学文网一、提出问题
酶蛋白的化学本质是蛋白质，在过酸、过碱或温度过高条件下，会使酶蛋白的空间结构遭到破坏，使酶失去活性。当酶蛋白处于最适温度和彻底变性的临界温度之间的温度时，酶的活性会降低，如果再让酶蛋白恢复到适宜的温度时，酶的活性将会如何变化呢？
二、提出假设
酶蛋白的变性主要是高级结构即酶的空间结构发生的改变，即主要是氢键、离子键、二硫键等次级键被破坏，致使肽链松散，变为无规则卷曲状，从而失去活性。因为酶蛋白变性时，其一级结构即氨基酸的排列顺序不变，据此推测，如果使酶蛋白变性的条件不是过于剧烈时，再让其处于适当条件下，酶蛋白的活性还可以部分甚至全部恢复功能。
三、实验验证
α-淀粉酶的高温复性
1.所选α-淀粉酶作用温度范围60~90℃，最适宜作用温度为60~70℃，作用pH范围5.5~7.0，最适pH为6.0。
2.实验步骤：
注：“+”表示有；“-”表示无；“+”的多少代表颜色的深浅。冷却后放置2.5个小时后，E组第10号中淀粉也分解完全。
四、结论
α-淀粉酶在100℃及以下的温度中的变性，可以在适宜的温度下恢复活性。
五、知识拓展
1.酶蛋白的变性
酶蛋白的活性部位分为结合部位和催化部位，前者负责与底物结合，决定酶的专一性，后者负责催化底物键的断裂以及催化新键形成，决定酶的催化能力。酶的活性部位是一个三维实体，是由酶蛋白的一级结构所决定并且在一定的外界条件下形成的。活性部位的氨基酸残基在一级结构上可能相距很远，甚至位于不同的肽链上，通过肽链的盘绕、折叠而在空间结构上相互靠近。可以说没有酶蛋白的空间结构就没有酶蛋白的活性部位，即没有酶蛋白的活性。
当酶蛋白受物理或化学因素的影响时，其空间结构遭到破坏，致使其理化性质和生物功能发生改变，但并不导致一级结构的改变，这种现象称为酶的变性。酶蛋白变性后分子性质发生改变，如黏度升高，溶解度降低，结晶能力丧失，旋光度和红外、紫外光谱均发生变化。
2.使酶蛋白变性的因素
能使酶蛋白变性的因素很多，如强酸、强碱、重金属盐、尿素、胍、去污剂、三氯乙酸、有机溶剂、高温、射线、超声波、剧烈振荡或搅拌等。但不同种类的酶蛋白对各种因素的敏感性不同。
3.酶蛋白的复性
因为酶蛋白的变性主要是高级结构的改变，而其一级结构并不改变。因此，如果其变性条件不是过于剧烈，那么在适当条件下还可以恢复功能。例如胃蛋白酶加热至80℃～90℃时，失去溶解性，也无消化蛋白质的能力，如果将温度再降低到37℃，则又可恢复溶解性和消化蛋白质的能力。再如核糖核酸酶，该酶中所含四对二硫键及其氢键，它在β-巯基乙醇和8M尿素作用下，发生变性，失去生物学活性，但是变性后如经过透析去除尿素，β-巯基乙醇，并设法使巯基氧化成二硫键，酶蛋白又可恢复其原来的构象，生物学活性也几乎全部恢复。根据蛋白质结构与变性程度和复性条件不同，复性会有不同结果。有时可以完全复性，恢复所有活力；有时大部分复性，但保留异常区；有些蛋白结构复杂，有多种折叠途径，若无适当方法，会生成混合物。当然随着变性时间的增加，条件的加剧、变性程度也会加深，就会达到不可逆的变性。
4.温度对酶活性的影响
多数酶在60℃以上开始变性，热变性通常是不可逆的，少数酶在pH为6以下变性时不发生二硫键交换，仍可在适宜条件下复性，如α-淀粉酶、胃蛋白酶等。多数酶在低温下稳定，但有些酶在低温下会钝化，其中有些酶的钝化是不可逆的。如固氮酶的铁蛋白在0~1℃下15小时就会失活。
温度对酶促反应速率的影响表现在两个方面。一方面是当温度升高时，与一般的化学反应一样，反应速率加快，一般而言反应温度每提高100℃，其反应速率即为原来反应速率的2倍。另一方面由于酶是蛋白质，随温度升高，酶蛋白会逐渐变性而失活，进而引起酶促反应速率的下降，酶蛋白所表现的最适催化温度是这两种影响的综合结果。也就是说，在酶促反应的最初阶段，酶蛋白的变性尚未表现出来，因此反应速率随温度升高而增加，但高于最适温度时，酶蛋白变性逐渐突出，反应速率随温度升高的效应将逐渐为酶蛋白变性效应所抵消，反应速率迅速下降，因此表现为最适温度。
最适温度不是酶的特征物理常数，常受到其他条件如底物种类、作用时间、pH和离子强度等因素影响而改变。由于温度使酶蛋白的变性是时间累加的，一般来讲，反应时间长，酶的最适温度低，反应时间短，则最适温度就高。因此只有在规定的反应时间内才可确定酶的最适温度。
作者单位：江苏省运河中学