低温使反应变慢,是因为分子碰撞的次数减少。高温或极端 pH 使酶停止工作,是因为它的形状改变了。前者可以逆转,后者则不能。
两种解释有什么不同?
| 特征 | 低温(碰撞变慢) | 高温或极端 pH(变性) |
|---|---|---|
| 酶的形状 | 不变 | 活性位点形状改变 |
| 限制速率的因素 | 碰撞更少、能量更低 | 底物不再吻合 |
| 条件回到最适值后 | 速率恢复 | 速率不恢复 |
| 在图上的位置 | 上升段 | 下降段 |
下笔前先问自己
- **问题出在酶的形状吗?**如果是,写“变性”和“活性位点”。
- **还是碰撞的频率?**如果是,写“碰撞更少”和“动能更低”。
- **速率能恢复吗?**这是你判断哪一种适用的证据。
例题
取等量的酶和底物,按下表处理。数据是为练习而编的。
| 试管 | 处理 | 之后在 37 °C 的反应速率 |
|---|---|---|
| A | 在 5 °C 放 10 分钟,然后加热到 37 °C | 每分钟 14 单位 |
| B | 在 80 °C 放 10 分钟,然后冷却到 37 °C | 每分钟 0 单位 |
| C | 始终保持在 37 °C | 每分钟 15 单位 |
**试管 A:**速率与试管 C 接近。所以低温没有改变酶,只是让碰撞变慢,回暖后碰撞恢复。
**试管 B:**即使冷却后速率仍为零。高温改变了酶的形状,所以活性位点不再与底物吻合,冷却也无法修复。
**结论:**低温使反应变慢但不损坏酶,而 80 °C 使酶变性。A 与 C 之间很小的差距(每分钟 1 单位)并不表示受损,因为单次读数会有波动。
要留意的错误
学生常写“酶在低温下变性”。这给了低温下速率慢的错误原因。
另一个常见的措辞错误是“酶被杀死了”。酶不是生物,所以只能说它变性。
对冷试管的改正:“酶没有变性;碰撞不那么频繁、能量较低,所以速率较低”。
自我检测
1. 某反应在 40 °C 很快,但在 70 °C 几乎停止,冷却后也不恢复。请解释。
查看答案
在 70 °C 时酶变性:活性位点改变形状,底物不再吻合。冷却不能恢复形状,所以速率不恢复。
2. 某反应在 10 °C 比在 30 °C 慢。请用粒子的角度给出原因。
查看答案
在 10 °C 时粒子运动较慢,所以酶与底物碰撞更少、能量更低。每分钟发生的成功反应更少。
3. 一位学生说在 0 °C 的试管显示了变性。什么简单的测试可以检验这一点?
查看答案
把试管加热到最适温度。如果速率恢复,酶就没有变性,速率慢是因为碰撞更少、能量更低。
接下来学什么?
在生物分子与酶练习题中测试整个主题。遗传模型板展示了如何在说明假设的前提下使用简单模型,这个习惯对酶的示意图同样有用。
如果你的解释总把两种原因混在一起,可以先练习下笔前问自己那三个问题。线上一对一生物补习的老师会给你一道道短题,让你每次都先判断是变性还是碰撞,再写答案。