第六届全国大学生化学实验邀请赛操作PC-3试题
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第六届全国大学生化学实验邀请赛 实 验 试 卷 2008.7.6
实验 3. 尿素水解的酶催化反应动力学
选手编号：
评分
完成实验
实验操作
数据质量
实验报告
总分
分数
10
40
30
20
100
得分
重要说明： 1. 本实验竞赛时间为 110 分钟（以选手在实验报告首页确认编号和监考教师签名为准）。每超
时 10 分钟扣 3 分，最多不得超过 20 分钟。 2. 备有无纸记录仪简明操作说明。 3. 请注意合理运筹时间。如在等待过程中，可进行后续实验准备或思考问答题等。 4. 提供给每位选手的试剂已足够，请注意用量，不必要的过量使用将被扣分。 5. 请仔细操作。损坏仪器、打破玻璃器皿将被扣分。 6. 实验完成后，请将所有玻璃仪器清洗干净，仪器设备归零、关闭电源。保持台面干净整洁，
按稳态法，复合物ES的反应速率为：
dcES dt
= k1 × cE
× cS - k-1 × cES
- k2 × cES
=0
(3)
E和ES的总浓度与底物的浓度无关。cET 为酶的总浓度，所以cE = cET － cES ，代入式(3 )后得
到
( ) cES
=
k1cET × cS k-1 + k2 + k1cS
改变底物浓度，重复实验，测定其它 100mL 尿素溶液（浓度为 1.00×102、1.20×02、1.50 ×02 和 2.00×102mol / L）与 5 mL 尿素酶溶液反应的初速率。
五、数据记录与结果讨论 1. 底物浓度对反应速率的影响，将每个底物浓度下获得的 56 个实验数据作图，计算 40°C 下，不同底物浓度时的初始反应速率：
电导电极，电动（或磁力）搅拌器，夹套恒温反应池；移液管 10mL2 支、50mL4 支，洗瓶， 洗耳球。 四、实验步骤：
调节超级恒温槽至所需温度 40°C，开动循环泵，使循环水在反应池夹套中循环，并将尿素 酶溶液试剂瓶放在恒温槽内恒温。接好测量线路，电导率仪开启电源并调节好。用移液管向反 应池中加入 100mL 8.00×103mol /L 尿素溶液，装好电极，开动搅拌器，使溶液在反应器内恒 温。打开记录仪电源，按“开始”按钮开始记录，取 5mL 尿素酶溶液快速注入反应池。大约 120 s 可以停止测量，在记录仪上按“停止”按钮停止记录。在连接记录仪的电脑上读取并保 存实验数据，并在线性比较好的部分选取 56 个实验数据并打印。
（10）
保持酶浓度不变，改变底物初始浓度
cS0
，测定其初始反应速率v0，以
1 v0
对1 cS0
作图应得到一
条直线，从直线斜率 KM 和截距 1 计算KM。
vmax
vmax
以上数据处理方法只能适用于只有一种底物的酶催化反应。
在本实验中，尿素在尿素酶的催化作用下水解成氨气和二氧化碳，氨气和二氧化碳溶解于
1 = KM 1 + 1
(9)
v vmax cS vmax
以 1 对 1 作图将得到一条直线，该线性关系称为LineweaverBurk图。 v cS
实验常采用初始反应速率的数据。若底物初始浓度为 cS0 ，令 cS0 ? cET ，则 cS » cS01 v0 v c max S0 vmax
cS / mol ∙ L 1
8.00× 103
1.00×102
1.20× 102
v / mV ∙ s 1
1.50× 102
2.00× 102
2 . 以 1 对 1 作图，计算 Michaelis 常数 KM 。
v0
cS0
六、思考题 1．为什么尿素溶液必须足够稀？ 2．被测溶液总的电导率主要是哪些离子的贡献？反应过程中电导率如何变化？
=
cET × cS k-1 + k2 / k1 + cS
(4)
将式（4）代入式（2），得到：
v
=
k2 cES
=
k2cET
cS KM + cS
(5)
式中
KM
=
k-1 + k2 k1
(6)
Km 称为Michaelis常数。
由式（5）可知：当底物的浓度很低时，cS<<Km ，反应速率正比于底物的浓度cS；当底物
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三、主要仪器与试剂：
试剂：2.00、1.50、 1.20、1.00、0.800×102 mol/L 尿素溶液，2mg/mL 尿素酶（脲酶）溶液。 仪器： SunyLAB200 无纸记录仪（或 XWT264 型台式自动记录仪），超级恒温槽，电导率仪，
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第六届全国大学生化学实验邀请赛（实验试卷）杭州 2008.7.6
恢复原状。否则将被扣分。 7. 本实验提供计算机及绘图软件（Origin, Excel）、毫米方格纸、直尺、铅笔、墨水笔，供选
用。
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第六届全国大学生化学实验邀请赛（实验试卷）杭州 2008.7.6
实验试题： 尿素水解的酶催化反应动力学
一、实验目的： 用电导法测定尿素水解化学反应动力学，确定定 Michaelis 常数 KM。
水中成为
NH
+ 4
、
OH
-
、
HCO3-
。
对于稀溶液，强电解质的电导率κ与其浓度成简单单调函数关系，而且溶液的总电导率等 于组成该溶液的电解质的电导率之和。当电导率仪输出信号到记录仪时，记录的电势与电导率 成线性。随着反应进行，溶液电导率显著增加，所以可以通过跟踪反应混合物的电导率随时间 的变化来确定反应进行的程度。
二、实验原理：
酶催化反应可以用以下历程表示：
E+S¬¾¾k¾k-11¾® ES ¾k¾2 ® E+P
(1)
酶E与底物S结合形成复合物ES, 速率常数为k1，ES 可以分解变成反应物E + S，速率常数为k1，
或者继续反应生成产物P，速率常数为k2。
产物P的生成速率 v 为：
v = k2cES
(2)
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第六届全国大学生化学实验邀请赛（实验试卷）杭州 2008.7.6
浓度很高时，cS >>Km ，反应速率是一个常数，与底物的浓度cS无关。所以
vmax = k2cET
(7)
将式(7)代入式(5)，得到MichaelisMenten方程：
v = vmax
cS KM + cS
(8)
将式(8)改写为：
实验 3. 尿素水解的酶催化反应动力学
选手编号：
评分
完成实验
实验操作
数据质量
实验报告
总分
分数
10
40
30
20
100
得分
重要说明： 1. 本实验竞赛时间为 110 分钟（以选手在实验报告首页确认编号和监考教师签名为准）。每超
时 10 分钟扣 3 分，最多不得超过 20 分钟。 2. 备有无纸记录仪简明操作说明。 3. 请注意合理运筹时间。如在等待过程中，可进行后续实验准备或思考问答题等。 4. 提供给每位选手的试剂已足够，请注意用量，不必要的过量使用将被扣分。 5. 请仔细操作。损坏仪器、打破玻璃器皿将被扣分。 6. 实验完成后，请将所有玻璃仪器清洗干净，仪器设备归零、关闭电源。保持台面干净整洁，
按稳态法，复合物ES的反应速率为：
dcES dt
= k1 × cE
× cS - k-1 × cES
- k2 × cES
=0
(3)
E和ES的总浓度与底物的浓度无关。cET 为酶的总浓度，所以cE = cET － cES ，代入式(3 )后得
到
( ) cES
=
k1cET × cS k-1 + k2 + k1cS
改变底物浓度，重复实验，测定其它 100mL 尿素溶液（浓度为 1.00×102、1.20×02、1.50 ×02 和 2.00×102mol / L）与 5 mL 尿素酶溶液反应的初速率。
五、数据记录与结果讨论 1. 底物浓度对反应速率的影响，将每个底物浓度下获得的 56 个实验数据作图，计算 40°C 下，不同底物浓度时的初始反应速率：
电导电极，电动（或磁力）搅拌器，夹套恒温反应池；移液管 10mL2 支、50mL4 支，洗瓶， 洗耳球。 四、实验步骤：
调节超级恒温槽至所需温度 40°C，开动循环泵，使循环水在反应池夹套中循环，并将尿素 酶溶液试剂瓶放在恒温槽内恒温。接好测量线路，电导率仪开启电源并调节好。用移液管向反 应池中加入 100mL 8.00×103mol /L 尿素溶液，装好电极，开动搅拌器，使溶液在反应器内恒 温。打开记录仪电源，按“开始”按钮开始记录，取 5mL 尿素酶溶液快速注入反应池。大约 120 s 可以停止测量，在记录仪上按“停止”按钮停止记录。在连接记录仪的电脑上读取并保 存实验数据，并在线性比较好的部分选取 56 个实验数据并打印。
（10）
保持酶浓度不变，改变底物初始浓度
cS0
，测定其初始反应速率v0，以
1 v0
对1 cS0
作图应得到一
条直线，从直线斜率 KM 和截距 1 计算KM。
vmax
vmax
以上数据处理方法只能适用于只有一种底物的酶催化反应。
在本实验中，尿素在尿素酶的催化作用下水解成氨气和二氧化碳，氨气和二氧化碳溶解于
1 = KM 1 + 1
(9)
v vmax cS vmax
以 1 对 1 作图将得到一条直线，该线性关系称为LineweaverBurk图。 v cS
实验常采用初始反应速率的数据。若底物初始浓度为 cS0 ，令 cS0 ? cET ，则 cS » cS01 v0 v c max S0 vmax
cS / mol ∙ L 1
8.00× 103
1.00×102
1.20× 102
v / mV ∙ s 1
1.50× 102
2.00× 102
2 . 以 1 对 1 作图，计算 Michaelis 常数 KM 。
v0
cS0
六、思考题 1．为什么尿素溶液必须足够稀？ 2．被测溶液总的电导率主要是哪些离子的贡献？反应过程中电导率如何变化？
=
cET × cS k-1 + k2 / k1 + cS
(4)
将式（4）代入式（2），得到：
v
=
k2 cES
=
k2cET
cS KM + cS
(5)
式中
KM
=
k-1 + k2 k1
(6)
Km 称为Michaelis常数。
由式（5）可知：当底物的浓度很低时，cS<<Km ，反应速率正比于底物的浓度cS；当底物
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三、主要仪器与试剂：
试剂：2.00、1.50、 1.20、1.00、0.800×102 mol/L 尿素溶液，2mg/mL 尿素酶（脲酶）溶液。 仪器： SunyLAB200 无纸记录仪（或 XWT264 型台式自动记录仪），超级恒温槽，电导率仪，
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第六届全国大学生化学实验邀请赛（实验试卷）杭州 2008.7.6
恢复原状。否则将被扣分。 7. 本实验提供计算机及绘图软件（Origin, Excel）、毫米方格纸、直尺、铅笔、墨水笔，供选
用。
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第六届全国大学生化学实验邀请赛（实验试卷）杭州 2008.7.6
实验试题： 尿素水解的酶催化反应动力学
一、实验目的： 用电导法测定尿素水解化学反应动力学，确定定 Michaelis 常数 KM。
水中成为
NH
+ 4
、
OH
-
、
HCO3-
。
对于稀溶液，强电解质的电导率κ与其浓度成简单单调函数关系，而且溶液的总电导率等 于组成该溶液的电解质的电导率之和。当电导率仪输出信号到记录仪时，记录的电势与电导率 成线性。随着反应进行，溶液电导率显著增加，所以可以通过跟踪反应混合物的电导率随时间 的变化来确定反应进行的程度。
二、实验原理：
酶催化反应可以用以下历程表示：
E+S¬¾¾k¾k-11¾® ES ¾k¾2 ® E+P
(1)
酶E与底物S结合形成复合物ES, 速率常数为k1，ES 可以分解变成反应物E + S，速率常数为k1，
或者继续反应生成产物P，速率常数为k2。
产物P的生成速率 v 为：
v = k2cES
(2)
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第六届全国大学生化学实验邀请赛（实验试卷）杭州 2008.7.6
浓度很高时，cS >>Km ，反应速率是一个常数，与底物的浓度cS无关。所以
vmax = k2cET
(7)
将式(7)代入式(5)，得到MichaelisMenten方程：
v = vmax
cS KM + cS
(8)
将式(8)改写为：