Question

【題目】科學(xué)家提出兩種不同假說來解釋酶與底物的專一性問題，“鎖鑰”假說和“誘導(dǎo)契合”假說。“鎖鑰”假說認(rèn)為，底物和酶好似鑰匙和鎖的關(guān)系，一把鎖只能被一把鑰匙打開。“誘導(dǎo)契合”假說則認(rèn)為，底物不能直接與酶很好地結(jié)合，與酶接觸后會誘導(dǎo)酶的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的改變，結(jié)構(gòu)改變后的酶可以與底物完美結(jié)合，這就好像兩個人握手的過程一樣。科研人員為證明上述兩種假說，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)。

在蚯蚓蛋白酶II（EfP-II）反應(yīng)液中，加入底物CTH，反應(yīng)生成黃色物質(zhì)，檢測黃色物質(zhì)的吸光度（A405），繪制出曲線EfP-II+CTH。待上述反應(yīng)完成后，再加入底物CU，反應(yīng)產(chǎn)生同樣的黃色物質(zhì)，繼續(xù)檢測吸光度，繪制出曲線EfP-II+CTH+CU。各種不同底物組合的反應(yīng)曲線，如下圖。

（1）蚯蚓蛋白酶II是由蚯蚓細(xì)胞________上合成的具有__________作用的一種蛋白質(zhì)。蚯蚓蛋白酶II的酶活性可以用單位質(zhì)量的酶在單位時間內(nèi)_______________________表示。影響酶活性的因素有_________________（寫出兩個）。

（2）在酶反應(yīng)液中，分別進(jìn)行

操作①：先加入CTH，250min后再加入CU。結(jié)果如圖（a）所示。

操作②：先加入CU，250min后再加入CTH。結(jié)果如圖（b）所示。

比較操作①與②，加入第二種底物后酶促反應(yīng)速率變化的差別是_________________。

根據(jù)酶與底物專一性的假說，推測造成這種差別的原因是___________________________。

圖中實(shí)驗(yàn)操作______________的反應(yīng)速率結(jié)果可以支持這一推測。

（3）“鎖鑰”學(xué)說和“誘導(dǎo)契合”學(xué)說的主要分歧在于，酶與底物結(jié)合時，______________。

（4）綜合以上分析，請?jiān)谙旅孢x擇你認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持的假說，并說明理由。如果你認(rèn)為不支持任何一種假說，請選擇不支持現(xiàn)有假說，并寫出可以解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果的假說。

①支持“鎖鑰”假說：___________________________________________________________

②支持“誘導(dǎo)契合”假說：_______________________________________________________

③不支持現(xiàn)有假說：___________________________________________________________

Answer 1

【答案】核糖體 催化 催化底物CTH（或CU）生成黃色產(chǎn)物的吸光值變化 溫度、pH、抑制劑 操作②升高幅度顯著高于操作① 酶與CTH結(jié)合，空間結(jié)構(gòu)改變，再與CU結(jié)合時，結(jié)合不好，反應(yīng)速率較低；酶與CU結(jié)合，空間結(jié)構(gòu)改變，再與CTH結(jié)合時，依然可以很好地結(jié)合，反應(yīng)速率較高 EfP-II+CTH+CU+CTH（EfP-II+CTH+CTH） 酶的空間結(jié)構(gòu)是否會發(fā)生改變 支持“鎖鑰”假說：酶與CTH反應(yīng)后，再與CU反應(yīng)速率較低，說明空間結(jié)構(gòu)固定不變，結(jié)合CU不好 支持“誘導(dǎo)契合”假說：酶可以分別與CTH和CU反應(yīng)，說明空間結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)改變，適應(yīng)與不同底物的結(jié)合 不支持現(xiàn)有假說：第一種底物與酶結(jié)合時，誘導(dǎo)酶空間結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)改變，之后再與第二、第三種底物結(jié)合時，空間結(jié)構(gòu)保持不變

【解析】

酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)。酶具有高效性、專一性、作用條件較溫和等特性。

（1）蚯蚓蛋白酶II的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，在細(xì)胞的核糖體上合成，酶具有催化作用。蚯蚓蛋白酶II，能夠催化底物CTH（CU），反應(yīng)生成黃色物質(zhì)，可以在單位時間內(nèi)檢測黃色物質(zhì)的吸光度（A405）變化來表示酶的活性。影響酶的因素有，溫度、pH值、重金屬離子、抑制劑等。

（2）根據(jù)圖示可知，操作①加入第二種底物后反應(yīng)速率改變不明顯；操作②加入第二種底物后，反應(yīng)速率明顯升高，且升高幅度顯著高于操作①。根據(jù)酶的專一性假說，操作①中酶首先與CTH結(jié)合，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，再與CU結(jié)合時，結(jié)合不好，反應(yīng)速率較低；而操作②中酶首先與CU結(jié)合，空間結(jié)構(gòu)也發(fā)生改變，再與CTH結(jié)合時，依然可以很好地結(jié)合，反應(yīng)速率較高。操作①中EfP-II+CTH+CU+CTH（EfP-II+CTH+CTH）的結(jié)果說明，酶與CTH結(jié)合空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變后，雖然與CU結(jié)合不好，但仍然可以與CTH很好的結(jié)合，進(jìn)一步證明以上推測。

（3）根據(jù)題干對兩種假說的解釋可以看出，“鎖鑰”假說認(rèn)為一把鎖只能被一把鑰匙打開，“誘導(dǎo)契合”假說認(rèn)為底物與酶接觸后會誘導(dǎo)酶的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，關(guān)鍵不同在于酶與底物結(jié)合時酶的空間結(jié)構(gòu)是否會發(fā)生改變。

（4）①支持“鎖鑰”假說：由操作①可以看出，酶與CTH反應(yīng)后，再與CU反應(yīng)速率較低，說明空間結(jié)構(gòu)固定不變，只能與CTH結(jié)合，與CU結(jié)合不好。

②支持“誘導(dǎo)契合”假說：由操作②可以看出，酶可以分別與CTH和CU反應(yīng)，說明空間結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)改變，適應(yīng)與不同底物的結(jié)合。

③不支持現(xiàn)有假說：由操作①的結(jié)果分析，可能有另一種情況，即第一種底物與酶結(jié)合時，誘導(dǎo)酶空間結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)改變，之后再與第二、第三種底物結(jié)合時，空間結(jié)構(gòu)保持不變。