第10章　酶的作用機制和酶的調節

一、選擇題

1．乳酸脫氫酶是兩種肽鏈的四聚體，讓兩種肽鏈隨意組合形成該酶，可能構成幾種同工酶？（　　）[上海師范大學2000研]

A．2

B．3

C．4

D．5

【答案】D

【解析】同工酶雖然能催化同一種化學反應，但其酶分子本身的分子結構組成卻并不相同，乳酸脫氫酶是由M型和H型亞基組成的四個聚體，讓這兩腫肽鏈隨意組合，可有五種同工酶形成。即HHHH、HHHM、HHMM、HMMM、MMMM。按數學式當有n種物質，按每次取r個隨便分組，其計算式是：

2．下列關于變構酶的敘述中，錯誤的是（　　）。[西南農業大學2002研]

A．含有多個亞基

B．在變構酶激活情況下，V-[ES]曲線為S形

C．變構酶的活性中心與調節中心都位于同一亞基上

D．調節物可以調節底物或其他代謝物。

【答案】C

【解析】變構酶都是寡聚酶，有多個亞基，除了有可以結合底物的酶的活性中心外，還有可以結合調節物的變構中心，而且這兩個中心位于酶蛋白的不同部位上或處在不同的亞基上，或處在同一亞基的不同部位上。不同的變構酶具有不同的調節物，且調節物可以是底物，也可以是底物以外的代謝物。另外，大多數變構酶還表現出非典型的V-[S]關系不遵循米氏方程，而是呈S形的V-[S]曲線。

3．唾液淀粉酶經透析后，水解淀粉的能力顯著降低，是因為（　　）。[山東大學2000研]

A．酶蛋白變性

B．失去了激活劑離子

C．失去了輔酶

D．酶量減少

【答案】B

【解析】凡是提高酶活性的物質都為激活劑，其中大部分是無機離子或簡單的有機化合物，氯離子是唾液淀粉酶的激活劑，所以當唾液淀粉酶經過透析后，失去了氯離子，使得其水解淀粉的能力顯著降低。

4．已知兩種酶互為同工酶，（　　）。[中國藥科大學2005研]

A．它們的K_m值一定相同

B．它們催化的化學反應相同

C．它們的分子結構一定相同

D．它們的等電點相同

E．它們的輔基一定相同

【答案】B

【解析】同工酶是指催化相同的化學反應，但其蛋白質分子結構、理化性質和免疫性能等方面都存在明顯差異的一組酶，它們是由兩個或兩個以上的亞基聚合而成。由于K_m一般只與酶的性質有關，所以同工酶中不同的酶對底物的K_m有著顯著的區別，而且不同的酶，其氨基酸組成和順序也可能不同，在電泳行為上，幾個同工酶也常常表現出一些差異。

5．在羧肽酶A的活性部位存在一個緊密結合的Zn2＋離子，這個Zn2＋離子的作用是（　  ）。[中國科學院2003研]

A．誘導酶的構象變化

B．共價催化

C．提供低價電區

D．使底物敏感鍵產生電子張力

E．直接催化底物轉變為底物

【答案】D

【解析】羧肽酶A是一個具有307個氨基酸殘基的單鏈蛋白質，其中緊密地結合著一個Zn2＋，這個Zn2＋對酶的活性是重要的。其作用機理是：當酶與底物靠近后，底物的敏感肽鍵指向酶的Zn2＋，由于Zn2＋離子的作用，底物羰基碳原子的電子云密度降低，而呈正電性。換言之，非極性區的Zn2＋離子使敏感肽鍵的誘導偶極增強，使該肽鍵中的羰基比別處的羰基更為極化，因而增加了這個羰基碳原子的有效電荷。結果，這個羰基碳原子在親核攻擊下更加脆弱。這樣Zn2＋離子在底物中造成的電子張力就大大地促進了底物的水解過程。

6．（多選題）下列關于酶活性中心的敘述哪些是正確的？（　　）[上海交通大學1999研]

A．是由一條多肽鏈中若干相鄰的氨基酸殘基以線狀排列而成。

B．對于整個酶分子來說，只是酶的一小部分

C．僅通過共價鍵與作用物結合

D．多具三維結構

【答案】BD

【解析】酶的活性中心是酶分子中必需基團相對集中，構成一定空間結構區域，與催化作用直接相關的部位。活性中心對于整個酶分子來說，只是酶的一小部分，而且具有三維結構。酶分子空間結構的表面有一裂縫或凹陷，這種裂縫或凹陷可深入到酶分子內部，其四壁和底部多為氨基酸的疏水基團組成的疏水環境。當作用物進入此裂縫或凹陷后，即借各力量，如共價鍵，氫鍵，靜電吸引力，疏水親和力及范德華力等與酶結合并被催化。

二、填空題

1．在酶的催化機理中，側鍵基團既是一個很強的親核基團，又是一個很有效的廣義酸基團的殘基是______。[中國科學院2002研]

【答案】組氨酸

【解析】在生理條件下，組氨酸的咪唑基有一半解離，一半不解離，這樣它既可以作為質子供體，又可作為質子受體在酶反應中發揮催化作用。因此組氨酸常在酶的活性中心出現。

2．酶的活性中心的兩個功能部位為______和______。[南開大學研]

【答案】催化部位；結合部位

3．在研究酶活性中心時，常用的化學試劑DFP可以修飾______殘基，TPLK修飾______殘基，碘乙烷修飾______基團。[南京大學研]

【答案】絲氨酸；組氨酸；半胱氨酸

4．酶的共價修飾調節中，最常見的調節方式是______，負責催化該修飾方式的酶是______。[廈門大學研]

【答案】磷酸化和去磷酸化；蛋白激酶和磷酸酶

三、判斷題

1．Ribozyme是一種能水解核酸的蛋白質。（　  ）[中國科學技術大學研]

【答案】錯

【解析】Ribozyme即核酶，是一種具有催化能力的RNA，而核酸酶是一種能水解核酸的蛋白質。

2．同一種輔酶與蛋白之間可有共價和非共價兩種不同類型的結合方式。（　　）[復旦大學研]

【答案】錯

【解析】輔酶與酶蛋白的結合比較松弛，一般不是共價結合。輔基與酶蛋白共價結合。

3．調節酶也就是別構酶。（　　）[南開大學研]

【答案】錯

【解析】調節酶是指對代謝途徑的反應速度起調節作用的酶。一般可分為別構酶和共價調節酶。

4．對一個正協同別構酶來說，當增加正調節劑濃度時，其協同性減弱。（　　）[四川大學2008研]

【答案】錯

【解析】對一個正協同別構酶來說，當增加正調節劑濃度時，其協同性增強。

5．酶活性部位的氨基酸殘基在一級結構上可能相距很遠，通過肽鏈的折疊、盤繞而在空間結構上相互靠近。（　　）[華中農業大學2007研]

【答案】對

6．酶分子中Cys殘基的-SH既可以作為親核基團起親核催化作用，也可以作為廣義酸堿起催化作用。（　　）[中國科學院2007研]

【答案】錯

四、名詞解釋題

1．同工酶。[南京大學2007&華中師范大學、四川大學2007研]

答：同工酶是指催化相同的化學反應，但其蛋白質分子結構、理化性質和免疫性能等方面都存在明顯差異的一組酶。最典型的同工酶是乳酸脫氫酶（LDH）同工酶。

2．酶的活性中心。[華東理工大學2007研]

答：酶的活性中心（active center）又稱酶的活性部位（active site），是指在一級結構上可能相距很遠，但在空間結構上彼此靠近，組成的具有特定空間結構的區域。酶分子中氨基酸殘基的側鏈有不同的化學組成，其中一些與酶的活性密切相關的化學基團稱做酶的必需基團（essentialgroup）。酶的活性中心就屬于必需基團，能和底物特異結合并將底物轉化為產物。

3．酶的化學修飾調節。[東北師范大學2007研]

答：酶的化學修飾調節是指酶蛋白肽鏈上某些殘基在酶的催化下發生可逆的共價修飾，從而引起酶活性的改變的調節方式。

4．變構酶。[華東師范大學2008研]

答：變構酶（allosteric enzyme）是指受變構調節的酶。變構調節（allosteric regulation）是指當特異性分子（又稱效應劑（effector））非共價地結合到除了酶的活性中心之外的一個或幾個部位時，可改變酶的構象，進而改變酶的活性的調節作用。變構酶分子的組成一般是多亞基的。分子中凡與底物分子相結合的部位稱為催化部位（catalytic site），凡與效應劑相結合的部位稱為調節部位（regulatory site），這二部位可以在不同的亞基上，或者位于同一亞基。

5．輔酶和輔基。[南京師范大學2007研]

答：（1）輔酶是指與蛋白結合比較松弛的小分子有機物質，用透析的方法很容易將輔酶與酶蛋白分開。有許多維生素及其衍生物，如核黃素、硫胺素和葉酸，都屬于輔酶。這些化合物無法由人體合成，必須通過飲食補充。不同的輔酶能夠攜帶的化學基團也不同：NAD＋或NADP＋攜帶氫離子，輔酶A攜帶乙酰基，葉酸攜帶甲酰基，S-腺苷基蛋氨酸也可攜帶甲酰基。

（2）輔基是指以共價鍵與酶蛋白相結合的輔助因子，用透析法不能去除。在酶促反應中，輔基不能離開酶蛋白。

五、問答題

1．什么是酶的活性中心？它有哪些特點？胰凝乳蛋白酶的活性中心主要由哪三個氨基酸殘基組成？[南京農業大學2007研]

答：（1）酶的活性中心是指酶分子中直接和底物結合，并和酶催化作用直接有關的部位。

（2）酶的活性中心的特點：①具有三維空間結構；②只占微小區域，并形成凹穴；③是輔因子結合的部位；④包括結合和催化兩個功能部位。

（3）胰凝乳蛋白酶的活性中心包括的三個氨基酸殘基為His₅₇、Asp₁₀₂、Ser₁₉₅。

2．測定酶活力時為什么要測定反應的初速度？并且常以測定產物的增加量為宜？[廈門大學研]

答：在一般的酶促反應體系中，底物往往是過量的，測定初速度時，底物減少量占總量的極少部分，不易準確檢測，而產物則是從無到有，只要測定方法靈敏，就可準確測定。因此一般以測定產物的增量來表示酶促反應速度較為合適。測初速度的另一個原因是避免產物的反饋抑制。

3．簡述酶的誘導契合學說的要點。[華中師范大學2008研]

答：酶的誘導契合學說的要點：（1）酶分子活性部位的結構原來并非和底物的結構互相吻合，但酶的活性部位不是剛性的結構，它具有一定的柔性。（2）當底物與酶相遇時，可誘導酶蛋白的構象發生相應的變化，使酶活性部位上有關的各個基團達到正確的排列和走向，因而使酶和底物契合而結合成中間產物，并引起底物發生反應。

六、論述題

1．為什么His常被選擇作為酶分子中的活性中心的構成成分，而并不作為蛋白質的一般結構成分。[山東大學2001研]

答：His常被選擇作為酶分子中的活性中心的構成成分，而不作為蛋白質的一般結構成分的原因：

因為酸堿催化也是影響酶的催化效率的一個主要因素，而影響酸堿催化反應速度的因素有兩個：

（1）酸堿的強度。在這些功能基團中，His的咪唑基的解離常數約為6.0，這意味著由咪唑基上解離下來的質子的濃度與水中的[H＋]相近，因此它在接近于生物體液pH的條件下，即在中性條件下，有一半以酸形式存在，另一半以堿形式存在。也就是說在生理條件下，His的咪唑基有一半解離，它既可以作為質子供體，又可以作為質子受體在酶反應中發揮催化作用。因此，咪唑基是催化中最有效最活潑的一個催化功能基團。

（2）這種功能基團供出質子或接受質子的速度。His上的咪唑基供出或接受質子的速度十分迅速，其半壽期小于10-10秒。而且，供出或接受質子的速度幾乎相等。由于咪唑基有如此的優點，所以雖然組氨酸在大多數蛋白質中含量很少，卻很重要。

推測它很可能在生物進化過程中，不是作為一般的結構蛋白成分，而是被選擇作為酶分子中的催化結構而存在下來的。

2．舉例說明酶活性調節的幾種主要方式。[華中農業大學2002研]

答：生物體內的代謝反應都是由酶所催化和調節的。酶的調節方式有很多，但總體而言可以分為兩大類，一是酶活性的調節，另一類是酶含量的調節，而酶活性的調節方式，目前一般認為有上述四種類型：

（1）別構效應的調節。別構調控主要是由別構酶來進行調節的。這種酶有受調控的動力學特征，它的分子內、在不同空間位置上的特定位點有傳遞改變構象信息的能力，除了有活性中心外，還有別構中心，當專一性代謝物非共價地結合到別構中心時，它的催化活性就發生改變，使這種酶能夠適當而精巧地在準確的時間和正確的地點表現出它的催化活性。例如ATCase，它的特殊結構使它在不同外界環境條件時，能作出選擇，進行代謝調節。

（2）可逆共價修飾的調節。可逆共價修飾調節是由共價調節酶起作用。共價調節酶的催化性質因受到一個小基團的共價修飾而發生顯著變化：有活性?無活性。如大腸桿菌中的谷氨酰胺合成酶，因受ATP轉來的酰苷酰基的共價修飾，或酶促酰苷酰基，而調節酶的活性，這類酶嚴格地受著自我調控。

（3）酶原的激活，又稱不可逆共價修飾的調節。酶原通過酶促激活作用，由無活性的前體轉變成有活性的酶是共價調節的一種特殊形式—共價鍵斷裂，造成不可逆的酶活性變化，轉變為有活性的酶。如胃蛋白酶原，在低于pH5時，酶原才會自動激活，失去44個氨基酸殘基方能轉變為高度酸性的、有活性的胃蛋白酶。

（4）激促蛋白質或抑制蛋白質的調節，這一類調節不是由于結合某些小基團或斷裂某些共價鍵，而是由于結合了專一性的激促蛋白質或抑制蛋白質，而使得某些酶的活性受到調控。如鈣調蛋白，它可以感受細胞外鈣離子濃度的變化，當細胞外的鈣離子濃度升高時，鈣離子就會與鈣調蛋白結合，帶有結合態鈣離子的鈣調蛋白結合到許多酶上，激活許多酶。

通過以上作用，使酶能在準確的時間和地點表現出它們的活性。