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酶的生物學(xué)功能
在生物體內(nèi),酶發(fā)揮著非常廣泛的功能。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞活動(dòng)的調(diào)控都離不開酶,特別是激酶和磷酸酶的參與。酶也能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),通過(guò)催化肌球蛋白上ATP的水解產(chǎn)生肌肉收縮,并且能夠作為細(xì)胞骨架的一部分參與運(yùn)送胞內(nèi)物質(zhì)。一些位于細(xì)胞膜上的ATP酶作為離子泵參與主動(dòng)運(yùn)輸。一些生物體中比較奇特的功能也有酶的參與,例如熒光素酶可以為螢火蟲發(fā)光。[18]病毒中也含有酶,或參與侵染細(xì)胞(如HIV整合酶和逆轉(zhuǎn)錄酶),或參與病毒顆粒從宿主細(xì)胞的釋放(如流感病毒的神經(jīng)氨酸酶)。
酶的一個(gè)非常重要的功能是參與在動(dòng)物消化系統(tǒng)的工作。以和蛋白酶為代表的一些酶可以將進(jìn)入消化道的大分子(淀粉和蛋白質(zhì))降解為小分子,以便于腸道吸收。淀粉不能被腸道直接吸收,而酶可以將淀粉水解為麥芽糖或更進(jìn)一步水解為葡萄糖等腸道可以吸收的小分子。不同的酶分解不同的食物底物。在草食性反芻動(dòng)物的消化系統(tǒng)中存在一些可以產(chǎn)生纖維素酶的細(xì)菌,纖維素酶可以分解植物細(xì)胞壁中的纖維素,從而提供可被吸收的養(yǎng)料。
在代謝途徑中,多個(gè)酶以特定的順序發(fā)揮功能:前一個(gè)酶的產(chǎn)物是后一個(gè)酶的底物;每個(gè)酶催化反應(yīng)后,產(chǎn)物被傳遞到另一個(gè)酶。有些情況下,不同的酶可以平行地催化同一個(gè)反應(yīng),從而允許進(jìn)行更為復(fù)雜的調(diào)控:比如一個(gè)酶可以以較低的活性持續(xù)地催化該反應(yīng),而另一個(gè)酶在被誘導(dǎo)后可以較高的活性進(jìn)行催化。酶的存在確定了整個(gè)代謝按正確的途徑進(jìn)行;而一旦沒(méi)有酶的存在,代謝既不能按所需步驟進(jìn)行,也無(wú)法以足夠的速度完成合成以滿足細(xì)胞的需要。實(shí)際上如果沒(méi)有酶,代謝途徑,如糖酵解,無(wú)法獨(dú)立進(jìn)行。例如,葡萄糖可以直接與ATP反應(yīng)使得其一個(gè)或多個(gè)碳原子被磷酸化;在沒(méi)有酶的催化時(shí),這個(gè)反應(yīng)進(jìn)行得非常緩慢以致可以忽略;而一旦加入己糖激酶,在6位上的碳原子的磷酸化反應(yīng)獲得加速,雖然其他碳原子的磷酸化反應(yīng)也在緩慢進(jìn)行,但在一段時(shí)間后檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)產(chǎn)物為葡萄糖-6-磷酸。于是每個(gè)細(xì)胞就可以通過(guò)這樣一套功能性酶來(lái)完成代謝途徑的整個(gè)。
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