第三章 酶化学

第三章酶化学1．试比较酶与非酶催化剂的异同点。

2．解释酶作用专一性的假说有哪些？各自的要点是什么？3．酶的习惯命名法的命名原则是什么？5．已知丙氨酸是某酶的底物结合部位上的一个氨基酸；一次突变丙氨酸转变为甘氨酸，但酶活性没有受到影响。

在另一次突变时，丙氨酸变成了谷氨酸，使该酶的活性明显丧失，请分析原因。

6．在一酶促反应中，若底物浓度为饱和，并有一种抑制剂存在，问：1）继续增加底物浓度，2）增加抑制剂浓度，反应速度将如何变化？为什么？8．何谓共价调节酶？举例说明其如何通过自身活性的变化实现对代谢的调节。

10．举例说明酶的专一性及其研究意义是什么？12．下表数据是在没有抑制剂存在或有不同浓度的抑制剂存在时测得的反应速度随底物浓度变化的情况：1）无抑制剂存在时，反应的最大速度和Km是多少？2）若有2mmol的抑制剂存在，反应的最大速度和Km又是多少？该抑制剂属于何种类型的抑制作用？EI复合物的解离常数是多少？3）若有100mmol的抑制剂存在，最大反应速度和Km又是多少？该种抑制剂属于何种类型的抑制作用？EI复合物的解离常数是多少？13．举例说明酶的竞争性抑制作用及其研究意义。

16．酶原及酶原激活的生物学意义是什么？17．为什么吸烟者患肺气肿的可能性较大？18．从一级结构看，胰蛋白酶含有13个赖氨酸和2个精氨酸，为什么胰蛋白酶不能水解自身？20．以E．coli天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）为例说明变构酶的结构特征及其在代谢调节中的作用？21．虽然凝血酶和胰蛋白酶的性质有许多相似之处，但胰蛋白酶原经自身催化可转变为胰蛋白酶，而凝血酶原不能，为什么？22．何谓同工酶？举例说明其分子结构的特征及研究意义？23．胰蛋白酶原的第2，3，4，5位氨基酸都是天门冬氨酸，这一结构特征的意义是什么？24．为什么胰脏酶原激活过程中产生的肽链的C一末端氨基酸一般是精或赖氨酸？27．为什么说N一磷乙酰基L一天门冬氨酸（PALA）是研究天门冬氨酸转氨甲酸酶（AT －Case）性质的特异性试剂？28．碱性磷酸酶水解1一磷酸葡萄糖产生葡萄糖和磷酸。

若用18O标记的水作为底物，18O 将掺入到葡萄糖还是磷酸分子中？29．何谓中间产物学说？有哪些证据可以说明ES中间复合物的存在？30·胰凝乳蛋白酶的竞争性抑制剂是β苯基丙酸盐，它可保护酶活性部位的组氨酸（His57）不被烷基化修饰，而非竞争性抑制剂却不能，为什么？31．为什么胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和羧肽酶A都不能水解脯氨酸参与形成的肽键（一X －Pro－）？参考答案1．酶具有一般催化剂的特征，如用量少而催化效率高；凡催化剂都能加快化学反应的速度，而其本身在反应前后没有结构和性质的改变；催化剂只能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能改变反应的平衡点，酶亦如此。

然而酶是生物大分子，具有其自身的特性，如1）催化效率高，2）酶的催化活性可被调节控制，3）具高度专一性等。

2．1）锁钥学说：是德国著名有机化学家，Emil Fisher提出来的。

他认为酶像一把锁，酶的底物或底物分子的一部分结构尤如钥匙一样，能专一性地插入到酶的活性中心部位，因而反应发生。

2）三点附着学说：该学说是A．Ogster在研究甘油激酶催化甘油转变为磷酸甘油时提出来的。

其要点是：立体对映体中的一对底物虽然基因相同，但空间排布不同；那么这些基团与酶活性中心的有关基团能否互相匹配不好确定。

只有三点都相互匹配时，酶才能作用于这个底物。

以上两种学说都把酶和底物之间的关系认为是“刚性的”，只能说明底物与酶的结合，不能说明催化。

因此属于“刚性模板”学说。

3）诱导楔合假说：1958年，Koshland提出了诱导楔合理论。

该学说的要点是：酶活性中心的结构具有可塑性，即酶分子本身的结构不是固定不变的。

当酶与其底物结合时，酶受到底物的诱导，其构象发生相应的改变，从而引起催化部位有关基团在空间位置上的改变；以利于酶的催化基团与底物的敏感键正确的楔合，形成酶一底物中间复合物。

3．习惯命名的原则是：1）根据催化的底物命名，如蛋白酶，淀粉酶等；2）根据所催化的反应性质命名，如脱氢酶，转氨酶，脱羧酶等；3）有些酶的命名是既根据所催化的底物，又根据所催化的反应性质。

如琥珀酸脱氢酶，乳酸脱氢酶等；4）有些酶的命名，除了上述原则外，再加上酶的来源及酶的其他特征，如胃蛋白酶，碱性磷酸酶等。

习惯命名法简单、易懂，应用历史较长，但缺乏系统性。

5．因丙氨酸、甘氨酸都是中性氨基酸，且侧链较小，而谷氨酸是酸性氨基酸，侧链较大；谷氨酸的酸性侧链可能使酶蛋白的构象发生改变，而导致酶活性的丧失；或者是谷氨酸的酸性侧链于扰了酶与底物的结合。

6．1）继续增加底物浓度，若为竞争性抑制剂则反应速度升高或不变化。

若为非竞争性抑制剂则反应速度不变。

2）增加抑制剂浓度，因底物为饱和状态，若该抑制剂为竞争性抑制剂，反应速度下降或不变化；若为非竞争性抑制剂，反应速度不变或下降。

不必考虑反竞争性抑制作用和不可逆的抑制作用。

8．共价调节酶，也称为共价修饰酶，是一类在其他酶的作用下，对其结构进行共价修饰，而使其在活性形式与非活性形式之间互相转变的酶。

如糖原磷酸化酶。

它的活性形式是糖原磷酸化酶a，可催化糖原的磷酸解反应。

酶的非活性形式是磷酸化酶b。

磷酸化酶b在其激酶的作用下，每个亚基上的第14位丝氨酸残基接受A TP提供的磷酸基被磷酸化。

两分子被磷酸化的磷酸化酶b形成四聚体的磷酸化酶a。

磷酸化酶a在磷酸化酶磷酸酶的作用下脱去磷酸基又可转变为磷酸化酶b。

因此，糖原磷酸化酶的活性形式和非活性形式之间的平衡，使磷酸基共价地结合到酶上或从酶上脱下，从而控制调节着磷酸化酶的活性，进而调节控制着糖原分解的速度。

10．酶的专一性，也称特异性，是指酶对其所催化的反应或反应物有严格的选择性。

一种酶往往只能催化一种或一类反应，作用于一种或一类物质，而一般催化剂无此现象。

如蛋白质、脂肪、淀粉都可被酸水解，但若用酶水解，蛋白酶只能水解蛋白质，脂肪酶只能水解脂肪。

又如脉酶，只催化尿素的分解，尿素分子的轻微改变，该酶都不能作用。

D－氨基酸氧化酶只能催化D型氨基酸的氧化脱氨基作用，而不能催化L－氨基酸的氧化脱氨基。

这种具有高度专一性的酶及有关多酶体系的存在，是生物体新陈代谢得以有条不紊地顺利进行的重要保证。

如果没有专一性的酶的存在，生物体内物质有规律的代谢过程就不存在，生命活动也就不存在，如由于某种酶的缺陷所导致的疾病，苯丙酮酸尿症，就是由于苯丙氨酸羟化酶的缺陷使苯丙氨酸不能转变为酪氨酸，苯丙氨酸只能通过转氨基作用代谢产生了较多的苯丙酮酸所致。

13．有些抑制剂的结构和某种酶底物的结构类似，它可与底物竞争，与酶的结合；当它与酶的活性中心结合后，底物就不能与酶结合；若底物先与酶结合，抑制剂就不能与酶结合；故在反应体系中若有竞争性抑制剂存在时，抑制剂与底物竞争与酶的结合，从而影响了底物与酶的结合，使反应速度下降。

磺胺类药物就是根据酶的竞争性抑制作用的原理而设计的。

由于某些细菌的生长繁殖，必须对氨基苯甲酸以合成叶酸；磺胺类药物的基本结构是对氨基苯磺胺衍生物，与对氨基苯甲酸的结构相似，可与对氨基苯甲酸竞争与叶酸合成酶结合，导致叶酸合成受阻，进而影响核普酸和核酸的合成。

人体能直接利用食物中的叶酸，细菌则不能直接利用外源的叶酸。

又如，别嘌呤醇可治疗“痛风症”也是根据酶的竞争性抑制原理（见11章）。

16．有些酶，如消化系统中的各种蛋白酶，以无活性的前体形式合成和分泌，然后输送到特定的部位；当功能需要时，经特异性蛋白酶的作用转变为有活性的酶而发挥作用。

此外还有执行防御功能的酶。

这些不具催化活性的酶的前体称为酶原。

如胃蛋白酶原，胰蛋白酶原和胰凝乳蛋白酶原等。

特定肽键的断裂所导致的酶原激活在生物机体中广泛存在，是生物体中存在的重要的调控酶活性的一种方式。

哺乳动物消化系统中的几种蛋白酶以无活性的酶原形式分泌出来，使其达到特定的部位后发挥作用，这具有保护消化道本身的生物学意义。

如果酶原的激活过程发生异常，将导致一系列疾病的发生。

出血性胰腺炎的发生就是由于蛋白酶原在未进入小肠时就被激活，激活的蛋白酶水解自身的胰腺细胞，导致胰腺出血、肿胀、腹部严重疼痛并伴有恶心呕吐等症状。

17．al一抗胰蛋白酶，也称为al一抗蛋白酶，能与弹性蛋白酶的活性部位不可逆结合而使酶失活。

因此它的存在可保护组织免受弹性蛋白酶的水解作用。

由于它对弹性蛋白酶的抑制作用大于对胰蛋白酶的抑制作用，所以al一抗胰蛋白酶应称为抗弹性蛋白酶；当弹性蛋白酶的活性不能有效地控制时，它将水解肺泡中的弹性蛋白而导致肺气肿。

有的肺气肿患者C 型突变体）血清中该抑制剂的水平很低，仅为正常人（纯合子）的15％。

其结果是，过量的弹性蛋白酶消化弹性纤维及其他的结缔组织蛋白质而导致肺气肿。

该病患者肺泡的弹性比正常人小，造成呼吸困难。

吸烟者患肺气肿的可能性较大，其原因是：吸烟使抑制剂分子中Met358被氧化；该蛋氨酸是弹性蛋白酶与抑制剂结合所必须的氨基酸。

蛋氨酸的侧链是一种引诱剂（bait），可选择性的诱捕弹性蛋白酶。

蛋氨酸氧化后的产物，蛋氨酸亚飒，不能诱捕弹性蛋白酶，不能保护组织免受弹性蛋白酶的水解作用而导致肺气肿。

18．因为胰蛋白酶分子的构象是高度折叠的，赖和精氨酸被埋于分子内部，且远离酶的活性部位。

20．别构酶一般为寡聚酶，含有两个或多个亚基。

每个亚基上都有活性部位。

别构酶通过酶分子本身构象的变化来改变酶的活性。

别构酶分子中除活性中心外，还有别构中心；它们可能存在于同一个亚基的不同部位上，也可能存在于不同的亚基上；若为后一种情况，存在别构中心的亚基一般为调节亚基。

别构酶的活性中心负责对底物的结合与催化，别构中心可结合调节物（effector），负责调节酶促反应的速度。

如E．coli天冬氨酸转氨甲酸酶，它催化天门冬氨酸和氨甲酸磷酸合成氨甲酸天门冬氨酸；这是呼唤生物合成途径中的第一步反应。

研究发现，该酶不仅被呼唤核苦酸合成途径中的终产物CTP反馈抑制，而且氨甲酸磷酸和天门冬氨酸与酶的结合具有协同性。

当终产物CTP水平高时，使酶与底物的亲和力降低而抑制酶的活性；当该酶的底物和A TP水平高时，使该酶产生正协同效应；迅速催化CTP 的合成。

因此，变构酶的底物、它所催化的反应途径的终产物通过调节酶活性的变化，共同调节着细胞内呼唤核苦酸生物合成的速度。

21．因凝血酶专一性水解精一甘（Arg－Gly）肽键，而凝血酶原转变为凝血酶时，只需精一苏（Arg－Thr）和精一异亮（Arg－lie）两个肽键的断裂，因此，凝血酶原不能经凝血酶的作用转变为凝血酶。

22，研究发现，不同生物种类，不同器官和组织来源的酶，可作用于同一底物，催化相同的化学反应。

但分子结构，其他化学性质可以不同。