例析酶活性与酶促反应速率的相互关系

谭文宇 文新明

1 酶活性和酶促反应速率是两个不同的概念和范畴

酶活性是指在一定条件下，如一定的温度、pH范围、酶的激活剂、酶的抑制剂影响下，酶分解底物或催化底物反应能力的高低，即降低活化能的多少，是酶本身的特性，可用酶促反应速率大小来表示和体现。酶促反应速率指的是以某种酶作催化剂时，单位时间内底物的减少量或产物的增加量，即催化反应的快慢。酶活性的强弱高低更多的是进行定性的分析或描述。而酶促反应速率的大小快慢是在设定的单位时间内进行定量分析和准确表达，得到一个具体的反应值。因此，酶的活性可以通过酶促反应速率体现出来，但前提和结果往往是有差异的。酶的活性和酶促反应速率二者虽然存在密切的内在联系，但含义不同，反应速率不等于酶活性，两者不是同一个概念，不能等同和混用。

【例1】物质甲作为抑制剂能与蔗糖酶结合或分离，从而改变蔗糖酶的活性。在适宜温度、pH等条件下，某同学将蔗糖酶和物质甲的混合液均分为若干份，分别加入到不同浓度的等量蔗糖溶液中，检测发现，蔗糖的水解速率随蔗糖溶液浓度的升高而增大。下列分析与该实验相符的是 （ ）

A. 物质甲与蔗糖酶的结合使酶降低活化能的能力增强

B. 物质甲与蔗糖酶的结合能改变酶的高效性和专一性

C. 蔗糖溶液浓度的升高能导致物质甲与蔗糖酶的分离

D. 反应体系中没有甲时，蔗糖溶液的浓度会改变酶活性

试题解析：根据题意可知，物质甲属于抑制剂，即物质甲与蔗糖酶的结合使酶降低活化能的能力降低，导致酶活性降低，A错误；物质甲与蔗糖酶的结合能降低酶活性，从而改变酶的高效性，但不改变专一性，B 错误；蔗糖溶液浓度的升高能导致物质甲与蔗糖酶的分离，从而使酶活性升高，蔗糖的水解速率增大，C正确；反应体系中没有甲时，蔗糖溶液的浓度不会改变酶活性，只是改变酶促反应速率，D错误。

2 酶的反应速率和酶的活性不一定呈正相关

通常情况下，酶促反应速率越快，意味着条件越适宜，酶的活性越强。酶促反应速率越慢，则条件越远离适宜，酶的活性越弱。然而，酶的活性强，酶促反应速率不一定快，比如在底物浓度或反应物浓度不足时，虽然酶的活性强，但酶促反应速率仍然很低。在很多反应体系中，酶促反应速率降低时，酶活性并未降低。所以，酶的活性强，酶促反应速率不一定快，而酶的活性弱，酶促反应速率通常缓慢。以过氧化氢酶催化H 2 O 2 为例，久放的猪肝研磨液和新配的过氧化氢溶液反应；新鲜的猪肝研磨液和配制后久放的H 2 O 2 溶液反应，二者的反应速率均不及新鲜的猪肝研磨液与新配制的H 2 O 2 溶液的反应速率快。所以，酶的活性强，反应速率快只是一般规律。由此可见，酶的活性是原因，酶促反应速率则是结果。

【例2】将A、B两种物质混合，T 1 时加入酶C．图1为最适温度下A、B浓度的变化曲线．叙述错误的是 （ ）

A. 酶C降低了A生成B这一反应的活化能

B. 该体系中酶促反应速率先快后慢

C.T 2 后B增加缓慢是酶活性降低导致的

D. 适当降低反应温度，T 2 值增大

试题解析：T 1 时加入酶C后，A浓度逐渐降低，B浓度逐渐升高，说明酶C催化物质A生成了物质B，由于酶能降低化学反应的活化能，因此酶C降低了A生成B这一反应的活化能，A正确；据图可知，T 1—T 2 期间酶促反应速率加快，超过T 2 后酶促反应速率减慢，该体系中酶促反应速率先快后慢（减慢的原因是底物减少），B正确；T 2 后B增加缓慢是反应物A减少导致的，而并非酶活性降低所致，酶活性未改变，C错误；图1是在最适温度条件下进行的，若适当降低反应温度，则酶活性降低，酶促反应速率减慢，T 2 值增大，D正确。

3 酶的活性和酶促反应速率的影响因素不完全相同，存在明显的差异

影响酶活性和酶促反应速率是两个不同的问题。比如：温度、pH、酶的激活剂、酶的抑制剂（如某些金属离子）等，既影响酶的活性又影响酶促反应速率。而底物浓度、酶浓度等就只影响酶促反应速率而不影响酶的活性。所以，影响酶的活性的因素都会影响酶促反应速率，但影响酶促反应速率的因素不一定影响酶活性。以图2为例，对于A和B，其纵坐标既可以表示酶活性，也可以代表酶促反应速率，这两种说法都是正确和科学的。而C和D的纵坐标只能代表酶促反应速率而不能是酶活性。因为酶活性是酶本身的内在特性，不受底物浓度、酶浓度的影响。

【例3】某同学在研究化合物P对淀粉酶活性的影响时，得到图3的实验结果。下列有关叙述正确的是（ ）

A. 在一定范围内，底物浓度影响着酶活性

B. 曲线②为对照组实验结果

C. 若反应温度不断升高，则A点持续上移

D. P对该酶的活性有抑制作用

解析：在一定范围内，底物浓度可影响酶促反应速率，但不影响酶本身的活性，A不正确；由图3可知曲线①为对照组，曲线②施加了化合物P的为实验组，B错误；在一定范围内，随温度的升高酶的活性增强，反应速率增大，但超过最适温度后，随温度的升高酶的活性降低，反应速率减慢，A点下降，C错误；分析曲线图可知，曲线①的反应速率比曲线②的大，说明化合物P对该酶的活性有抑制作用，D正确。

4 测定酶活性和测定酶促反应速率的关系，如何科学探究影响酶活性的因素

测定酶活性实际就是在适宜条件下测定酶促反应的速率。酶促反应速率可用单位时间内单位体积中底物的减少量或产物的增加量来表示。在一般的酶促反应体系中，底物的减少量不易准确检测。因此，通常以测定产物的增加量来表示酶促反应速率。对于不同种类的酶，有多种不完全相同的测定活性的方法。对于如何探究影响酶活性的因素，一般用“梯度实验法”进行探究。设计实验时需设置一系列不同温度或pH的实验组进行相互对照，最后根据实验结果得出实验结论。酶促反应所需时间最短的一组对应的温度或pH最接近最适温度或最适pH，此时的酶促反应速率也是最大的，梯度值之间的差值越小，测定的最适温度或最适pH越精确。同时应注意若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度时，宜用碘液检测底物的减少量，而不宜用斐林试剂检测产物的增加量，因为后者需要水浴加热，而该实验需要严格控制温度条件。另外，在探究酶的活性受温度影响的实验中，不宜选择H 2 O 2 和过氧化氢酶作为实验材料，因为H 2 O 2在加热条件下分解会加快，从而影响实验结果。

【例4】某同学探究温度、pH、底物浓度与酶促反应速率的关系，绘制出图4的曲线图。有关叙述正确的是 （ ）

A. 图a，A点与B点限制酶促反应速率的因素相同，B点后酶的活性降低

B. 图b中，D点与F点酶的空间结构都被破坏且不能恢复

C. 图c中，G点时将对应相关因素调至最适，酶促反应速率不能同步升高

D. 图a、图b、图c中相关因素依次是底物浓度、pH、温度

解析：分析得知，图a是底物浓度对酶促反应的影响，A点限制酶促反应速率的因素是底物浓度，B点已经在此时达到最大值，影响B点的不再是底物浓度，而是酶浓度（酶分子数量），酶浓度不影响酶活性，B点后酶促反应速率降低而酶的活性不变，A错误；图b是温度对酶促反应的影响，D点低温酶的空间结构未被破坏且能恢复，F 点高温酶的空间结构被破坏且不能恢复，B错误；图c是pH对酶促反应的影响，G点偏酸，酶的空间结构被破坏且不能恢复，将对应相关因素调至最适，酶促反应速率不能同步升高，C正确；图a、图b、图c中相关因素依次是底物浓度、温度、pH，D错误。

通过以上几个方面的分析和举例，理清酶活性与酶促反应速率的关系，可以帮助学生清楚地认识酶活性与酶促反应速率之间的内在联系，如可用酶促反应速率表示酶活性，但不能用酶活性代替酶促反应速率，因为酶活性是酶的内在特性，酶促反应速率则是外在表现，二者是两个有本质区别的不同概念。这对于教师辩证地理解生物学的基本原理，基本觀点，提高学生的学科核心素养大有裨益。