第9章　酶促反應動力學

一、選擇題

1．如果某個單底物酶促反應是二級反應，，那么決定其催化反應速度的常數是（　  ）。[中國科學院2003研]

A．

B．

C．

D．

【答案】C

【解析】K_cat是二級反應的特征數，表示酶被底物飽和時，每秒鐘每個酶分子轉換底物的分子數；相當于一旦底物-酶（E-S）中間物形成后，酶將底物轉換成產物的效率。K_cat越大，反應酶活力越大。

2．在酶促反應的雙倒數作圖法中，橫切距為______，縱切距為______。（　  ）[西南農業大學2001研]

A．[S]－1

B．V_max－1

C．K_m

D．－K_m－1

【答案】D；B

【解析】雙倒數作圖法是將米氏方程兩側取倒數，得到新的方程式：

以作圖，就可以得出一直線，其橫軸截距為，縱軸截距為。

3．酶的非競爭性抑制劑具有下列哪種動力學效應？（　　）[華中師范大學2009研]

A．V_max和K_m都變小

B．K_m增大，V_max不變

C．V_max增大，K_m不變

D．K_m不變，V_max變小

【答案】D

4．反競爭性抑制劑具有下列哪一種動力學效應（　　）[廈門大學2007研]

A．使K_m值增大，V_max不變

B．使K_m值減小，V_max不變

C．使K_m值不變，V_max增大

D．使K_m值減小，V_max減小

【答案】D

5．酶對不同底物的特異性可以用什么來度量？（　　）[中國科技大學2007研]

A．

B．

C．

D．

【答案】C

6．米氏方程的推導中假設（　　）。[河北師范大學1999研]

A．V與[ES]成正比

B．[S]約等于[E]

C．由于反應可逆，有些產物被轉變為底物

D．

E．以上都不對

【答案】A

【解析】在Michealis和Menten的酶促反應動力學原理的基礎上，Briggs和Haldane又提出了穩態理論，對米氏方程作了重要的修正。他們推論酶促反應分兩步進行，而且酶促反應的速度與ES的形成與分解直接相關，呈正比。根據穩態理論推導出了現今使用的米氏方程。

7．關于米氏常數K_m的說法，哪個是正確的？（　  ）[第四軍醫大學2004研]

A．飽和底物濃度時的速度

B．在一定酶濃度下，最大速度的一半

C．飽和底物濃度的一半

D．速度達最大速度半數時的底物濃度

E．降低一半速度時的抑制劑濃度

【答案】D

【解析】米氏方程：，當等于時，則可得到[S]＝K_m由此可以看出K_m值的物理意義，即K_m值是當酶反應速率達到最大反應的速率一半時的底物濃度，單位是mol/L，與底物濃度的單位一樣。

8．酶的純粹競爭性抑制劑具有下列哪種動力學效應？（　　）[南京師范大學2002研]

A．V_max不變，K_m增大

B．V_max不變，K_m減小

C．V_max增大，K_m不變

D．V_max減小，K_m不變

E．V_max和K_m都不變

【答案】A

9．（多選題）關于pH對酶活性的影響，正確的是（　　）。[南京農業大學2002研]

A．影響酶的必需基團的解離狀態

B．也能影響底物的解離狀態

C．酶在一定的pH范圍內發揮最高活性

D．pH改變能影響酶的K_m值

【答案】BD

【解析】大部分酶的活力受其環境pH的影響，在一定pH條件下，酶反應具有最大速度。pH影響酶活力的原因可能有以下幾個方面：①過酸、過堿可以使酶的空間結構破壞，引起酶構象的改變，酶活性喪失。②pH值改變不很劇烈時，影響底物的解離狀態，或使底物不能與酶結合，影響到中間產物的生成等，不利于催化生成產物，也引起K_m值發生改變。③pH影響維持酶分子空間結構的有關基團解離，從而影響了酶活性部位的構象，進而影響酶的活性。

二、填空題

1．酶反應的非競爭性抑制劑與競爭性抑制劑相比，具有三個完全不同的特點，它們是：______、______、______。[清華大學2002研]

【答案】

抑制劑的結構與底物不同；抑制與底物結合在酶的不同部位；抑制作用不能通過高底物的濃度，加以消除

【解析】競爭性抑制劑在結構上與底物相似，常常能和酶的活性中心結合，從而影響底物與酶的正常結合。一般來說，它的抑制作用取決于底物及抑制劑的相對濃度，這種抑制作用可以通過增加底物濃度而消除。非競爭性抑制劑在結構上與底物無共同之處，它是通過與酶活性部位以外的基團相結合來抑制酶促反應的。由于這種抑制劑它是與底物和酶同時結合的，且形成的三元復合物ESI不能進一步分解，所以這種抑制作用不能用增加底物濃度來解除抑制。

2．酶促反應速度（V）達到最大速度（V_max）的80%時，底物濃度[S]是K_m的______倍；而V達到V_max的90%時，[S]則是K_m的______倍。[華東理工大學2007研]

【答案】4；9

3．多底物酶催化反應，根據酶與底物相結合的順序大致可分為______、______和______三種類型。[中國科技大學2008研]

【答案】有序順序反應；隨機順序反應；乒乓反應

4．有一類不可逆抑制劑具有被酶激活的性質，被稱為______型不可逆抑制劑，又可稱作酶的______。[中國科學院研]

【答案】K_cat；自殺性底物

5．果糖2，6-二磷酸是磷酸果糖激酶1（PFK-1）的______。[南開大學研]

【答案】變構激活劑

三、判斷題

1．酶的最適pH與酶的等電點是兩個不同的概念，但兩者之間有相關性，兩個數值通常比較接近或相同。（　　）[中國科學院研]

【答案】錯

【解析】最適pH是個變值。酶的最適pH可以有多個，酶的等電點只有一個，所以說兩者之間有相關性是錯誤的。

2．對于一個酶而言，其過渡態底物類似物與其底物的類似物相比較，是更有效的競爭性抑制劑。（　　）[中國科學院研]

【答案】對

3．根據米氏方程，轉換數K_cat值越大的酶反應速度越大。（　  ）[中國科學技術大學研]

【答案】錯

【解析】K_cat值越大酶的催化效率越高，而酶促反應速率還同時與酶量相關。

4．可逆反應的酶，正、逆兩個方向的K_m值相同。（　  ）[南開大學研]

【答案】錯

【解析】催化可逆反應的酶，對正逆兩向底物的K_m值往往是不同的，如谷氨酸脫氫酶。

5．一種酶有幾種底物就有幾種K_m值。（　  ）[華東師范大學2007研]

【答案】錯

6．在任何酶促反應中，K_m不可能小于底物的K_d。（　  ）[南京大學2007研]

【答案】對

四、名詞解釋題

1．酶的非競爭性抑制。[南京農業大學2008研]

答：酶的非競爭性抑制是指非競爭性抑制劑與酶活性中心以外的基團結合，形成EI和ESI復合物，從而不能進一步形成E和P，因此使酶反應速率降低的可逆作用不能通過增加底物的方法解除。

2．活性中心轉換數。[華中師范大學2007研]

答：活性中心轉換數是指單位活性中心在單位時間內轉換底物的數目，是酶促活力的衡量。活性中心轉換數是酶被底物飽和時，每秒鐘每一酶分子（或每一活性部位）轉化的底物分子數。轉換數越大，酶的催化效率越高。

3．可逆抑制劑。[南京師范大學2009研]

答：可逆性抑制是指對主反應的抑制是可逆的，以酶促反應為例，可逆性抑制劑和酶形成復合物，抑制酶與底物的作用，從而抑制反應。但這種復合物在相同條件下又可以分解為酶和抑制劑，分解后的酶仍然可以催化反應，也就是說，可逆抑制劑只降低反應的速度，并不影響反應的發生。

五、問答題

1．確定一個酶催化反應的V_max的困難之一需要很高的底物才能使酶完全飽和，需要多大的底物濃度（以K_m的倍數表示）才能得到初速度的0.75V_max、0.9V_max、0.95V_max和V_max？[四川大學2002研]

答：當v＝0.75V_max時，由米氏方程

可得

則。

當v＝0.9V_max時

則。

當v＝0.95V_max時

當v＝V_max時

即

則

由于K_m為酶的特征常數，不可能為0，所以要使本式成立，則需，所以。

從上面結果可以看出，只有當底物濃度足夠大，才能使酶促反應的反應速度達到最大值。

綜上，底物濃度為3K_m、9K_m、19K_m、無窮大時才能得到初速度的0.75V_max、0.9V_max、0.95V_max和V_max。

2．焦磷酸酶催化焦磷酸水解生成正磷酸。大腸桿菌的焦磷酸酶分子質量為120kD，由六個相同亞基組成。該酶的一個活性單位定義為在標準條件下15min內水解10μmol底物的酶量。每毫克酶的最大反應速度為2800單位。[中國科學院2007研]

（1）當底物濃度遠遠大于K_m時，每毫克酶每秒鐘可以水解多少摩爾底物？

（2）在4mg酶中存在多少摩爾活性部位？（假設每個亞基一個活性部位）

（3）酶的轉換數是多少？

答：（1）當底物濃度遠遠大于K_m時，每毫克酶每秒鐘可以水解的底物數為

當地物濃度遠遠大于K_m時，每毫克酶每秒鐘可以水解3.11×10－5。

（2）每mg酶中存在的活性部位為

所以在4mg酶中存在20×10－8摩爾活性部位。

（3）根據上面的計算，可求出酶的轉換數為：

3．簡述雙倒數法作圖的原理和意義。[中國科技大學2007研]

答：雙倒數作圖法是用實驗方法測K_m的最常用的簡便方法。原理：

實驗時可選擇不同的[S]，測對應的v；以對作圖，得到一個斜率為的直線，其截距則為，由此可求出K_m的值（截距的負倒數），以表示底物濃度對酶促反應速度的影響。

4．酶催化反應：據快速平衡理論，米氏常數（K_m）等于底物平衡常數（K_s），若在反應體系中有競爭性抑制劑存在，K_m值將增大，那么K_s值也增大嗎？為什么？[廈門大學2008研]

答：K_s不變，因為K_s與反應過程無關，只是反應的平衡狀態常數，是反應的最終狀態。

六、論述題

1．何謂競爭性和非競爭性抑制作用，根據米氏學說原理推導，分析其抑制作用動力學。[北京大學2003研]

答：（1）競爭抑制作用：競爭性抑制劑（I）具有與底物（S）相類似的結構，它與底物競爭酶（E）的活性部位，從而影響了底物和酶的正常結合，而酶的活性部位不能同時和底物以及抑制劑結合，這樣抑制劑和底物之間起著競爭作用，使反應速度下降。當系統中有這種抑制劑存在時，酶便與抑制劑結合形成EI復合物，該復合物不能分解為產物，使反應速度下降。

根據米氏學說原理，可推導出反應速度（V），底物濃度（S）和抑制劑濃度（I）之間關系：

加入競爭性抑制劑后，V_max不變，K_m變大。

在競爭性抑制中，底物或抑制劑與酶的結合是可逆的，各存在一個平衡，如下式：

[E_f]為游離酶的濃度，[E]為酶的總濃度，Ki為抑制劑常數，為EI的解離常數，Km為ES的解離常數。

酶不能同時與底物、抑制劑結合，所以，有ES，EI，而沒有ESI

根據米氏學說原理：

為了消去[ES]項，需先利用米氏公式求出[Ef]及[EI]

將[Ef]代入[EI]式中，則

再將[Ef]及[EI]代入的式子中，則有

由于競爭性抑制劑可逆地結合到活性部位，在高底物濃度環境下，底物可以成功地將結合到活性部位的抑制劑分子競爭地排出，競爭性抑制劑的作用被壓倒，因此。酶的V_max不變，但在競爭性抑制劑存在下，酶對其底物的表觀親和力降低，因此K_m增加。

（2）非競爭性抑制作用：非競爭抑制劑可以和酶活性中心以外的部位結合，切不妨礙美譽第五的結合，底物和抑制劑之間沒有競爭關系，這樣就可形成酶、抑制劑、底物三者的復合物EIS，但這種復合物不能進一步轉變為產物，致使反應速度下降。

根據米氏學說原理，可推導出速度、底物濃度和抑制劑濃度之間的關系為：

加入非競爭性抑制劑后，V_max減小，K_m不變。

在非競爭件抑制中，存在著如下的平衡：

酶與底物結合后，可再與抑制劑結合，酶與抑制劑結合后，也可再與底物結合。

或

代入

再經過推導，得到

因為抑制劑結合到底物的不同部位，酶可以結合抑制劑，底物或抑制劑加底物二者一起結合非競爭性抑制劑的效應不能由增加底物濃度而克服，所以V_max降低，在非競爭性抑制作用中，酶對底物的親和力不變，因此K_m保持一致。