例析酶活性與酶促反應速率的相互關系

譚文宇 文新明

1 酶活性和酶促反應速率是兩個不同的概念和范疇

酶活性是指在一定條件下，如一定的溫度、pH范圍、酶的激活劑、酶的抑制劑影響下，酶分解底物或催化底物反應能力的高低，即降低活化能的多少，是酶本身的特性，可用酶促反應速率大小來表示和體現。酶促反應速率指的是以某種酶作催化劑時，單位時間內底物的減少量或產物的增加量，即催化反應的快慢。酶活性的強弱高低更多的是進行定性的分析或描述。而酶促反應速率的大小快慢是在設定的單位時間內進行定量分析和準確表達，得到一個具體的反應值。因此，酶的活性可以通過酶促反應速率體現出來，但前提和結果往往是有差異的。酶的活性和酶促反應速率二者雖然存在密切的內在聯系，但含義不同，反應速率不等于酶活性，兩者不是同一個概念，不能等同和混用。

【例1】物質甲作為抑制劑能與蔗糖酶結合或分離，從而改變蔗糖酶的活性。在適宜溫度、pH等條件下，某同學將蔗糖酶和物質甲的混合液均分為若干份，分別加入到不同濃度的等量蔗糖溶液中，檢測發(fā)現，蔗糖的水解速率隨蔗糖溶液濃度的升高而增大。下列分析與該實驗相符的是 （ ）

A. 物質甲與蔗糖酶的結合使酶降低活化能的能力增強

B. 物質甲與蔗糖酶的結合能改變酶的高效性和專一性

C. 蔗糖溶液濃度的升高能導致物質甲與蔗糖酶的分離

D. 反應體系中沒有甲時，蔗糖溶液的濃度會改變酶活性

試題解析：根據題意可知，物質甲屬于抑制劑，即物質甲與蔗糖酶的結合使酶降低活化能的能力降低，導致酶活性降低，A錯誤；物質甲與蔗糖酶的結合能降低酶活性，從而改變酶的高效性，但不改變專一性，B 錯誤；蔗糖溶液濃度的升高能導致物質甲與蔗糖酶的分離，從而使酶活性升高，蔗糖的水解速率增大，C正確；反應體系中沒有甲時，蔗糖溶液的濃度不會改變酶活性，只是改變酶促反應速率，D錯誤。

2 酶的反應速率和酶的活性不一定呈正相關

通常情況下，酶促反應速率越快，意味著條件越適宜，酶的活性越強。酶促反應速率越慢，則條件越遠離適宜，酶的活性越弱。然而，酶的活性強，酶促反應速率不一定快，比如在底物濃度或反應物濃度不足時，雖然酶的活性強，但酶促反應速率仍然很低。在很多反應體系中，酶促反應速率降低時，酶活性并未降低。所以，酶的活性強，酶促反應速率不一定快，而酶的活性弱，酶促反應速率通常緩慢。以過氧化氫酶催化H 2 O 2 為例，久放的豬肝研磨液和新配的過氧化氫溶液反應；新鮮的豬肝研磨液和配制后久放的H 2 O 2 溶液反應，二者的反應速率均不及新鮮的豬肝研磨液與新配制的H 2 O 2 溶液的反應速率快。所以，酶的活性強，反應速率快只是一般規(guī)律。由此可見，酶的活性是原因，酶促反應速率則是結果。

【例2】將A、B兩種物質混合，T 1 時加入酶C．圖1為最適溫度下A、B濃度的變化曲線．敘述錯誤的是 （ ）

A. 酶C降低了A生成B這一反應的活化能

B. 該體系中酶促反應速率先快后慢

C.T 2 后B增加緩慢是酶活性降低導致的

D. 適當降低反應溫度，T 2 值增大

試題解析：T 1 時加入酶C后，A濃度逐漸降低，B濃度逐漸升高，說明酶C催化物質A生成了物質B，由于酶能降低化學反應的活化能，因此酶C降低了A生成B這一反應的活化能，A正確；據圖可知，T 1—T 2 期間酶促反應速率加快，超過T 2 后酶促反應速率減慢，該體系中酶促反應速率先快后慢（減慢的原因是底物減少），B正確；T 2 后B增加緩慢是反應物A減少導致的，而并非酶活性降低所致，酶活性未改變，C錯誤；圖1是在最適溫度條件下進行的，若適當降低反應溫度，則酶活性降低，酶促反應速率減慢，T 2 值增大，D正確。

3 酶的活性和酶促反應速率的影響因素不完全相同，存在明顯的差異

影響酶活性和酶促反應速率是兩個不同的問題。比如：溫度、pH、酶的激活劑、酶的抑制劑（如某些金屬離子）等，既影響酶的活性又影響酶促反應速率。而底物濃度、酶濃度等就只影響酶促反應速率而不影響酶的活性。所以，影響酶的活性的因素都會影響酶促反應速率，但影響酶促反應速率的因素不一定影響酶活性。以圖2為例，對于A和B，其縱坐標既可以表示酶活性，也可以代表酶促反應速率，這兩種說法都是正確和科學的。而C和D的縱坐標只能代表酶促反應速率而不能是酶活性。因為酶活性是酶本身的內在特性，不受底物濃度、酶濃度的影響。

【例3】某同學在研究化合物P對淀粉酶活性的影響時，得到圖3的實驗結果。下列有關敘述正確的是（ ）

A. 在一定范圍內，底物濃度影響著酶活性

B. 曲線②為對照組實驗結果

C. 若反應溫度不斷升高，則A點持續(xù)上移

D. P對該酶的活性有抑制作用

解析：在一定范圍內，底物濃度可影響酶促反應速率，但不影響酶本身的活性，A不正確；由圖3可知曲線①為對照組，曲線②施加了化合物P的為實驗組，B錯誤；在一定范圍內，隨溫度的升高酶的活性增強，反應速率增大，但超過最適溫度后，隨溫度的升高酶的活性降低，反應速率減慢，A點下降，C錯誤；分析曲線圖可知，曲線①的反應速率比曲線②的大，說明化合物P對該酶的活性有抑制作用，D正確。

4 測定酶活性和測定酶促反應速率的關系，如何科學探究影響酶活性的因素

測定酶活性實際就是在適宜條件下測定酶促反應的速率。酶促反應速率可用單位時間內單位體積中底物的減少量或產物的增加量來表示。在一般的酶促反應體系中，底物的減少量不易準確檢測。因此，通常以測定產物的增加量來表示酶促反應速率。對于不同種類的酶，有多種不完全相同的測定活性的方法。對于如何探究影響酶活性的因素，一般用“梯度實驗法”進行探究。設計實驗時需設置一系列不同溫度或pH的實驗組進行相互對照，最后根據實驗結果得出實驗結論。酶促反應所需時間最短的一組對應的溫度或pH最接近最適溫度或最適pH，此時的酶促反應速率也是最大的，梯度值之間的差值越小，測定的最適溫度或最適pH越精確。同時應注意若選擇淀粉和淀粉酶探究酶的最適溫度時，宜用碘液檢測底物的減少量，而不宜用斐林試劑檢測產物的增加量，因為后者需要水浴加熱，而該實驗需要嚴格控制溫度條件。另外，在探究酶的活性受溫度影響的實驗中，不宜選擇H 2 O 2 和過氧化氫酶作為實驗材料，因為H 2 O 2在加熱條件下分解會加快，從而影響實驗結果。

【例4】某同學探究溫度、pH、底物濃度與酶促反應速率的關系，繪制出圖4的曲線圖。有關敘述正確的是 （ ）

A. 圖a，A點與B點限制酶促反應速率的因素相同，B點后酶的活性降低

B. 圖b中，D點與F點酶的空間結構都被破壞且不能恢復

C. 圖c中，G點時將對應相關因素調至最適，酶促反應速率不能同步升高

D. 圖a、圖b、圖c中相關因素依次是底物濃度、pH、溫度

解析：分析得知，圖a是底物濃度對酶促反應的影響，A點限制酶促反應速率的因素是底物濃度，B點已經在此時達到最大值，影響B(tài)點的不再是底物濃度，而是酶濃度（酶分子數量），酶濃度不影響酶活性，B點后酶促反應速率降低而酶的活性不變，A錯誤；圖b是溫度對酶促反應的影響，D點低溫酶的空間結構未被破壞且能恢復，F 點高溫酶的空間結構被破壞且不能恢復，B錯誤；圖c是pH對酶促反應的影響，G點偏酸，酶的空間結構被破壞且不能恢復，將對應相關因素調至最適，酶促反應速率不能同步升高，C正確；圖a、圖b、圖c中相關因素依次是底物濃度、溫度、pH，D錯誤。

通過以上幾個方面的分析和舉例，理清酶活性與酶促反應速率的關系，可以幫助學生清楚地認識酶活性與酶促反應速率之間的內在聯系，如可用酶促反應速率表示酶活性，但不能用酶活性代替酶促反應速率，因為酶活性是酶的內在特性，酶促反應速率則是外在表現，二者是兩個有本質區(qū)別的不同概念。這對于教師辯證地理解生物學的基本原理，基本觀點，提高學生的學科核心素養(yǎng)大有裨益。