探究酶量加倍後酶動力學曲線的變化

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摘要:本文從定量的角度分析酶量加倍後,底物濃度與酶促反應速率的關係曲線與原曲線相比所發生的變化,有如下表現:1)在起始部分並不重合;2)Km不變,Vmax加倍;3)兩曲線的變化趨勢相同且達到曲線拐點的底物濃度相等。

探究酶量加倍後酶動力學曲線的變化

關鍵詞:酶促反應速率 酶量加倍 動力學曲線 底物濃度

在生物一輪複習學到必修一的時候,老師有一次講到酶和其相關的實驗,出於對酶的好奇,下課時我主動找老師談了一下,如果將酶的濃度加倍或減倍後,則實驗所形成的曲線還會和原來一樣嗎?老師見我對這個話題比較感興趣,說可以幫助我做進一步調查和比較,於是上查資料,在圖書館裡看相關書籍,做了一些與這個知識點相關的大學聯考題和奧賽題,終於有了一定收穫。

底物濃度是影響酶促反應速率的重要因素。在酶濃度恆定的條件下,以反應速率對底物濃度作圖,可以得到一條雙曲線。當酶量加倍後,酶動力曲線將如何變化?與原曲線有何關係?2003年上海卷第11題直接考查了這個知識點,當時在一線師生中引起了廣泛爭議。2012年湖南生物奧林匹克競賽選拔賽第14題從酶減半的'角度再次考察,有趣的是,這兩道題的結論竟不一致。大學聯考題和奧賽題歷來具有很大的示範與借鑑作用,因此很有必要對這個知識點進行進一步探討。

一、真題例析

(2003年上海卷第11題)圖縱軸為酶反應速度,橫軸為底物濃度,其中能正確表示酶量增加1倍時,底物濃度和反應速度關係的是( )

(2012年湖南生物奧林匹克競賽選拔賽第14題)下圖虛線表示酶反應速度與底物濃度的關係,實線表示在其他條件不變的情況下,酶濃度減少一半,酶反應速度與底物濃度的關係。正確的是( )

這兩道題給的參考答案都是B。酶量加倍後,酶動力學曲線與原曲線的趨勢是一致的,但兩曲線在起始部分是否重合?這也正是當年爭議的焦點。

有不少師生認為,在起始階段,底物濃度很低,酶尚未飽和,酶促反應速率的限制因素是底物濃度。增加酶量,限制因素不改變,因此,兩曲線的起始部分應完全重合。另有人則認為,酶量增加後,增加了酶與底物碰撞的概率,從而增加了反應速率[1]。兩種解釋都有一定的道理,究竟孰是孰非,必須從定量角度分析。

二、定量分析

根據中間複合物學說,酶促反應分兩步進行,第一步是底物S與酶E先形成中間複合物ES:第二步ES複合物分解形成產物,釋放出遊離酶。1913年,Michaelis和Menten據此推匯出米氏方程,表示底物濃度與酶反應速率之間的定量關係:

參考文獻:

[1]吳靜.關於酶促反應速度與底物濃度關係曲線的幾點探討[J].中學生物教學,2013(5):45-46.

[2]王鏡巖,朱聖庚,徐長法.生物化學[M].第3版.北京:高等教育出版社,P355-361.