影響酶促化學反應的多因素綜合分析

安徽 徐新河

影響酶促化學反應的多因素綜合分析

安徽 徐新河

酶在代謝中起催化作用，但由于酶是蛋白質或RNA，在外界環境多因素的作用下會表現出化學反應速率的變化，如溫度、pH、反應物的量、酶的濃度、抑制劑或促進劑等，如果在一種坐標圖中以一個變量為自變量，以酶促化學反應速率為因變量，在改變其他的無關變量時，會出現其他的曲線，這種變化也能反應酶在多因素作用下的特點。

1.橫坐標是時間，縱坐標是反應物的量、產物生成量

如果橫坐標是時間，酶與底物的量都是一定的，而且溫度、pH等也是一定的。這樣隨時間的延長，反應物的量越來越少，而生成物的量越來越多，但最終生成物的量是一定的。如果改變了酶的量、溫度、pH、反應物的量后，曲線會發生相應的變化。

例1.圖中表示某酶在不同處理條件（a、b、c）下催化某反應生成物的量和反應時間的關系，解讀此圖可獲得的信息是 （ ）

A. 三個處理中b是此酶反應的最適條件

B. 三個處理條件的差異不可能是酶制劑的量不同

C. 三個處理條件的差異可能是反應底物的量不同

D. 三個處理條件的差異可能是處理溫度的不同

分析：在改變了無關變量的條件后，曲線出現了“加速”或“減速”，但最后的生成量卻不變的情況。可能是酶的量增減，可能是對比不同的溫度或pH條件下，酶活性改變后的情況。其中反應最快的應該最接近或是最適條件，但是不可能是底物的不同，因為底物不同，會出現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條件（a、b、c）下催化某反應物的量和反應時間的關系，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：如果開始時反應物的量是一樣的，在酶促化學反應中，隨時間的延長，反應物的量越來越少，最后為0，如果改變了反應的溫度，酶的活性改變，越接近最適溫度，反應速率越快，即反應物為0時所需要的時間越短。同樣越接近最適pH也是如此。如果適當增加酶的量也會使反應速率加快。但是如果改變底物的量，則起點不同，不會出現如圖所示的結果。

參考答案：B

2.橫坐標是底物濃度，縱坐標是反應速率

以底物濃度為自變量，以反應速率為因變量時，酶的量、反應溫度、pH、反應時間等都為無關變量，需要一樣。這樣隨底物量的增加，反應速率先有一個上升過程，然后達到一個平衡點，就是酶與底物充分結合的點，此時反應速率達到最高，再增加底物的量，反應速率不再增加，此時的限制因素為各無關變量。如果改變了某一無關變量，則曲線會發生各種不同的變化。

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

A. 影響AB段反應速率的主要因素是底物濃度

B. 影響BC段反應速率的主要限制因素可能是酶量

C. 溫度導致了曲線Ⅰ與曲線Ⅱ的反應速率不同

D. 曲線Ⅰ顯示，該酶促反應的最適溫度為37℃

分析：在反應速率未達到最大之前，影響反應速率的主要因素是橫坐標因素，如底物濃度。而達到最大速率后的限制因素為各無關變量，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的速率不同，最大速率也不同，反應速率越快的越接近最適溫度，但不能說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，反應物濃度與酶促反應速率的關系，據圖分析正確的是 （ ）

A. 圖中曲線b中，C點后限制反應速率不再增加的因素主要是底物濃度

B. 在B點，酶減少后，其他條件不變，反應速率可用曲線c表示

C. 圖示B點降低溫度，可用曲線c表示，C點后增加溫度，可用曲線a表示

D. 圖示B點減少pH，曲線b應變為曲線c，C點增大pH，應變為曲線a

分析：C點后限制反應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，酶與底物充分結合反應所需要的底物濃度較小，最大反應速率也減小。如果不在最適溫度下反應，酶的活性下降，在不同底物濃度下，反應速率應該都減小，包括溫度降低和升高。同樣不在最適pH下反應，無論升高還是降低pH，反應速率都降低。

參考答案：B

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

圖1

圖2

A. 非競爭性抑制劑降低酶活性的機理與高溫、低溫對酶活性抑制的機理類似

B. 據圖可推測，競爭性抑制劑與底物具有類似結構而與底物競爭酶的活性位點

C. 底物濃度相對值大于30時，限制三條曲線酶促反應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爭性抑制劑和非競爭性抑制劑的結果

分析：競爭性抑制劑與底物結構類似而與底物競爭酶的活性位點，使反應速率下降，但隨底物濃度的增加，反應速率還會達到最大與未加抑制劑一樣。而非競爭性抑制劑是因為與酶的非活性位點結合，使酶結構改變，從而使其活性下降，這與高溫條件下機理類似，但低溫條件下酶的結構不變。酶與非競爭性抑制劑結合后，增加底物的量也不會使酶促反應速率達到與未加抑制劑一樣的水平。三種情況達到最大反應速率后，此時限制酶促反應速率的主要因素就是酶的量與相應的活性。

參考答案：A

3.橫坐標是酶濃度，縱坐標是反應速率

當酶是自變量，反應速率為因變量時，底物是一定的，反應溫度與pH為無關變量，這樣會出現隨酶的量增加，反應速率增加，當達到某個值時，反應速率最大，此時酶的量不再是限制因素。

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

分析：當底物濃度一定時，隨酶濃度的增加，反應速率增加，當達到酶與底物充分結合反應后，再增加酶的量，反應速率不再增加，此時限制酶促反應速率的主要因素是底物的量，其他的無關變量如溫度、pH等也會產生一定的影響。當底物濃度增加一倍時，需要更多的酶與其充分結合，而且最大反應速率也會增大，最大反應速率的酶濃度也會比原來變大。如果此時為最適溫度與最適pH條件，那么，增大或減少溫度或pH都會出現酶活性下降，與底物充分結合反應的最大反應速率也下降。可能會出現如圖D相似的情況。

參考答案：B

4.橫坐標是pH，縱坐標是反應速率（酶活性）

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

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

A. 該酶催化反應的最適溫度在35℃左右，最適pH在8左右

B. 當pH為8時，影響酶促反應速率的主要因素是底物濃度和酶濃度

C. 隨pH升高，該酶促反應的最適溫度也逐漸升高

D. 當pH為任一固定值時，實驗結果都可以證明溫度對反應速率的影響

分析：在一定pH范圍內，某一pH時，不同溫度下的反應速率都表現出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也都表現出pH為8時的峰值，也可以理解為最適pH為8左右。如果只看pH為8時，因為底物濃度和酶的量是一定的，據圖可知溫度為影響反應速率的主要因素。在一定pH范圍內，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，不同溫度下的反應速率是一樣的，所以在這樣的pH條件下，是不能得出溫度對反應速率產生影響的結論的。

參考答案：A

5.橫坐標是溫度，縱坐標是反應速率（酶活性）等

溫度影響酶活性，pH也會影響酶活性，當溫度為自變量，酶活性為因變量時，pH、底物的量、酶的量等應該為一定值，且較適宜。這樣改變一個無關變量時，會出現與原曲線不同的曲線。

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

圖1

圖2

A. 當反應溫度由t2調到最適溫度時，酶活性上升

B. 酶活性在t1時比t2低，表明t1時酶的空間結構破壞更嚴重

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，都可能會使酶活性上升。但較高溫度下酶的結構改變，而較低溫度下酶的結構不變。如果以反應物的剩余量為因變量，某溫度下的剩余量越少，說明其活性越強，由圖可知3種pH條件下最適溫度都差不多，而pH為8時最接近最適pH。

參考答案：A

（作者單位：安徽省阜陽市第三中學）