5.2　課后習(xí)題詳解

1什么叫酶？酶與一般非酶蛋白質(zhì)和無(wú)機(jī)催化劑有何區(qū)別？

答：（1）酶是指生物體系的催化劑。生物體中的各種化學(xué)反應(yīng)，包括物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)化，都需要特殊的酶參加催化。

（2）酶與一般非酶蛋白質(zhì)的區(qū)別：酶包括由活細(xì)胞產(chǎn)生的，具有催化活性和高度專一性的特殊蛋白質(zhì)。同時(shí)核酶作為一類酶，其成分為RNA而非蛋白質(zhì)。

（3）酶和無(wú)機(jī)催化劑的區(qū)別：

①極高的催化效率。酶降低反應(yīng)活化能的程度比一般催化劑大得多，通常以分子比表示，酶催化的反應(yīng)速率比一般催化劑催化的反應(yīng)高10⁷～10¹²倍。

②高度的專一性（特異性）。一般的化學(xué)催化劑通常可催化多種反應(yīng)，而酶只能對(duì)一種或一類底物發(fā)生催化作用。

③酶的催化活性在體內(nèi)受到調(diào)節(jié)控制。調(diào)節(jié)控制酶活性的方式很多，包括酶原活化、酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)、抑制劑調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié)等。

④酶不穩(wěn)定，容易失去它的催化活性。高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等都容易使酶失去活性，所以酶的催化作用是在比較溫和的條件下進(jìn)行，如常溫、常壓、接近中性pH等。

⑤酶的催化活性與輔酶、輔基和金屬離子有關(guān)。有些酶是結(jié)合蛋白質(zhì)，若將輔酶、輔基和金屬離子除去，酶就失去催化活性。

2酶有幾大類？每類的典型功用為何？

答：根據(jù)專一性的不同，酶可分為下列六大類：

（1）氧化還原酶類，促進(jìn)氧化還原反應(yīng)，如脫氫酶、氧化酶。

（2）轉(zhuǎn)移酶類，使一個(gè)底物的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一底物分子，如轉(zhuǎn)氨酶。

（3）水解酶類，使底物加水分解，如蛋白水解酶。

（4）裂合酶類，使底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)，通常形成雙鍵或其逆反應(yīng)，如脫羧酶，羧化酶。

（5）異構(gòu)酶類，使底物分子內(nèi)部基團(tuán)重新排列，如變位酶，異構(gòu)酶。

（6）連接酶類又稱合成酶類，使兩個(gè)底物結(jié)合，通常需要ATP提供能量，如谷氨酰胺連接酶。

3何謂全酶、輔酶、調(diào)節(jié)酶、同工酶、誘導(dǎo)酶和多酶復(fù)合物？它們之間有何區(qū)別？

答：（1）全酶

酶蛋白與輔酶組成的完整分子稱為全酶。只有全酶起催化作用，分開(kāi)后的酶蛋白或輔酶皆無(wú)催化作用。

（2）輔酶

有的酶為綴合蛋白質(zhì)（結(jié)合蛋白質(zhì)），其分子中除蛋白質(zhì)外，還有非蛋白質(zhì)物質(zhì)，如氧化還原酶類。結(jié)合蛋白酶的蛋白質(zhì)部分稱為酶蛋白，與酶蛋白結(jié)合疏松的非蛋白質(zhì)部分稱為輔酶。

（3）調(diào)節(jié)酶

調(diào)節(jié)酶是指對(duì)代謝調(diào)節(jié)有特殊作用的酶類。它們的分子都具有明顯的活性部位和調(diào)節(jié)部位，其催化能力可因與調(diào)節(jié)劑結(jié)合而改變，有調(diào)節(jié)代謝反應(yīng)的功用。

（4）同工酶

同工酶是指能催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但其酶蛋白本身的分子結(jié)構(gòu)、組成有所不同的一組酶。同工酶由兩個(gè)或兩個(gè)以上亞基組成，屬寡聚酶。

（5）誘導(dǎo)酶

誘導(dǎo)酶是指在誘導(dǎo)物存在時(shí)，誘導(dǎo)產(chǎn)生的酶。在誘導(dǎo)物存在時(shí)，誘導(dǎo)酶的含量顯著增加。在沒(méi)有誘導(dǎo)物時(shí)，誘導(dǎo)酶一般是不產(chǎn)生或含量很少。這種誘導(dǎo)物往往是該酶的底物或底物類似物。

（6）多酶復(fù)合物

多酶復(fù)合物是指由幾種不同的酶有組織地組合在一起，在功能上，各種酶互相配合，第一種酶的反應(yīng)產(chǎn)物即為第二種酶的底物，如此依次進(jìn)行，直到多酶復(fù)合物中的各種酶都參加了各自承擔(dān)的催化反應(yīng)為止。

4試說(shuō)明酶的催化機(jī)制？

答：酶的催化機(jī)制：

酶的作用機(jī)制包含酶如何同底物結(jié)合及酶如何能使反應(yīng)加快兩個(gè)內(nèi)容。

（1）酶同底物的結(jié)合：

①酶與底物的結(jié)合，一般在酶蛋白分子的活性部位發(fā)生。

②酶與底物的結(jié)合是包括多個(gè)化學(xué)鍵參加的反應(yīng)。酶蛋白分子中的共價(jià)鍵、氫鍵、酯鍵、偶極電荷等皆可作為酶與底物間的結(jié)合力。

用誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)可解釋。

（2）酶加速化學(xué)反應(yīng)的解釋有下列6種學(xué)說(shuō)。

①鄰近效應(yīng)與軌道定向?qū)W說(shuō)

a．鄰近效應(yīng)學(xué)說(shuō)的要點(diǎn)是：酶之所以能增加底物分子的化學(xué)反應(yīng)速率，是因?yàn)樗苁沟孜锓肿优c自己靠近。酶分子中含有由鄰近氨基酸殘基組成的酶活性中心區(qū)。

b．軌道定向?qū)W說(shuō)：酶使反應(yīng)加快不僅需要酶的鄰近效應(yīng)，即底物與酶的活性中心相結(jié)合，而且酶的催化基團(tuán)與底物的反應(yīng)基團(tuán)還需要嚴(yán)格的軌道定向，才能起反應(yīng)。酶的活性部位就可說(shuō)是引導(dǎo)酶與底物起反應(yīng)的“方向盤”。

②共價(jià)催化

共價(jià)催化又稱共價(jià)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)。其論點(diǎn)是：某些酶增強(qiáng)反應(yīng)速率是通過(guò)酶和底物以共價(jià)鍵形成一個(gè)高反應(yīng)的共價(jià)中間產(chǎn)物，使能閾降低，反應(yīng)加快。

③底物構(gòu)象改變學(xué)說(shuō)（又稱底物形變）

當(dāng)酶和底物結(jié)合時(shí)，不僅酶的構(gòu)象發(fā)生改變，底物分子的構(gòu)象也發(fā)生了變化。酶使底物中的敏感鍵發(fā)生“張力”，從而使敏感鍵更容易斷裂，使反應(yīng)加速進(jìn)行。

④酸堿催化

酸-堿催化作用是指酶活性中心有些基團(tuán)（如氨基、羧基、巰基、酚羥基和咪唑基等）可以作為質(zhì)子的供體（酸）或成為質(zhì)子的接受體（堿）參與質(zhì)子的轉(zhuǎn)移的作用。

⑤金屬離子催化

金屬離子參與酶的催化反應(yīng)主要通過(guò)以下幾個(gè)方面：

a．與底物結(jié)合，使其在反應(yīng)中正確定向；

b．通過(guò)金屬離子氧化態(tài)的變化進(jìn)行氧化還原反應(yīng)；

c．通過(guò)靜電作用穩(wěn)定或隱蔽負(fù)電荷。

⑥微環(huán)境效應(yīng)

酶的活性部位通常位于酶分子表面的疏水裂隙中，即位于疏水的微環(huán)境中。這樣的微環(huán)境，其介電常數(shù)很低，有利于中間物的生成和穩(wěn)定，從而加快反應(yīng)速率。

5酶的活性部位與催化部位是如何區(qū)別的？

答：（1）酶的活性部位

又稱酶的活性中心，是指酶分子中能同底物結(jié)合并起催化反應(yīng)的空間部位。一個(gè)酶的活性部位包含結(jié)合部位和催化部位。

（2）酶的催化部位

直接參加催化，決定所催化反應(yīng)的性質(zhì)。

6什么叫別構(gòu)酶？它有何特性和生化功用？

答：（1）別構(gòu)酶又稱變構(gòu)酶，由于其本身結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的特點(diǎn)，具有別構(gòu)效應(yīng)，能夠調(diào)節(jié)酶反應(yīng)速率，因此是調(diào)節(jié)酶中重要的一類。

（2）別構(gòu)酶的特性和生化功用：

①別構(gòu)酶結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)

a．別構(gòu)酶通常是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的亞基組成，所含亞基數(shù)常為偶數(shù)。這些亞基不是獨(dú)立的，而是亞基與亞基之間存在相互作用。

b．別構(gòu)酶除了有一般酶的活性部位以外，還有能與調(diào)節(jié)物非共價(jià)結(jié)合的調(diào)節(jié)部位（或稱別構(gòu)部位）。

c．活性部位負(fù)責(zé)與底物的結(jié)合及催化，調(diào)節(jié)部位負(fù)責(zé)與調(diào)節(jié)物的結(jié)合及調(diào)節(jié)酶反應(yīng)速率。這兩種部位可位于同一亞基上，也可位于不同的亞基上。

②別構(gòu)酶性質(zhì)上的特點(diǎn)

a．不遵循米氏動(dòng)力學(xué)。

b．正協(xié)同效應(yīng)別構(gòu)酶的反應(yīng)速率對(duì)底物濃度作圖所得的曲線為S形，而不是非別構(gòu)酶的雙曲線。抑制劑對(duì)別構(gòu)酶的抑制作用也不服從典型的競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制或反競(jìng)爭(zhēng)性抑制。

c．別構(gòu)酶對(duì)溫度的穩(wěn)定性與一般的酶也不同，如某些別構(gòu)酶在0℃不穩(wěn)定，在室溫反而穩(wěn)定。

③別構(gòu)酶的別構(gòu)效應(yīng)

a．調(diào)節(jié)物與酶分子的調(diào)節(jié)中心結(jié)合后，使酶分子的構(gòu)象發(fā)生變化，影響酶活性部位對(duì)底物的結(jié)合與催化作用，從而使酶活力增加或降低，調(diào)節(jié)酶促反應(yīng)速率及代謝過(guò)程，這種效應(yīng)稱為別構(gòu)效應(yīng)。

b．調(diào)節(jié)物結(jié)合后，使酶活力增加的稱為正別構(gòu)（正變構(gòu)），這種調(diào)節(jié)物稱為正調(diào)節(jié)物（正別構(gòu)劑、正效應(yīng)物、別構(gòu)激活劑），相反，當(dāng)調(diào)節(jié)物結(jié)合后，使酶活力降低的稱為負(fù)別構(gòu)（負(fù)變構(gòu)），這種調(diào)節(jié)物稱為負(fù)調(diào)節(jié)物（負(fù)別構(gòu)劑、負(fù)效應(yīng)物、別構(gòu)抑制劑）。

④別構(gòu)酶的作用動(dòng)力學(xué)

a．別構(gòu)酶與底物或調(diào)節(jié)物結(jié)合，是有相互為用的協(xié)同性，稱為協(xié)同結(jié)合。由協(xié)同結(jié)合產(chǎn)生的效應(yīng)稱為協(xié)同效應(yīng)。

b．協(xié)同效應(yīng)有正、負(fù)之分，正協(xié)同效應(yīng)是指酶結(jié)合了一分子底物或調(diào)節(jié)物后，酶的構(gòu)象發(fā)生變化，這種新的構(gòu)象有利于后續(xù)的底物或調(diào)節(jié)物與酶的結(jié)合。與此相反，酶結(jié)合了一分子底物或調(diào)節(jié)物后所產(chǎn)生的新的構(gòu)象不利于后續(xù)的底物或調(diào)節(jié)物與酶的結(jié)合，稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。

7有哪些因素可影響酶的反應(yīng)速率？

答：影響酶反應(yīng)速率的因素：

酶促反應(yīng)的速率是受酶濃度、底物濃度、pH、溫度、激活劑、抑制劑、反應(yīng)產(chǎn)物和別構(gòu)效應(yīng)等因素的影響。

（1）酶濃度的影響

在有足夠底物的情況下，而又不受其他因素的影響，則酶的反應(yīng)速率與酶濃度成正比。

（2）底物濃度的影響

當(dāng)酶濃度、溫度和pH恒定時(shí)，在底物濃度很低的范圍內(nèi)，反應(yīng)初速與底物濃度成正比。當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)一定限度，所有的酶全部與底物結(jié)合后，反應(yīng)速率達(dá)最大值V_max，此時(shí)再增加底物也不能使反應(yīng)速率再增加。

（3）pH的影響

酶對(duì)pH的影響極端敏感，每一種酶只能在一定限度的pH范圍內(nèi)活動(dòng)，且有一個(gè)最適宜的pH。在最適pH時(shí)酶的反應(yīng)速率最大，若pH稍有變更，酶的反應(yīng)速率即受影響。

（4）溫度的影響

一般來(lái)說(shuō)，在一定溫度范圍內(nèi)，酶的活力隨溫度升高而增高，超過(guò)一定溫度界限，活力即下降。最高活力時(shí)的溫度即為酶的最適溫度。最適溫度與最適pH一樣，并不是一個(gè)固定不變的常數(shù)，其數(shù)值受底物濃度、離子強(qiáng)度、pH及反應(yīng)時(shí)間等因素的影響。

（5）激活劑的影響

廣義的激活劑包括：①增加酶活性的物質(zhì)；②使非活性的酶原變?yōu)榛钚悦傅奈镔|(zhì)。前者稱為酶的激活，有些酶需要加入某種離子或金屬后，活力才能增高；后者稱為酶原激活，酶原須經(jīng)剪切折疊激活后才能進(jìn)行催化作用。

（6）抑制劑的影響

廣義上講凡是使酶活力降低的作用都可以稱為酶的抑制作用。這里有2種情況：①由于酶蛋白變性酶的空間結(jié)構(gòu)改變使酶活力降低或喪失，這種現(xiàn)象嚴(yán)格來(lái)講不是抑制作用，而是失活作用或稱為鈍化作用；②由于酶的必需基團(tuán)或活性中心化學(xué)性質(zhì)的改變而引起酶活力降低或喪失，這才是真正的抑制作用。引起抑制作用的物質(zhì)稱為抑制劑。

（7）反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)酶作用的影響

除某些產(chǎn)物，如反應(yīng)產(chǎn)生的對(duì)酶無(wú)害的氣體，或反應(yīng)產(chǎn)生的不溶解的固體物質(zhì)外，一般反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)酶反應(yīng)速率都有抑制作用，如產(chǎn)物為酸或H₂O₂，則可使酶破壞。有些產(chǎn)物雖不破壞酶，但留在反應(yīng)體系中可以阻抑反應(yīng)的順利進(jìn)行（反饋抑制），根據(jù)質(zhì)量作用定律，在酶促反應(yīng)中，反應(yīng)產(chǎn)物的增加，顯然可阻抑中間產(chǎn)物的分解。

（8）雙底物反應(yīng)

雙底物反應(yīng)是指氧化還原酶和轉(zhuǎn)移酶催化的反應(yīng)。按反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，雙底物反應(yīng)可分為序列反應(yīng)和乒乓反應(yīng)兩大類。由于雙底物反應(yīng)機(jī)制的速度方程比單底物反應(yīng)要復(fù)雜得多，故不展開(kāi)敘述（考試多不涉及，僅記憶序列反應(yīng)和乒乓反應(yīng)定義即可）。①序列反應(yīng)又稱單置換反應(yīng)，是指所有底物都必須與酶結(jié)合后才發(fā)生反應(yīng)而釋放產(chǎn)物；②乒乓反應(yīng)又稱雙置換反應(yīng)，酶分子首先與一個(gè)底物結(jié)合，接著釋放一個(gè)產(chǎn)物，再與另一個(gè)底物結(jié)合，再釋放一個(gè)產(chǎn)物。

8K_m的意義是什么？K_m的數(shù)值說(shuō)明什么問(wèn)題？

答：（1）K_m的意義

①K_m是指反應(yīng)速率v達(dá)到最大反應(yīng)速率V一半時(shí)的底物濃度，稱為米氏常數(shù)。

②K_m不是ES的單獨(dú)解離常數(shù)，而是ES在參加酶促反應(yīng)中整個(gè)復(fù)雜化學(xué)平衡的解離常數(shù)。因?yàn)樵谝环N酶促反應(yīng)中，不是只有一種中間產(chǎn)物ES生成，而可能有一系列的ES生成。K_m代表整個(gè)反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速率的關(guān)系。

（2）K_m的數(shù)值說(shuō)明的問(wèn)題

①在嚴(yán)格條件下，不同酶有不同的K_m值，因而它是酶的重要物理常數(shù)，可通過(guò)測(cè)定K_m值鑒定不同的酶類。K_m值受底物、pH、溫度和離子強(qiáng)度等因素的影響，所以K_m是一個(gè)重要的物理常數(shù)是對(duì)一定的底物、pH、溫度和離子強(qiáng)度等而言的。

②一種酶可以作用于幾種底物，就有幾個(gè)K_m值，其中K_m值最小的底物稱為該酶的最適應(yīng)物。

③當(dāng)一定條件時(shí)，K_m表示ES的親和力。K_m值高表示E與S的親和力弱，K_m值低時(shí)表示親和力強(qiáng)。