酶和ATP教學(xué)中常見問題釋疑

祝遠超

“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”和“細胞的能量‘貨幣ATP”分別是人教2019版教材《必修1·分子與細胞》中第五章的內(nèi)容。學(xué)生在學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容時經(jīng)常遇到各種問題。那么，常見的問題有哪些？又該如何解答呢？

1pH影響酶促反應(yīng)速度的原理

酶促反應(yīng)介質(zhì)的pH既可影響酶分子的結(jié)構(gòu)，特別是活性部位內(nèi)必需基團的解離程度和催化基團中質(zhì)子供體或質(zhì)子受體所需的離子化狀態(tài)，也可影響底物和輔酶的解離程度，從而影響酶與底物的結(jié)合。只有在特定的pH條件下，酶、底物和輔酶的解離狀態(tài)，最適宜于它們相互結(jié)合，并發(fā)生催化作用，使酶促反應(yīng)速度達到最大值。

2酶的最適溫度和最適pH是否是固定值酶促反應(yīng)速度最大時的溫度或pH稱為酶的最適溫度或最適pH。酶的最適溫度和最適pH均不是酶的特征性常數(shù)，二者不是固定值。前者與反應(yīng)所需的時間有關(guān)。酶可以在短時間內(nèi)耐受較高的溫度，相反，延長反應(yīng)時間其最適溫度便降低。后者受底物濃度、緩沖液的種類和濃度以及酶的純度等因

素的影響。

3底物濃度與酶促反應(yīng)速度的關(guān)系

酶促反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系可用米氏方程表示：V=V max [S]/ （K m +[S]） （其中V max 為最大反應(yīng)速度;??? [S]為底物濃度;Km為米氏常數(shù)，可近似地表示酶和底物的親和力：Km值大，說明酶和底物的親和力小，反之則大;V是在不同[S]時的反應(yīng)速度）。

由米氏方程可知，當?shù)孜餄舛群艿停╗S]<>Km）時，V≈Vmax，反應(yīng)速度達到最大，再增加底物濃度也不再影響反應(yīng)速度。故在溫度、pH、酶濃度等因素不變的條件下，底物濃度與酶促反應(yīng)速度之間呈矩形雙曲線關(guān)系（圖1）。

4酶濃度與酶促反應(yīng)速度的關(guān)系曲線圖和底物濃度與酶促反應(yīng)速度的關(guān)系曲線圖的區(qū)別

酶濃度與酶促反應(yīng)速度的關(guān)系：在一定的溫度和pH條件下，當?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶濃度時，酶濃度[E]與酶促反應(yīng)速度呈正比關(guān)系（圖2）。

其實，酶濃度和底物濃度影響酶促反應(yīng)速度的實

質(zhì)是相同的，一個酶分子一次只能催化一個底物分子發(fā)生反應(yīng)。圖1和圖2不同的原因是二者的前提條件不同：圖1的前提條件是酶的量一定，而圖2的前提條件是底物充足（[S]>>[E]）。因此，圖1中存在飽和現(xiàn)象，而圖2中不存在飽和現(xiàn)象。

5抑制劑對酶活性影響與理化因素對酶活性影響的區(qū)別

酶的抑制劑是指能使酶的活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)。抑制劑對酶活性的影響與理化因素對酶活性的影響的不同之處主要有兩點：1對酶有無選擇性。抑制劑通常對酶有一定的選擇性：一種抑制劑只能引起某一類或幾類酶的抑制。一些理化因素如溫度、pH等對酶無選擇性，可影響各種酶的活性。2是否使酶失活。抑制劑雖可使酶活性降低，但不會使酶變性失活，去除抑制劑后，酶活性又可恢復(fù)。一些理化因素如高溫、過酸、過堿等可破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，使酶變性失活。

6有關(guān)酶的實驗設(shè)計應(yīng)注意的幾個問題

6.1用淀粉、蔗糖和淀粉酶驗證酶的專一性時，不能用碘液作為檢測試劑

碘液可與淀粉進行顯色反應(yīng)（淀粉遇碘液變藍），故碘液能檢測淀粉酶能否催化淀粉分解，而碘液既不能與蔗糖進行顯色反應(yīng)，也不能與蔗糖水解的產(chǎn)物進行顯色反應(yīng)，即用碘液無法檢測淀粉酶能否催化蔗糖分解。因此，用淀粉、蔗糖和淀粉酶驗證酶的專一性時，不能用碘液檢測反應(yīng)物是否水解了，而可用斐林試劑進行檢測，斐林試劑雖不能與淀粉和蔗糖進行顯色反應(yīng)，但可與二者水解產(chǎn)生的還原糖（淀粉水解依次產(chǎn)生麥芽糖和葡萄糖，蔗糖水解產(chǎn)生葡萄糖和果糖，而麥芽糖和葡萄糖均為還原糖）發(fā)生作用，產(chǎn)生磚紅色沉淀。

6.2用淀粉和淀粉酶探究酶的最適溫度時，不能用斐林試劑來檢測底物的分解情況

雖然用斐林試劑能檢測淀粉的分解情況，但檢測時需要水浴加熱，而用淀粉和淀粉酶探究酶的最適溫度時需嚴格控制溫度（因溫度是該實驗的自變量）。因此，該實驗不能用斐林試劑檢測底物的分解情況，而應(yīng)用碘液檢測（碘液與淀粉進行顯色反應(yīng)時不需加熱）。

6.3在做酶的相關(guān)實驗時，不能讓酶溶液與底物溶液混合后再控制實驗條件

酶具有高效性，一旦酶與底物接觸，就會立即發(fā)生反應(yīng)。因此，在做酶的相關(guān)實驗時，不能讓酶溶液與底物溶液混合后再控制實驗條件，而應(yīng)先控制好實驗條件，再讓酶溶液與底物溶液混合。

7ATP是否是細胞內(nèi)唯一的直接能源物質(zhì)

因ATP能夠直接為細胞的生命活動供能，故常稱其為直接能源物質(zhì)。那么，細胞內(nèi)的直接能源物質(zhì)只有ATP嗎？當然不是。細胞內(nèi)有一些游離存在的多磷酸核苷酸，它們是核酸合成的前體、重要的輔酶和能量載體。其中，最常見的就是ATP。細胞在能量傳遞中，除ATP作為主要的能量載體外，還有其他一些5′-三磷酸核苷和2′-脫氧核苷也參與細胞的能量傳遞作用，如UTP參與糖原的合成和糖醛酸代謝，GTP參與糖異生和蛋白質(zhì)的合成，CTP參與磷脂的合成，ATP、CTP、UTP和GTP參與RNA的合成，dATP、dCTP、dGTP和dTTP參與DNA的合成等。由此可見，ATP并不是細胞內(nèi)唯一的直接能源物質(zhì)。

總之，“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”和“細胞的能量‘貨幣——ATP”兩節(jié)中疑難、易錯問題較多。只有把這些問題弄清楚了，才能真正突破這兩節(jié)教學(xué)的難點，使學(xué)生釋疑并深刻理解相關(guān)內(nèi)容，在高考中立于不敗之地。