科普 | 你知道“酶”，每天都在做什么吗？

在酶的催化作用下，化学反应的速率，要比未被催化的反应快上成万上亿倍。在没有酶的情况下，想要加快化学反应的速率，就需要提供更多的能量以提高温度，加快底物粒子的摩尔运动速度，使粒子之间的相互撞击增多。这些撞击时而能产生足够的能量诱发分子间的化学反应，大多数反应的过程中会形成一种不稳定的中间高能产物。

在化学反应中，酶充当反应的模子，与底物相结合，并将底物保持在合适的位置，组成反应产物。酶也用活性基团包围底物，稳定反应过程中的中间高能产物，使反应的过程更加顺利。

要想理解酶的工作原理，让我们仔细观察一下三羧酸循环中，由顺乌头酸酶催化的反应。

顺乌头酸酶与其底物柠檬酸根相结合，移除柠檬酸根分子中的羟基与一个氢原子，并形成中间产物：顺乌头酸。随后，顺乌头酸酶又将羟基与氢原子，安装在了略微不同的位置上，形成了反应产物—异柠檬酸根。

在酶的活性部位，一些氨基酸被安排在适合的位置上，用于识别底物，并将其保持在最佳的位置，使反应得以开始。

一些氨基酸参与，识别并固定底物；其它氨基酸则直接参与催化作用，组氨酸101通过放弃它的氢离子来形成酸。

得益于丝氨酸642的化学环境，它可以充当碱来接收来自于底物的氢离子。

顺乌头酸酶的活性部位，还包含了一个铁硫簇，它可以使底物静电稳定，并将其置于催化残基附近。

反应的第一步是脱水，在这一步过程中，组氨酸脱去氢离子，与底物中的羟基相结合，结合成水分子的形式脱去。然后，丝氨酸起到类似碱的作用，自底物的另一边，提取出一个氢原子，组成了中间产物—顺乌头酸。随后顺乌头酸上下翻转，进行相应的水化反应。在这个阶段，组氨酸从路过的水分子处，得到一个氢原子，并将生成的羟基，还给底物。随后丝氨酸分子交还它的氢原子，并释放最终产物异柠檬酸根。

值得注意的是，在这个反应过程中，酶本身没有发生变化。它先获得，随后又交还了一个羟基和一个氢原子，反应的开始与结束时均处于相同的状态。这是催化剂的标志性特点。当它完成一个催化反应后，就已经做好参与下一个反应的准备，因此它可以连续参与成千上万次的反应。

另一个需要注意的点是，活性部位的形状通常是可变的。很多酶包裹其底物，并使其封闭于完美的反应环境。

酶对于地球上的生命不可或缺，它每分每秒都在不停工作，以维持地球上每个生命、每个细胞的正常生命活动。