安徽 徐新河

影響酶促化學(xué)反應(yīng)的多因素綜合分析

安徽 徐新河

酶在代謝中起催化作用，但由于酶是蛋白質(zhì)或RNA，在外界環(huán)境多因素的作用下會(huì)表現(xiàn)出化學(xué)反應(yīng)速率的變化，如溫度、pH、反應(yīng)物的量、酶的濃度、抑制劑或促進(jìn)劑等，如果在一種坐標(biāo)圖中以一個(gè)變量為自變量，以酶促化學(xué)反應(yīng)速率為因變量，在改變其他的無(wú)關(guān)變量時(shí)，會(huì)出現(xiàn)其他的曲線，這種變化也能反應(yīng)酶在多因素作用下的特點(diǎn)。

1.橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是反應(yīng)物的量、產(chǎn)物生成量

如果橫坐標(biāo)是時(shí)間，酶與底物的量都是一定的，而且溫度、pH等也是一定的。這樣隨時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)物的量越來(lái)越少，而生成物的量越來(lái)越多，但最終生成物的量是一定的。如果改變了酶的量、溫度、pH、反應(yīng)物的量后，曲線會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。

例1.圖中表示某酶在不同處理?xiàng)l件（a、b、c）下催化某反應(yīng)生成物的量和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，解讀此圖可獲得的信息是 （ ）

A. 三個(gè)處理中b是此酶反應(yīng)的最適條件

B. 三個(gè)處理?xiàng)l件的差異不可能是酶制劑的量不同

C. 三個(gè)處理?xiàng)l件的差異可能是反應(yīng)底物的量不同

D. 三個(gè)處理?xiàng)l件的差異可能是處理溫度的不同

分析：在改變了無(wú)關(guān)變量的條件后，曲線出現(xiàn)了“加速”或“減速”，但最后的生成量卻不變的情況?？赡苁敲傅牧吭鰷p，可能是對(duì)比不同的溫度或pH條件下，酶活性改變后的情況。其中反應(yīng)最快的應(yīng)該最接近或是最適條件，但是不可能是底物的不同，因?yàn)榈孜锊煌瑫?huì)出現(xiàn)最后的生成物的量不同。

參考答案：D

例2.如圖表示某種酶在不同處理?xiàng)l件（a、b、c）下催化某反應(yīng)物的量和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，解讀此圖可獲得的信息是（ ）

A. a、b、c表示溫度，則一定是a＞b＞c

B. a、b、c表示酶的濃度，則a＞b＞c

C. a、b、c表示底物的濃度，則a＞b＞c

D. a、b、c表示pH，則不可能是a＞b＞c

分析：如果開(kāi)始時(shí)反應(yīng)物的量是一樣的，在酶促化學(xué)反應(yīng)中，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)物的量越來(lái)越少，最后為0，如果改變了反應(yīng)的溫度，酶的活性改變，越接近最適溫度，反應(yīng)速率越快，即反應(yīng)物為0時(shí)所需要的時(shí)間越短。同樣越接近最適pH也是如此。如果適當(dāng)增加酶的量也會(huì)使反應(yīng)速率加快。但是如果改變底物的量，則起點(diǎn)不同，不會(huì)出現(xiàn)如圖所示的結(jié)果。

參考答案：B

2.橫坐標(biāo)是底物濃度，縱坐標(biāo)是反應(yīng)速率

以底物濃度為自變量，以反應(yīng)速率為因變量時(shí)，酶的量、反應(yīng)溫度、pH、反應(yīng)時(shí)間等都為無(wú)關(guān)變量，需要一樣。這樣隨底物量的增加，反應(yīng)速率先有一個(gè)上升過(guò)程，然后達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，就是酶與底物充分結(jié)合的點(diǎn)，此時(shí)反應(yīng)速率達(dá)到最高，再增加底物的量，反應(yīng)速率不再增加，此時(shí)的限制因素為各無(wú)關(guān)變量。如果改變了某一無(wú)關(guān)變量，則曲線會(huì)發(fā)生各種不同的變化。

例3.如圖所示在不同條件下的酶促反應(yīng)速率變化曲線，下列據(jù)圖敘述錯(cuò)誤的是 （ ）

A. 影響AB段反應(yīng)速率的主要因素是底物濃度

B. 影響B(tài)C段反應(yīng)速率的主要限制因素可能是酶量

C. 溫度導(dǎo)致了曲線Ⅰ與曲線Ⅱ的反應(yīng)速率不同

D. 曲線Ⅰ顯示，該酶促反應(yīng)的最適溫度為37℃

分析：在反應(yīng)速率未達(dá)到最大之前，影響反應(yīng)速率的主要因素是橫坐標(biāo)因素，如底物濃度。而達(dá)到最大速率后的限制因素為各無(wú)關(guān)變量，如酶的量。而在不同溫度下，酶的活性不同，相同底物的量酶反應(yīng)的速率不同，最大速率也不同，反應(yīng)速率越快的越接近最適溫度，但不能說(shuō)該溫度就是最適溫度。

參考答案：D

例4.圖中曲線b表示在最適溫度、最適pH條件下，反應(yīng)物濃度與酶促反應(yīng)速率的關(guān)系，據(jù)圖分析正確的是 （ ）

A. 圖中曲線b中，C點(diǎn)后限制反應(yīng)速率不再增加的因素主要是底物濃度

B. 在B點(diǎn)，酶減少后，其他條件不變，反應(yīng)速率可用曲線c表示

C. 圖示B點(diǎn)降低溫度，可用曲線c表示，C點(diǎn)后增加溫度，可用曲線a表示

D. 圖示B點(diǎn)減少pH，曲線b應(yīng)變?yōu)榍€c，C點(diǎn)增大pH，應(yīng)變?yōu)榍€a

分析：C點(diǎn)后限制反應(yīng)速率不再增加的因素主要是除底物濃度以外的其他因素，如酶的量等。酶減少后，酶與底物充分結(jié)合反應(yīng)所需要的底物濃度較小，最大反應(yīng)速率也減小。如果不在最適溫度下反應(yīng)，酶的活性下降，在不同底物濃度下，反應(yīng)速率應(yīng)該都減小，包括溫度降低和升高。同樣不在最適pH下反應(yīng)，無(wú)論升高還是降低pH，反應(yīng)速率都降低。

參考答案：B

例5.酶的抑制劑是那些能與酶結(jié)合并降低酶活性的分子，分為競(jìng)爭(zhēng)性和非競(jìng)爭(zhēng)性。圖1為酶作用機(jī)理及兩種抑制劑影響酶活性的機(jī)理示意圖，圖2為相同酶溶液在無(wú)抑制劑、添加不同抑制劑的條件下，酶促反應(yīng)速率隨底物濃度變化的曲線。下列說(shuō)法不正確的是 （ ）

圖1

圖2

A. 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑降低酶活性的機(jī)理與高溫、低溫對(duì)酶活性抑制的機(jī)理類似

B. 據(jù)圖可推測(cè)，競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與底物具有類似結(jié)構(gòu)而與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性位點(diǎn)

C. 底物濃度相對(duì)值大于30時(shí)，限制三條曲線酶促反應(yīng)速率的主要因素是酶量與活性

D. 曲線乙和曲線丙分別是在酶中添加了競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑和非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的結(jié)果

分析：競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與底物結(jié)構(gòu)類似而與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性位點(diǎn)，使反應(yīng)速率下降，但隨底物濃度的增加，反應(yīng)速率還會(huì)達(dá)到最大與未加抑制劑一樣。而非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑是因?yàn)榕c酶的非活性位點(diǎn)結(jié)合，使酶結(jié)構(gòu)改變，從而使其活性下降，這與高溫條件下機(jī)理類似，但低溫條件下酶的結(jié)構(gòu)不變。酶與非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑結(jié)合后，增加底物的量也不會(huì)使酶促反應(yīng)速率達(dá)到與未加抑制劑一樣的水平。三種情況達(dá)到最大反應(yīng)速率后，此時(shí)限制酶促反應(yīng)速率的主要因素就是酶的量與相應(yīng)的活性。

參考答案：A

3.橫坐標(biāo)是酶濃度，縱坐標(biāo)是反應(yīng)速率

當(dāng)酶是自變量，反應(yīng)速率為因變量時(shí)，底物是一定的，反應(yīng)溫度與pH為無(wú)關(guān)變量，這樣會(huì)出現(xiàn)隨酶的量增加，反應(yīng)速率增加，當(dāng)達(dá)到某個(gè)值時(shí)，反應(yīng)速率最大，此時(shí)酶的量不再是限制因素。

例6.下圖實(shí)線表示聯(lián)苯水解酶催化的反應(yīng)速率與酶濃度的關(guān)系，虛線表示在其他條件不變的情況下，底物濃度增加一倍，反應(yīng)速度與酶濃度的關(guān)系，能正確表示兩者關(guān)系的是 （ ）

分析：當(dāng)?shù)孜餄舛纫欢〞r(shí)，隨酶濃度的增加，反應(yīng)速率增加，當(dāng)達(dá)到酶與底物充分結(jié)合反應(yīng)后，再增加酶的量，反應(yīng)速率不再增加，此時(shí)限制酶促反應(yīng)速率的主要因素是底物的量，其他的無(wú)關(guān)變量如溫度、pH等也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)?shù)孜餄舛仍黾右槐稌r(shí)，需要更多的酶與其充分結(jié)合，而且最大反應(yīng)速率也會(huì)增大，最大反應(yīng)速率的酶濃度也會(huì)比原來(lái)變大。如果此時(shí)為最適溫度與最適pH條件，那么，增大或減少溫度或pH都會(huì)出現(xiàn)酶活性下降，與底物充分結(jié)合反應(yīng)的最大反應(yīng)速率也下降?？赡軙?huì)出現(xiàn)如圖D相似的情況。

參考答案：B

4.橫坐標(biāo)是pH，縱坐標(biāo)是反應(yīng)速率（酶活性）

當(dāng)pH為自變量時(shí)，低pH或高pH條件都會(huì)使反應(yīng)速率下降，且有使其失活的pH和最適pH，如果溫度改變，在某個(gè)pH下，由于酶活性受溫度和pH的雙重影響，其反應(yīng)速率也不同。

例7.某同學(xué)研究溫度和pH對(duì)某酶促反應(yīng)速率的影響，得到如圖所示的曲線，下列分析正確的是 （ ）

A. 該酶催化反應(yīng)的最適溫度在35℃左右，最適pH在8左右

B. 當(dāng)pH為8時(shí)，影響酶促反應(yīng)速率的主要因素是底物濃度和酶濃度

C. 隨pH升高，該酶促反應(yīng)的最適溫度也逐漸升高

D. 當(dāng)pH為任一固定值時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果都可以證明溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響

分析：在一定pH范圍內(nèi)，某一pH時(shí)，不同溫度下的反應(yīng)速率都表現(xiàn)出35℃的峰值，可以理解為最適溫度在35℃左右。而不同溫度下，不同pH也都表現(xiàn)出pH為8時(shí)的峰值，也可以理解為最適pH為8左右。如果只看pH為8時(shí)，因?yàn)榈孜餄舛群兔傅牧渴且欢ǖ?，?jù)圖可知溫度為影響反應(yīng)速率的主要因素。在一定pH范圍內(nèi)，隨pH升高，最適溫度大約都在35℃左右。但是在較低或較高pH時(shí)，不同溫度下的反應(yīng)速率是一樣的，所以在這樣的pH條件下，是不能得出溫度對(duì)反應(yīng)速率產(chǎn)生影響的結(jié)論的。

參考答案：A

5.橫坐標(biāo)是溫度，縱坐標(biāo)是反應(yīng)速率（酶活性）等

溫度影響酶活性，pH也會(huì)影響酶活性，當(dāng)溫度為自變量，酶活性為因變量時(shí)，pH、底物的量、酶的量等應(yīng)該為一定值，且較適宜。這樣改變一個(gè)無(wú)關(guān)變量時(shí)，會(huì)出現(xiàn)與原曲線不同的曲線。

例8.圖1表示酶活性與溫度的關(guān)系，圖2表示pH、溫度與反應(yīng)物的剩余量的關(guān)系。下列敘述正確的是 （ ）

圖1

圖2

A. 當(dāng)反應(yīng)溫度由t2調(diào)到最適溫度時(shí)，酶活性上升

B. 酶活性在t1時(shí)比t2低，表明t1時(shí)酶的空間結(jié)構(gòu)破壞更嚴(yán)重

C. 在M溫度下，該酶的最適pH為8

D. pH從6升高到8，酶的最適溫度變小

分析：溫度的變化改變酶活性，從較低溫度升高，或從較高溫度降低，都可能會(huì)使酶活性上升。但較高溫度下酶的結(jié)構(gòu)改變，而較低溫度下酶的結(jié)構(gòu)不變。如果以反應(yīng)物的剩余量為因變量，某溫度下的剩余量越少，說(shuō)明其活性越強(qiáng)，由圖可知3種pH條件下最適溫度都差不多，而pH為8時(shí)最接近最適pH。

參考答案：A

（作者單位：安徽省阜陽(yáng)市第三中學(xué)）