酵素活性

高中生物附有溫度和 pH 活性因子示例的米氏方程初始速率

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關於此實驗

測量酵素反應在初始階段如何回應基質濃度的增加。儲存一條參考曲線，改變酵素濃度、溫度或 pH，並比較反應速率。基質結合遵循米氏-門田飽和模型。溫度和 pH 因素採用的是專為教學選擇的曲線，並非針對特定酵素擬合的資料。

學習目標

說明基質濃度增加時出現的飽和現象
確認 Km 是目前 Vmax 一半所對應的基質濃度
區分酵素濃度的影響與基質濃度變化的影響

使用方法

1將溫度設為 37°C，pH 設為 7，相對酵素濃度設為 1。將基質濃度設為 2 mM，並將反應速率與 Vmax 比較。
2將基質濃度提高至 20 mM。請注意，反應速率會接近 Vmax，但不會達到 Vmax。
3儲存參考曲線，然後將酵素濃度加倍。比較曲線和 Km。
4改變溫度或 pH，並與參考條件比較。恢復原始條件，觀察這些示例因素具有可逆性。

模型

v = \frac{V _{m a x} [ S ]}{K _{m} + [ S ]}, K_{m} = 2 mM

米氏方程初始反應速率

V_{m a x} = 100 E_{rel} a_{T} a_{pH}

以微莫耳/分鐘表示的示例最大反應速率

a_{T} = e^{- ((T - 37) /18)^{2}}, a_{pH} = e^{- ((pH - 7) /1.8)^{2}}

選定的無因次活性曲線（T以攝氏度為單位）

假設

單一受質反應遵循穩態米氏方程初始速率動力學，其中受質濃度遠高於酵素濃度。
受質濃度維持固定，並忽略產物累積、受質耗竭、抑制以及產物逆向反應。
所有條件下Km均固定為2 mM。Vmax隨酵素濃度線性變化。
溫度和pH乘數是對稱、可逆的教學用曲線。它們不模擬實際變性、反應歷史或特定酵素的特性。

在課堂上試試這個實驗

Q1受質濃度為多少時，反應速率等於Vmax的一半？
Q2為什麼即使增加受質幾乎沒有作用，增加酵素仍能提高反應速率？
Q3若要將示例溫度曲線替換為特定酵素的模型，需要進行哪些測量？

常見問題

加熱會永久損傷模擬中的酵素嗎？

不是。活性倍數僅取決於目前的溫度，而且是可逆的。真實的酵素可能會發生不可逆變性，這不在此模型的範圍內。

酵素濃度加倍時，Km 會改變嗎？

在此模型中不會。酵素濃度加倍會使 Vmax 和任意受質濃度下的反應速率都加倍，而達到最大反應速率一半時的受質濃度仍為 Km。