生物化学第4章 酶

第页第4章酶一、教学大纲基本要求酶的化学本质，酶催化反应的特点，酶的活性中心，酶在细胞内的分布特点；酶的习惯命名，酶的国际系统命名，酶的系统分类及编号，按酶蛋白分子的组成分类，同工酶、诱导酶；酶催化反应高效性的机理，酶催化反应专一性的机理，酶作用机理举例；底物浓度对酶促反应速度的影响，pH值对酶促反应速度的影响，温度对酶促反应速度的影响，酶的浓度对酶促反应速度的影响，激活剂对酶促反应速度的影响，抑制剂对酶促反应速度的影响，有机介质中的酶促反应；别构效应调节，共价调节，酶原的激活，多酶体系调节。二、本章知识要点1．酶的基本概念酶是一类具有高催化效率、高度专一性、活性可以调节的高分子生物催化剂。除了一些具有催化功能的RNA以外，绝大部分的酶都是蛋白质或带有辅助因子的蛋白质。在生物体内，种类繁多的酶使得各种代谢反应迅速而有序的进行。2．酶催化的特点（1）催化效率高，酶催化反应速度是相应的无催化反应速度的108-1020倍，并且至少高出非酶催化反应速度几个数量级。（2）专一性高，酶对反应的底物和产物都有极高的专一性，几乎没有副反应发生。（3）反应条件温和，温度低于100℃，正常大气压，接近中性pH环境。（4）酶的催化活性可以调节，根据生物体的需要，酶的活性受到多种调节机制的灵活调节。主要有反馈抑制调节、抑制剂和激活剂对酶活性的调节、别构调节、酶的共价修饰调节、酶的合成和酶的活化与降解等。（5）容易失活，高温、高压、强酸、强碱和重金属盐等因素都可能使3．酶与非酶催化剂相比的几点共性（1）催化效率高，含量低。（2）只改变化学反应速度，不改变化学反应平衡点。（3）降低反应的活化能。（4）反应前后自身的结构不变。催化剂改变了化学反应的途径，使得反应通过一条活化能比原来途径低的途径进行。催化剂的作用只反映在动力学上，即加快反应速度，但不影响反应的热力学，即不能改变化学平衡。4．酶的化学本质（1）组成酶的主要成分是蛋白质。有些酶仅由蛋白质组成，例如脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶和核糖核酸酶等有些酶不仅含有蛋白质（称为脱辅酶），还含有非蛋白质成分，称为辅助因子。脱辅酶与辅助因子结合，形成全酶以后才具有催化活性。例如，过氧化物歧化酶与辅助因子Cu2+、Zn2+结合，乳酸脱氢酶与辅助因子NAD+结合。（2）酶的辅助因子酶的辅助因子可以分为辅酶和辅基。辅酶是指与脱辅酶结合比较松的小分子有机物，可以用透析法除去，例如辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ。辅基是指以共价键和脱辅酶结合，不能用透析法除去的辅助因子，例如丙酮酸氧化酶中的黄素腺嘌呤二核苷酸。酶蛋白（脱辅酶）决定酶的专一性（选择底物），辅助因子决定酶促反应的类型（氧化还原、水解或基团转移等）。例如NAD+可与多种脱辅酶结合，分别组成专一性强的乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、苹果酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶。这些酶催化的底物不同，但是反应的类型都是氧化还原反应。5．酶的分类（1）氧化还原酶类，催化氧化还原反应。例如乳酸脱氢酶。（2）转移酶类，催化基团转移反应，例如谷丙转氨酶。（3）水解酶类，催化水解反应，例如淀粉酶和白酶。（4）裂合酶类（裂解酶），催化从底物上移去一个基团而形成双键的反应或其逆反应，例如醛缩酶。（5）异构酶，催化同分异构体相互转化，例如6-磷酸葡萄糖异构酶。（6）合成酶（连接酶），催化一切必须与ATP分解相偶联、并由两种物质合成一种物质的反应，例如CTP合成酶。根据酶蛋白的特点还可以将酶蛋白分为：（1）单体酶一般由一条肽链组成，例如溶菌酶和牛胰核糖核酸酶。有些单体酶由多条肽链组成，肽链键有二硫键连接，例如胰凝乳蛋白酶。（2）寡聚酶两个或两个以上亚基组成的酶。寡聚酶中有很多是调节酶，在代谢调控中起重要作用。大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。（3）多酶复合体几种不同的酶依靠非共价键聚集在一起，往往催化一个连续的多步反应，可以方便调控和提高催化效率。6．酶的专一性一种化合物能成为某种酶的底物，必须具备两个条件：该分子上有被酶作用的化学键以及有一个或多个结合基团能与酶活性中心结合。酶专一性的类型有多种。（1）结构专一性键专一性（对底物的结构要求最低）酶只对其作用的键的类型有限制，而对键两侧基团的种类没有特殊限制。例如酯酶可催化酯键（R—CO—OR’）水解，对酯键两侧的R和R’基团的结构没有限制。基团专一性酶不仅对键的类型有限制，还对键一端基团的种类有限制，但对另一端的基团限制不严格。例如α－D－葡萄糖苷酶，不仅要求作用的键是α－糖苷键，而且要求此键一端必须是葡萄糖残基，而对此键另一端的基团无限制，可以是水解蔗糖或麦芽糖。绝对专一性一种酶只能作用于一个底物，或只催化一个反应。例如大麦芽中的麦芽糖酶只作用于麦芽糖，脲酶只催化尿素水解。（2）立体异构专一性旋光异构专一性当底物具有旋光异构体时，酶只能作用于其中的一种异构体。例如谷氨酸脱氢酶只作用于L－Glu，乳酸脱氢酶只作用L－乳酸。几何异构专一性这种专一性能够区分顺反异构体。例如反丁烯二酸酶只催化反丁烯二酸生成苹果酸，对顺丁烯二酸无作用。立体化学专一性还表现在酶能区分从有机化学观点看属于对称分子中的两个等同的基团，只催化其中一个，而对另一个无作用。例如糖代谢中的顺－乌头酸酶作用于柠檬酸时，两个CH2COOH对顺－乌头酸酶来说是不同的。7．酶的专一性假说（1）三点结合及锁钥模型（刚性模板学说）酶的活性中心在酶分子表面的凹槽或空穴中，它的形状与底物分子的形状互补。底物分子或其一部分像钥匙一样，可以专一地插入酶活性中心，通过多个结合位点与酶结合，形成酶－底复合物，使得酶活性中心的催化基团正好对准底物的敏感键，进行催化反应。三点结合学说指出，底物分子与酶活性中心的基团必须三点都互补匹配，酶才能作用于这个底物。（2）诱导楔合模型酶分子与底物分子接近时，酶蛋白受底物分子诱导，构象发生有利于与底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补楔合，进行催化反应。8．酶的活力（1）酶的量度与酶活力酶的量度一般不直接用酶的重量或酶的摩尔数表示，因为酶不易纯化、易失活，有些酶的分子量还不确切。通常用酶催化反应速度的大小来表示酶的活力。酶催化反应的速度快，酶的活力越高。（2）酶促反应速度用单位时间内、单位体积中底物的减少量或产物的增加量表示酶促反应速度。酶促反应速度以初速度为准，因为底物浓度的降低、酶的部分失活、产物抑制和逆反应等因素，都会使反应速度随反应时间的延长而下降。（3）酶的活力单位（U）国际酶学会标准单位：在特定条件下，1分钟内能转化1umol底物的酶量，称一个国际单位（IU）。特定条件是25℃，pH及底物浓度采用最适条件。实际工作中，每一种酶的测定活力的方法不同，对酶单位分别有一个明确的定义。同一种酶采用不同的测活方法，得到的酶活力单位是不同的。（4）酶的比活力每毫克酶蛋白所具有的酶活力，单位是U/mg蛋白质，可以用来表示酶的纯度。有时也用每克酶制剂或每毫升酶制剂含有的活力单位表示。通常在酶的分离、纯化过程中，总的酶蛋白的量减少，总的酶活力减少，但是酶的比活力增高。（5）酶的转换数和催化周期分子活性定义：每摩尔的酶在1秒钟内转化底物的摩尔数。亚基或催化中心活性定义：每摩尔的活性亚基或活性中心在1秒钟内转化底物的摩尔数。转换数的倒数是催化周期，表示一个酶分子每催化一个底物分子所需要的时间。例如乳糖脱氢酶转换数1000/秒，则它的催化周期是10-3秒。9．酶的分离纯化酶的分离纯化原则与蛋白质的分离纯化相同。可以用总活力的回收率和比活力的提高倍数这两个指标来判断分离纯化的效果。分离纯化步骤：（1）选材选择含酶量丰富的新鲜的材料。（2）破碎分别采用不同的方法破碎动物、植物、微生物细胞。（3）提取用低温、低盐缓冲液提取组织匀浆液中的酶，得到酶的初提液。（4）分离纯化在低温条件下，用各种分离纯化蛋白质的方法分离纯化初提液中的酶。先用盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀等方法初步分离纯化，再用吸附层析、离子交换层析、凝胶过滤层析、亲和层析、高效液相层析和制备电泳技术等方法进一步分离纯化，得到纯酶溶液。（5）结晶调节纯酶液的pH，制备酶的晶体。（6）保存如果无法得到结晶，可以将纯酶液除盐，冻干后低温保存。也可将酶液制成25%或50％的甘油储存液，在－25℃或－50℃冰箱中保存。10．米氏方程米氏方程表示酶促反应的初速度与底物浓度的关系。米氏方程只适用于单底物酶促反应。单底物酶促反应包括异构酶、水解酶及大部分裂合酶催化的反应。中间络合物学说：酶在催化化学反应时先与底物结合，形成中间复合物（ES），然后生成产物（P），并释放出酶。米氏方的程讨论：（1）米氏常数Km的意义Km表示酶促反应速度达到最大反应速度的一半时底物的浓度。Km的单位与底物浓度的单位一致（mol·L-1或mmol·L-1）。Km是酶的特征常数，Km的大小只与酶的性质有关，与酶的浓度无关。（2）Km可表示酶与底物的亲和力如果一个酶有几种底物，则每一种底物各有一个特定的Km值，其中Km值最小的底物称该酶的最适底物或一天然底物。Km越小，达到最大反应速度一半所需的底物浓度愈小，表示底物与酶的亲和力越大。（3）相对速度（酶活性中心被占据分数Ys）当反应速度达到最大反应速度时，此时的反应速度与底物浓度无关，只与总酶浓度成正比。这表明此时酶的活性中心已经全部被底物占据。当反应速度达到最大反应速度的一半时，表明此时酶的部位有一半被占据。当一个酶的Km已知时，任何底物浓度下酶活性部位被占据分数为：（4）米氏方程所作曲线的曲度，不随Km和Vmax变化而变化。因此任何米氏酶，到达任何两个特定最大反应速度分数的时，对应的底物浓度之比为常数。设达到最大反应速度的0.9倍时，所需底物浓度为[S]0.9。根据米氏方程得到[S]0.9=9Km，[S]0.8=4Km，[S]0.7=2.33Km，[S]0.6=1.5Km，[S]0.5=1Km和[S]0.1=1/9Km。因此[S]0.9/[S]0.1=81，[S]0.7/[S]0.1=21。（5）双倒数作图法计算Km和Vmax对米氏方程两边取倒数，即将实验所得的初速度数据v和[S]取倒数，得各种1/v和1/[S]值，将1/v对1/[S]作图，得一直线。纵截距=横线距=－斜率=11．多底物酶促反应的类型米氏方程只适用于单底物酶促反应，如异构、水解及大部分裂合反应，不适用于多底物酶促反应。按照底物与酶的结合顺序，分别用A、B表示不同的底物；按照产物从酶－产物复合物中的释放顺序，分别用P、Q表示不同的产物。（1）有序顺序反应2个底物与酶结合的先后顺序，以及2个产物从酶底复合物中释放的顺序都有严格的限制。底物A先与酶结合，然后底物B再与酶结合，A为领先底物。产物P先释放，产物Q后释放。例如乙醇脱氢酶。（2）随机顺序反应2个底物与酶结合时没有先后顺序，2个产物从酶底复合物中释放时也没有严格先后顺序。（3）乒乓反应底物A先与酶结合，生成产物P，当产物P释放以后，底物B再与酶结合，生成并释放产物Q。例如谷丙转氨酶。12．酶的抑制作用大多数都酶是蛋白质，使酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用称为酶的失活作用。使酶活力下降，但并不引起酶蛋白变性的作用称为抑制作用。抑制作用分为不可逆抑制作用和可逆抑制作用。抑制剂：不引起酶蛋白变性，但是能使酶分子活性中心上某些基团发生变化，引起酶活性下降甚至丧失，此类物质称为酶的抑制剂。(1)不可逆抑制作用抑制剂与酶活性中心的必需基团共价结合，使酶的活性丧失，不能用透析、过滤等物理方法除去抑制剂而使酶恢复活性。非专一性不可逆抑制：此类抑制剂可以与一类或几类基团反应。它们不仅能和酶分子中的必需基团作用，同时也能和相应的非必需基团作用。主要有酰化剂、烷化剂、含活泼双键试剂、亲电试剂、还原剂、有机汞、有机砷、氰化物和重金属。专一性不可逆抑制：此类抑制剂仅仅与活性部位的相关基团反应。专一性不可逆抑制剂可以分为Ks型专一性不可逆抑制和Kcat型专一性不可逆抑制剂。(2)可逆抑制作用抑制剂与酶以非共价键结合，引起酶活性的降低或丧失。可逆抑制剂与酶蛋白的结合是可逆的，可以用透折法除去抑制剂，恢复酶的活性。可逆抑制作用分为竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制。竞争性抑制抑制剂与底物竞争酶的活性中心，阻止底物与酶结合。竞争性抑制剂具有与底物类似的结构，可与酶形成可逆的EI复合物。增加底物浓度可以减小或解除此种抑制。非竞争性抑制酶与底物结合后，可再与抑制剂结合；或者酶与抑制剂结合后，也可再与底物结合。抑制剂与酶活性中的以外的位点结合，抑制剂结构可能与底物无关。反竞争性抑制酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合。13．酶抑制动力学（1）竞争性抑制在再竞争性抑制中，底物或抑制剂与酶的结合都是可逆的。加入竞争性抑制剂后，Vmax不变，Km变大。（2）非竞争性抑制酶与底物结合后，可以再与抑制剂结合；酶与抑制剂结合后，也可以再与底物结合。加入非竞争性抑制剂后，Vmax变小，Km不变。（3）反竞争性抑制酶先与底物结合，然后才与抑制剂结合。加入反竞争性抑制剂后，Vmax和Km都变小。14．温度对酶促反应速度的影响酶促反应的速度在某一温度下达到最大值，这个温度称为酶的最适温度。温度对酶促反应的影响有两个方面：升高温度可以加快反应速度；超过最适温度后，酶蛋白开始变性失活，催化活性下降。这两种因素共同作用，在小于最适温度时，前一种因素为主；在大于最适温度时，后一种因素为主。15．pH对酶促反应的影响酶的催化活性受到环境pH的影响，在一定pH环境下酶的活性最大，而高于或低于此pH值时，酶的活性会降低。通常把酶表现出最大活力时的pH值称为该酶的最适pH。pH影响酶促反速度的原因：（1）过酸或过碱会破坏酶蛋白的空间结构，改变酶分子的构象，使酶的活性丧失。（2）pH变化会改变酶分子和底物分子解离状态，影响酶与底物的结合与催化，降低酶活性。（3）pH变化会影响维持酶分子空间结构的相关基团的解离，从而影响酶活性中心的构象，降低酶活性。16．酶的激活凡是能提高酶活性的物质，都称为酶的激活剂。酶的激活作用包括两种情况：一种是由于激活剂的存在，使一些本来有活性的酶活性进一步提高，这一类激活剂主要是离子或简单有机化合物。另一种是酶原的激活，这一类激活剂可能是离子或蛋白酶。生物体内合成的酶，有时不具有生物活性，经过蛋白酶专一水解后，构象发生变化，形成酶的活性部位，变成有活性的酶。这些不具有活性的酶的前体称为酶原。消化系统的胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶和羧肽酶等，它们都以酶原的形式在胰脏中储存。17．酶的活性部位酶的催化能力只局限在酶分子的一定区域，只有少数的氨基酸参与底物结合及催化作用。这个与酶活力直接相关的区域称为酶的活性部位或活性中心。酶的活性部位可以分为结合部位和催化部位。结合部位负责与底物结合，催化部位负责催化底物键的断裂和新键的形成，决定酶的催化能力。酶活性部位的特点：（1）活性部位通常只占酶分子体积的1％－2％。（2）酶的活性部位是一个三维实体。（3）酶的活性部位并不是与底物的形状正好构象互补，而是在酶和底物的结合过程中，底物分子或酶分子的构象发生变化后构象互补。（4）酶的活性部位位于酶分子表面的一个裂隙内。（5）底物通过次级键结合到酶分子上。（6）酶的活性部位具有柔性或可运动性。18．酶催化反应高效性的机理（1）底物与酶邻近效应与定向效应邻近效应显著提高了酶活性中心附近底物的浓度，定向效应使酶活性中心附近反应基团的分子轨道以正确方位相互交叠，使分子间反应转变成分子内反应，这两种效应大大提高了酶的催化效率。（2）扭曲变形和构象变化的催化效应酶与底物形成酶底复合物时，酶分子中某些基团可使底物分子的敏感键中某些基团的电子云密度发生变化，产生电子张力，使底物的构象发生变化，变得更接近过渡态，大大降低了反应的活化能。（3）共价催化共价催化有亲核共价催化和亲电共价催化。酶分子种的亲核基团或亲电基团能分别放出电子或接受电子，使得酶与底物形成一个不稳定的共价中间物，此中间物易变成过渡态，降低了反应活化能，提高了反应速度。（4）酸碱催化酸碱催化是通过瞬时的向底物提供质子或从底物接受质子以稳定过渡态，提高反应的速度底一类催化机制。酸碱的强度和给出质子或结合质子的速度影响酸碱催化反应的速度。（5）金属离子催化金属离子可以通过三种途径参加催化过程。通过底物为反应定向，通过可逆地改变金属离子的氧化态调节氧化还有反应，通过静电稳定或屏蔽负电荷。（6）活性中心的微环境疏水环境：酶活性中心附近往往是一个疏水的环境，介电常数低，可加强极性基团间的反应。电荷环境：酶活性中心附近，往往有一个电荷离子，可稳定过渡态的离子，增加酶促反应速度。酶催化反应的高效性是由于上述几种因素协同作用的结果，而非酶催化反应往往只有一种催化机制。19．别构调节调节物（效应物）与酶分子的非催化部位可逆地非共价结合，使得酶分子的构象发生变化，引起酶催化活性的改变，从而调节酶促反应的速度。别构酶一般都是寡聚酶，表明当底物浓度发生较小变化时，如上升3倍，别构酶的酶促反应速度可以从0.1Vmax升至0.9Vmax。这种S形曲线体现为，当底物浓度发生较小变化时，别构酶可以极大程度地控制反应速度，这是别构酶可以灵活地调节反应速度的原因。别构酶调节活性的机理：（1）序变模型酶分子中亚基结合底物后，构象逐个地依次变化。当底物与第一个亚基结合以后，可以引起该亚基的构象变化，从T态变为R态，并使得邻近的一个亚基发生同样的构象变化，影响对下一个底物的亲和力。当第二个底物结合后，又可以导致第三个亚基从T态变为R态，如此顺序传递，直到最后所有的亚基都从T态变为R态。在这个序变过程中，有各种TR型杂合态。（2）齐变模型酶分子中的一个亚基结合底物以后，构象发生变化，从T态变为R态，使得其它的亚基也几乎同时从T态变为R态。在这个齐变过程中，不存在TR杂合态。20．可逆的共价修饰这种调控作用通过共价调节酶进行。共价调节酶上的某些基团被其它的酶共价修饰后，其活性状态发生改变，这种共价修饰是可逆的。蛋白质的磷酸化与脱磷酸化过程是生物体内普遍的调节方式。21．同工酶同工酶是指催化相同的化学反应，但其蛋白质分子结构、理化性质和免疫性能的方面都存在明显差异的一组酶。同工酶不仅存在于同一个体的不同组织中，甚至存在于同一组织、同一细胞的不同亚细胞结构中。三．重点、难点重点:酶催化反应高效性的机理，酶催化反应专一性的机理，酶促反应动力学，可逆抑制作用，酶活性的调节。难点：酶促反应的动力学方程，酶活性的调节。四、典型例题解析例题4-1:当酶促反应速度为Vmax的80%时，[S]与Km之比是多少？解：根据米氏方程得知，当Km值(107molL)远小于[S](101molL)时，Km值可略去不计，因此，此时的初速度实际上就是Vmax=107molmin。在[S]为102molL和103molL，与Km比较，也可相对地忽略，则=Vmax。[S]=107molL时，代入上式得=Vmax2=5108molmin。例题4-2:简述酶活的性调节方式。解：酶活性的调节方式是多种多样的。主要可以分为两大类。（1）酶的含量不变，通过改变酶蛋白的结构，或酶蛋白各亚基的解离与装配，以及和其它蛋白质的相互作用而实现的调节。主要有：别构调节酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象的改变，进而改变酶的活性状态。可逆的共价修饰调节共价调节酶上的某些基团可以被其它的酶可逆共价修饰，使其处于活性与非活性的互变状态，从而调节酶的活性。酶原的激活生物体内合成的酶有时不具有酶活性，经过蛋白酶专一水解后，构象发生变化，形成酶的活性部位，变成有活性的酶。通过激素调节酶的活性激素与细胞膜或细胞内受体结合，引起一系列生物化学反应，以此来调节酶的活性。此外还有反馈抑制调节、抑制剂和激活剂对酶活性的调节。（2）酶量的调节，这类调节主要涉及酶蛋白的表达调控。从RNA的转录、加工，到蛋白质的合成、转运等各个水平的调控。酶量的调节主要有两种形式，一种是诱导或抑制酶的合成，另一种是调节酶的降解速度。例题4-3:以胰凝乳蛋白酶为例，简述酶原的激活过程。解：在胰蛋白酶的作用下，胰凝乳蛋白酶原被限制性酶解，使得Arg15－Ile16两个残基间的肽键断裂，生成具有活性的但不稳定的胰凝乳蛋白酶。胰凝乳蛋白酶自我切除Ser14－Arg15和Thr147－Asn148两段二肽，生成具有活性的稳定的胰凝乳蛋白酶。同时，激活产物的空间结构发生变化，新暴露的Ile16的氨基与分子内部的Asp194的侧链羧基之间的静电作用导致Met192外翻到分子表面，形成酶的底物结合部位。例题4-4:如果当抑制剂浓度增加时，酶对其底物的Km保持不变，你对这种抑制方式能说些什么？解：此抑制剂的作用属于非竞争性抑制，因为抑制剂浓度增加时，被结合的底物比例保持不变。例题4-5:酶溶液在加热时，酶的活性会逐渐丧失。己糖激酶在45℃加热12分钟后，活性丧失50％。但是如果己糖激酶溶液中有大量的底物（葡萄糖）存在时，在45加热12分钟后，活性只丧失3％。为什么有底物存在时，己糖激酶的热变性会受到抑制？解:没有底物时，酶分子以游离状态存在。有大量底物时，大多数酶分子与底物形成酶－底复合物。在加热时，酶－底复合物的热稳定性比游离的酶高，酶分子不易发生热变性，活性丧失不大。例题4-6:当酶促反应速度为Vmax的80%时，[S]与Km之比是多少？解：根据米氏方程将0.8Vmax代替式中得:0.8[S]+0.8Km=[S]经整理例题4-7:一个酶促反应，Vmax为6.0106molL1min1，Km为1.0103molL1，计算当[S]=5.0104molL1，非竞争性抑制剂[I]=22.5105molL1（Ki=2.5105molL1）时的反应初速度。解：非竞争性抑制时，酶促反应初速度:v0===2.0107molL1min1例题4-8:在一个级联反应(见下图)中，活性酶A激活无活性酶B，而活性酶B又激活无活性酶C，直到D被激活。假定该途径中每个酶的转换数是103min1。问每分钟内将有多少酶D分子被激活？解：1103103103＝109个分子min例题4-9:为什么说组氨酸残基在涉及酶促反应机理方面是一个特别重要的残基？解:组氨酸残基可以起亲核物质及广义酸或碱作用。因为pK'值在67左右，这样组氨酸残基在生理pH下能被质子化或去质子化；它能提供质子或者接受质子，具有很强的酸碱催化能力。例题4-10:计算Hill系数n=2.0的别构酶在0.9Vmax和0.1Vmax时底物浓度的比值[S]0.9[S]0.1。解：因为所以，当n=2.0时,=（81）log=例题4-11:一个纯酶，在对水透析时会失去活性。这种现象可能会有2种原因：（1）透析除去了必要的辅助因子，（2）在低离子强度溶液中酶去折叠。试通过实验确定确切的原因。解：将透析袋外的溶液冻干浓缩，然后放回酶溶液中，如果酶的活性恢复，则表明透析时除去了必要的辅助因子。测定有活性的酶与无活性的酶的光学活性（螺旋的含量），如果光学活性发生改变，则表明酶分子发生了去折叠。五、单元自测题(一)名词解释或概念比较1．活化能，2．转换数，3．酶的专一性，4．反馈抑制，5．多酶复合体，6．绝对专一性，7．核酶，8．抗体酶，9．固定化酶，10．乒乓反应，11．可逆抑制作用与不可逆抑制作用，12．酶的活性中心，13．邻近效应与定向效应，14．同工酶，15．蛋白激酶与蛋白磷酸酶，16．趋异进化与趋同进化，17．脱辅酶（脱辅基酶蛋白），18．酶原，19．丝氨酸蛋白酶，20．竞争性抑制作用，21．非竞争性抑制作用，22．反竞争性抑制作用，23．酶促反应初速度，24．前馈调节，25．化学酶工程与生物酶工程，26．过渡态底物类似物(一)名词解释或概念比较1．在一定的温度下将1摩尔底物全部转化成活化态所需要的自由能，单位是kJ/mol。2．在一定条件下每秒钟每个酶分子催化底物的分子数，或每秒钟每微摩尔酶分子催化底物的微摩尔数。3．酶对底物有严格的选择性，酶往往只能催化一种或一类反应，作用于一种或一类化合物。4．在酶催化的级联反应中，催化第一步反应的酶往往被级联反应的终端产物抑制，或催化前一步反应的酶被后面的产物抑制，这种抑制叫反馈抑制。5．几种功能相关的酶依靠非共价键形成复合体，通常催化一个级联反应或一部分，可以提高催化效率。6．酶只作用于一种底物，而不作用于其它任何底物，这种专一性称为绝对专一性。7．具有催化功能的RNA。8．具有抗体的识别、结合专一性，又具有催化功能的蛋白质，或称有催化活性的抗体。抗体酶的本质是是免疫球蛋白，但是在易变区具有酶的性质。9．将水溶性的酶用物理或化学的方法处理，使之不溶于水，但不改变原有的酶活性。固定化酶提高了对酸碱和温度的稳定性，增加了酶的使用寿命。10．是一种多底物酶促反应。底物A先与酶结合，催化生成产物P，当产物P释放以后，底物B再与酶结合，催化生成产物催化生成产物Q，最后释放产物Q。11．可逆抑制作用：抑制剂与酶以非共价键结合而引起活力降低或丧失，可以用物理方法（例如透折法）除去抑制剂，恢复酶的活性。不可逆抑制作用：抑制剂与酶活性中心的必需基团共价结合，使酶的活性丧失，不能用透析、过滤等物理方法除去抑制剂而使酶恢复活性。12．酶的催化功能只局限在酶分子的一个特定区域，只有少数氨基酸残基参与底物的结合及催化。这个与酶活力直接相关的区域称为酶的活性中心。13．邻近效应是指酶与底物结合形成酶底复合物以后，底物与底物间以及酶的催化基团与底物间结合于同一分子，使得底物的有效浓度升高，反应速度升高。定向效应是指底物的反应基团之间以及酶的催化基团与底物的反应基团间的正确取位产生的效应。14．同工酶是指催化相同的化学反应，但其蛋白质的分子结构、理化性质和免疫特性方面都存在明显差异的一组酶。15．蛋白激酶是催化蛋白质磷酸化的酶，它能催化把ATP或GTP上位磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的反应。蛋白磷酸酶是催化蛋白质脱磷酸的酶。这2种酶催化蛋白质（脱辅酶）的磷酸化和脱磷酸化反应，调节酶的活性。16．趋异进化：有些酶起源于共同的祖先，具有相似的氨基酸排列顺序和三维结构，以及相似的催化机制，通过基因突变，获得对不同的底物专一性，这个过程称为趋异进化。例如胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶和弹性蛋白酶。趋同进化：有些酶起源于不共同的祖先，但在进化过程中形成相同的催化三联体（由Asp、His和Ser残基组成），具有相似的催化功能，这种情况称为异源的趋同进化。17．全酶分子中，除去对酶的催化活性必需的辅助因子后，剩下的酶蛋白质部分。18．酶原是有催化活性的酶的前体。通过蛋白酶的有限水解，可以将无活性的酶原转变成有催化活性的酶。19．丝氨酸蛋白酶的活性中心含有丝氨酸残基，而且此丝氨酸残基在催化过程中能起亲核体的作用。20．竞争性抑制剂（底物的结构类似物）与正常的底物竞争酶的活性中心。这种抑制使得Km增大，Vmax减小。通过增加底物的浓度可以减小竞争性抑制的程度。21．在非竞争性抑制作用中，抑制剂不仅能与游离酶结合，还可以与酶－底复合物结合。这种抑制作用使得Km不变，Vmax减小。22．在反竞争性抑制作用中，抑制剂只能与酶－底复合物结合，而不能与游离酶结合。这种抑制作用使得Km和Vmax都减小，但是Vmax/Km的比值不变。23．酶促反应最初阶段的反应速度，此时底物的浓度尚未明显减小，通常指少于5%的起始底物被利用时的反应速度。此时产物的生成量或底物的减少量与时间成线性关系，即速度恒定。24．在一个酶促反应的级联中，底物通过改变催化后续反应中酶的活性，来调节产物的生成量。底物使代谢过程速度加快时称为正前馈调节，反之为负前馈调节。25．天然酶不稳定，分离纯化困难，成本高。酶工程主要研究酶的生产、纯化、固定化技术、酶分子结构的修饰和改造。化学酶工程通过对酶的化学修饰或固定化处理，改善酶的性质，提高酶的催化效率。生物酶工程用基因重组技术生产酶及对酶进行修饰或设计新的基因，从而生产性能稳定，催化效率更高的酶。26．过渡态底物是指底物和酶结合成中间复合物后被活化的过渡态形式。过渡态底物类似物是指结构与过渡态底物相似的化合物，过渡态底物类似物对酶的亲和力远远大于底物，它们都属于竞争性抑制剂，其抑制效率比基态底物类似物高很多倍。(二)填空题1．酶促反应中，亲核基团是电子对的（），亲电基团是电子对的（）。2．对酶来说过渡态类似物大多属于（）抑制剂。3．欲使某一酶促反应的速度等于Vmax的80%，此时的底物浓度应是此酶的Km值的（）倍。4．胰凝乳蛋白酶专一性地切断（）和（）的羧基端的肽键。5．如果一种酶有多个底物，其中Km值最（）的底物，一般称为该酶的（）。6．乙酰辅酶A羧化酶的辅基是（）7．糖原磷酸化酶是一种（）调节酶，它的活性形式称为（），非活性形式称为（）。8．于非酶催化剂相比，酶催化的主要特点是（）和（）。9．多酶复合体系的总反应速度取决于其中（）的反应，一般情况下，具有自我调节能力的多酶体系的（）就是限速步骤。10．Hill系数作为判断酶促动力学中协同效应的一个指标，MichaelisMenten型酶，Hill系数等于（）;正协同效应的酶，Hill系数（）；负协同效应的酶，Hill系数（）。11．蛋白质的磷酸化是可逆的。蛋白质磷酸化时需要（）酶，蛋白质去磷酸化时需要（）酶。12．在紫外光或可见光照射时，酶蛋白会发射荧光。酶蛋白的荧光主要来自（）氨酸和（）氨酸。13．化学酶工程也称为初级酶工程，是指天然酶、（），（）和（）的研究和应用。14．在酶的分离纯化过程中，通常用（）和（）来判断纯化方法的优劣。15．当无激活剂存在时，蛋白激酶A由（）个催化亚基(C)和（）个调节亚基(R)所组成。16．许多核酸酶的活性能被螯合剂（）抑制，这是因为（）。17．激酶是一类催化（）反应的酶。18．根据酶催反应的类型，可以将酶分为（），（），（），（），（）和（）。19．转氨酶的辅基是（）。参考答案1．供体，受体2．竞争性抑制剂3．44．苯丙氨酸，亮氨酸5．小，天然底物或最适底物6．生物素7．可逆的共价，磷酸化酶a，磷酸化酶b8．催化效率高，专一性强9．最慢的，第一步反应10．等于1，大于1，小于111．蛋白激酶，蛋白磷酸酯酶12．色氨酸，酪氨酸13．化学修饰酶，固定化酶，人工模拟酶14．回收率的高低，比活力提高的倍数15．2，216．EDTA，去除了核酸酶所必须的镁离子17．底物磷酸化18．氧化还原酶，转移酶，水解酶，裂合酶，异构酶，连接酶19．磷酸吡哆醛（三）选择题1．在米氏方程的双倒数作图中，酶对底物的米氏常数是双倒数直线的（）A.纵轴截距的倒数B.斜率C.横轴截距绝对值的倒数D.横轴截距的绝对值2．下列物质中哪种是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂？（）A.酮戊二酸B.延胡索酸C.草酰乙酸D.丙二酸3．酶促反应降低反应的活化能的能量来源是（）A.酶与底物结合能B.底物形变能C.酶分子构象变化释放的能量D.底物化学键断裂释放的化学能4．以焦磷酸硫胺素为辅酶的酶是（）A.转氢酶B.氨基酸脱羧酶C.谷氨酸脱氢酶D.丙酮酸氧化脱氢酶5．CTP对ACT酶的别构效应被称为（）A.同促激活B.同促抑制C.异促激活D.异促抑制6．5－磷酸核糖与ATP作用生成5－磷酸核糖焦磷酸，催化这个反应的酶是（）A.磷酸核糖焦磷酸激酶B.ATP激酶C.磷酸核糖激酶D.磷酸核糖酶7．DNA聚合酶在分类时属于六类酶中的（）A.合成酶B.裂合酶C.氧化还原酶D.转移酶8．酶的反竞争性抑制剂具有下列哪种动力学影响？（）A.Km不变，Vmax减小 B.Km增加，Vmax减小C.Km增加，Vmax不变 D.Km和Vmax都减小9．下列陈述哪一条是对的？酶催化的化学反应（）A.降低G'，因此反应能够自发进行；B.增加过渡态的能量；C.并不改变，但改变产物对反应物的比值；D.增加正向和逆向的反应速度。10．下述哪一种酶能识别对称性底物？（）A.延胡索酸酶B.琥珀酸脱氢酶C.顺乌头酸酶D.异柠檬酸脱氢酶11．下图表示酶活力是温度的函数。在温度X时，A.底物能量太高不能与酶形成稳定的复合物。B.反应自发进行，不需要酶的参加；C.酶的热变性发生；D.反应产物变得不稳定。12．人体消化系统内的酶，通常以非活性的酶原形式存在，但是也有例外，例如（）A.胃蛋白酶B.羧肽酶C.核糖核酸酶13．在酶的分类命名表中，RNA聚合酶属于（）A.水解酶B.裂合酶C.合成酶D.转移酶14．Km值是酶的特征常数之一，它与酶促反应的性质和条件有关，但与下列因素中的哪一种无关？（）A.酶浓度B.反应温度C.底物种类D.pH和离子强度15．蛋白激酶C是一种（）A.双功能酶B.双关酶C.多功能酶D.同工酶 16．某给定酶的同工酶（）。A.具有不同的亚基数目B.对底物有不同的Km值C.具有不同的底物专一性D.呈现相同的电泳迁移率17．酶的转换数是指当底物大大过量时（）A.每个酶分子每秒钟将底物转化为产物的分子数B.每个酶的亚基每秒钟将底物转化为产物的分子数C.每个酶的催化中心每秒钟将底物转化为产物的分子数18．腺苷酸环化酶存在于（）A.线粒体B.内质网系膜C.细胞核D.质膜19．在酶的双倒数作图中，只改变斜率不改变横轴截距的抑制剂属于A.反竞争性抑制剂B.非竞争性抑制剂C.竞争性抑制剂20．酶促反应中酶的作用是（）A.改变KcatB.提高反应的活化能C.降低反应的活化能D.提高正向反应速度21．催化2ADPATP+AMP反应的酶是A.腺苷酸激酶B.鸟苷酸激酶C.胞苷酸激酶D.尿苷酸激酶22．在实验室中，如果用酶催化合成法合成多肽，通常用的酶类是（）A.氨基转移酶B.蛋白激酶C.蛋白水解酶D.氨基酸－tRNA连接酶23．端粒酶属于（）A.肽酰转移酶B.DNA聚合酶C.限制性内切酶D.RNA聚合酶（四）是非题1．调节酶的Km值随酶的浓度而变化。2．能催化蛋白质磷酸化的酶酶称为磷酸化酶。3．蛋白质的磷酸化和去磷酸化是可逆的，该可逆反应是有同一种酶催化完成的。4．酶反应的最适pH只取决于酶蛋白的结构。5．寡聚酶是由两条或多条多肽链通过共价键结合而成的复合体。6．脲酶的专一性很强，它只能作用于尿素。7．酶的催化作用是指通过改变反应物的平衡点以加快某一方向的反应速度。8．通常情况下，固定化酶不如溶液酶稳定。9．某些别构酶在低温下不稳定，这是由于低温不利于蛋白质亚基之间的相互作用。适当升高温度时酶的稳定性明显增强，由此可以推断这些别构酶的亚基之间的主要作用力是疏水作用力。10．在进行酶促动力学测定中，当底物浓度不断加大时，所有的酶都会出现被底物饱和的现象。11．1g粗酶制剂经过纯化以后得到10mg电泳纯的酶，那么它的比活力比原来提高了100倍。12．催化三酰甘油水解成甘油和脂肪酸的酶称脂肪酶。13．同工酶是指催化相同的化学反应，但其蛋白质分子结构、理化性质和免疫性能等方面不同的一组酶。14．别构酶一般都是寡聚酶，往往催化多酶体系的第一步反应。15．别构酶的动力学曲线符合米氏方程。16．有的抑制剂虽然不与底物竞争酶结合部位，但仍然表现为竞争性抑制。17．具有正协同效应的酶，其Hill系数总是小于1。18．辅基于辅酶的区别在于它们于酶蛋白结合的牢固程度不同，并没有严格界限。19．抗体酶是一种具有催化功能的免疫球蛋白，在其可变区具有酶的特性。20．核酶与蛋白质酶的差异不仅在于化学本质不同，同时两者的催化化学也明显不同。核酶的转换数在0.1－5之间，比大多数蛋白质酶低几个数量级。21．固体状态的酶比在溶液中的酶对温度的耐受力要高。22．酶活性部位的氨基酸残基在一级结构上可能相距很远，甚至在不同的肽链上，通过肽链的折叠、盘绕而在空间结构上相互靠近。23．米氏常数是酶与底物形成复合物的结合常数。24．不