技能一覧 › 高校生物 代謝(知識)

酵素と補酵素

酵素の最適温度・最適 pH と失活、補酵素が低分子で熱に強く酵素から離れやすいこと、・・FAD が電子と水素を運ぶ補酵素であることを使って、透析・煮沸の実験結果から正しい考察を選べる

前提

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説明

酵素はタンパク質を主成分とする触媒なので、温度や pH によってはたらきが大きく変わり、高温や極端な pH では立体構造がこわれてはたらきを失います(失活)。また、酵素の中には、タンパク質の部分だけでははたらけず、補酵素という低分子の物質と結合して初めてはたらくものがあります。この技能では、酵素の最適温度・最適 pH と失活、補酵素の性質、・・FAD のはたらきを整理し、透析や煮沸の実験結果から正しい考察を選べるようにします。

なぜそうしてよいのか

反応速度は一般に温度が高いほど大きくなります。酵素反応でも、温度を上げると初めは反応速度が大きくなります。しかし酵素の本体はタンパク質で、その立体構造(とくに活性部位の形)があってこそ基質と結合できます。温度が高くなりすぎると、タンパク質の変性によって立体構造がこわれ、活性部位が基質と結合できなくなるので、反応速度は急に小さくなります。この二つの効果のかね合いで、反応速度が最も大きくなる温度が最適温度です(ヒトの体内ではたらく酵素の多くは 〜 付近)。同じように pH もタンパク質の立体構造に影響するので、酵素ごとに最適 pH があります(例: 胃ではたらくペプシンは pH 付近、だ液アミラーゼは pH 付近、すい液のトリプシンは pH 付近)。変性によって酵素がはたらきを失うことを失活といい、高温で失活した酵素は温度を下げてもふつうは元に戻りません。

補酵素は、酵素のタンパク質部分とゆるく結合してはたらきを助ける、低分子の有機物です。タンパク質ではないので加熱しても変性せず、熱に強いという性質があります。また、酵素との結合がゆるいので、酵素から離れやすいのも特徴です。この性質の違いは、透析の実験ではっきり確かめられます。セロハン膜は小さな分子は通しますが、タンパク質のような大きな分子は通しません。酵母のしぼり汁をセロハンの袋に入れて水の中で透析すると、低分子の補酵素は袋の外の液(外液)に出て行き、大きな酵素タンパク質は袋の中の液(内液)に残ります。内液だけ、外液だけでは反応は起こりませんが、両者を混ぜると反応が起こります。さらに、外液を煮沸してから内液と混ぜても反応が起こる(補酵素は熱に強い)のに対し、内液を煮沸してから外液と混ぜると反応は起こりません(タンパク質が変性して失活した)。

補酵素の代表例が ・・FAD です。これらは、酵素が基質から取り去った電子と水素を受け取って運ぶはたらきをもちます。電子と水素を受け取ると、 は に、 は に、FAD は になり、別の反応で電子と水素を渡すと元に戻ります。 と FAD はおもに呼吸で、 はおもに光合成ではたらきます。

手順

  1. 実験の条件(温度・pH・煮沸・透析)が、酵素のタンパク質部分と補酵素のどちらに影響するかを考える

  2. 温度・pH について: 最適温度・最適 pH で反応速度が最大。高温や極端な pH ではタンパク質が変性して失活し、高温で失活した酵素は冷やしても戻らない

  3. 透析について: セロハン膜を通る低分子の補酵素は外液へ、通らない酵素タンパク質は内液に残る。どちらか一方だけでは反応しない

  4. 煮沸について: 補酵素(低分子・タンパク質でない)は熱に強く、煮沸してもはたらきを保つ。酵素タンパク質は煮沸で失活する

  5. 補酵素の名前とはたらきを確かめる: ・・FAD は電子と水素を受け取って運ぶ(・・ になる)

  6. 以上と実験結果を照らし合わせ、矛盾のない考察を選ぶ

例題

酵母のしぼり汁にグルコースを加えると、反応が起こって二酸化炭素が発生した。このしぼり汁をセロハンの袋に入れて水中で透析し、袋の中の液(内液)と袋の外の液(外液)に分けて、次の実験 1〜4 を行った。

実験加えたもの(それぞれにグルコースも加えた)二酸化炭素の発生
1内液のみなし
2外液のみなし
3内液 + 外液あり
4内液 + 煮沸した外液あり

この結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ア 外液には、反応に必要な酵素タンパク質がふくまれている。
イ 反応に必要な低分子の物質は外液にあり、その物質は熱に強い。
ウ 反応に必要な物質はすべて内液にあり、外液は反応に関係しない。
エ 内液を煮沸してから外液と混ぜても、二酸化炭素は発生すると結論できる。

例題の解答

手順 1・3: 透析ではセロハン膜を通る低分子の物質が外液へ移り、タンパク質のような大きな分子は内液に残る。実験 1・2 でどちらも反応せず、実験 3 で反応したので、反応には内液にあるもの(酵素タンパク質)と外液にあるもの(低分子の補酵素)の両方が必要である。よってウは誤り。外液に移れるのは低分子の物質なので、酵素タンパク質が外液にあるとするアも誤り。

手順 4: 実験 4 で、煮沸した外液を加えても反応したので、外液にある低分子の物質は熱に強い。これは補酵素の性質と一致するので、イは正しい。

手順 2・4: 内液の酵素タンパク質は、煮沸すると変性して失活すると考えられる。また、表には内液を煮沸した実験がないので、「発生すると結論できる」とするエは誤り。

よって答えはイ。

答え:

イ

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること