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生物第三章 酶与辅酶


第三章

酶与辅酶

一、知识要点
在生物体的活细胞中每分每秒都进行着成千上万的大量生物化学反应,而这些反应却能有条不 紊地进行且速度非常快,使细胞能同时进行各种降解代谢及合成代谢,以满足生命活动的需要。生 物细胞之所以能在常温常压下以极高的速度和很大的专一性进行化学反应,这是由于生物细胞中存 在着生物催化剂——酶。酶是生物体活细

胞产生的具有特殊催化能力的蛋白质。 酶作为一种生物催化剂不同于一般的催化剂,它具有条件温和、催化效率高、高度专一性和酶 活可调控性等催化特点。酶可分为氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类和合 成酶类六大类。酶的专一性可分为相对专一性、绝对专一性和立体异构专一性,其中相对专一性又 分为基团专一性和键专一性,立体异构专一性又分为旋光异构专一性、几何异构专一性和潜手性专 一性。 影响酶促反应速度的因素有底物浓度(S) 、酶液浓度(E) 、反应温度(T) 、反应 pH 值、激活 剂(A)和抑制剂(I)等。其中底物浓度与酶反应速度之间有一个重要的关系为米氏方程,米氏常 数(Km)是酶的特征性常数,它的物理意义是当酶反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。 竞争性抑制作用、 非竞争性抑制作用和反竞争性抑制作用分别对 Km 值与 Vmax 的影响是各不相同的。 酶的活性中心有两个功能部位,即结合部位和催化部位。酶的催化机理包括过渡态学说、邻近 和定向效应、锁钥学说、诱导楔合学说、酸碱催化和共价催化等,每个学说都有其各自的理论依据, 其中过渡态学说或中间产物学说为大家所公认,诱导楔合学说也为对酶的研究做了大量贡献。 胰凝乳蛋白酶是胰脏中合成的一种蛋白水解酶,其活性中心由 Asp102、His57 及 Ser195 构成一个 电荷转接系统,即电荷中继网。其催化机理包括两个阶段,第一阶段为水解反应的酰化阶段,第二 阶段为水解反应的脱酰阶段。 同工酶和变构酶是两种重要的酶。同工酶是指有机体内能催化相同的化学反应,但其酶蛋白本 身的理化性质及生物学功能不完全相同的一组酶; 变构酶是利用构象的改变来调节其催化活性的酶, 是一个关键酶,催化限速步骤。 酶技术是近年来发展起来的,现在的基因工程、遗传工程、细胞工程、酶工程、生化工程和生 物工程等领域都有酶技术的参与。 维生素是生物生长和生命活动中所必需的微量有机物,在天然食物中含量极少,人体自身不能 合成,必须从食物中摄取。这些维生素既不是构成各种组织的主要原料,也不是体内能量的来源, 它们的生理功能主要是在物质代谢过程中起着非常重要的作用,因代谢过程离不开酶,而结合蛋白 酶中的辅酶和辅基绝大多数都含有维生素成份。机体缺乏某种维生素时,代谢受阻,表现出维生素 缺乏症,而植物体内能合成维生素。

(一)填空题
1.酶是 产生的,具有催化活性的 。 2.酶具有 、 、 和 等催化特点。 3.影响酶促反应速度的因素有 、 、 、 、 和 。 4.胰凝乳蛋白酶的活性中心主要含有 、 、和 基,三者构成一个氢键体系,使其 中的 上的 成为强烈的亲核基团,此系统称为 系统或 。 5.与酶催化的高效率有关的因素有 、 、 、 、 等。 6.丙二酸和戊二酸都是琥珀酸脱氢酶的 抑制剂。 7.变构酶的特点是: (1) , (2) ,它不符合一般的 , 当以 V 对[S]作图时,它表现出 型曲线,而非 曲线。它是 酶。 8.转氨酶的辅因子为 即维生素 。其有三种形式,分别为 、 、 , 其中 在氨基酸代谢中非常重要,是 、 和 的辅酶。 9.叶酸以其 起辅酶的作用,它有 和 两种还原形式,后者的功能作为 载体。 10. 一条多肽链 Asn-His-Lys-Asp-Phe-Glu-Ile-Arg-Glu-Tyr-Gly-Arg 经胰蛋白酶水解可得到 个多肽。 11.全酶由 和 组成,在催化反应时,二者所起的作用不同,其中 决定酶的专一性 和高效率, 起传递电子、原子或化学基团的作用。 12.辅助因子包括 、 和 等。其中 与酶蛋白结合紧密,需要 除去,

与酶蛋白结合疏松,可以用 除去。 13.T.R.Cech 和 S.Alman 因各自发现了 而共同获得 1989 年的诺贝尔奖(化学奖) 。 14 . 根 据 国 际 系 统 分 类 法 , 所 有 的 酶 按 所 催 化 的 化 学 反 应 的 性 质 可 分 为 六 类 、 、 、 、 、 和 。 15.根据国际酶学委员会的规定,每一种酶都有一个唯一的编号。醇脱氢酶的编号是 EC1.1.1.1,EC 代表 ,4 个数字分别代表 、 、 和 。 16 . 根 据 酶 的 专 一 性 程 度 不 同 , 酶 的 专 一 性 可 以 分 为 、 、 和 。 17.酶的活性中心包括 和 两个功能部位,其中 直接与底物结 合,决定酶的专一性, 是发生化学变化的部位,决定催化反应的性质。 18.酶活力是指 ,一般用 表示。 19. 通常讨论酶促反应的反应速度时, 指的是反应的 速度, 即 时测得的反应速度。 20.解释别构酶作用机理的假说有 模型和 模型两种。 21.固定化酶的优点包括 , , 等。 22.pH 值影响酶活力的原因可能有以下几方面:影响 ,影 响 ,影响 。 23.温度对酶活力影响有以下两方面:一方面 ,另一方面 。 24.脲酶只作用于尿素,而不作用于其他任何底物,因此它具有 专一性;甘油激酶可 以催化甘油磷酸化,仅生成甘油-1-磷酸一种底物,因此它具有 专一性。 25.酶促动力学的双倒数作图(Lineweaver-Burk 作图法) ,得到的直线在横轴的截距为 , 纵轴上的截距为 。 26.磺胺类药物可以抑制 酶,从而抑制细菌生长繁殖。 27.判断一个纯化酶的方法优劣的主要依据是酶的 和 。 28.维生素是维持生物体正常生长所必需的一类_________有机物质。主要作用是作为_________的 组分参与体内代谢。 29.根据维生素的___________性质,可将维生素分为两类,即____________和____________。 30.维生素 B1 由__________环与___________环通过__________相连,主要功能是以__________形 式,作为____________和____________的辅酶,转移二碳单位。 31.维生素 B2 的化学结构可以分为二部分,即____________和____________,其中____________原 子上可以加氢,因此有氧化型和还原型之分。 32. 维生素 B3 由__________与_________通过___________相连而成, 可以与__________, _________ 和 ___________ 共 同 组 成 辅 酶 ___________ , 作 为 各 种 ____________ 反 应 的 辅 酶 , 传 递 ____________。 33.维生素 B5 是_________衍生物,有_________,_________两种形式,其辅酶形式是________与 _________,作为_______酶的辅酶,起递______作用。 34.生物素可看作由____________,____________,____________三部分组成,是____________的 辅酶,在____________的固定中起重要的作用。 35.维生素 B12 是唯一含____________的维生素,由____________,____________和氨基丙酸三部 分组成,有多种辅酶形式。其中____________是变位酶的辅酶,____________是转甲基酶的辅 酶。 36.维生素 C 是____________的辅酶,另外还具有____________作用等。

(二)选择题
1.酶的活性中心是指: A.酶分子上含有必需基团的肽段 B.酶分子与底物结合的部位 C.酶分子与辅酶结合的部位 D.酶分子发挥催化作用的关键性结构区 E.酶分子有丝氨酸残基、二硫键存在的区域 2.酶催化作用对能量的影响在于: A.增加产物能量水平 B.降低活化能 C.降低反应物能量水平 D.降低反应的自由能 E.增加活化能

3.竞争性抑制剂作用特点是: A.与酶的底物竞争激活剂 B.与酶的底物竞争酶的活性中心 C.与酶的底物竞争酶的辅基 D.与酶的底物竞争酶的必需基团; E.与酶的底物竞争酶的变构剂 4.竞争性可逆抑制剂抑制程度与下列那种因素无关: A.作用时间 B.抑制剂浓度 C.底物浓度 D.酶与抑制剂的亲和力的大小 E.酶与底物的亲和力的大小 5.哪一种情况可用增加[S]的方法减轻抑制程度: A.不可逆抑制作用 B.竞争性可逆抑制作用 C.非竞争性可逆抑制作用 D.反竞争性可逆抑制作用 E.无法确定 6.酶的竞争性可逆抑制剂可以使: A.Vmax 减小,Km 减小 B.Vmax 增加,Km 增加 C.Vmax 不变,Km 增加 D.Vmax 不变,Km 减小 E.Vmax 减小,Km 增加 7.下列常见抑制剂中,除哪个外都是不可逆抑制剂: A 有机磷化合物 B 有机汞化合物 C 有机砷化合物 D 氰化物 E 磺胺类药物 8.酶的活化和去活化循环中,酶的磷酸化和去磷酸化位点通常在酶的哪一种氨基酸残基上: A.天冬氨酸 B.脯氨酸 C.赖氨酸 D.丝氨酸 E.甘氨酸 + 9.在生理条件下,下列哪种基团既可以作为 H 的受体,也可以作为 H+的供体: A.His 的咪唑基 B.Lys 的 ε 氨基 C.Arg 的胍基 D.Cys 的巯基 E.Trp 的吲哚基 10.对于下列哪种抑制作用,抑制程度为 50%时,[I]=Ki : A.不可逆抑制作用 B.竞争性可逆抑制作用 C.非竞争性可逆抑制作用 D.反竞争性可逆抑制作用 E.无法确定 11.下列辅酶中的哪个不是来自于维生素: A.CoA B.CoQ C.PLP D.FH2 E.FMN 12.下列叙述中哪一种是正确的: A.所有的辅酶都包含维生素组分 B.所有的维生素都可以作为辅酶或辅酶的组分 C.所有的 B 族维生素都可以作为辅酶或辅酶的组分 D.只有 B 族维生素可以作为辅酶或辅酶的组分 13.多食糖类需补充: A.维生素 B1 B.维生素 B2 C.维生素 B5 D.维生素 B6 E.维生素 B7 14.多食肉类,需补充: A.维生素 B1 B.维生素 B2 C.维生素 B5 D.维生素 B6 E.维生素 B7 15.以玉米为主食,容易导致下列哪种维生素的缺乏: A.维生素 B1 B.维生素 B2 C.维生素 B5 D.维生素 B6 E.维生素 B7 16.下列化合物中除哪个外,常作为能量合剂使用: A.CoA B.ATP C.胰岛素 D.生物素 17.下列化合物中哪个不含环状结构: A.叶酸 B.泛酸 C.烟酸 D.生物素 E.核黄素 18.下列化合物中哪个不含腺苷酸组分: A.CoA B.FMN C.FAD D.NAD+ E.NADP+ 19.需要维生素 B6 作为辅酶的氨基酸反应有: A.成盐、成酯和转氨 B.成酰氯反应 C.烷基化反应 D.成酯、转氨和脱羧 E.转氨、脱羧和消旋

三、习题解答
(一)填空题
1.活细胞;蛋白质 2.高效性;专一性;作用条件温和;受调控

3.[E];[S];pH;T(温度) ;I(抑制剂) ;A(激活剂) 4.Ser195;His57;Asp102;Ser195;氧原子;电荷转接;电荷中继网 5.邻近效应;定向效应;诱导应变;共价催化;活性中心酸碱催化 6.竞争性 7.由多个亚基组成;除活性中心外还有变构中心;米氏方程;S;双;寡聚酶 8.磷酸吡哆醛;VB6;磷酸吡哆醛;磷酸吡哆胺;磷酸吡哆醇;磷酸吡哆醛;转氨酶;脱羧酶;消 旋酶 9.还原性产物;DHFA;THFA;一碳单位 10.三 11.酶蛋白;辅助因子;酶蛋白;辅助因子 12.辅酶;辅基;金属离子;辅基;化学方法处理;辅酶;透析法 13.核酶(具有催化能力的 RNA) 14.氧化还原酶类;转移酶类;水解酶类;裂合酶类;异构酶类;合成酶类 15.酶学委员会;氧化还原酶类;作用-CHOH 基团的亚类;受体 NAD+或 NADP+的亚亚类;序号为 1 16.绝对专一性;相对专一性;立体专一性 17.结合部位;催化部位;结合部位;催化部位 18.酶催化化学反应的能力;一定条件下,酶催化某一化学反应的反应速度 19.初;底物消耗量<5% 20.齐变;序变 21.稳定性好;可反复使用;易于与反应液分离 22.底物分子的解离状态;酶分子的解离状态;中间复合物的解离状态 23.温度升高,可使反应速度加快;温度太高,会使酶蛋白变性而失活 24.绝对;立体 25.-1/Km;1/Vmax 26.二氢叶酸合成酶 27.比活力;总活力 28.微量;辅酶 29.溶解;水溶性维生素;脂溶性维生素 30.嘧啶;噻唑;亚甲基;TPP;脱羧酶;转酮酶 31.二甲基异咯嗪基;核糖醇基;1,10 位氮 32.丁酸衍生物;β -丙氨酸;酰胺键;巯基乙胺;焦磷酸;3’-AMP;CoA;酰化;酰基 33.吡啶;烟酸;烟酰胺;NAD+;NADP+;脱氢;氢 34.尿素;噻吩;戊酸侧链;羧化酶;CO2 35.金属元素;咕啉环;核苷酸;5’-脱氧腺苷钴胺素;甲基钴胺素 36.羟化;解毒

(二)选择题
1.D:酶活性中心有一个结合部位和一个催化部位,分别决定专一性和催化效率,是酶分子发挥作 用的一个关键性小区域。 2.B:酶是生物催化剂,在反应前后没有发生变化,酶之所以能使反应快速进行,就是它降低了反 应的活化能。 3.B:酶的竞争性抑制剂与酶作用的底物的结构基本相似,所以它与底物竞争酶的活性中心,从而 抑制酶的活性,阻止酶与底物反应。 4.A:竞争性可逆抑制剂抑制程度与底物浓度、抑制剂浓度、酶与抑制剂的亲和力、酶与底物的亲 和力有关,与作用时间无关。 5.B:竞争性可逆抑制作用可用增加[S]的方法减轻抑制程度。 6.C:酶的竞争性可逆抑制剂可以使 Vmax 不变,Km 增加。 7.E:磺胺类药物是竞争性可逆抑制剂。 8.D:蛋白激酶可以使 ATP 分子上的γ -磷酸转移到一种蛋白质的丝氨酸残基的羟基上,在磷酸基 的转移过程中, 常伴有酶蛋白活性的变化, 例如肝糖原合成酶的磷酸化与脱磷酸化两种形式对糖 原合成的调控是必需的。

9.A:His 咪唑基的 pK 值在 6.0~7.0 之间,在生理条件下一半解离,一半未解离,解离的部分可以 作为 H+的受体,未解离的部分可以作为 H+的供体。 10.C:对于非竞争性可逆抑制作用,抑制程度为 50%时,[I]=Ki。 11.B:CoQ 不属于维生素,CoA 是维生素 B3 的衍生物,PLP 是维生素 B6 的衍生物,FH2 是维生素 B11 的衍生物,FMN 是维生素 B2 的衍生物。 12.C:很多辅酶不包含维生素组分,如 CoQ 等;有些维生素不可以作为辅酶或辅酶的组分,如维 生素 E 等;所有的 B 族维生素都可以作为辅酶或辅酶的组分,但并不是只有 B 族维生素可以作 为辅酶或辅酶的组分,如维生素 K 也可以作为γ -羧化酶的辅酶。 13.A:维生素 B1 以辅酶 TPP 的形式参与代谢,TPP 是丙酮酸脱氢酶系、α -酮戊二酸脱氢酶系、转 酮酶等的辅酶,因此与糖代谢关系密切。多食糖类食物消耗的维生素 B1 增加,需要补充。 14.D:维生素 B6 以辅酶 PLP,PMP 的形式参与氨基酸代谢,是氨基酸转氨酶、脱羧酶和消旋酶的 辅酶,因此多食用蛋白质类食物消耗的维生素 B6 增加,需要补充。 15. 玉米中缺少合成维生素 B5 的前体—色氨酸, C: 因此以玉米为主食, 容易导致维生素 B5 的缺乏。 16.D:CoA、ATP 和胰岛素常作为能量合剂使用。 17.B:泛酸是 B 族维生素中唯一不含环状结构的化合物。 18.B:FMN 是黄素单核苷酸,不含腺苷酸组分。 19.E:VB6 以辅酶 PLP,PMP 的形式参与氨基酸代谢,是氨基酸转氨酶、脱羧酶和消旋酶的辅酶。


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