关于酶活性的两个疑问

欧阳一鸣

（湖北省荆州中学 湖北荆州 434000）

1 溶酶体酶泄露后活性升高还是降低

在高中生物学教学中，师生一般认为溶酶体酶泄露后活性降低，这一点在翟中和主编的《细胞生物学》中也有体现：少量的溶酶体酶泄露到细胞质基质中，并不会引起细胞损伤，其主要原因是细胞质基质中的pH约为7.0。在这种环境中，溶酶体酶的活性大大降低。但是，该教材中关于溶酶体发现历程的描述，对泄露后的溶酶体酶活性却有截然相反的说法：1949年，德迪夫利用大鼠肝组织匀浆离心得到了线粒体组分，在测定组分中酸性磷酸酶活性时出现了一些反常现象，如蒸馏水提取物中的活性比在蔗糖渗透平衡抽提物中酶的活性高。放置一段时间的抽提物比新鲜制品中的酶活性高，且酶活性与沉淀物线粒体无关，从而推测出线粒体中还存在一种新的细胞器。1955年，通过电子显微镜确定了溶酶体的存在。这部分内容似乎认为溶酶体破损后释放的酶活性会升高，因为用蒸馏水处理显然会导致溶酶体吸水破裂释放溶酶体酶，而放置一段时间应该有类似效果。

为了进一步证实推测，笔者查阅了贴近原始实验的数据：

新鲜的细胞匀浆及各离心组分在冰箱放置一段时间后，酸性磷酸酶（可以使磷酸化合物水解产生磷酸盐）活性大幅上升（表1）。德迪夫据表推测组分放置冰箱后，由于冻存而损伤膜结构，导致这种膜结构含有的酶释放而增加酶活性，据此认为酸性磷酸酶也是一种膜包被的酶。可知这里酶活性的上升指的应该是酶量的增加。

表1 酸性磷酸酶在新鲜组分与延时处理组分中的活性

在王镜岩主编的《生物化学教程》中有这样一段陈述：酶试样或酶制品或多或少都杂有其他蛋白质，因而酶的量不能直接用质量或物质量表示，需要用它的生物活性即催化能力表示，即酶活性代表酶量。

综上，两段说法的主要矛盾在于对酶活性概念的解读。高中教学中讨论的通常是单位酶在不同设定条件（如温度、pH等）下的构象变化导致对反应催化能力不同。而大学生物化学教材中讨论的是同一（适宜）条件下因酶制品中酶量的不同导致对反应的催化能力不同。所以细胞生物学前文提到的活性升高，比较的是冻存等处理前后膜外酶量变化；后文提到的活性降低，比较的是泄露的溶酶体酶与膜内酶的构象差异。

2 酶的最适温度与最适pH是否变化

在教辅资料及教师的课件中经常可见到图1。

图1 温度和pH对反应物剩余量/相对量的关系

对图1的解释通常是，反应溶液的pH（或温度）不影响酶作用的最适温度（或pH）。部分教师会进一步追问：酶作用的最适pH和最适温度是不受外界因素影响的。这种说法成立吗？

以蛋白质类酶为例，首先要明确其催化机制。酶分子上存在多种可解离的催化基团，如Ser羟基、Cys巯基和His咪唑基等。这些基团要么是具有未共享电子对的，可以提供电子；要么是缺电子的，可以接受电子。缺电子的原子或基团倾向于从底物的多电子基团接纳电子，该过程即为亲电催化；具有未共享电子对的基团倾向于向底物的缺电子的核提供电子，该过程即为亲核催化。当酶分子通过上述方式和底物结合后，可使反应物具有更大反应性，即反应所需活化能更低，更容易发生反应。

因此，酶分子催化基团或底物的解离状态可以影响到酶促反应速率。而酶活性通常由酶促反应速率衡量。pH变化意味着水溶液中缺电子的H浓度变化，很显然，除极端pH条件造成酶空间结构破坏致使活性完全丧失外，pH可以通过影响酶分子或者底物的解离状态影响酶活性；而温度可通过给分子赋能的方式影响其活跃程度，同样可以导致分子相关基团的解离状态变化。

综上，pH和温度可通过相同的机制影响酶促反应，因此反应溶液的pH（或温度）会影响到酶作用的最适温度（或pH）。