探究酶量加倍后酶动力学曲线的变化
摘要:本文从定量的角度分析酶量加倍后,底物浓度与酶促反应速率的关系曲线与原曲线相比所发生的变化,有如下表现:1)在起始部分并不重合;2)Km不变,Vmax加倍;3)两曲线的变化趋势相同且达到曲线拐点的底物浓度相等。
关键词:酶促反应速率 酶量加倍 动力学曲线 底物浓度
在生物一轮复习学到必修一的时候,老师有一次讲到酶和其相关的实验,出于对酶的好奇,下课时我主动找老师谈了一下,如果将酶的浓度加倍或减倍后,则实验所形成的曲线还会和原来一样吗?老师见我对这个话题比较感兴趣,说可以帮助我做进一步调查和比较,于是上查资料,在图书馆里看相关书籍,做了一些与这个知识点相关的高考题和奥赛题,终于有了一定收获。
底物浓度是影响酶促反应速率的重要因素。在酶浓度恒定的条件下,以反应速率对底物浓度作图,可以得到一条双曲线。当酶量加倍后,酶动力曲线将如何变化?与原曲线有何关系?2003年上海卷第11题直接考查了这个知识点,当时在一线师生中引起了广泛争议。2012年湖南生物奥林匹克竞赛选拔赛第14题从酶减半的'角度再次考察,有趣的是,这两道题的结论竟不一致。高考题和奥赛题历来具有很大的示范与借鉴作用,因此很有必要对这个知识点进行进一步探讨。
一、真题例析
(2003年上海卷第11题)图纵轴为酶反应速度,横轴为底物浓度,其中能正确表示酶量增加1倍时,底物浓度和反应速度关系的是( )
(2012年湖南生物奥林匹克竞赛选拔赛第14题)下图虚线表示酶反应速度与底物浓度的关系,实线表示在其他条件不变的情况下,酶浓度减少一半,酶反应速度与底物浓度的关系。正确的是( )
这两道题给的参考答案都是B。酶量加倍后,酶动力学曲线与原曲线的趋势是一致的,但两曲线在起始部分是否重合?这也正是当年争议的焦点。
有不少师生认为,在起始阶段,底物浓度很低,酶尚未饱和,酶促反应速率的限制因素是底物浓度。增加酶量,限制因素不改变,因此,两曲线的起始部分应完全重合。另有人则认为,酶量增加后,增加了酶与底物碰撞的概率,从而增加了反应速率[1]。两种解释都有一定的道理,究竟孰是孰非,必须从定量角度分析。
二、定量分析
根据中间复合物学说,酶促反应分两步进行,第一步是底物S与酶E先形成中间复合物ES:第二步ES复合物分解形成产物,释放出游离酶。1913年,Michaelis和Menten据此推导出米氏方程,表示底物浓度与酶反应速率之间的定量关系:
参考文献:
[1]吴静.关于酶促反应速度与底物浓度关系曲线的几点探讨[J].中学生物教学,2013(5):45-46.
[2]王镜岩,朱圣庚,徐长法.生物化学[M].第3版.北京:高等教育出版社,P355-361.
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