Question

科学家提出两种不同假说来解释酶与底物的专一性问题，“锁钥”假说和“诱导契合”假说。“锁钥”假说认为，底物和酶好似钥匙和锁的关系，一把锁只能被一把钥匙打开。“诱导契合”假说则认为，底物不能直接与酶很好地结合，与酶接触后会诱导酶的空间结构发生一定的改变，结构改变后的酶可以与底物完美结合，这就好像两个人握手的过程一样。科研人员为证明上述两种假说，设计如下实验。

在蚯蚓蛋白酶II（EfP-II）反应液中，加入底物CTH，反应生成黄色物质，检测黄色物质的吸光度（A₄₀₅），绘制出曲线EfP-II+CTH。待上述反应完成后，再加入底物CU，反应产生同样的黄色物质，继续检测吸光度，绘制出曲线EfP-II+CTH+CU。各种不同底物组合的反应曲线，如下图。

（1）蚯蚓蛋白酶II是由蚯蚓细胞________上合成的具有__________作用的一种蛋白质。蚯蚓蛋白酶II的酶活性可以用单位质量的酶在单位时间内_______________________表示。影响酶活性的因素有_________________（写出两个）。

（2）在酶反应液中，分别进行

操作①：先加入CTH，250min后再加入CU。结果如图（a）所示。

操作②：先加入CU，250min后再加入CTH。结果如图（b）所示。

比较操作①与②，加入第二种底物后酶促反应速率变化的差别是_________________。

根据酶与底物专一性的假说，推测造成这种差别的原因是___________________________。

图中实验操作______________的反应速率结果可以支持这一推测。

（3）“锁钥”学说和“诱导契合”学说的主要分歧在于，酶与底物结合时，______________。

（4）综合以上分析，请在下面选择你认为本实验结果支持的假说，并说明理由。如果你认为不支持任何一种假说，请选择不支持现有假说，并写出可以解释实验结果的假说。

①支持“锁钥”假说：___________________________________________________________

②支持“诱导契合”假说：_______________________________________________________

③不支持现有假说：___________________________________________________________

Answer

核糖体 催化 催化底物CTH（或CU）生成黄色产物的吸光值变化 温度、pH、抑制剂 操作②升高幅度显著高于操作① 酶与CTH结合，空间结构改变，再与CU结合时，结合不好，反应速率较低；酶与CU结合，空间结构改变，再与CTH结合时，依然可以很好地结合，反应速率较高 EfP-II+CTH+CU+CTH（EfP-II+CTH+CTH） 酶的空间结构是否会发生改变 支持“锁钥”假说：酶与CTH反应后，再与CU反应速率较低，说明空间结构固定不变，结合CU不好 支持“诱导契合”假说：酶可以分别与CTH和CU反应，说明空间结构发生相应改变，适应与不同底物的结合 不支持现有假说：第一种底物与酶结合时，诱导酶空间结构发生相应改变，之后再与第二、第三种底物结合时，空间结构保持不变

【解析】

酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。酶具有高效性、专一性、作用条件较温和等特性。

（1）蚯蚓蛋白酶II的本质是蛋白质，在细胞的核糖体上合成，酶具有催化作用。蚯蚓蛋白酶II，能够催化底物CTH（CU），反应生成黄色物质，可以在单位时间内检测黄色物质的吸光度（A405）变化来表示酶的活性。影响酶的因素有，温度、pH值、重金属离子、抑制剂等。

（2）根据图示可知，操作①加入第二种底物后反应速率改变不明显；操作②加入第二种底物后，反应速率明显升高，且升高幅度显著高于操作①。根据酶的专一性假说，操作①中酶首先与CTH结合，空间结构发生改变，再与CU结合时，结合不好，反应速率较低；而操作②中酶首先与CU结合，空间结构也发生改变，再与CTH结合时，依然可以很好地结合，反应速率较高。操作①中EfP-II+CTH+CU+CTH（EfP-II+CTH+CTH）的结果说明，酶与CTH结合空间结构发生改变后，虽然与CU结合不好，但仍然可以与CTH很好的结合，进一步证明以上推测。

（3）根据题干对两种假说的解释可以看出，“锁钥”假说认为一把锁只能被一把钥匙打开，“诱导契合”假说认为底物与酶接触后会诱导酶的空间结构发生改变，关键不同在于酶与底物结合时酶的空间结构是否会发生改变。

（4）①支持“锁钥”假说：由操作①可以看出，酶与CTH反应后，再与CU反应速率较低，说明空间结构固定不变，只能与CTH结合，与CU结合不好。

②支持“诱导契合”假说：由操作②可以看出，酶可以分别与CTH和CU反应，说明空间结构发生相应改变，适应与不同底物的结合。

③不支持现有假说：由操作①的结果分析，可能有另一种情况，即第一种底物与酶结合时，诱导酶空间结构发生相应改变，之后再与第二、第三种底物结合时，空间结构保持不变。