王镜岩-生物化学(第三版)配套练习及详解第三章 酶 学

第三章 酶  学

I 主要内容

一、酶的组成分类

    1．酶的化学本质是蛋白质，可以分为简单蛋白和结合蛋白。

    2．简单蛋白质酶类：这些酶的活性仅仅由它们的蛋白质结构决定。

3．结合蛋白质酶类：这些酶的活性取决于酶蛋白和辅因子两部分。辅因子主要包括无机离子和有机小分子两种物质，其中有机小分子又根据其与酶蛋白结合的紧密程度不同分为辅酶和辅基。

在结合蛋白质酶类分子中，酶促反应的专一性主要由酶蛋白质的结构决定，催化性质则主要由辅因子化学结构所决定。

二、酶的催化特性

    1．高效性：酶的催化效率非常高，酶促反应的速度与化学催化剂催化的反应速度高1010倍左右。

    2．专一性：每一种酶只能作用于某一类或某一种物质。根据专一性的程度可分为绝对、相对专一性和立体结构专一性三种类型。

    3．温和性：酶一般是在体温、近中性的pH及有水的环境下进行，作用条件较为温和。

    4．酶活性的可调节性：细胞内酶活性可以受底物浓度、产物浓度等许多因素的影响。

三、酶的命名和分类

    1．命名法：习惯命名法和系统命名法。

    2．国际系统分类和编号：根据国际系统分类法的原则，所有的酶促反应按反应性质分    为六大类，用1，2，3，4，5，6的编号来表示。

    1-氧化还原酶类；2-转移酶类；3-水解酶类；4-裂合酶类；5-异构酶类；6-合成酶类。  如：Ecl.1.1.27 乳酸：NAD+氧化还原酶。

四、酶活力(或酶活性)、比活力表示法

    用反应初速度表示酶活力。

    酶活力单位：U；酶的比活力：U／mg蛋白质

五、酶促反应动力学

1．底物浓度对酶促反应速度的影响。

    米氏常数(Km)：当酶反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。它是酶的特征性常数之一，只与酶的种类有关，而与底物浓度无关；米氏常数(Km)的测定主要采用双倒数作图法。

2．温度对酶反应速度的影响：最适温度：酶反应速度最大的环境温度，它是酶的条件性特征常数，只在一定情况下才有意义。

3．pH对酶促反应速度的影响：最适pH：酶反应速度最大的介质pH值。

4．酶浓度对酶反应速度的影响：当底物浓度远远大于酶浓度时，反应速度与酶浓度成  正比。

5．激活剂对酶反应速度的影响：无机激活剂，如阴离子、阳离子。有机激活剂，如某些还原剂以及由酶作用引起的酶原激活。酶原激活是指在某些酶的作用下无活性的酶原转变为有活性酶的过程。

6．抑制剂对酶反应速度的影响。

   (1)不可逆性抑制作用：这类抑制剂与酶分子中的特定基团以共价键结合而使酶失    活，不能通过清除抑制剂的方法恢复酶活性。

   (2)可逆性抑制作用：这类抑制剂与酶的结合是可逆的，清除抑制剂酶活性可以恢复的抑制作用。

    a．竞争性抑制：底物与抑制剂竞争性地与酶活性中心的同一部位结合。增加

底物浓度可减少抑制剂的作用。当竞争性抑制剂存在时，Km增大：Vmax不变。

    b．非竞争性抑制：非竞争性抑制剂与酶的结合与底物不在同一位点，抑制剂可以和酶(E)结合也可与酶和底物(S)的复合物(ES)结合。非竞争性抑制剂存在时，Km不变；Vmax减小。

c．反竞争性抑制：抑制剂只能与酶与底物的复合物结合，当反竞争性抑制剂存在时，及Km和Vmax都变小。

五、酶促反应机制

酶促化学反应比非酶促反应速度快，最根本的原因是酶促反应与非酶促反应的反应历程不一样，在酶促反应中都要经历一个酶与底物结合形成酶底复合物，酶底复合物进一步转化形成产物并释放出游离酶的基本过程。

1．酶作用机制

酶活性中心：底物结合部位和催化部位。

2．酶作用专一性的机理：

(1)锁与钥匙学说。    (2)诱导契合假说

3．酶作用高效性的机理：

    (1)靠近与定向；(2)变形与扭曲；(3)共价催化；(4)酸碱催化；(5)酶活性部位的低介电区。

4．某些酶的作用原理

    (1)溶菌酶：活性部位有Glu35和Asp52，典型的酸碱催化。

    (2)胰凝乳蛋白酶：活性部位有Aspl02、His57和Serl95组成的质子电荷传递系统。

    5．抗体酶与核糖酶

七、酶活性的调节和调节酶

    1．别构调节酶。    2．共价调节酶。    3．酶原的激活。

II 习   题

一、名词解释

１．Ｋm与Ｋs：

２．双成分酶：

３．活性中心：

４．变构酶：

５．酶原激活：

６．寡聚酶：

７．同工酶：

８．酶活力、比活力：

二、是非题  判断下列各句话意思的正确与否，正确的在题后括号内画“√”，错误的画“×”，如果是错误的，请说明其理由

1．形成酶活性部位的氨基酸残基，在一级结构上并不相连，而在空间结构上却处在相近位置。

2．在底物浓度为限制因素时，酶促反应速度随时间而减小。

3．只要底物浓度足够大，即便是有竞争性抑制剂的存在，酶的最大反应速度仍然可以达到。   

4．丁二酸脱氢酶受丙二酸的抑制，但此抑制作用可以通过增加丁二酸浓度的方式来解除或减轻。     

5．辅酶和辅基都是酶活性不可少的部分，它们与酶促反应的性质有关

6．当[S]>> Km时，酶促反应速度与酶浓度成正比。

7．抑制剂二异丙基氟磷酸(DFP或DIFP)能与活性部位中含有Ser-OH的酶结合使其失活。

8．在结合酶类中，酶促反应的专一性主要由酶蛋白的结构决定，催化性质则主要由辅因子的化学结构所决定。

9．根据定义：酶活力是指酶催化一定化学反应的能力。一般来说，测定酶活力时，测定产物生成量，比测定底物减少量更准确。

10．如果体系中所有的酶都以酶底复合物的形式存在，则v=Ｖmax。  

11．酶活力的测定，本质上就是测定酶催化的反应速度。

12．最适温度不是酶的特征性常数，因此可以说温度与酶促反应的速度无关。

13．酶催化反应速度的能力不能直接用酶的体积和质量来表示，这主要是由酶本身的化学性质所决定的。

14．同工酶是指功能和结构都相同的一类酶。

15．在竞争性抑制剂存在时，加入足够量的底物可使酶促反应速度达到正常的Vmax。

16．反竞争性抑制剂是既能改变酶促反应的Km值，又能改变Vmax的一类抑制剂。

17．有些酶的Km值可能由于结构上与底物无关的代谢物的存在而改变。

18．将具有绝对专一性的酶与底物的关系，比喻为锁和钥匙的关系还比较恰当。

19．所有酶的米氏常数(Km)都可被看成是酶与底物的结合常数(Ks)，即Km＝Ks。

20．脲酶的专一性很强，除尿素外不作用于其它物质。

三、填空题

  1．酶分为六大类，l             ，2             ，3            ， 4            ，

5             ，  6                。

  2．结合酶类是由                       和                           组成。

3．为准确测定酶活力，必须满足下面三个条件，即                               

                                    、                              。

  4．当底物浓度远远大于Km，酶促反应速度与酶浓度                        。

5．影响酶促反应速度的因素主有                 、             、             、

                、              和             六种。

6．溶菌酶的活性部位有          和          两种氨基酸残基，其催化机制是典型的           。

7．胰脏分泌的蛋白酶具有相同的作用机制，活性部位都是由          、        和

                 组成的            ，它们的区别是                          。

8．用双倒数作图法求Km时，横坐标为                ，纵坐标为               。

10．酶的比活力是指单位质量蛋白质所具有的酶活力大小，一般采用              

和               两种方式来表示。

11．竞争性抑制剂使酶促反应的Km                  ，而Vmax                     。

12．天冬氨酸转氨甲酰酶(ATCase)催化                   和                   生成氨甲酰天冬氨酸。它的正调节物是                ，负调节物是CTP。

13．能催化多种底物进行化学反应的酶有                个Km值，其中Km         的底物是该酶的最适底物。

14．与无机催化剂相比，酶催化作用主要具有                  、               、

                  和                  四方面主要特性。

15．乳酸脱氢酶以           为辅酶，它的酶蛋白由           个亚基构成，其亚基分为           和             两种。

16．迄今已知的变构酶大多都是               酶，它含有               个以上亚基构成，除具有活性中心外，还具有               中心。

四、选择题

    １．米氏常数：

        Ａ 随酶浓度的增大而增大；    Ｂ 随酶浓度增大而减小；

        Ｃ 随底物浓的增大而减小；     Ｄ 是酶的特征性常数。

    ２．生物素作用是：

        Ａ 转氨酶的辅酶；            Ｂ 脱羧酶的辅酶；

    Ｃ 一碳单位的载体；          Ｄ 羧化酶的辅酶。

３．用双倒数作图法求Ｖmax和Ｋm值时，若以Ｓ表示底物，Ｖ表示反应速度，哪么图中Ｘ轴的实验数据表示：

Ａ 1/V；             Ｂ 1/[S]

    Ｃ V           Ｄ [S]

    ４．竞争性抑制作用可以通过下列哪种方式来减轻或消除？

       Ａ 增加底物浓度；            Ｂ 增加酶浓度；

       Ｃ 减少底物浓度；             Ｄ 以上方式都不行。

    ５．磺胺药物冶病的原理是：

       Ａ 直接杀死细菌；            Ｂ 叶酸合成的非竞争性抑剂；

       Ｃ 叶酸合成的竞争性抑制剂    Ｄ 以上三者都不行。

    ６．有机磷农药作为酶的抑制剂，是作用于酶活性部位的：

       Ａ 硫基；                    Ｂ 羟基；

       Ｃ 羧基；                    Ｄ 咪唑基。

    ７．抑制剂与酶结合，使酶催化作用降低，是因为：

       Ａ 酶蛋白质变性失活；            Ｂ 占据酶的活性部位；

       Ｃ 抑制剂与酶必须基团结合； Ｄ Ｂ和Ｃ。

    ８．将一种非竞争性抑制剂加到一种酶反应系统中：

Ａ Ｋm值增加、Ｖmax升高； Ｂ Ｋm值增加、Ｖmax不变；

Ｃ Ｋm值不变、Ｖmax升高； Ｄ Ｋm值不变、Ｖmax变小。

    ９．酶加速其化学反应速度的原因是：

Ａ 使产物比非酶反应更稳定； Ｂ 使底物获得更多的自由能；

Ｃ 缩短反应达到平衡所需时间； Ｄ 保证底物全部形成产物。

10．ATCase的负调节物是：

       Ａ CTP；                   Ｂ UTP；

       Ｃ ATP；                Ｄ Asp

    11．在下列酶的辅因子中，不含AMP的是：

       Ａ NAD+                  Ｂ NADP+

       Ｃ CoASH；                Ｄ FMN。

    12．维生素Ｂ6辅酶形式是：

       Ａ 吡哆醇；                  Ｂ 吡哆醛；

       Ｃ 吡哆胺；                  Ｄ 磷酸吡哆醛。

    13．催化反应Ａ.Ｒ→Ａ＋Ｒ的酶是：

       Ａ 合成酶类；                Ｂ 裂合酶类；

       Ｃ 转移酶类                  Ｄ 氧化还原酶类。

    14．大多数酶都具有如下特征：

Ａ 都能加速化学反应速度； Ｂ 对底物有严格的选择性；

Ｃ 分子量大多都在5000以上； Ｄ 近中性pH值时活性最大。

15．下列具别构行为的物质是：

       Ａ 葡萄糖异构酶；            Ｂ ATCase；

       Ｃ 乳酸脱氢酶；              Ｄ 血红蛋白。

16．具有协同效应的酶，其结构基础是

      A  酶蛋白分子的解离和聚合 B  酶蛋白可产生别构效应

  C  酶蛋白的降解作用  D  酶蛋白与非蛋白物质结合

  17．别构酶的反应速度与底物浓度的关系曲线是：

      A  双倒数曲线     B  S形曲线

      C  U形曲线    D  直线

18．酶的不可逆性抑制的机制是：

      A  使酶蛋白变性     B 与酶的催化部位以共价键结合

      C  使酶降解        D 与酶作用的底物以共价键结合

19．丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制是由于：

      A  丙二酸在性质上与酶作用的底物相似

      B  丙二酸在结构上与酶作用的底物相似

      C  丙二酸在性质上与酶相似

      D  丙二酸在结构上与酶相似    、

20．国际上常常采用Hill系数判断别构酶的类型，典型的米氏类型酶的：

      A  Hill系数＞1    B  Hill系数＝1

      C  Hil1系数＜1    D  Hill系数＝o

21．下列关于同工酶的叙述正确的是：

      A  同工酶是由多个亚基以共价键结合形成的复合物

      B  同工酶对同一种底物有不同的专一性。

      C  同工酶是催化同一种反应，但结构不完全相同的同一种酶的多种形式

      D  各种同工酶在电场电泳时，迁移率相同。

五、问答与计算

1．酶的化学本质是什么？如何证明？酶作为催化剂具有哪些主要特点？

2．什么是酶的活性中心?底物结合部位、催化部位和变构部位之间有什么关系?为什么酶对其催化反应的正向及逆向底物都具有专一性?

3．酶活力为什么不能直接用酶制剂的质量或体积来表示？

4. 酶的催化本质是什么？为什么能比无机催化剂更有效地催化化学反应？

5．什么是酶的抑制作用？有哪几种类型？研究酶的抑制作用有什么实际意义？

6．许多酶由相同的亚单位组成，这一现象的生物学意义是什么?

7．请简要说明Fisher提出的‘锁与钥匙学说’和Koshland提出的诱导契合学说的主要内容。

8．举例说明同工酶存在的生物学意义。

9．测定酶活力时：(1)酶和底物为什么必须用缓冲液配制?(2)酶和底物是先分别保温，然后混合，还是先混合后保温，为什么?

10．己糖激酶催化葡萄糖磷酸化时，Km值为0.15mmol/L，催化果糖磷酸化时，Km为1.5mmo1／L。假如两种反应的Vmax相同。

(1)写出己糖激酶催化葡萄糖和果糖磷酸化的反应式。．

(2)分别计算葡萄糖和果糖为底物(S)时，[S]＝0.15，1.5，15mmol/L时，酶催化反应的速度V是多少?

11．绝大多数酶溶解在纯水中会失活，为什么?

12．多数酶的稀释液在激烈震荡时会产生泡沫，此时即使酶的分子量并没有变化，也会  导致酶活性降低或丧失，请说明这是为什么? 

13．某酶在溶液中会丧失活性，但若此溶液中同时存在巯基乙醇可以避免酶失活，该酶  应该是一种什么酶，为什么?

14．称取25mg蛋白酶粉配制成25m1酶液，从中取出0.1ml，以酪蛋白为底物用Folin—酚比色法测定酶活力，结果表明每小时产生1500Pg酪氨酸。另取2ml酶液用凯氏定氮法测得蛋白氮为0.2mg；若以每分钟产生1Pg酪氨酸的酶量为一个活力单位，求：(a)1ml酶液中蛋白的含量及活力单位；(b)1g酶制剂的总蛋白含量及总活力；(c)酶的比活力。

15．有一克酶制剂，配成1000ml水溶液，从中取出1ml测定酶活力，得每分钟分解0.25克淀粉，求每克酶制剂的酶活力单位数（一个酶活力单位为每小时分解一克淀粉的酶量）。

16．某酶在10ml反应混合液中进行反应，所得结果如下：

按以上数据求解以下各题：（1）此酶的Ｖmax是多少？（2）Ｋm是多少？（3）当〔Ｓ〕＝1.0×10-6Ｍ时和〔Ｓ〕＝1.0×10-1时，酶的活力单位各是多少？（4）若酶浓度增加4倍，Ｋm和Ｖmax各是多少