低い温度で反応が遅かった酵素と、高温にした後に働かなくなった酵素。どちらも結果は「生成物が少ない」かもしれませんが、同じ状態とは限りません。今の温度の影響を比べる実験と、前に加熱した影響を比べる実験を分けると、結果を丁寧に読み取れます。
今、何℃で反応させているか
酵素は反応を進める働きを持ち、その働き方は温度などの条件に左右されます。低温では反応が遅くなっても、条件を戻すと働きが回復する場合があります。一方、高温によって酵素の構造が変わり、温度を戻しても元のように働かなくなる場合があります。すべての酵素で同じ温度や変化が起こるわけではありません。
ある温度でできた生成物の量が少ないことだけから、「酵素がなくなった」「壊れた」と断定はできません。反応させた時間が短い、温度が低く進みにくい、ほかの条件が適していないなど、いくつかの理由が考えられます。条件を変え直して測る実験が、理由を絞るために役立ちます。
温度を戻してから、同じ出発点で測る
事前に温度処理した影響を調べるなら、酵素液だけを一定時間それぞれの温度に置きます。その後、全部を同じ反応温度へ戻してから、新しい同量の材料を加え、同じ時間だけ反応させます。処理中に材料も反応させてしまうと、残っている材料の量が違う可能性があるからです。
酵素の量、液の濃さ、酸性・アルカリ性などもそろえます。生成物を調べる方法は同じにし、色の濃さを量へ換算するなら共通の基準を使います。「温度だけ変えた」と言うためには、変えていないつもりの条件も実際にそろっていることが必要です。反応開始の時刻も、温度を戻す前から数えないようにします。
例題1｜低温処理と高温処理の違い
同量のある酵素液を、Aは5℃、Bは35℃、Cは80℃に10分置きました。いずれも35℃に戻してから、新しい材料を同量加え、5分間反応させました。生成物はA10単位、B10単位、C1単位でした。この結果から、どんな違いが読み取れますか。
答え・解説： Aは35℃に戻した後、Bと同量の生成物を作れています。この測定では、低温処理後にもBと同程度の働きが確認されました。Cは同じ反応温度でも生成物が少なく、高温処理の影響が残ったという説明を支持します。ただし、Cの働きが完全に0になったとは言えません。
Aについても、5℃に置いていた最中にBと同じ速さで反応したという意味ではありません。測定したのは35℃へ戻した後です。温度を戻す前の状態を知りたいなら、その温度で別に反応を調べる必要があります。結果の横に「いつの働きを測ったか」を書くと、事前処理と本測定を取り違えにくくなります。
例題2｜生成物の量から、初めの速さを比べる
別の実験で、温度を一定にしたまま反応させたところ、Aは2分で生成物6単位、Bは3分で6単位できました。この区間では生成物が時間に比例して増え、材料は十分あるとします。1分当たりの生成量と、Aの速さがBの何倍かを求めましょう。
答え・解説： Aは6÷2＝3単位毎分、Bは6÷3＝2単位毎分です。速さの比は3÷2＝1.5倍。生成物の合計が同じでも、経過時間が違うため、反応の進む速さは同じではありません。「6単位同士だから同じ働き」という結論は時間を落としています。
この1.5倍を、何時間後でもそのまま使えるとは限りません。材料が減ったり、生成物が増えたり、酵素の状態が変わったりすれば、進み方が変化するからです。問題が「この区間では比例する」と指定した範囲の比較です。最初の反応速度と、最後まで置いたときの総生成量は、異なる問いとして読みます。
最も働く温度を、一点の測定で決めない
20℃、40℃、60℃で調べて40℃の生成物が最も多くても、正確な最適温度が40℃だと決まったわけではありません。30℃や45℃では調べていないからです。言えるのは、比べた条件の中では40℃の値が最大だったことです。さらに調べるなら、その周囲の温度を細かく変えて比較します。
だ液など身近な題材でも、酵素を人のように「疲れた」「死んだ」と表すと、物質としての働きが見えにくくなります。温度の条件で反応が遅いのか、処理後も働きが戻らないのかを、記録で説明しましょう。前処理、温度をそろえる操作、新しい材料の追加、測定という順番を図にすると、比較したい原因が明確になります。
実験を組むときは、温めた試験管を35℃の場所へ移した瞬間に時計を始めないことも大切です。中の液まで35℃になっていなければ、測定中の温度がそろいません。液温がそろったことを確認してから材料を加え、同じ方法で混ぜて時間を測ります。また、酵素を入れない液でも同じ測定を行えば、酵素以外の原因で色や数値が変わっていないかを確かめられます。比較する二本だけを見るのではなく、測定の基準となる一本を考えるのが実験問題の読み方です。
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