 能形成酶活性物质或酶抑制物质, 当形成酶抑制物不能再可逆复活时即为酶中毒, 对纤维素酶而言, 甲醛, 碘酸钾能造成其中毒失活, 但半胧氧酸, 重铬酸钾对其有激活作用, 能提高纤维素酶水解CMC的能力20%左右。
9 、表面活性剂
以纤维素酶为例, 离子型表面活性剂对其有显著的抑制作用, 如十二烷基硫酸脂(SDS)使蛋白质亚基解离, 也可能引起蛋白质变性。而非离子表面活性剂则并不抑制纤维素酶的催化反应, 理论认为带电子的分子同纤维素酶通过静电而相互作用, 在处理液中甚至在作用基质上形成一个较不活泼的复合体.
10 、染料
酶的催化反应速率不单显著地受到以上诸方面的影响, 而月还会受到处理液中或基质上同时存在的染料化学品的影响。以纺织工业中纤维素酶整理棉织物为例, 吸附于棉基质上的阴离子染料, 如直接和活性染料,能显著抑制纤维素酶的催化反应, 而非离子染料, 如还原染料, 并未有显奢的抑制作用, 理论认为,直接和活性染料形成染料一酶复合体, 没有游离酶活泼, 阻碍了纤维素酶向棉纤维素分子的1 , 4 一昔键的接近, 从而影响反应效果, 而还原染料似乎分子尺寸太小, 不足以阻碍纤维素酶, 以形成染料一酶复合体。如果染色后的棉织物经酶减量处理, 则不论其染料种类如何, 一般都出现酶整理效果降低的趋向, 理论认为经过染色后的棉纤维, 其表面空隙为染料所吸附固着, 影响了酶对纤维素的直接接触,导致催化水解作用难以进行, 亦或不同的染料对酶产生不同程度的中毒现象, 抑制了酶的活性效果。 --3 + + + + + +
11 、内源抑制剂
国外报导在木霉的培养液中发现能抑制纤维素酶的物质, 初步证明是真菌本身产生的一种抑制剂, 称为内源抑制剂, 这种微生物具有的能产生抑制某种酶的内源抑制剂的调节机制是酶学研究的又一课题。
12 、产物抑制
对于纤维素酶来说, 纤维二糖是其水解产物, 但当它积累到一定程度时, 反过来又抑制了酶的活性, 此现象为产物抑制, 又叫反馈抑制。
从上面这些论述,不难看出影响酶活性的因素是多种多样的, 相当复杂的, 有些因素可以预计和控制,例如温度和pH值, 有些则难以完全弄清和控制, 故在进行实验和生产时, 应严格确定工艺条件, 谨慎使用各种化学品及金属设备, 确保酶制剂反应时的生物活化性能能够最大, 以最优越的反应条件获得最大的反应速度, 而其他影响酶的活性的因素今后会在酶学研究中渐渐发现和认识了解。
13、激活剂对酶促反应速度的影响
凡是能提高酶活性的物质,都称激活剂,其中大部分是离子或简单的有机化合物。激活剂种类很多,有①无机阳离子,如钠离子、钾离子、铜离子、钙离子等;②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;③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。
14、抑制剂对酶促反应速度的影响
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。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。
近几年来有好多多酶活性的研究,下面对几项研究进行介绍。
文献参考