Question

（14分）谷氨酸脱羧酶是一种催化谷氨酸脱羧为γ-氨基丁酸并释放CO₂的酶，主要存在于哺乳动物脑灰质中。已知1 mol谷氨酸分解，能产生1mol r－氨基丁酸和1 mol CO₂。某科研小组从小鼠的脑中得到该酶后，在谷氨酸起始浓度为10mmol/L、最适温度、最适pH值的条件下，对该酶的催化反应过程进行研究，结果见下图甲、乙。

甲 产物CO₂浓度随时间变化曲线图         乙 酶催化反应速率随酶浓度变化曲线

（注：酶浓度固定）                      （注：反应物浓度过量）

请根据以上实验结果，回答下列问题：

（1）在图甲中画出反应过程中谷氨酸浓度随时间变化的曲线（请用“1”标注）。

（2）当一开始时，将混合物中谷氨酸脱羧酶的浓度增加50%或降低反应温度10℃，请在图甲中分别画出相应条件下CO₂浓度随时间变化的曲线（请用“2”标注酶浓度增加后的变化曲线，用"3”标注温度降低后的变化曲线），并分别说明原因。

（3）重金属离子能与谷氨酸脱羧酶按比例牢固结合，不可解离，迅速使酶失活。在反应物浓度过量的条件下，向反应混合物中加入一定量的重金属离子后，请在图乙中画出酶催化反应速率随酶浓度变化的曲线（请用“4”标注），并说明其原因。

Answer

（1）见曲线1（2分）（评分依据：每分解1 mmol谷氨酸则产生1 mmol CO2，根据CO2浓度变化曲线，可得到严格的谷氨酸浓度随时间变化曲线）。

（2）当谷氨酸脱竣酶的浓度增加50%时，见曲线2，（2分）其原因：酶量增加50%，酶催化反应速率相应提高，反应完成所需时间减少。（2分）当温度降低10℃时，见曲线3，（2分）其原因：温度降低，酶催化反应速率下降，但酶并不失活，反应完成所需时间增加。（2分）

（3）见曲线4（2分）（注：曲线4为一条不经过原点的平行直线，平移距离不限）。原因：一定量的重金属离子使一定量的酶失活，当加入的酶量使重金属离子完全与酶结合后，继续加入的酶开始表现酶活力，此时酶的催化反应速率与酶浓度变化的直线关系不变。（2分）

【解析】

试题分析：（1）随着酶促反应的进行，产物越来越多，底物则越来越少，所以谷氨酸浓度越来越低，到反应结束时变为0.

（2）谷氨酸脱羧酶的浓度增加50%，增加酶量能够使得反应提前结束，但是生成物的总量却不会改变；降低反应温度10℃，使得酶的活性降低，故反应的速率变慢，反应结束的时间往后推迟，但生成物的总量不变。

（3）根据题意，一定量的重金属离子可以导致一定量的酶失去活性，因此反应体系中必须加入足够多的酶，直至所有的重金属离子全部与酶结合之后，再加入的更多的酶才能让这个反应继续。

考点：本题考查酶促反应的速率。