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第二章 酶化学一、酶的概念、催化特点、化学本质一）酶概念 酶是由细胞产生的具有催化活性的蛋白质二）酶是生物催化剂 1．一般催化特点；2 ．特殊催化特点1．酶与一般催化剂的共同点 （1）能加快化学反应的速度，但不改变平衡点；（2）反应前后本身不发生变化； （3）降低反应所需的活化能 2．酶作为生物催化剂的特点 （1）高的催化效率 2）高的专一性（3）温和的反应条件 （4）酶在体内受到严格调控 （5）酶的催化活力与辅酶、辅基和金属离子有关 （6）易失活 （三）酶的化学本质 1．大多数酶是蛋白质（Most enzymes are proteins） 1926 年美国 Sumner 脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质 1930 年 Northrop 等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质 2．核酶 1982 年，T. Cech 等人发现四膜虫的 rRNA 前体能在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工，发现 RNA 有催化活性；1983 年美国 S.Altman 等，研究 RNaseP（由 20%蛋白质和 80%的 RNA 组成） ，发现 RNaseP 中的 RNA 可催化 E. coli tRNA 的前体加工。

（四）酶的组成 1．单纯蛋白质酶类 2．结合蛋白质酶类 3. 酶蛋白分子的组成特点：单体酶、寡聚酶、多酶复合体、多酶融合体全酶 = 酶蛋白 + 辅因子（金属离子、辅酶、辅基）（有活性） （无活性） （无活性）酶蛋白与辅因子单独存在时，均无催化活力，或活性很弱，结合在一起组成全酶后，才表现有明显的催化作用——辅酶、辅基与维生素（一）辅酶：指与酶蛋白结合比较松弛的小分子有机物质，通过透析方法可以除去如：辅酶Ⅰ 和辅酶Ⅱ 等二）辅基：是以共价键和酶蛋白结合，结合的较紧密，不能通过透析法除去，需要经过一定的化学处理才能与酶蛋白分开如：细胞色素氧化酶中的铁卟啉等辅酶、辅基往往是由维生素参与形成的小分子有机物（三）维生素维生素：维生素是维持机体生命活动不可缺少的一类小分子化合物，它既不是生物体构成成分，也不是能量物质，之所以对生命活动如此重要，是因为维生素是辅酶或辅基的组成成分，参与体内代谢过程特点1、种类多 2、需要量少 3、常需从食物中获得 4、大部分充当辅酶分类：脂溶： A D E K 维生素 硫辛酸（氧化型） 水溶： Vc VB: B1 B2 B3 B5 B12 B6 B7 B11硫辛酸（还原型）1.TPP：焦磷酸硫胺素（前体：硫胺素，含 B1)羧化酶的辅酶 与 α-酮酸氧化脱羧有关2.FMN FAD（核黄素的衍生物，含 B2）氧化还原酶的辅基（传递电子和质子）FAD FADH22FMN-FMNH3.NAD NADP（烟酰胺和烟酸衍生物，含 B5)脱氢酶的辅酶（传递电子和质子）亦称：辅酶Ⅰ 和辅酶ⅡNAD++(NADP+) NADH(NADPH)+H+4.CoASH(泛酸，含 B3)酰基转移酶的辅酶（酰基载体）.磷酸吡哆醛（胺） （含 B6)转氨和脱羧过程中的辅酶 转氨：通过醛、胺转化磷酸吡哆醛7.硫辛酸丙酮酸和 α-酮戊二酸脱氢酶复合体的辅酶，在氧化脱羧过程中起着传递氢和酰基的作用硫辛酸8.生物素（含 B7)许多羧化酶的辅酶，与专一性的酶蛋白结合而参与羧化反应生物素羧化酶的辅酶COHSHSH COHSSHCCHH2CCHNNHCSOH(CH2)4CO-其它维生素 C： ……维生素 C 能防治坏血病，又称抗坏血酸 ……维生素 A: ……维持正常视觉 ;缺乏，产生干眼病，发生夜盲症……维生素 D: ……维生素 D 具有抗佝偻病作用，调节钙、磷代谢…… 维生素 E： ……维生素 E 又称生育酚或抗不育维生素……维生素 K： ……促进血液凝固；缺乏，血凝时间延长 ……二、酶的命名和分类 1961 年国际酶学委员会（enzyme commission）提出的酶的命名和分类方法。

（2）两个底物参加反应时应同时列出，中间用冒号（:） 分开如其中一个底物为水时，水可略去例 1： 丙氨酸+α- 酮戊二酸 → 谷氨酸 +丙酮酸 丙氨酸:α- 酮戊二酸氨基转移酶 例 2： 脂肪+H2O → 脂酸+甘油 脂肪水解酶 2．习惯名称（recommended name ） （三）六大类酶催化反应的性质 1．氧化还原酶类（oxido-reductases） 催化氧化还原反应的酶，包括氧化酶类、脱氢酶类、过氧化氢酶、过氧化物酶等 （1）氧化酶类：催化底物脱氢，并氧化生成 H2O 或 H2O2 邻苯二酚氧化酶（EC 1.10.3.1，邻苯二酚：氧氧化酶） （2）脱氢酶类：直接催化底物脱氢 A·2H + B A + B·2H 2．转移酶类（transferases） 催化基团的转移 例：谷丙转氨酶（GPT） （EC 2.6.1.2，L-丙氨酸： α—酮戊二酸氨基转移酶） 3．水解酶类（hydrolases4．裂合酶类（lyases） 从底物移去一个基团而形成双键或逆反应 5．异构酶类6．连接酶类（ligases, 也称 synthetases 合成酶类） 将两个小分子合成一个大分子，通常需要 ATP 供能。

三、酶的分离、提纯及活力测定 OHOH+ 2邻 苯 二 酚 氧 化 酶 OO2 + 2H2O2乳 酸 丙 酮 酸COH CH3H + NAD+ COHCH3+ NADH + 乳 酸 脱 氢 酶乳 酸 丙 酮 酸乳 酸 脱 氢 酶?+CoA-SH+ATP ?-S-CoA+MP+Pi（一）酶的分离提纯 由于酶的特殊性，在提纯过程中要注意 :1．全部操作在低温 0～4℃ 2．在分离提纯过程中，不能剧烈搅拌 3．在提纯溶剂中加一些保护剂，如少量 EDTA、少量 β-巯基乙醇 4．在分离提纯过程中要不断测定酶活力和蛋白质浓度，从而求得比活力，还要计算总活力总活力＝单位体积的酶活力(U/ml)×分离溶液总体积(ml)（二）酶活力的测定 酶活力（enzyme activity, 也称酶活性） 酶活力的测定 1．测定酶活力时应注意几点 1）应测反应初速度（2）酶的反应速度一般用单位时间 内产物的增加量来表示 3）测酶活力时应使反应温度、pH、离子强度和底物浓度等因素保持恒定（4）测定酶反应速度时，应使[S]>>[E] 2．酶活力和比活力表示方式 （1）酶活力（enzyme activity） 酶活力的定义 酶活力的大小用酶活力单位来表示，简称酶单位（unit, U） 酶单位的定义(IU)一国际单位是指在最适条件下，每分钟催化 1μmol 底物减少或 1 μmol 产物生成所需的酶量 1972 年 Katal（简称 Kat）单位在最适条件下，每秒钟能使 1mol/L 底物转化为产物所需的酶量 Kat=6×107IU习惯上沿用的单位如 :乳酸脱氢酶的活力可用丙酮酸的增加量表示，也可用 340nm 光吸收的增加量来表示。

（2）酶的比活力（specific activity，也称比活性） U/mg 比活力：指每 mg 蛋白质所具有的酶活力，一般用蛋白质来表示，比活力说明酶的纯度 比活力= 酶活力（U/ml）/蛋白质浓度（mg/ml） 比活力有时也可用每 g 或每 ml 酶含多少个活力单位来表示 3）转换数（ （TN or kcat)在最适底物浓度时，每分钟或每秒钟每分子酶 转换底物的分子数4）分子活性（molecular activity） 在最适底物浓度时，每分钟每分子酶转换底物的分子数5）催化中心活性（catalytic center activity） 每分钟每一个催化中心所转换底物的分子数3. 酶活力的测定方法 （1）分光光度法（spectrophotometry） 该法要求酶的底物和产物在紫外或可见光部分光吸收不同 产物浓度[P](t)产物浓度乳 酸 + NAD+ 丙 酮 酸 + NADH + H+乳 酸 脱 氢 酶乳 酸 丙 酮 酸乳 酸 脱 氢 酶优点简便、迅速、准确 可检测到 10-9mol/L 水平的变化 例: 人血清乳酸脱氢酶活力的测定 L-乳酸 + NAD+ 丙酮酸 + NADH + H+ 。