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1、对一道高考题答案的质疑提高酶的浓度一定能升高酶促反应速率吗？ 广东省东莞中学 周平凡 dgzxzp一、酶的浓度、底物浓度与反应速率的关系：(一）、原题：2003年上海市高考生物学科试题第11题：下图纵轴为酶促反应速率，横轴为底物浓度，其中正确表示酶量增加倍时,底物浓度和反应速率关系的是（ ).提供的标准答案：B，这道题在之后的许多参考资料和各学校编写的试卷中也被反复选用,而在提供的答案中也都是。许多老师和同学在做这道题时，也都理所当然的选了B。解释很简单：从反应物（底物)浓度与反应速率关系来看,应是反应物(底物浓度)从低逐渐升高时,反应速率也随之加快，但当底物达到一定的浓度后，反应速率不再加快
2、而趋于一个定值。从这一层意义来看,反应底物浓度与反应速率关系的曲线应是A或，但由于问题要求比较酶量相差一倍时的两种关系时,考虑到酶量的增加，反应速率也随之加快，即酶量加倍后,在底物浓度较低时,相同底物浓度情况下,加倍酶量的反应速率也加快,这样，A图错误,B图正确。然而,真的这么简单吗?问题的关键在于提高酶的浓度一定会提高酶促反应速率吗?(二）、别人的质疑：以下引自：化学教学004年1期第63页,一个化学老师对生物高考题的质疑1孙红文(上海梅山高级中学，江苏南京2100)：物理化学2中有关酶催化反应的知识中介绍，米哈利们顿、布里格斯、霍尔丹等人研究了酶催化反应动力学,得出反应速度r与酶的总浓度
3、E0 、底物浓度之间的关系为：当很大时， KmS，r =2E0,即反应速度与酶的总浓度成正比而与的浓度无关；当S很小时, Km SKm ,r = k2E S/ Km,反应速度与S成线性关系，且与酶的总浓度成正比. 选项中当酶的浓度一定时，底物浓度与反应速度的关系曲线与物理化学的研究是相符的.也就是说,选项中，每一条曲线的变化趋势都是正确的。但是当酶的总浓度一定且为时，反应速度与底物浓度的关系为：当酶的总浓度增加一倍为2 E 时，反应速度与底物浓度的关系为:在底物浓度相等时，方程(2)的反应速度是方程（1）的反应速度的2 倍，所以方程(2）所对应的图像应该是在方程（1)对应图像整体放大1 倍，且
4、两条曲线的走势相同。所以，选项B 的图像有两点是明显错的： (1）斜线部分当底物浓度很小，且相同时，反应速度没有2 倍关系.(）在由斜线转为水平线时,两条曲线应该在同一个底物浓度时转变.我认为正确的图形如下：(三）、我的观点：（1）对反应速率的理解：当一定浓度的反应底物在适宜的条件下混合后,由反应开始到达反应平衡应是一个过程，在这个过程中由于反应不断进行底物浓度应在不断变化,反应瞬时速率也可能在不断变化。所以题目中提的反应速率应是在反应开始时的瞬时速率。(2）公式只反应了在两个极端情况下，既当底物浓度很大时和当S很小时反应速率的变化，那当S与m相差不大时，又如何解释呢?而在题目中的图是要一个连
5、续变化过程中反应速率的变化。（)米氏方程的推导3是建立在两个条件之上的:反应达到一种恒定状态，E络合物的生成速率等于ES络合物的分解速率。若反应体系中的底物浓度极大而使酶完全饱和时，所有的酶都以络合物ES的形式存在时达到最大速率。那么当底物浓度很小的时候而酶又过量时,能否达到以上两个条件呢?我认为是不可能的，那么这时又还能不能用米氏方程来推算当S很小时反应速率呢?（4）在许多书本介绍“酶浓度作为酶促反应速率影响因素”时都只提到“当在底物足够过量而其它条件固定的情况下,酶促反应的速率和酶浓度成正比.实验测定时也是考虑到通常在底物量足够大的时候来测定,因为此时底物减少量相对很少,而产物由无到有，变
6、化较明显,测定起来较灵敏，所以多用产物浓度的增加作为反应速率的量度。那么S在由0逐渐增大而数值又很小（即底物量不够而酶过量）时，反应速率与酶的浓度是否还是成正比呢?也就是说题中“酶浓度增加一倍时”的第二条曲线是不是一定就在第一条线之上呢?理论上推测:在底物浓度较低时,只有一部分酶与底物形成中间络合物ES（酶已经是过量）,此时若增加底物浓度，则有更多的E络合物生成，因而反应速率就随之增加.但若此时增加的是酶，则对反应速率没有帮助，因为酶已经是过量的了，再增加也还是过量。打个比方,只有一块砖头时，安排一个工人去搬运与安排10个工人去搬运，甚至安排100个工人去搬运，它的速率有何差别呢？（）综合以上
7、叙述，我觉得选A会更恰当一些.在底物浓度较低时，增加酶的浓度不会增加反应速率。E0=aV1V2E0=2aAB由0到A点，底物浓度S过低，酶0=a都已呈过量状态，此时增加酶到E0a也不能增加反应的速率.在A点浓度下，所有酶E0=a刚好达到饱和状态，但相对于酶E=2a则还是酶过量。由A点到B点,底物浓度增加，在酶0=a时,反应速率已达到了最大值，所以基本不变,但对于酶2a来说，酶还是过量的，所以反应速率还可以继续增加。点以后，对于酶浓度E0=2a也达到饱和，反应速率不再增加。（四)、类似问题的延伸：如果说在底物有限且量一定的情况下，纵轴为酶促反应速率,横轴为酶浓度，其中正确表示底物量增加倍时，酶浓
8、度和反应速率关系的是（ )我觉得也应选A,S=bV1V2S=2bAB由0到A点,底物浓度S无论是等于b还是2b都应是过量,而酶是不足的，所以随着酶的增加反应速率也增加。此时符合在底物充足时,酶促反应速度与酶的浓度成正比而与底物浓度无关.在点浓度下,所有酶与底物刚好达到饱和状态，但相对于底物浓度2b则还是底物过量。由点到B点,酶浓度增加，在底物=时,底物的量已是有限了,所以反应速率不能增加,但对于底物浓度S=2b来说，底物还是过量的,所以反应速率还可以继续增加。B点以后,对于底物浓度S=2b也达到饱和,继续加酶,反应速率不再增加。二、在酶的量或底物浓度改变情况下产物与时间的关系：(一)原题：20
9、年广州一模第41题：某研究性学习小组的同学们准备用下图甲所示的装置，探究反应物的浓度与酶的催化反应速率有何关系。请你协助他们完成实验设计。材料用具:注射器、密封橡胶帽、大小相同的新鲜马铃薯小圆片（新鲜马铃薯含有过氧化氢酶)、体积分数为%的过氧化氢溶液、蒸馏水、量筒、烧杯、秒表等(以上材料的数量均足够使用）。（1)该探究实验的原理是 。(2） 实验步骤： .（3） 如果这个实验装置的容量足够大,反应的时间足够长，请在下面的坐标图(图乙)中分别画出你所预测的高、低两种不同浓度反应物的实验结果.提供的答案：（1）（2)略(3）如图：解析:反应物(过氧化氢）浓度高时，反应速率加快，产生的氧气体积要比反
10、应物浓度低的情况下多.（二）我的质疑:此题很明确强调“装置的容量足够大，反应的时间足够长”，也就是说可以理解为底物浓度无论高低两种情况下都是足够大的，刚开始反应时酶是达到饱和的。根据前面所说，当酶达到饱和以后,增加底物浓度并不能增加反应速度，那无论是底物浓度高还是低，开始的一段就应该是以相同的速率（都达到最大速度)反应的，图象中应明确表示出刚开始时两条曲线是重叠的，而且在这一段中产物氧气的量与时间成正比，图象中表示为直线。所以我认为此题的答案应这样画：高浓度低浓度（三）此题若改变问法:(3）如果这个实验装置的容量足够大,反应的时间足够长，请在下面的坐标图(图乙)中分别画出你所预测的高、低两种不
11、同浓度酶（即土豆片数量多、少两种不同情况下）的实验结果。我的解析：因为底物浓度是足够大的,所以反应速度与酶的浓度成正比，那在土豆片多的情况下先催化分解完过氧化氢,达到产物的最高点。而土豆片少的情况下,反应速度较慢,后分解完底物过氧化氢,时间上稍后达到产物的最高点.由于底物的量是一定的，反以最后达到的产物最高点是一样的。如图：低浓度高浓度【参考资料】1 孙红文，一个化学老师对生物高考题的质疑，化学教学20年12期，第62页63页 南京大学物理化学教研室,物理化学（第四版下册）,高等教育出版社，1989，第82第8页 聂剑初等，生物化学简明教程(第二版）,高等教育出版社，986，第92页-第页文中如有不足，请您见谅！ /
