第三章 酶? 學(xué)

I 主要內(nèi)容

一、酶的組成分類

? ? 1．酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，可以分為簡單蛋白和結(jié)合蛋白。

? ? 2．簡單蛋白質(zhì)酶類：這些酶的活性僅僅由它們的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)決定。

3．結(jié)合蛋白質(zhì)酶類：這些酶的活性取決于酶蛋白和輔因子兩部分。輔因子主要包括無機(jī)離子和有機(jī)小分子兩種物質(zhì)，其中有機(jī)小分子又根據(jù)其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度不同分為輔酶和輔基。

在結(jié)合蛋白質(zhì)酶類分子中，酶促反應(yīng)的專一性主要由酶蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定，催化性質(zhì)則主要由輔因子化學(xué)結(jié)構(gòu)所決定。

二、酶的催化特性

? ? 1．高效性：酶的催化效率非常高，酶促反應(yīng)的速度與化學(xué)催化劑催化的反應(yīng)速度高1010倍左右。

? ? 2．專一性：每一種酶只能作用于某一類或某一種物質(zhì)。根據(jù)專一性的程度可分為絕對、相對專一性和立體結(jié)構(gòu)專一性三種類型。

? ? 3．溫和性：酶一般是在體溫、近中性的pH及有水的環(huán)境下進(jìn)行，作用條件較為溫和。

? ? 4．酶活性的可調(diào)節(jié)性：細(xì)胞內(nèi)酶活性可以受底物濃度、產(chǎn)物濃度等許多因素的影響。

三、酶的命名和分類

? ? 1．命名法：習(xí)慣命名法和系統(tǒng)命名法。

? ? 2．國際系統(tǒng)分類和編號：根據(jù)國際系統(tǒng)分類法的原則，所有的酶促反應(yīng)按反應(yīng)性質(zhì)分? ? 為六大類，用1，2，3，4，5，6的編號來表示。

? ? 1-氧化還原酶類；2-轉(zhuǎn)移酶類；3-水解酶類；4-裂合酶類；5-異構(gòu)酶類；6-合成酶類。? 如：Ecl.1.1.27 乳酸：NAD+氧化還原酶。

四、酶活力(或酶活性)、比活力表示法

? ? 用反應(yīng)初速度表示酶活力。

? ? 酶活力單位：U；酶的比活力：U／mg蛋白質(zhì)

五、酶促反應(yīng)動力學(xué)

1．底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響。

? ? 米氏常數(shù)(Km)：當(dāng)酶反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度。它是酶的特征性常數(shù)之一，只與酶的種類有關(guān)，而與底物濃度無關(guān)；米氏常數(shù)(Km)的測定主要采用雙倒數(shù)作圖法。

2．溫度對酶反應(yīng)速度的影響：最適溫度：酶反應(yīng)速度最大的環(huán)境溫度，它是酶的條件性特征常數(shù)，只在一定情況下才有意義。

3．pH對酶促反應(yīng)速度的影響：最適pH：酶反應(yīng)速度最大的介質(zhì)pH值。

4．酶濃度對酶反應(yīng)速度的影響：當(dāng)?shù)孜餄舛冗h(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度時，反應(yīng)速度與酶濃度成? 正比。

5．激活劑對酶反應(yīng)速度的影響：無機(jī)激活劑，如陰離子、陽離子。有機(jī)激活劑，如某些還原劑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無活性的酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚悦傅倪^程。

6．抑制劑對酶反應(yīng)速度的影響。

? ?(1)不可逆性抑制作用：這類抑制劑與酶分子中的特定基團(tuán)以共價鍵結(jié)合而使酶失? ? 活，不能通過清除抑制劑的方法恢復(fù)酶活性。

? ?(2)可逆性抑制作用：這類抑制劑與酶的結(jié)合是可逆的，清除抑制劑酶活性可以恢復(fù)的抑制作用。

? ? a．競爭性抑制：底物與抑制劑競爭性地與酶活性中心的同一部位結(jié)合。增加

底物濃度可減少抑制劑的作用。當(dāng)競爭性抑制劑存在時，Km增大：Vmax不變。

? ? b．非競爭性抑制：非競爭性抑制劑與酶的結(jié)合與底物不在同一位點，抑制劑可以和酶(E)結(jié)合也可與酶和底物(S)的復(fù)合物(ES)結(jié)合。非競爭性抑制劑存在時，Km不變；Vmax減小。

c．反競爭性抑制：抑制劑只能與酶與底物的復(fù)合物結(jié)合，當(dāng)反競爭性抑制劑存在時，及Km和Vmax都變小。

五、酶促反應(yīng)機(jī)制

酶促化學(xué)反應(yīng)比非酶促反應(yīng)速度快，最根本的原因是酶促反應(yīng)與非酶促反應(yīng)的反應(yīng)歷程不一樣，在酶促反應(yīng)中都要經(jīng)歷一個酶與底物結(jié)合形成酶底復(fù)合物，酶底復(fù)合物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化形成產(chǎn)物并釋放出游離酶的基本過程。

1．酶作用機(jī)制

酶活性中心：底物結(jié)合部位和催化部位。

2．酶作用專一性的機(jī)理：

(1)鎖與鑰匙學(xué)說。? ? (2)誘導(dǎo)契合假說

3．酶作用高效性的機(jī)理：

? ? (1)靠近與定向；(2)變形與扭曲；(3)共價催化；(4)酸堿催化；(5)酶活性部位的低介電區(qū)。

4．某些酶的作用原理

? ? (1)溶菌酶：活性部位有Glu35和Asp52，典型的酸堿催化。

? ? (2)胰凝乳蛋白酶：活性部位有Aspl02、His57和Serl95組成的質(zhì)子電荷傳遞系統(tǒng)。

? ? 5．抗體酶與核糖酶

七、酶活性的調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)酶

? ? 1．別構(gòu)調(diào)節(jié)酶。? ? 2．共價調(diào)節(jié)酶。? ? 3．酶原的激活。

II 習(xí)? ?題

一、名詞解釋

１．Ｋm與Ｋs：

２．雙成分酶：

３．活性中心：

４．變構(gòu)酶：

５．酶原激活：

６．寡聚酶：

７．同工酶：

８．酶活力、比活力：

二、是非題? 判斷下列各句話意思的正確與否，正確的在題后括號內(nèi)畫“√”，錯誤的畫“×”，如果是錯誤的，請說明其理由

1．形成酶活性部位的氨基酸殘基，在一級結(jié)構(gòu)上并不相連，而在空間結(jié)構(gòu)上卻處在相近位置。

2．在底物濃度為限制因素時，酶促反應(yīng)速度隨時間而減小。

3．只要底物濃度足夠大，即便是有競爭性抑制劑的存在，酶的最大反應(yīng)速度仍然可以達(dá)到。? ?

4．丁二酸脫氫酶受丙二酸的抑制，但此抑制作用可以通過增加丁二酸濃度的方式來解除或減輕。? ? ?

5．輔酶和輔基都是酶活性不可少的部分，它們與酶促反應(yīng)的性質(zhì)有關(guān)

6．當(dāng)[S]>> Km時，酶促反應(yīng)速度與酶濃度成正比。

7．抑制劑二異丙基氟磷酸(DFP或DIFP)能與活性部位中含有Ser-OH的酶結(jié)合使其失活。

8．在結(jié)合酶類中，酶促反應(yīng)的專一性主要由酶蛋白的結(jié)構(gòu)決定，催化性質(zhì)則主要由輔因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)所決定。

9．根據(jù)定義：酶活力是指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力。一般來說，測定酶活力時，測定產(chǎn)物生成量，比測定底物減少量更準(zhǔn)確。

10．如果體系中所有的酶都以酶底復(fù)合物的形式存在，則v=Ｖmax。??

11．酶活力的測定，本質(zhì)上就是測定酶催化的反應(yīng)速度。

12．最適溫度不是酶的特征性常數(shù)，因此可以說溫度與酶促反應(yīng)的速度無關(guān)。

13．酶催化反應(yīng)速度的能力不能直接用酶的體積和質(zhì)量來表示，這主要是由酶本身的化學(xué)性質(zhì)所決定的。

14．同工酶是指功能和結(jié)構(gòu)都相同的一類酶。

15．在競爭性抑制劑存在時，加入足夠量的底物可使酶促反應(yīng)速度達(dá)到正常的Vmax。

16．反競爭性抑制劑是既能改變酶促反應(yīng)的Km值，又能改變Vmax的一類抑制劑。

17．有些酶的Km值可能由于結(jié)構(gòu)上與底物無關(guān)的代謝物的存在而改變。

18．將具有絕對專一性的酶與底物的關(guān)系，比喻為鎖和鑰匙的關(guān)系還比較恰當(dāng)。

19．所有酶的米氏常數(shù)(Km)都可被看成是酶與底物的結(jié)合常數(shù)(Ks)，即Km＝Ks。

20．脲酶的專一性很強(qiáng)，除尿素外不作用于其它物質(zhì)。

三、填空題

? 1．酶分為六大類，l? ? ? ? ? ? ?，2? ? ? ? ? ? ?，3? ? ? ? ? ? ， 4? ? ? ? ? ? ，

5? ? ? ? ? ? ?，? 6? ? ? ? ? ? ? ? 。

? 2．結(jié)合酶類是由? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?和? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?組成。

3．為準(zhǔn)確測定酶活力，必須滿足下面三個條件，即? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 、? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

? 4．當(dāng)?shù)孜餄舛冗h(yuǎn)遠(yuǎn)大于Km，酶促反應(yīng)速度與酶濃度? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

5．影響酶促反應(yīng)速度的因素主有? ? ? ? ? ? ? ? ?、? ? ? ? ? ? ?、? ? ? ? ? ? ?、

? ? ? ? ? ? ? ? 、? ? ? ? ? ? ? 和? ? ? ? ? ? ?六種。

6．溶菌酶的活性部位有? ? ? ? ? 和? ? ? ? ? 兩種氨基酸殘基，其催化機(jī)制是典型的? ? ? ? ? ?。

7．胰臟分泌的蛋白酶具有相同的作用機(jī)制，活性部位都是由? ? ? ? ? 、? ? ? ? 和

? ? ? ? ? ? ? ? ?組成的? ? ? ? ? ? ，它們的區(qū)別是? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

8．用雙倒數(shù)作圖法求Km時，橫坐標(biāo)為? ? ? ? ? ? ? ? ，縱坐標(biāo)為? ? ? ? ? ? ? ?。

10．酶的比活力是指單位質(zhì)量蛋白質(zhì)所具有的酶活力大小，一般采用? ? ? ? ? ? ??

和? ? ? ? ? ? ? ?兩種方式來表示。

11．競爭性抑制劑使酶促反應(yīng)的Km? ? ? ? ? ? ? ? ? ，而Vmax? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。

12．天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶(ATCase)催化? ? ? ? ? ? ? ? ? ?和? ? ? ? ? ? ? ? ? ?生成氨甲酰天冬氨酸。它的正調(diào)節(jié)物是? ? ? ? ? ? ? ? ，負(fù)調(diào)節(jié)物是CTP。

13．能催化多種底物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的酶有? ? ? ? ? ? ? ? 個Km值，其中Km? ? ? ? ?的底物是該酶的最適底物。

14．與無機(jī)催化劑相比，酶催化作用主要具有? ? ? ? ? ? ? ? ? 、? ? ? ? ? ? ? ?、

? ? ? ? ? ? ? ? ? 和? ? ? ? ? ? ? ? ? 四方面主要特性。

15．乳酸脫氫酶以? ? ? ? ? ?為輔酶，它的酶蛋白由? ? ? ? ? ?個亞基構(gòu)成，其亞基分為? ? ? ? ? ?和? ? ? ? ? ? ?兩種。

16．迄今已知的變構(gòu)酶大多都是? ? ? ? ? ? ? ?酶，它含有? ? ? ? ? ? ? ?個以上亞基構(gòu)成，除具有活性中心外，還具有? ? ? ? ? ? ? ?中心。

四、選擇題

? ? １．米氏常數(shù)：

? ? ? ? Ａ 隨酶濃度的增大而增大；? ? Ｂ 隨酶濃度增大而減??；

? ? ? ? Ｃ 隨底物濃的增大而減??； ? ? Ｄ 是酶的特征性常數(shù)。

? ? ２．生物素作用是：

? ? ? ? Ａ 轉(zhuǎn)氨酶的輔酶；? ? ? ? ? ? Ｂ 脫羧酶的輔酶；

? ? Ｃ 一碳單位的載體；? ? ? ? ? Ｄ 羧化酶的輔酶。

３．用雙倒數(shù)作圖法求Ｖmax和Ｋm值時，若以Ｓ表示底物，Ｖ表示反應(yīng)速度，哪么圖中Ｘ軸的實驗數(shù)據(jù)表示：

Ａ 1/V； ? ? ? ? ? ? Ｂ 1/[S]

? ? Ｃ V ? ? ? ? ? Ｄ [S]

? ? ４．競爭性抑制作用可以通過下列哪種方式來減輕或消除？

? ? ? ?Ａ 增加底物濃度；? ? ? ? ? ? Ｂ 增加酶濃度；

? ? ? ?Ｃ 減少底物濃度； ? ? ? ? ? ? Ｄ 以上方式都不行。

? ? ５．磺胺藥物冶病的原理是：

? ? ? ?Ａ 直接殺死細(xì)菌；? ? ? ? ? ? Ｂ 葉酸合成的非競爭性抑劑；

? ? ? ?Ｃ 葉酸合成的競爭性抑制劑? ? Ｄ 以上三者都不行。

? ? ６．有機(jī)磷農(nóng)藥作為酶的抑制劑，是作用于酶活性部位的：

? ? ? ?Ａ 硫基；? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Ｂ 羥基；

? ? ? ?Ｃ 羧基；? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Ｄ 咪唑基。

? ? ７．抑制劑與酶結(jié)合，使酶催化作用降低，是因為：

? ? ? ?Ａ 酶蛋白質(zhì)變性失活；? ? ? ? ? ? Ｂ 占據(jù)酶的活性部位；

? ? ? ?Ｃ 抑制劑與酶必須基團(tuán)結(jié)合； Ｄ Ｂ和Ｃ。

? ? ８．將一種非競爭性抑制劑加到一種酶反應(yīng)系統(tǒng)中：

Ａ Ｋm值增加、Ｖmax升高； Ｂ Ｋm值增加、Ｖmax不變；

Ｃ Ｋm值不變、Ｖmax升高； Ｄ Ｋm值不變、Ｖmax變小。

? ? ９．酶加速其化學(xué)反應(yīng)速度的原因是：

Ａ 使產(chǎn)物比非酶反應(yīng)更穩(wěn)定； Ｂ 使底物獲得更多的自由能；

Ｃ 縮短反應(yīng)達(dá)到平衡所需時間； Ｄ 保證底物全部形成產(chǎn)物。

10．ATCase的負(fù)調(diào)節(jié)物是：

? ? ? ?Ａ CTP； ? ? ? ? ? ? ? ? ? Ｂ UTP；

? ? ? ?Ｃ ATP；? ? ? ? ? ? ? ? Ｄ Asp

? ? 11．在下列酶的輔因子中，不含AMP的是：

? ? ? ?Ａ NAD+? ? ? ? ? ? ? ? ? Ｂ NADP+

? ? ? ?Ｃ CoASH；? ? ? ? ? ? ? ? Ｄ FMN。

? ? 12．維生素Ｂ6輔酶形式是：

? ? ? ?Ａ 吡哆醇；? ? ? ? ? ? ? ? ? Ｂ 吡哆醛；

? ? ? ?Ｃ 吡哆胺；? ? ? ? ? ? ? ? ? Ｄ 磷酸吡哆醛。

? ? 13．催化反應(yīng)Ａ.Ｒ→Ａ＋Ｒ的酶是：

? ? ? ?Ａ 合成酶類；? ? ? ? ? ? ? ? Ｂ 裂合酶類；

? ? ? ?Ｃ 轉(zhuǎn)移酶類? ? ? ? ? ? ? ? ? Ｄ 氧化還原酶類。

? ? 14．大多數(shù)酶都具有如下特征：

Ａ 都能加速化學(xué)反應(yīng)速度； Ｂ 對底物有嚴(yán)格的選擇性；

Ｃ 分子量大多都在5000以上； Ｄ 近中性pH值時活性最大。

15．下列具別構(gòu)行為的物質(zhì)是：

? ? ? ?Ａ 葡萄糖異構(gòu)酶；? ? ? ? ? ? Ｂ ATCase；

? ? ? ?Ｃ 乳酸脫氫酶；? ? ? ? ? ? ? Ｄ 血紅蛋白。

16．具有協(xié)同效應(yīng)的酶，其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是

? ? ? A? 酶蛋白分子的解離和聚合 B? 酶蛋白可產(chǎn)生別構(gòu)效應(yīng)

? C? 酶蛋白的降解作用? D? 酶蛋白與非蛋白物質(zhì)結(jié)合

? 17．別構(gòu)酶的反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系曲線是：

? ? ? A? 雙倒數(shù)曲線 ? ? B? S形曲線

? ? ? C? U形曲線? ? D? 直線

18．酶的不可逆性抑制的機(jī)制是：

? ? ? A? 使酶蛋白變性 ? ? B 與酶的催化部位以共價鍵結(jié)合

? ? ? C? 使酶降解? ? ? ? D 與酶作用的底物以共價鍵結(jié)合

19．丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制是由于：

? ? ? A? 丙二酸在性質(zhì)上與酶作用的底物相似

? ? ? B? 丙二酸在結(jié)構(gòu)上與酶作用的底物相似

? ? ? C? 丙二酸在性質(zhì)上與酶相似

? ? ? D? 丙二酸在結(jié)構(gòu)上與酶相似? ? 、

20．國際上常常采用Hill系數(shù)判斷別構(gòu)酶的類型，典型的米氏類型酶的：

? ? ? A? Hill系數(shù)＞1? ? B? Hill系數(shù)＝1

? ? ? C? Hil1系數(shù)＜1? ? D? Hill系數(shù)＝o

21．下列關(guān)于同工酶的敘述正確的是：

? ? ? A? 同工酶是由多個亞基以共價鍵結(jié)合形成的復(fù)合物

? ? ? B? 同工酶對同一種底物有不同的專一性。

? ? ? C? 同工酶是催化同一種反應(yīng)，但結(jié)構(gòu)不完全相同的同一種酶的多種形式

? ? ? D? 各種同工酶在電場電泳時，遷移率相同。

五、問答與計算

1．酶的化學(xué)本質(zhì)是什么？如何證明？酶作為催化劑具有哪些主要特點？

2．什么是酶的活性中心?底物結(jié)合部位、催化部位和變構(gòu)部位之間有什么關(guān)系?為什么酶對其催化反應(yīng)的正向及逆向底物都具有專一性?

3．酶活力為什么不能直接用酶制劑的質(zhì)量或體積來表示？

4. 酶的催化本質(zhì)是什么？為什么能比無機(jī)催化劑更有效地催化化學(xué)反應(yīng)？

5．什么是酶的抑制作用？有哪幾種類型？研究酶的抑制作用有什么實際意義？

6．許多酶由相同的亞單位組成，這一現(xiàn)象的生物學(xué)意義是什么?

7．請簡要說明Fisher提出的‘鎖與鑰匙學(xué)說’和Koshland提出的誘導(dǎo)契合學(xué)說的主要內(nèi)容。

8．舉例說明同工酶存在的生物學(xué)意義。

9．測定酶活力時：(1)酶和底物為什么必須用緩沖液配制?(2)酶和底物是先分別保溫，然后混合，還是先混合后保溫，為什么?

10．己糖激酶催化葡萄糖磷酸化時，Km值為0.15mmol/L，催化果糖磷酸化時，Km為1.5mmo1／L。假如兩種反應(yīng)的Vmax相同。

(1)寫出己糖激酶催化葡萄糖和果糖磷酸化的反應(yīng)式。．

(2)分別計算葡萄糖和果糖為底物(S)時，[S]＝0.15，1.5，15mmol/L時，酶催化反應(yīng)的速度V是多少?

11．絕大多數(shù)酶溶解在純水中會失活，為什么?

12．多數(shù)酶的稀釋液在激烈震蕩時會產(chǎn)生泡沫，此時即使酶的分子量并沒有變化，也會? 導(dǎo)致酶活性降低或喪失，請說明這是為什么??

13．某酶在溶液中會喪失活性，但若此溶液中同時存在巰基乙醇可以避免酶失活，該酶? 應(yīng)該是一種什么酶，為什么?

14．稱取25mg蛋白酶粉配制成25m1酶液，從中取出0.1ml，以酪蛋白為底物用Folin—酚比色法測定酶活力，結(jié)果表明每小時產(chǎn)生1500Pg酪氨酸。另取2ml酶液用凱氏定氮法測得蛋白氮為0.2mg；若以每分鐘產(chǎn)生1Pg酪氨酸的酶量為一個活力單位，求：(a)1ml酶液中蛋白的含量及活力單位；(b)1g酶制劑的總蛋白含量及總活力；(c)酶的比活力。

15．有一克酶制劑，配成1000ml水溶液，從中取出1ml測定酶活力，得每分鐘分解0.25克淀粉，求每克酶制劑的酶活力單位數(shù)（一個酶活力單位為每小時分解一克淀粉的酶量）。

16．某酶在10ml反應(yīng)混合液中進(jìn)行反應(yīng)，所得結(jié)果如下：

按以上數(shù)據(jù)求解以下各題：（1）此酶的Ｖmax是多少？（2）Ｋm是多少？（3）當(dāng)〔Ｓ〕＝1.0×10-6Ｍ時和〔Ｓ〕＝1.0×10-1時，酶的活力單位各是多少？（4）若酶濃度增加4倍，Ｋm和Ｖmax各是多少