第8章　酶通論

一、選擇題

1．酶催化底物反應時，將產生下列哪一種能量效應？（　　）[南京師范大學2002研]

A．提高反應所需的活化能

B．降低反應所需的活化能

C．降低反應的能量水平

D．提高產物的能量水平

【答案】B

【解析】酶作為生物催化劑和一般化學催化劑相比有其共同性，也可通過降低反應所需的活化能，來達到提高反應速度的目的。

2．在酶制劑的各個純化步驟中，酶的比活力皆可用什么來表示？（　　）[南開大學2001研]

A．U/mg總蛋白

B．U/mg酶蛋白

C．mg酶蛋白/mg總蛋白

D．mg酶蛋白/mL提取液。

【答案】A

【解析】酶的活力代表酶的純度，根據國際酶學委員會的規定，比活力用每mg蛋白質所含的酶活力單位數表示，對同一種酶類說，比活力愈大，表示酶的純度愈高。比活力一活力U/mg蛋白＝總活U/總蛋白mg。有時，用每克酶制劑或每ml酶制劑含有多少個活力單位來表示（U/g或U/ml）。

3．酶催化反應中，決定酶促反應專一性的是（　　）。[華中農業大學2009研]

A．酶蛋白

B．輔酶

C．底物

D．金屬離子

【答案】A

【解析】酶促反應專一性取決于酶的結構。酶的結構由酶蛋白的一級結構和高級結構決定，輔酶、底物、金屬離子可以影響酶蛋白的空間構象，但不能決定酶蛋白的結構。全酶由酶蛋白和輔因子組成，與酶蛋白緊密相連的輔因子叫做輔基，與酶蛋白松散連接的叫做輔酶。酶促反應的專一性取決于酶蛋白，反應的性質取決于輔因子。

4．在測定酶活力時，用下列哪種方法處理酶和底物才合理？（　　）[河北師范大學2001研]

A．其中一種用緩沖液配制即可

B．分別用緩沖液配制，然后混合進行反應

C．先混合，然后保溫進行反應

D．其中一種先保溫，然后再進行反應

E．分別用緩沖液配制，再預保溫兩者，最后混合進行反應

【答案】E

【解析】酶的活性受環境pH、溫度的影響，只有在最適pH、最適溫度條件下，酶的催化活性才能發揮到最高水平。緩沖液對反應液的pH有緩沖作用，酶和底物分別用緩沖液配制，可以保證在此pH條件下，酶和底物都處在反應的最佳狀態。先分別保溫再混合物進行反應，如果先混合就不能保證酶與底物在最適溫度進行反應，在達到最適溫度前的反應無法排除，所以在單位時間內，不能表現出酶的最大反應速度。因此，測定酶活力時，酶和底物需分別用緩沖液配制，再預保溫兩者，最后才能混合進行反應。

二、填空題

1．根據國際系統分類法，所有的酶按所催化的化學反應的性質可以分為六大類，即______、______、______、______、______和______。[華東師范大學2008研]

【答案】氧化還原酶；轉移酶；水解酶；裂合酶；異構酶；連接酶

2．固定化酶的主要優點有______、______和______等。[華中農業大學2007研]

【答案】可重復多次利用；有利于產物分離；酶穩定性提高

3．______為抗體酶的產生提供了理論依據。[中國科技大學2008研]

【答案】抗體結合抗原的高度特異性

4．全酶由______和______組成，前者決定酶催化的______，后者起______作用。[廈門大學2008研]

【答案】酶蛋白；輔助因子；專一性；催化

5．酶促反應活性測定是______反應速率，其活力單位用______表示。[中南民族大學2009研]

【答案】一級；U

6．按照酶的系統分類法，在脂肪酸β-氧化途徑中，______酶屬于連接酶類；______酶屬于移換酶類。[南京農業大學2002研]

【答案】脂酰-CoA合成酶；肉堿-脂酰轉移酶。

【解析】酶的國際系統分類法中的分類原則是將所有的酶促反應按反應性質分為六大類。①氧化還原酶類能催化氧化還原反應。②移換酶類又稱轉移酶類，能催化功能基因的轉移反應，如脂肪酸β-氧化中，肉堿-脂酰轉移酶Ⅰ就可以酯酰-CoA的CoA基團脫下，肉堿分子取代上去，形成脂酰肉堿。③水解酶類能催化水解反應。④裂合酶類催化從底物上移去一個基因而形成雙鍵的反應或其逆反應。⑤異構酶類能催化各種同分異構體的相互轉變。⑥連接酶類（又稱合成酶）能催化一切必須與ATP分解相偶聯，并由兩種物質合成一種物質的反應。如脂肪酸β-氧化中，脂肪酸必須活化后才能進入線粒體，這個活化反應就是由連接酶—脂酰CoA合成酶來完成的。

三、判斷題

1．所有具有催化功能的酶都是蛋白質。（　　）[廈門大學2008研]

【答案】錯

【解析】核酶是指具有催化活性的RNA，其化學本質是核糖核酸（RNA），卻具有酶的催化功能。

2．在酶的純化實驗過程中，通常會丟失一些活性，但偶爾亦可能在某一純化步驟中酶活力可超過100%。（　　）[中國科學技術大學2004研]

【答案】對

【解析】在酶純化過程中由于加入了或丟失了你事先不知道的酶的激活劑（包括別構激活劑）或抑制劑，可能會導致在某一純化步驟中酶活力超過100%。

3．酶的激活與酶原的激活是完全不同的兩個過程。（　　）[山東大學1999研]

【答案】對

【解析】酶的激活與酶原的激活不同。酶的激活是使已具有活性的酶活性增高，即使酶的活性由小變大。如氯離子是唾液淀粉酶的激活劑，唾液淀粉酶本身就具有水解淀粉的能力，只是活性較低，加入氯離子后，使水解淀粉能力增強。

而酶原的激活是使本來無活性的酶原轉變成有活性的酶，即使無活性變為有活性。如腸激酶是胰蛋白酶原的激活劑，胰蛋白酶原本身沒有水解蛋白質的能力，當加入腸激酶后，腸激酶能引起胰蛋白酶原分子結構改變，并使之轉變成胰蛋白酶，后者具有水解蛋白質的作用。

4．酶可以促成化學反應向正反應方向進行。（　　）[華東師范大學2007研]

【答案】錯

5．結合酶通常由酶蛋白和對熱穩定的非蛋白質小分子組成。（　　）[中山大學研]

【答案】對

6．調節酶都是由多個亞基組成的。（　　）[南開大學研]

【答案】錯

【解析】調節酶一般是由多個亞基組成的。

四、名詞解釋題

1．多酶復合體。[東北師范大學2007研]

答：多酶復合體是指多種酶靠非共價鍵相互嵌合、催化連續反應的體系。多酶復合體結構包括：輔基、輔酶、輔因子。連續反應體系中前一反應的產物為后一反應的底物，反應依次連接，構成一個代謝途徑或代謝途徑的一部分。由于這一序列反應是在一高度有序的多酶復合體內進行，從而提高了酶的催化效率，同時利于對酶的調控。

2．酶的比活力。[南京農業大學2007&廈門大學2009研]

答：酶的比活力是指每毫克酶蛋白具有的酶活力單位，一般用U/mg蛋白表示。酶的比活力在酶學研究中用來衡量酶的純度，對于同一種酶來說，比活力越大，酶的純度越高。利用比活力的大小可以用來比較酶制劑中單位質量蛋白質的催化能力，是表示酶的純度高低的一個重要指標。

3．雙關酶。[南京師范大學2007&南京師范大學2008研]

答：雙關酶是指能與膜可逆結合的酶，通過膜結合型和可溶型的互變來調節酶的活性。雙關酶大多是代謝途徑的關鍵酶和調節酶，如糖酵解中的己糖激酶、磷酸果糖激酶、醛縮酶、3-磷酸甘油醛脫氫酶；氨基酸代謝的Glu脫氫酶、Tyr氧化酶；參與共價修飾的蛋白激酶、蛋白磷酸酯酶等。

4．oligomeric enzyme。[中南民族大學2009研]

答：oligomeric enzyme的中文名稱是寡聚酶，是指由兩個或兩個以上的亞基組成的酶，這些亞基可以是相同的，也可以是不同的，絕大多數都含有偶數亞基，亞基之間靠次級鍵結合，彼此容易分開，其相對分子質量一般都大于35000。

五、問答題

1．酶促反應的特點有哪些？[華中科技大學2007研]

答：酶的反應有以下特點：

（1）具有一般催化劑的性質；

（2）具極高的催化效率；

（3）高度的專一性；

（4）酶活性的可調節性；

（5）酶活性的不穩定性；

（6）酶促反應的序列酶促反應具有很高的特異性，產物和底物各不相同；

（7）酶的抑制劑（enzyme inhibitors），抑制酶的活性，或使酶分子本身受到破壞，但不引起酶蛋白變性的化學物質；

（8）別構作用。

2．在酶活力測定中，如何保證測定的是酶反應初速度？[首都師范大學2008研]

答：在酶活力測定中，為保證測定的是酶反應初速度，通常以底物濃度的變化在起始濃度的5%以內的速率為初速度。底物濃度太低時，5%以下的底物濃度變化在實驗上不易測準，所以在測定酶活力時，往往使底物濃度足夠大，這樣整個酶反應對底物來說是零級反應，而對酶來說卻是一級反應。

3．從某生物材料中提取、純化一種酶，按下列步驟進行純化（見表1-8-1），計算所得酶的比活力、回收率和純化倍數。[華中師范大學2009研]

表1-8-1

答：（1）粗提液

（2）鹽析

（3）離子交換

（4）凝膠過濾

六、論述題

1．酶定量測定中要控制哪些條件，為什么？[中國科學院水生生物研究所2004研]

答：酶定量測定重要需要控制以下條件：

（1）對pH的要求，同一種酶在不同的pH下測得的反應速度不同，最適pH時酶的活力最大。pH之所以影響酶活力是因為酶是蛋白質，過酸過堿都會使酶變性，pH既影響酶活性中心基團的解離狀態，也影響底物的解離，從而影響催化活性，最適pH能保證酶本身的穩定性及催化活性，但酶的最適pH不是一個特征常數，它因不同的酶、底物、反應類型及緩沖液成分而不同。

（2）對溫度的要求，酶對溫度最敏感，但一般不在酶活性最大的最適溫度下進行。這是因為測定酶活力需要一定時間，而在最適溫度下，酶的穩定性差，很短時間內就會變性，因此，通常在20～50℃測定，且因酶的Q₁₀在1～2，每改變1，反應速度就差10%，所以應把溫度控制在±0.1℃的范圍內。

（3）對地物濃度要求，要求底物濃度大大超過酶濃度，使酶達到飽和從而達到最大速度。

（4）對酶濃度的要求，在測定酶活力時，要求酶濃度遠小于底物濃度，從而保證酶促反應速度與酶濃度成正比，這是測定酶活力的依據。

（5）對反應時間則要求測定反應初加速，測定酶活力要求時間越短越好，一般反應恰當的程度是指底物濃度消耗不超過5%，以保證酶活力與速度成正比的直線關系。這是因為時間的延長導致產物積累，加速了逆反應，酶活性穩定下降，底物濃度降低。

2．作為生物化學實驗室的新手，進入實驗室后，首先你需要幾周的時間刷瓶子和試管等，然后逐漸開始學習配制各種緩沖液和試劑。接下來你要開始一個蛋白質的純化實驗。實驗目的是分離一種參與檸檬酸循環的酶，即位于線粒體基質的檸檬酸合成酶。根據上述要求請設計這個實驗（包括實驗的材料，主要的實驗設備儀器和藥品，蛋白質分離純化的技術原理，描述具體的實驗步驟，最后對實驗可能獲得的結果進行分析）。[浙江大學研]

答：（1）選擇一定重量的富含線粒體的材料（如動物心臟），加入預冷適量pH7.0，0.1mol/L的磷酸緩沖液，放入組織搗碎機內勻漿，破壞細胞膜，釋放細胞器。

（2）利用細胞器的密度不同，將勻漿分步差速離心獲得線粒體。

（3）將線粒體重懸于緩沖液中，用超聲波破碎儀破壞線粒體膜。

（4）離心取上清，棄沉淀，分離酶與線粒體膜碎片。

（5）根據檸檬酸合酶的理化性質（分子質量、等電點等）進行純化：

①選擇合適的硫酸銨溶液進行分步鹽析，利用溶解度不同，獲取粗分級酶；

②將鹽析后的酶溶解于含1mol/L硫酸銨的pH7.0磷酸緩沖液，上疏水層析柱，以含有1mol/L和0mol/L硫酸銨濃度的緩沖液進行梯度洗脫，利用不同蛋白質的疏水性質不同，脫鹽并分離酶；

③收集上步含有酶活性的洗脫峰，上離子交換層析柱，以含有0mol/L和1mol/LNaCl濃度的緩沖液進行梯度洗脫，利用電荷性質不同分離酶；

④收集含有酶活性峰的洗脫液，冷凍干燥濃縮，提高樣品濃度和減少體積；

⑤將濃縮后的酶液上凝膠過濾層析柱，并洗脫，利用分子質量不同分離酶；

⑥將上述各處理過程所保留的樣品測蛋白含量和酶活性，計算得率、比活力及純化倍數；

⑦用電泳儀將各樣品進行SDS-PAGE，檢查樣品純度；

⑧分析數據，根據得率、比活力、純度，判斷結果，若不能獲得純品，則進一步改進純化方法，如選擇其他分離方法（吸附層析、親和層析、有機溶劑沉淀等），以獲得純品。