第三部分 酶、维生素及代谢调节(酶水平)

第三部分 酶、维生素及代谢调节（酶水平）

Ⅰ、内容提要

一、 酶——生物催化剂的特性

高效性、温和性、调节性、专一性（绝对专一性、相对专一性、立体专一性） 二、 酶的分类

1． 按组成分类：单纯蛋白酶、结合蛋白酶（辅基或辅酶） 2． 按Pr分子结构特点分类：单体酶、寡聚酶、多酶复合体 3． 国际酶学委员会分类 三、 酶的命名

习惯命名 国际系统命名法

四、 酶作用机制

1． 分子活化能与中间产物学说

2． 酶专一性作用机理：锁钥学说、诱导契合学说

3． 酶活性中心：催化部位和结合部位 4． 酶原激活作用

五、 影响酶促反应速度的因素

1． 底物浓度对酶促反应速度的影响：米氏方程 米氏常数 2． pH对酶促反应速度的影响：最适pH 3． 温度对酶促反应速度的影响：最适温度

4． 酶浓度对酶促反应速度的影响

5． 激活剂和抑制剂对酶促反应速度的影响：可逆性抑制与不可逆抑制，竞争性抑制与非竞争性抑制 六、 同工酶与变构酶 1． 变构酶的定义、特点 2． 同工酶的定义、应用 七、 酶活力

酶活力、酶活力单位（U katal）、比活力 八、 维生素及辅酶

TPPT、NAD+、NADP+、FAD、FMN、辅酶A、FH4、生物素

磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺 九、酶水平的代谢调节

1． 酶活性调节：反馈控制、共价修饰调节（糖原磷酸化酶）、酶原激活 2． 酶含量调节：乳糖操纵子学说

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Ⅱ、习题

一、 名词

单体酶 寡聚酶 多酶复合体 酶活性中心 酶活力 比活力 Km值

变构酶 同工酶 酶活力单位 失活作用 酶原 别构效应 顺序反馈抑制 协同反馈抑制 累积反馈抑制 抑制作用 二、 符号

CoA-SH NAD+ 及NADP+ FAD及FMN CoQ TPP THFA(或FH4) Cyt

三、 填空

1．T. Cech从自我剪切的RNA中发现了具有催化活性RNA，称为 ，这是对酶的概念的重要发展。

2．酶具有 、 、 和 等催化特点。

3．从酶Pr结构上看，仅具有三级结构的酶为 ，具有四级结构

的酶为 ，而在系列反应中催化一组多个反应的酶称为 。

4．结合酶由Pr部分和非Pr部分组成，非Pr部分为活性中心的一部分，统称为 ，其中与酶Pr结合紧密，不能用透析法除去的称为 ，而结合不紧密，可用透析法除去的称为 。

5．酶活性中心由 部位和 部位组成，前者与酶的 有关，而后者与 有关，活性中心由肽链在一级结构不相邻而空间构

象在一起的几个 组成。

6．酶与底物结合的重要作用力是 、 、 。 7．据酶对底物选择的严格程度不同，可将酶的专一性分为 、 、 三大类。

8．精氨酸酶只对L-Arg作用，不能对D-Arg作用，是因为这种酶具有 专一性。

9．为准确测定酶活力，要求酶促反应必须在 、 和 条件下进行。

10．丙二酸和戊二酸都是琥珀酸脱氢酶的 抑制剂。

11．酶反应速度可用单位时间内 或 来表示，但从测定准确性上来看，以 为好。

12．某些调节酶V对[S]作图时形成 曲线，这是底物与酶分子上专一性结合部位结合后产生的一种 效应而引起的。

13．黄酶是一类含有 的酶，也是一类 ，其辅基为 和 。

14．激酶催化ATP上的磷酸基团转移到底物上，从而使底物 ，此反应一般要求 激活。

15．转氨酶的辅因子为 即维生素 ，其有三种形式，

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分别为 、 、 。其中 在氨基酸代谢中非常重要，是 、 和 的辅酶。

16．叶酸以其还原性产物起辅酶的作用，它有 和 两种还原形式，后者的功能是作为 的载体。

17．琥珀酸脱氢酶中含 辅基，它由维生素 参与组成。辅因子中含有这种成分的酶通称 。

18．pH对酶活力的动力学曲线为 ，其原因可能为不同的pH影响 、 和 。

19．若一个酶有多个底物，判断其最适底物要根据酶底物的 值大小。

20．生物素是 酶的辅基。 21．变构酶的两个中心部位是 和 。

22．竞争性抑制使Vmax ,Km ，非竞争性抑制使Vmax

Km 。

23．酶降低活化能的主要方式是 。

24．酶含量的调节包括 和 。 25．酶活性的调节主要括 、 、 、 。

26．操纵子模型包括 、 、 。

包

27．乳糖操纵子主要控制三种酶的合成，这三种酶分别是 、 、 。

28．阻遏物是由 基因控制转录产生的一种蛋白质。 29．原核细胞酶的合成速率主要在 水平进行调节。 30．许多代谢途径第一个酶是该途径的限速酶，终产物多是它的别构抑制剂，对它进行 ；底物多为其 。

31．胰高血糖素促进肝糖原降解的机制：激素与质膜上专一的 结

合，经由 激活质膜上的 ，催化ATP生成第二化使 cAMP激活 ，使 磷酸化而被激活，活化的磷酸化酶激酶

催化 的磷酸化使之活化，活化的糖原磷酸化酶再催化糖原的降解。

32．生物体内的代谢调节在三种不同水平上进行即 、 和 。

33．连锁代谢反应中一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活，导致原始信号的放大，这样的连锁代谢反应系统，称为 系统。

34．真核细胞基因表达的调控是多极的，有 、 、 、

和 、 。

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35．乳糖操纵子的启动，不仅需要有信号分子乳糖存在，而且培养基中不能

有 ，因为它的分解代谢产物会降低细胞中 的水平，而使 复合物不足，它是启动基因启动所不可缺少的 调节因子。

36．常见的脱氢酶的辅酶是 和 ，辅基是 和 。

37．酶分为六大类：1、 ；2、 ；3、 ；4、 ；5、 ；6、 。

38．酶与底物的亲和关系是以米氏常数为依据，用双倒数作图法求Km和Vmax时，横坐标为 ，纵坐标为 。

39．多酶体系中催化第一步反应的酶为 ，一般来说，它们是调节酶。

40．乳酸脱氢酶是由 种 个亚基组成，体内有 种乳酸脱氢酶的同工酶，在临床诊断上有应用价值。

41．生物体内有一些起核苷酸衍生物可作为辅酶而起作用，如 、 、 、 等。

42．判断一个纯化酶方法优劣主要的依据是 和 。 43．磺胺药物抑制 酶，最后导致细菌生长繁殖的抑制。 44．许多核酸酶活性能被螯合剂如 所抑制，是因为 。 四、 选择题

1． 淀粉酶在E、C分类中属于：

A．氧化还原酶类 B．合成酶类 C．水解酶类 D．裂合酶类 2．酶在PI时

A．溶解度最小 B．溶解度最大 C．较难溶解 D．都不是

3．酶催化底物时主要是通过 加速化学反应的 A．升高温度 B．降低活性能 C．改变了pH D．都不是 4．米氏公式证明了 是正确的

A．诱导锲合学说 B．中间产物学说 C．锁钥学说 D．三点附着说 5．含有腺嘌呤核苷酸的辅酶是

A．NAD或NADP C．TPP B．FMN D．都不是 6．CoA-SH主要作用是

A．转酰基酶的辅酶 B．转氨酶的辅基 C．转-碳单位 D．转羧基酶的辅酶 7．含有生物素的酶有

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A．丙酮酸脱氢酶 B．异柠檬酸脱氢酶

C．柠檬酸裂解酶 D．丙酮酸羧化酶 8．胰蛋白酶水解蛋白质多肽链中的：

A．His、Arg或Lys羧基形成的肽键 B．His、Gly羧基形成的肽键 C．Arg或Lys羧基形成的肽键 D．Phe或Trp羧基形成的肽键 9．下列酶哪些属于ECI类

A．醇脱氢酶 B．细胞色素氧化酶 C．胰蛋白酶 D．核糖核酸酶 10．下列有关酶性质的叙述哪一项是正确的

A．能使产物和底物的比值增高，使平衡常数增大 B．能加快化学反应达到平衡的速度

C．能提高反应所需的活化能

D．能改变反应的ΔG，从而加快反应

11．下列关于酶原激活方式的叙述哪一项是正确的 A．氢键断裂，酶分子的空间构象发生改变引起的 B．是由低活性的酶形式转变成高活性的酶形式 C．酶蛋白被修饰

D．部分肽键断裂，酶分子空间构象改变引起的 12．下列关于酶的活性中心的叙述哪项是正确的 A．所有的酶都有活性中心

B．所有的酶活性的中心都含有辅酶 C．所有的必需基团都位于活性中心之内 D．所有抑制剂都作用于酶的活性中心 13．Km值有关概念正确的是

A．同一种酶的各种同工酶Km值相同 B．是达到1/2Vmax的底物浓度 C．与底物性质无关

D．是达 到Vmax所必须的底物浓度的一半

14．反应速度为最大反应速度的80%时，Km等于：

A．0.4[S] B．1/2[S] C．0.8[S] D．1/4[S]

15．向酶促反应体系中增加酶的浓度时，可出现下列哪一种效应

A．不增加反应速度 B．1/[S]对1/V作图所得直线的斜率减少 C．Vmax保持不变 D．V达到1/2Vmax时的底物浓度增大 16．唾液淀粉酶经透析后，水解淀粉的能力显著降低，其原因是： A．酶Pr变性 B．失去了辅酶

C．失去了 Cl- D．酶含量显著减少 17．测定酶活性时要测定酶促反应的初速度，其目的是：

A．为了提高测定的灵敏度 B．为了防止出现底物抑制

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了酶活力。

特点：（1）抑制程度与[S]，[i]有关，当[S]>[i]时，酶与S结合，抑制程度弱，反之，则抑制程度强，因此，可利用增加[S]的方法，解除竞争性抑制作用。

（2）Vmax不变，Km 增大 （3）S与i结在酶的同一部位。

非竞争性抑制作用：抑制剂和底物可同时结合在酶的不同部位，即抑制剂与酶的结合，不妨碍酶再与底物结合，但所形成的酶—底物—抑制剂三元复合物不能发生反应。

特点：（1）i与S无竞争关系，抑制程度仅取决于[i] （2）i与S结合在酶的不同部位 （3）Vmax变小，Km值不变 5．胰凝乳蛋白酶原是由245个氨基酸残基组成的单链蛋白，链内有五对二硫键。酶原经胰蛋白酶作用后，Arg15与Ile16间的肽键断裂，变为有活性的π-胰凝乳蛋白酶，后者自身作用，切除两个二肽（Ser14·Arg15及Thr147·Asn148）后得到稳定的α-胰凝乳蛋白酶，从单链变成由三条链组成的以二硫键相连的结构，使组成活性中心的基团在空间上相互靠近，形成了活性中心的能与特异底物结合的完整的疏水口袋。

6．酶促反应中，以底物生成量对时间作图，可见在开始一段时间，反应速度几乎维持恒定，但随时间延长，曲线斜率逐渐降低，其原因很多，如底物浓度降低，逆反应速度增大，产物抑制作用，酶本身由于时间过长而失活等。为了正确测定酶活力就必须排除这些因素的影响。故必须测定反应的初速度，也就是上述因素尚未起作用时的速度。

因为测定反应速度时，实验设计规定的底物浓度往往过量，底物减少量仅占总量一个极小部分，测定不易准确，而生成物从无到有，只要方法足够灵敏，就可准确测定。

7．由于其他的酶对其结构进行共价修饰，而使其在活性形式和非活性形式之间转变，这类酶被称为共价调节酶。

糖原磷酸化酶有磷酸化和脱磷酸化两种类型，脱磷酸化类型是无活性的糖原磷酸化酶（磷酸化酶b），它在蛋白激酶催化下，由ATP供给磷酸基团生成有活性的磷酸化酶（磷酸化酶a），后者经磷酸酶的水解可再生成无活性糖原磷酸化酶。

8．（1）酶活性调节：a. 酶原激活 b.反馈控制 c.共价修饰调节 （2）酶含量调节：a.酶合成速度调节 b.酶降解的调节 9．（1）操纵子是指DNA上控制蛋白质合成的功能单位，它由结构基因、操纵基因和启动子三部分组成。结构基因的功能是合成一种或几种功能相关的蛋白质，操纵基因的功能是控制结构基因转录，启动子是RNA聚合酶结合部位。

（2）乳糖操纵子模型：乳糖操纵子由调节基因子、操纵基因和结构基因Z（β-半乳糖苷酶）、Y（β-半乳糖透性酶）和A（β-半乳糖苷转乙酰酶）组成，

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当培养基中没有乳糖存在时，由调节基因表达产生的阻遏Pr与操纵基因结合，阻止结构基因表达。当培养基中有乳糖存在时，乳糖作为效应物与阻遏Pr结合，阻止阻遏Pr与操纵基因结合，结构基因得以表达，分解培养基中的乳糖供给细胞。

10．同工酶是指催化同种反应而结构不完全相同的酶。如乳酸脱氢酶有五种同工酶，分布在不同的组织和器官中，在不同的条件下，催化乳酸脱氢。同工酶在物质代谢中起调节作用，如在氨基酸的合成过程中，通常是几种氨基酸由同一起始物合成，合成反应的第一步都是共同的，由共同的酶催化，这种酶以及在分支途径起作用的酶常常存在着同工酶，它们受不同氨基酸的反馈调节，在生物的不同发育阶段，常有同工酶出现，这是基因表达的结果，适应不同发育阶段的需要。

应用：（1）代谢调节：同工酶调节原理已用于发酵工业生产。

（2）临床诊断：利用同工酶电泳图谱变化诊断机体是否发生病变。 （3）基因定位：利用染色体缺失材料分析同工酶，可确定其结构基因在染色体上的位置。

（4）系统分化与个体发育，比如个体发育的不同生育时期，形成的器官、组织特性不同，反映在分子水平上就有不同时期形成不同的同工酶。

（5）鉴别杂种和杂种优势：同工酶电泳图谱可用于鉴别杂种和分析杂种优势。

11．酶溶解在蒸馏水中：（1）不能为酶催化反应提供最适的pH环境，特别是当反应过程中，pH发生变化时，不能起缓冲作用；（2）在蒸馏水中蛋白质容易变性；（3）酶在净水溶液中缺乏必须的离子，且对温度变化敏感，所以对酶来说在蒸馏水中容易失活。

12．（1）缓冲液对反应液的pH有缓冲作用，酶和底物分别用缓冲溶液配制，可以保证在此pH条件下，酶和底物都处在反应的最佳状态；（2）先分别保温，再混合进行反应，如果先混合后保温就不能保证酶与底物在最适温度进行反应，在达到最适温度前的反应无法排除。所以在单位时间内，不能表现出酶的最大反应速度。

13．先求Vmax：

14．

15．（1）按规定：每分钟产生1μg酪氨酸的酶量为1个酶活力单位，1ml

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酶溶液中含有0.625mg蛋白：0.2×6.25/2=0.625mg。0.1ml酶液具有的活力单位是：1500/60=25活力单位。那么1ml酶液应用250个活力单位。

（2）1g酶制剂的总蛋白量=0.625×103=625mg 1g酶制剂的总活力=250×103=2.5×105单位 （3）比活力=250/0.625=400单位/mg蛋白质 16．（1）Vmax=0.25μmol/min

(2)对于一个服从米氏动力学的酶促反应选择一个小于Vmax的V值和[S]代入米氏方程，即可求出Km，如选V0=0.20μmol/min，[S]=5×10-5 mol/l，则

（3）检验该反应是否遵循米氏动力学，就看在一个较宽的[S]范围内V0与[S]的关系，若在不同的情况下均给相同的Km值，说明它遵循米氏动力学，经检验此反应是服从米氏动力学的。

（4）当[S]=2×10-3mol/l时，V0=Vmax=0.25μmol/min 产物有0.25μmol/min×5min=1.25μmol

（5）Km与酶的浓度无关，因而Km=1.25×10-5mol/l

Vmax=K[E]，酶的浓度增加4倍，Vmax也增加4倍，故 Vmax=1.0μmol/min 当[S]=5.0×10-6mol/l时

V0= =0.28μmol/min

17．泡沫增加了溶液的表面积，同时也增加了酶分子处于表面的可能性。这样由于表面张力的作用而使酶的高级结构受到破坏，从而丧失活性。

18．当一个低浓度的竞争性抑制剂结合到一个变构酶的活性部位以后，可以增加底物与酶分子上其它部位结合的亲和力，通过这样的方法，竞争性抑制剂可以促进酶分了由不利于底物结合的状态向利于底物结合的状态转变，因此，酶的活性有所提高。

19．a.在催化反就中，羧肽酶A需要Zn2+参与 b.溶菌酶和羧肽酶A是一条肽链

c.胰凝乳蛋白酶催化中心有Ser残基，会被DIFP抑制

d.胰凝乳蛋白酶原在胰蛋白酶作用下形成有活性的胰凝乳蛋白酶 20．（1）米氏方程是根据中间产物学说推导出酶促反应中的[S]与V关系的数学表达式，它反应了[S]与V之间的定量关系，可以根据其中的Km对酶进行一系列研究；另外将米氏方程的1/V对1/[S]作图，可直接从图中求出Vmax及Km；由米氏方程推导出的[S]对V的曲线与实验中得到的曲线完全相同，给中间产物理论提供了一个有力的证据。

（2）局限性：米氏方程假定形成一个中间产物因而其动力学只适合单底物反应，对实际存在的多底物，多产物的酶促反应均不适应；对体内的多酶体系催化的反应过程也不能很好解释，在一些变构酶催化的反应中表现出的协同效应与米氏方程表示的[S]与V的关系不大相符。

21．在酶的纯化过程中，如果某一纯化步骤中酶活得率超过了100%，则很

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可能是由于此酶的激活剂（包括别构效应剂）的加入或抑制剂的丢失所造成的，这些激活剂或抑制剂你原先并不知道。

22．第一步：首先判断此物质是否是蛋白质，如用双缩脲反应或其它蛋白质显色反应来进行鉴定。另外也可以用酸或碱水解，同时用甲醛滴定法来检测水解程度。（此物质若是蛋白质则应有蛋白质的显色反应，酸碱水解时游离氨基酸的含量随时间而升高）

第二步：将此蛋白质加入到含有尿素的缓冲体系中进行催化反应，用奈氏试剂检测是否有氨的生成，将此蛋白质加热后再作此反应，检测是否还有氨的生成。（此蛋白质若是脲酶则应有氨的生成，而蛋白质加热后则不再有氨的生成）

23．每ml酶制剂含有42×12=504活力单位

（1）20μl酶制剂含有20×103×504=10.08活力单位

酶促反应速度为：10.08μmol/ml·min (2)5μl酶制剂含有5×103×504= 2.52活力单位 酶促反应速度为：2.52μmol/ml·min

(3)一般情况下，酶制剂都应当稀释，以便在适当的试验期间底物不被过分消耗，例如：10分钟内，1ml反应液内含5μl酶制剂，消耗的底物为： （2.52×10-6μmol/ml·min）×10分=2.52×10-2mol/l

因此，为了保证底物的消耗低于5%，必须使[S]>0.5mol/l，如此大的底物浓度实际上是很难达到的，所以酶制剂在使用前应当稀释。

24．比活力=总活力/mg蛋白

市售商品比活力为2000U/1000mg=2U/mg 商品酶总活力为10mg×2(U/mg)=20U 其比活力为：20U/25mg=0.8U/mg蛋白 25．（1）每个单位为10μmol，15分钟内1mg酶催化焦磷酸水解，速度为： (3600×10μmol)/15min =2400μmol/min =2400μmol/60sec

=40μmol/sec=4×10-5 (mol/sec) (2)每mg酶中有酶分子的摩尔数：

0.001g/120000(酶分子量)=8.33×10-9mol

=8.33nmol

由于每个酶分子含有6个亚基（6个活性中心），所以每mg酶中含有活性中心的mol数为：

8.33×10-9mol×6=5×10-8mol

(3)酶的转换数指“分子活力”或“摩尔活力”，即在最适条件下每摩尔酶每分钟转换的底物摩尔数。对于多亚基（多活性中心）酶则为每摩尔活性中心在最适条件下每分钟转换底物的摩尔数，即：

Kcat=2400×10-6/(5×10-8)=48000(min-1)

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26．原核生物基因表达调节的机制，可以用Jacob和Monod提出的操纵子学说来解释。以乳糖操纵子为代表说明分解代谢的调节基因、操纵基因和结构基因Z（β-半乳糖苷酶）、Y（β-半乳糖透性酶）和A（β-半乳糖苷转乙酰酶）组成，当培养基中没有乳糖存在时，由调节基因表达产生的阻遏蛋白与操纵基因结合，阻止结构基因表达。当培养基中有乳糖存在时，乳糖作为效应物与阻遏蛋白结合，阻止阻遏蛋白与操纵基因结合，结构基因得以表达，分解培养基中的乳糖供给细胞。氨基酸合成的操纵子，如色氨酸操纵子，当细胞中色氨酸过量时，由调节基因表达产生的阻遏蛋白与色氨酸结合成为有活性的阻遏蛋白，与操纵基因结合，阻止结构基因表达。此外，在转录水平上还存在“衰减子”用来终止和衰减转录作用，从而阻止基因表达。

27．标准的酶活力单位U以μmol/min表示，用初速度除以ε340，乘以稀释倍数和测活力时体积比（10μl至3ml），即为样品中的酶活力。沉淀溶解液和硫酸铵沉淀后的上清液的酶活力分别为0.11×500×300/0.2=2661和0.08×100×300/6.2=3871U/ml，比活的单位是U/mg蛋白质。由此可求得沉淀溶解液和硫酸铵沉淀后的上清液的比活分别为1774和1936U/mg。

根据活力测定，可认为55%饱和度的硫酸铵沉淀，并没有提高酶的比活，即纯化实验是失败的。而且在所得的两个级分中酶的含量几乎相当，沉淀后的上清液中略多些。这一实验的设计比较粗糙，应该使用分级沉淀的方法。例如可先用30%饱和度的硫酸铵沉淀，再在上清液中加入固体硫酸铵，提高硫酸铵的浓度到65%，更为合适的方法是进行预测试验，分别取得20%、20~40%、40~65%不同饱和度的沉淀，对各级分别测定酶的比活。根据不同级分的比活再修改沉淀所用的硫酸铵的饱和度。

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