一、影響酶高效催化的因素

    PH值的影響。每種酶僅在較窄的pH范圍內(nèi)才表現(xiàn)出較高的活力，該pH值即是酶作用的最適pH值。一般來(lái)說(shuō)，酶在最適pH值表現(xiàn)最wen定，因此酶作用的pH值也就是其穩(wěn)定的pH值。酶反應(yīng)pH值過(guò)高或過(guò)低，酶都會(huì)受到不可逆的破壞，穩(wěn)定性、活力下降，甚至失活。不同酶的最適pH范圍不同，偏酸性、中性、偏堿性的都有。比如根據(jù)作用最適pH值，常把蛋白酶分為酸性蛋白酶、中性dan白酶和堿性蛋白酶。酶作用pH值也是一定條件下，測(cè)得的參數(shù)。溫度或底物不同，酶作用的最適pH不同，溫度越高，酶作用的穩(wěn)定pH范圍越窄。因此，在酶催化反應(yīng)過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制反應(yīng)的 pH值。

    溫度的影響。在一定條件下，每種酶都有一個(gè)最適作用的溫度，在此溫度下酶活力最高，作用效果最hao，酶也較穩(wěn)定，酶催化反應(yīng)的速度增加和酶活力的熱變性損失達(dá)到平衡，這個(gè)溫度便是酶作用的最適溫度。每種酶還有一個(gè)活性穩(wěn)定的溫度，在此溫度下在一定的時(shí)間、pH和酶濃度下，酶較穩(wěn)定，不發(fā)生或極少發(fā)生活力下降，這一溫度為酶的穩(wěn)定溫度。超過(guò)穩(wěn)定溫度進(jìn)行作用，酶會(huì)急劇失活。酶的這種熱靈敏性，可用臨界失效溫度Tc表示，指酶在1h喪失一半活力的溫度。所以，一般只有在酶的有效溫度范圍內(nèi)，才能進(jìn)行有效的催化作用，溫度每升高10℃，酶反應(yīng)速度增加1～2倍。溫度對(duì)酶作用的影響還與其受熱的時(shí)間有關(guān)，反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，酶的最適溫度會(huì)降低。另外，酶反應(yīng)的底物濃度、緩沖液種類、激活劑和酶的純度等因素，也會(huì)使酶的最適溫度和穩(wěn)定溫度有所變化。

    酶濃度和底物濃度的影響。底物濃度是決定酶催化反應(yīng)速度的主要因素，在一定的溫度、pH及酶濃度的條件下。底物濃度很低時(shí)，酶的催化反應(yīng)速度隨底物濃度的增加而迅速加快，兩者成正比。隨著底物濃度的增加，反應(yīng)速度減緩，不再按正比例升高。底物濃度和酶催化反應(yīng)速度之間的關(guān)系，一般可用米氏方程式表示。有時(shí)底物濃度很高，還會(huì)因底物抑制作用造成酶反應(yīng)速度下降。當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^(guò)酶濃度，酶催化反應(yīng)速度一般與酶濃度成正比。此外，如果酶濃度太低，酶有時(shí)會(huì)失效，使反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行。在食品加工中所進(jìn)行的酶催化反應(yīng)，酶用量一般比底物量少許多，同時(shí)也要考慮酶的成本因素。

    抑制劑的影響。許多物質(zhì)可以減弱、抑制，甚至破壞酶的作用，這些物質(zhì)稱為酶的抑制劑。如重金屬離子（ Fe3+ 、 Cu2+ 、 Hg+ 、 Pb+ 等）、一氧/化碳、硫/化氫、有機(jī)陽(yáng)離子、乙2胺和四乙酸等。

    激活劑的影響。許多物質(zhì)具有保護(hù)和增加酶活性的作用，或者促使無(wú)活性的酶蛋白轉(zhuǎn)變成有活性的酶，這些物質(zhì)統(tǒng)稱為酶激活劑。激活劑可分為三類：第一類是無(wú)機(jī)離子，如Na+、K+、Ca2+、、Mg2+、Cu2+、Co2+ 、Zn2+等陽(yáng)離子，以及Cl-、NO3-、PO43-、SO42-等陰離子。第二類是分子較小的有機(jī)物，主要是維生素B族及其衍生物。第三類是具有蛋白質(zhì)性質(zhì)的高分子物質(zhì)。激活劑對(duì)酶催化反應(yīng)速度的影響與底物濃度相似，但在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用很少。

    保存環(huán)境的影響。酶制劑在低溫環(huán)境下處于休眠狀態(tài)，要使酶長(zhǎng)期保存而不失去活性，在10℃保存酶活損失5-10%/6個(gè)月，常溫保存酶活損失10-15%/6個(gè)月。所以關(guān)鍵在于干燥和低溫。熱和光照都易使酶失去活性，因此，酶制劑應(yīng)密閉儲(chǔ)存在低溫避光處。另外，酶制劑水分含量越高，越易失活，故一般粉狀酶制劑易于保存和運(yùn)輸。此外，有些金屬離子也能引起酶失去活性或抑制酶的活力，應(yīng)避免選擇金屬離子的容器來(lái)保存酶制劑。

二、影響酶高效催化的機(jī)理

1.靠近和定向效應(yīng)

化學(xué)反應(yīng)的速度與反應(yīng)物的濃度呈正比。“靠近"（鄰近）是指酶的活性中心與底物靠近，對(duì)于雙分子反應(yīng)來(lái)說(shuō)也包括酶活性部位與兩底物分子之間的鄰近。定向是指互相靠近的底物分子之間以及底物分子與酶活性部位的功能基團(tuán)之間

正確的立體化學(xué)排列。這樣就大大提高了酶活性中心局部區(qū)域的底物濃度。研究表明，在生理?xiàng)l件下，底物濃度一般很低（0.001mol?/?L），而在酶活性部位測(cè)得底物濃度達(dá)100mol?/?L，比溶液中高出十萬(wàn)倍。同時(shí)，專一性底物與酶分子靠近并與之結(jié)合時(shí)，酶分子構(gòu)象發(fā)生一定變化，而導(dǎo)致其催化基團(tuán)與結(jié)合基團(tuán)正確排列與定位，為反應(yīng)基團(tuán)分子軌道雜交提供了良好的條件，使底物進(jìn)入到過(guò)度態(tài)的熵變負(fù)值減小，反應(yīng)的活化能降低，從而大大提高了反應(yīng)速率。據(jù)估計(jì)靠近和定向效應(yīng)約可使反應(yīng)速度增加108?倍。

2.底物分子的形變與誘導(dǎo)契合

所有化學(xué)鍵均由電子形成，電子的遷移會(huì)引起這些鍵的重排和斷裂。X-射線分析證明，酶與底物結(jié)合并進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，在底物誘導(dǎo)酶活性中心的構(gòu)象發(fā)生改變的同時(shí)，酶也可誘導(dǎo)底物分子構(gòu)象發(fā)生變化，促使底物分子中的敏感鍵發(fā)生“形變"，產(chǎn)生“電子張力“，以上變化有利于形成一個(gè)互相契合的酶-底物復(fù)合物，進(jìn)一步形成過(guò)度態(tài)，大大增加酶促反應(yīng)的速率。

3.酸堿催化

質(zhì)子供體（酸）和質(zhì)子受體（堿）形成的廣義酸堿催化。在生物化學(xué)的反應(yīng)中普遍存在。酶分子中存在許多酸性和堿性基團(tuán)，它們可作為質(zhì)子供體和質(zhì)子受體，在特定的pH?條件下起到廣義酸堿催化作用。如氨基、羧基、巰基、酚羥基和咪唑基。特別是咪唑基，既是一個(gè)很強(qiáng)的親核基團(tuán)（電子對(duì)供體），又是一個(gè)有效的酸堿催化基團(tuán)。咪唑基的解離常數(shù)約為6.0?，在接近生物體液的pH條件下，有一半以酸的形式存在，另一半以堿的形式存在。即咪唑基既可作為質(zhì)子供體，也可作為質(zhì)子受體在酶促反應(yīng)中發(fā)揮作用，并且供出質(zhì)子和接受質(zhì)子的速度十分迅速（半壽期小于10-3秒），因此，咪唑基是最有you效的、最活潑的催化基團(tuán)。

4.共價(jià)催化

某些酶可以與底物形成一個(gè)反應(yīng)活性很高的不穩(wěn)定共價(jià)中間物，

此共價(jià)中間物很容易變成過(guò)度態(tài)，因而大大降低反應(yīng)的活化能，致使底物能越過(guò)較低能閾形成產(chǎn)物。共價(jià)催化最一般的形式是催化劑的親核基團(tuán)對(duì)底物的親電子碳原子進(jìn)行攻擊，形成共價(jià)中間物。酶蛋白中有三種主要親核基團(tuán)，Ser的羥基、Cys的巰基和His的咪唑基。

5.酶活性中心是低介電區(qū)域

酶活性中心穴內(nèi)是相對(duì)疏水環(huán)境。酶的催化基團(tuán)被低介電環(huán)境所包圍，因此，底物分子的敏感鍵和酶的催化基團(tuán)之間有很大的反應(yīng)力。