影响酶促化学反应的多因素综合分析

安徽 徐新河

影响酶促化学反应的多因素综合分析

安徽 徐新河

酶在代谢中起催化作用，但由于酶是蛋白质或RNA，在外界环境多因素的作用下会表现出化学反应速率的变化，如温度、pH、反应物的量、酶的浓度、抑制剂或促进剂等，如果在一种坐标图中以一个变量为自变量，以酶促化学反应速率为因变量，在改变其他的无关变量时，会出现其他的曲线，这种变化也能反应酶在多因素作用下的特点。

1.横坐标是时间，纵坐标是反应物的量、产物生成量

如果横坐标是时间，酶与底物的量都是一定的，而且温度、pH等也是一定的。这样随时间的延长，反应物的量越来越少，而生成物的量越来越多，但最终生成物的量是一定的。如果改变了酶的量、温度、pH、反应物的量后，曲线会发生相应的变化。

例1.图中表示某酶在不同处理条件（a、b、c）下催化某反应生成物的量和反应时间的关系，解读此图可获得的信息是 （ ）

A. 三个处理中b是此酶反应的最适条件

B. 三个处理条件的差异不可能是酶制剂的量不同

C. 三个处理条件的差异可能是反应底物的量不同

D. 三个处理条件的差异可能是处理温度的不同

分析：在改变了无关变量的条件后，曲线出现了“加速”或“减速”，但最后的生成量却不变的情况。可能是酶的量增减，可能是对比不同的温度或pH条件下，酶活性改变后的情况。其中反应最快的应该最接近或是最适条件，但是不可能是底物的不同，因为底物不同，会出现最后的生成物的量不同。

参考答案：D

例2.如图表示某种酶在不同处理条件（a、b、c）下催化某反应物的量和反应时间的关系，解读此图可获得的信息是（ ）

A. a、b、c表示温度，则一定是a＞b＞c

B. a、b、c表示酶的浓度，则a＞b＞c

C. a、b、c表示底物的浓度，则a＞b＞c

D. a、b、c表示pH，则不可能是a＞b＞c

分析：如果开始时反应物的量是一样的，在酶促化学反应中，随时间的延长，反应物的量越来越少，最后为0，如果改变了反应的温度，酶的活性改变，越接近最适温度，反应速率越快，即反应物为0时所需要的时间越短。同样越接近最适pH也是如此。如果适当增加酶的量也会使反应速率加快。但是如果改变底物的量，则起点不同，不会出现如图所示的结果。

参考答案：B

2.横坐标是底物浓度，纵坐标是反应速率

以底物浓度为自变量，以反应速率为因变量时，酶的量、反应温度、pH、反应时间等都为无关变量，需要一样。这样随底物量的增加，反应速率先有一个上升过程，然后达到一个平衡点，就是酶与底物充分结合的点，此时反应速率达到最高，再增加底物的量，反应速率不再增加，此时的限制因素为各无关变量。如果改变了某一无关变量，则曲线会发生各种不同的变化。

例3.如图所示在不同条件下的酶促反应速率变化曲线，下列据图叙述错误的是 （ ）

A. 影响AB段反应速率的主要因素是底物浓度

B. 影响BC段反应速率的主要限制因素可能是酶量

C. 温度导致了曲线Ⅰ与曲线Ⅱ的反应速率不同

D. 曲线Ⅰ显示，该酶促反应的最适温度为37℃

分析：在反应速率未达到最大之前，影响反应速率的主要因素是横坐标因素，如底物浓度。而达到最大速率后的限制因素为各无关变量，如酶的量。而在不同温度下，酶的活性不同，相同底物的量酶反应的速率不同，最大速率也不同，反应速率越快的越接近最适温度，但不能说该温度就是最适温度。

参考答案：D

例4.图中曲线b表示在最适温度、最适pH条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系，据图分析正确的是 （ ）

A. 图中曲线b中，C点后限制反应速率不再增加的因素主要是底物浓度

B. 在B点，酶减少后，其他条件不变，反应速率可用曲线c表示

C. 图示B点降低温度，可用曲线c表示，C点后增加温度，可用曲线a表示

D. 图示B点减少pH，曲线b应变为曲线c，C点增大pH，应变为曲线a

分析：C点后限制反应速率不再增加的因素主要是除底物浓度以外的其他因素，如酶的量等。酶减少后，酶与底物充分结合反应所需要的底物浓度较小，最大反应速率也减小。如果不在最适温度下反应，酶的活性下降，在不同底物浓度下，反应速率应该都减小，包括温度降低和升高。同样不在最适pH下反应，无论升高还是降低pH，反应速率都降低。

参考答案：B

例5.酶的抑制剂是那些能与酶结合并降低酶活性的分子，分为竞争性和非竞争性。图1为酶作用机理及两种抑制剂影响酶活性的机理示意图，图2为相同酶溶液在无抑制剂、添加不同抑制剂的条件下，酶促反应速率随底物浓度变化的曲线。下列说法不正确的是 （ ）

图1

图2

A. 非竞争性抑制剂降低酶活性的机理与高温、低温对酶活性抑制的机理类似

B. 据图可推测，竞争性抑制剂与底物具有类似结构而与底物竞争酶的活性位点

C. 底物浓度相对值大于30时，限制三条曲线酶促反应速率的主要因素是酶量与活性

D. 曲线乙和曲线丙分别是在酶中添加了竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂的结果

分析：竞争性抑制剂与底物结构类似而与底物竞争酶的活性位点，使反应速率下降，但随底物浓度的增加，反应速率还会达到最大与未加抑制剂一样。而非竞争性抑制剂是因为与酶的非活性位点结合，使酶结构改变，从而使其活性下降，这与高温条件下机理类似，但低温条件下酶的结构不变。酶与非竞争性抑制剂结合后，增加底物的量也不会使酶促反应速率达到与未加抑制剂一样的水平。三种情况达到最大反应速率后，此时限制酶促反应速率的主要因素就是酶的量与相应的活性。

参考答案：A

3.横坐标是酶浓度，纵坐标是反应速率

当酶是自变量，反应速率为因变量时，底物是一定的，反应温度与pH为无关变量，这样会出现随酶的量增加，反应速率增加，当达到某个值时，反应速率最大，此时酶的量不再是限制因素。

例6.下图实线表示联苯水解酶催化的反应速率与酶浓度的关系，虚线表示在其他条件不变的情况下，底物浓度增加一倍，反应速度与酶浓度的关系，能正确表示两者关系的是 （ ）

分析：当底物浓度一定时，随酶浓度的增加，反应速率增加，当达到酶与底物充分结合反应后，再增加酶的量，反应速率不再增加，此时限制酶促反应速率的主要因素是底物的量，其他的无关变量如温度、pH等也会产生一定的影响。当底物浓度增加一倍时，需要更多的酶与其充分结合，而且最大反应速率也会增大，最大反应速率的酶浓度也会比原来变大。如果此时为最适温度与最适pH条件，那么，增大或减少温度或pH都会出现酶活性下降，与底物充分结合反应的最大反应速率也下降。可能会出现如图D相似的情况。

参考答案：B

4.横坐标是pH，纵坐标是反应速率（酶活性）

当pH为自变量时，低pH或高pH条件都会使反应速率下降，且有使其失活的pH和最适pH，如果温度改变，在某个pH下，由于酶活性受温度和pH的双重影响，其反应速率也不同。

例7.某同学研究温度和pH对某酶促反应速率的影响，得到如图所示的曲线，下列分析正确的是 （ ）

A. 该酶催化反应的最适温度在35℃左右，最适pH在8左右

B. 当pH为8时，影响酶促反应速率的主要因素是底物浓度和酶浓度

C. 随pH升高，该酶促反应的最适温度也逐渐升高

D. 当pH为任一固定值时，实验结果都可以证明温度对反应速率的影响

分析：在一定pH范围内，某一pH时，不同温度下的反应速率都表现出35℃的峰值，可以理解为最适温度在35℃左右。而不同温度下，不同pH也都表现出pH为8时的峰值，也可以理解为最适pH为8左右。如果只看pH为8时，因为底物浓度和酶的量是一定的，据图可知温度为影响反应速率的主要因素。在一定pH范围内，随pH升高，最适温度大约都在35℃左右。但是在较低或较高pH时，不同温度下的反应速率是一样的，所以在这样的pH条件下，是不能得出温度对反应速率产生影响的结论的。

参考答案：A

5.横坐标是温度，纵坐标是反应速率（酶活性）等

温度影响酶活性，pH也会影响酶活性，当温度为自变量，酶活性为因变量时，pH、底物的量、酶的量等应该为一定值，且较适宜。这样改变一个无关变量时，会出现与原曲线不同的曲线。

例8.图1表示酶活性与温度的关系，图2表示pH、温度与反应物的剩余量的关系。下列叙述正确的是 （ ）

图1

图2

A. 当反应温度由t2调到最适温度时，酶活性上升

B. 酶活性在t1时比t2低，表明t1时酶的空间结构破坏更严重

C. 在M温度下，该酶的最适pH为8

D. pH从6升高到8，酶的最适温度变小

分析：温度的变化改变酶活性，从较低温度升高，或从较高温度降低，都可能会使酶活性上升。但较高温度下酶的结构改变，而较低温度下酶的结构不变。如果以反应物的剩余量为因变量，某温度下的剩余量越少，说明其活性越强，由图可知3种pH条件下最适温度都差不多，而pH为8时最接近最适pH。

参考答案：A

（作者单位：安徽省阜阳市第三中学）