细胞内发生的化学反应，细胞代谢中酶的催化作用

不知道大家是否有个疑惑：为什么一个小小的的细胞里，能发生各种物质的合成与分解。平时我们把原料放在一起，原料也不会自己变成新物质啊？细胞内之所以能顺利地发生各种各样的反应，是因为有各种各样的酶的存在。

而细胞中每时每刻都进行着的许多化学反应，统称为细胞代谢。细胞代谢会有废物产生，其中的一种就是过氧化氢。过氧化氢，在常温下就会分解，但是速率很慢。如果大量过氧化氢积累在细胞内，细胞就会受到损伤。很明显，在细胞中，过氧化氢的分解速率加快了。在实验下科学家发现，这是酶的功劳。

外科消毒药，大量堆积对细胞不利

为什么这么说？首先我们要了解过氧化氢分解的过程：过氧化氢分子接受热量转变为活化状态，再在活化状态下放出热量形成产物分子（这其中成键断键之类的化学术语我们就不谈了，毕竟这是生物讲解）。想要让过氧化氢分解，必须使其达到活化状态；想要使其达到活化状态，需要为其提供能量。分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。在教材的实验中我们能了解到，加热和铁离子和酶都可以促进过氧化氢分解速率的提升，其中加热给分子提供了足够的能量，顺理成章地使分子变为活化状态；铁离子和酶则降低了这个反应的活化能，使得发生化学反应的“门槛”降低了，从而促进了化学反应速率的提升。能够降低某个化学反应的物质，被称为该反应的催化剂。

酶就相当于给化学反应提供了一条隧道

平时我们将原料放在一起的时候，环境的温度并不足以使它们达到活化状态。在酶的催化下与细胞中能量的支持下，合成细胞结构的原料就能达到活化状态，从而发生反应。

在分解过氧化氢时，起作用的酶是过氧化氢酶。过氧化氢酶只能催化过氧化氢的分解，对其他的化学反应则不能起到什么作用。铁离子不是这样的，除了过氧化氢的分解，它还能催化苯环的卤代反应等其它反应。可以说，过氧化氢酶是专门为催化过氧化氢的分解而制造出来的，具有专一性。酶一般都只能催化一种或一类反应，都具有专一性。而专精于催化单一的反应，它的效率更高了：过氧化氢酶降低活化能的作用较铁离子更加显著。一般来说，与无机催化物相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高，促进化学反应进行的效果更好。酶具有高效性。

一般来说，酶降低活化能的能力更强

那么，专一且高效的酶，究竟是什么物质呢？科学家萨姆纳希望在刀豆种子中提取脲酶，最后他成功在提取液中获得脲酶结晶，他用多种方法证明了结晶是蛋白质。后来，又有科学家发现少数RNA也有生物催化功能。

酶大多是蛋白质。还记得蛋白质一章中讲到的蛋白质的变性吗？在极端的理化条件下，蛋白质会发生变性，丧失功能。酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。

由于降低了化学反应的活化能，改变了反应的步骤，酶催化的反应，能量变化是温和的（打个比方：无论是在细胞内分解还是点燃，葡萄糖都会变成二氧化碳和水，放出的能量都是一样的。不同的是在细胞内这个反应的过程较为温和），不会破坏细胞内的环境。

根据盖斯定律，无论是燃烧还是经呼吸作用分解，葡萄糖变为水和二氧化碳时放出的热量都是相同的。

酶的专一性，使其不会胡乱参加其它反应；在加上生物膜系统将细胞分为一个个区室，不同作用的酶被分在了不同的区室中，使它们不会互相影响，细胞内的化学反应就能有序进行。酶需要温和环境，反应的过程也较为温和，这一点使得酶催化的反应大多不会破坏细胞。最后，由于酶具有高效性，各种反应在酶的催化下可以快速进行。在这些特点的加持下，酶使得细胞内可以同时有序进行许多化学反应。