第九章酶促反应动力学
提要
酶促反应动力学是研究酶促反应的速率以及影响此速率各种因素的科学。它是以化学动力学为基础讨论底物浓度、抑制剂、pH、温度及激活剂等因素对酶反应速率的影响。化学动力学中在研究化学反应速率与反应无浓度的关系时，常分为一级反应、二级反应及零级反应。研究证明，酶催化过正的第一步是生成酶-底物中间产物，Michaelis-Menten该呢举中间产物学说的理论推导出酶反应动力学方程式，即Km、Vmax、kcat、kcat/Km。Km是酶的一个特征常数，以浓度为单位，Km有多种用途，通过直线作图法可以得到Km及Vmax。Kcat称为催化常数，又叫做转换数（TN值），它的单位为s-1，kcat值越大，表示酶的催化速率越高。kcat/Km常用来比较酶催化效率的参数。酶促反应除了单底物反应外，最常见的为双底物反应，按其动力学机制分为序列反应和乒乓反应，用动力学直线作图法可以区分。
酶促反应速率常受抑制剂影响，根据抑制剂与酶的作用方式及抑制作用是否可逆，将抑制作用分为可逆抑制作用及不可逆抑制作用。根据可逆抑制剂与底物的关系分为竞争性抑制、非竞争性抑制及反竞争性抑制3类，可以分别推导出抑制作用的动力学方程。竞争性抑制可以通过增加底物浓度而解除，其动力学常数Kˊm变大，Vmax不变；非竞争性抑制Km不变，Vˊmax变小；反竞争性抑制Kˊm及Vˊmax均变小。通过动力学作图可以区分这3种类型的可逆抑制作用。可逆抑制剂中最重要的是竞争性抑制，过度态底物类似物为强有力的竞争性抑制剂。不可逆抑制剂中，最有意义的为专一性Ks型及kcat型不可逆抑制剂。研究酶的抑制作用是研究酶的结构与功能、酶的催化机制、阐明代谢途径以及设计新药物的重要手段。
温度、pH及激活剂都会对酶促反应速率产生重要影响，酶反应有最适温度及最适pH，要选择合适的激活剂。在研究酶促反应速率及测定酶的活力时，都应选择酶的最适反应条件。
习题
1.当一酶促反应进行的速率为Vmax的80%时，在Km和[S]之间有何关系？[Km=0.25[S]]
解：根据米氏方程：V=Vmax[S]/(Km+[S])得：
0.8Vmax=Vmax[S]/(Km+[S])
Km=0.25[S]
2.过氧化氢酶的Km值为2.5×10-2 mol/L，当底物过氧化氢浓度为100mol/L时，求在此浓度下，过氧化氢酶被底物所饱和的百分数。[80%]
解：f ES=[S]/（Km+[S]）=100×10-3/(2.5×10-2+100×10-3)=80%
3.由酶反应S→P测得如下数据：
[S]/molL-1V/nmolL-1min-1
6.25×10-615.0
7.50×10-556.25
1.00×10-460.0
1.00×10-374.9
1.00×10-275.0
（1）计算Km及Vmax。[Km：2.5×10-5，Vmax：75 nmolL-1min-1]
（2）当[S]= 5×10-5 mol/L时，酶催化反应的速率是多少？[50.0 nmolL-1min-1]
（3）若[S]= 5×10-5 mol/L时，酶的浓度增加一倍，此时V是多少？[100 nmolL-1min-1]
（4）表中的V是根据保温10min产物生成量计算出来的，证明V是真正的初速率。
解：（1）由米氏方程得：
15=Vmax·6.25×10-6/ (Km+6.25×10-6)……① 60=Vmax·10-4/（Km+10-4）……②
由①、②得：Km=2.5×10-5，Vmax=75 nmolL-1min-1
（2）V=75×5×10-5/（2.5×10-5+5×10-5）=50.0 nmolL-1min-1
（3）50×2=100 nmolL-1min-1
（4）带如米氏方程可验证。
5.某酶的Km为4.7×10-5molL-1，Vmax为22μmolL-1min-1，底物浓度为2×10-4molL-1。试计算：（1）竞争性抑制剂，（2）非竞争性抑制剂，（3）反竞争性抑制剂的浓度均为5×10-4molL-1时的酶催化反映速率？这3中情况的Ki值都是3×10-4 molL-1，（4）上述3种情况下，抑制百分数是多少？[（1）13.54μmolL-1 min-1，24%；（2）
6.68μmolL-1 min-1，62.5%；（3）
7.57μmolL-1 min-1，57.5%]
解：（1）竞争性抑制剂的米氏方程为：V=Vmax[S]/(Km(1+[I]/Ki)+[S])
代入数据得：V=13.54μmolL-1 min-1
i%=（1-a）×100%=（1-Vi/Vo）×100%=24%
（2）非竞争性抑制剂的米氏方程为：V=Vmax[S]/((Km+[S])(1+[I]/Ki))
代入数据得：V=6.68μmolL-1 min-1
i%=（1-a）×100%=（1-Vi/Vo）×100%=62.5%
（3）反竞争性抑制剂的米氏方程：V=Vmax[S]/(Km+[S](1+[I]/Ki))
代入数据得：V=7.57μmolL-1 min-1
i%=（1-a）×100%=（1-Vi/Vo）×100%=57.5%
6．今制得酶浓度相同、底物浓度不同的几个反应混合液，并测得反应初速率，数据见下表。请利用“Eadie-Hofstee”方程式，用图解法求出Km值及Vmax值。这种作图法与Lineweaver-Burk作图法比较有何优点？[Vmax=160μmolL-1 min-1,Km=8.0×10-5 molL-1]
[S]/molL-1V/μmolL-1min-1
4.0×10-4130
2.0×10-4110
1.0×10-489
5.0×10-562
4.0×10-553
2.5×10-538
2.0×10-532
解：将米氏方程改写成：V=Vmax-Km·V/[S],以V-V/[S]作图，得一直线，其纵截距为Vmax，斜率为-Km，由图得Vmax=160μmolL-1min-1,Km=8.0×10-5 molL-1
优点：实验点相对集中于直线上，Km和Vmax测定值较准确。
7.对一个遵从米氏方程的酶来说，当底物浓度[S]=Km，竞争抑制剂浓度[I]=Ki时，反应的初速率是多少？[V=1/3Vmax]
解：根据米氏方程可得：V=Vmax[S]/ (Km(1+[I]/Ki)+[S]),其中[S]=Km，[I]=Ki V= VmaxKm/ (Km(1+Ki/Ki)+Km)=1/3 Vmax
8.用下列表中数据确定此酶促反应：（1）无抑制剂和有抑制剂的Vmax和Km值。[无抑制剂时Km=1.1×10-5molL-1，Vmax=50μmolL-1min-1，有抑制剂时：Km=3.1×10-5molL-1，Vmax=50μmolL-1min-1]（2）EI复合物的解理常数Ki。[Ki= 1.10×10-3molL-1]
解：（1）无抑制剂时：V=Vmax[S]/(Km+[S])，将表中数据代入此式可得Km=1.1×10molL，Vmax=45.1μmolL-1min-1
对表中数据用V对[S]作图，求Km值，可判断有抑制剂时，Km值明显增大，故该抑制剂应为竞争性抑制剂。据V=Vmax[S]/(Km(1+[I]/Ki)+[S])以及Vmax不变的性质可得，此时Vmax=45.1μmolL-1min-1，Km=3.1×10-5 molL-1，Ki= 1.10×10-3molL-1
9．同上。
10.从速率对底物浓度作图9-31中，求出下列参数（反应混合物中酶量为10-3μmol）。（1）Km；（2）Vmax；（3）kcat/Km；(4)转换数。[Km:5×10-4molL-1；Vmax:6μmolL-1min-1；kcat/Km: 2×105mol-1Ls-1；转换数:100s-1]
解：Vmax=kcat·[Et]=k3·[E]=k3·[ES]
11.下面的叙述哪一个是正确的？胰凝乳蛋白酶的转换数100s-1，DNA聚合酶是15s-1。
（1）胰凝乳蛋白酶结合第五比DNA聚合酶有更高的亲和性。
（2）胰凝乳蛋白酶反映速率比DNA聚合酶反映速率更大。
（3）在特别的酶浓度和饱和底物水平下胰凝乳蛋白酶反应速率比DNA聚合酶在相同条件下更低。（4）在饱和底物水平下，两种酶的反应速率，假若DNA聚合酶反应速率的6.7倍则与胰凝乳蛋白酶相等。
12.今有一酶反应，它符合Michaelis-Menten动力学，其Km为1×10-6molL-1。底物浓度为0.1 molL-1时，反应初速度为0.1μmolL-1min-1。试问：底物浓度分别为10-2molL-1、10-3molL-1和10-6molL-1时的反应初速率是多少？[1×10-7 molL-1min-1，5×10-8 molL-1min-1]
解：∵Km=1×10-6molL-1《[S]=0.1molL-1∴V=Vmax=0.1μmolL-1min-1
将题中数据代入米氏方程：V=Vmax[S]/(Km+[S])得：设[S]=xKm
V=Vmax·xKm/((x+1)Km)=x/(x+1)·Vmax=1/(1+1/x)·Vmax
V1=0.1 V2=0.09998 V3=1/2·Vmax=0.05
13．假设2×10-4molL-1的[I]抑制了一个酶催化反应的75%，计算这个非竞争性抑制剂的Ki？[6.66×10-5 molL-1]
解：i%=（1-a）×100%=（1-Vi/Vo）×100%=75% Vi/Vo=1/4 → Vo=4Vi……①再根据无抑制剂时的米氏方程：Vo=Vmax[S]/(Km+[S])……②
加入非竞争性抑制剂时：V=Vˊmax[S]/((Km+[S])(1+[I]/Ki))……③，此时Vmax变小，Km不变。
由①②③得：Ki=2×10-4/（4·Vˊmax/ Vmax-1） Vˊmax = Vmax
Ki=6.66×10-5 molL-1
14.如果Km为2.9×10-4molL-1。Ki为2×10-5mol/L。在底物浓度为1.5×10-3mol/L时，要得到75%的抑制，需竞争性抑制剂的浓度是多少？[3.7×10-4mol/L]
解：i%=（1-a）×100%=（1-Vi/Vo）×100%=75% Vi/Vo=1/4 → Vo=4Vi……①再根据无抑制剂时的米氏方程：Vo=Vmax[S]/(Km+[S])……②
加入竞争性抑制剂时：V=Vˊmax[S]/(Kˊm(1+[I]/Ki) +[S])……③，此时Vmax变小，Km不变。
由①②③得：[I]=4KmKi/Kˊm-Ki+3[S][Ki]/Kˊm
加入抑制剂时，Km=Kˊm ∴[I]= 3.7×10-4mol/L
15.举例说明什么是Ks型和kcat型不可逆抑制剂。什么是过度态底物类似物？它属于何种类型抑制剂？
答：Ks型抑制剂根据底物的化学结构设计，具有底物类似的结构，可以和相应的酶结合，同时还代有一个活泼的化学基团，能与酶分子中的必需基团反应进行化学修饰，从而抑制酶。因其专一性取决于抑制剂与活性部位必需基团在反应前形成非共价络合物的解离常数以及非活性部位同类基团形成非共价络合物的解离常数之比，即Ks比值，故这类抑制剂称不可逆Ks抑制剂。例如：胰蛋白酶要求催化的底物具有一个带正电荷的侧链，如Lys、Arg侧链。对甲苯磺酰-L-赖氨酰氯甲酮（TLCK）和胰蛋白酶活性部位必需集团His57共价结合，引起不可逆失活。
Kcat型不可逆抑制剂具有天然底物的类似结构，其本身也是酶的底物，能与酶结合发生类似于底物的变化。但抑制剂还有一个潜伏的反应基团，当酶对它进行催化反应时，这个潜伏反映基团被暴露或活化，并作用于酶活性部位的必需基团或酶的辅基，使酶不可逆失活，其专一性极高。例如β-卤代-D-Ala是细菌中丙氨酸消旋酶（AR）的不可逆抑制剂，属于磷酸吡哆醛类的自杀性底物。
过渡态底物类似物是化学结构类似过渡态底物（底物和酶结合成中间复合物后被活化的过渡形式）的抑制剂，属于竞争性抑制剂，如嘌呤腺苷水合形成是小牛脱氨酶反应过渡类似物。
生物化学习题 蛋白质 —、填空题 1. 氨基酸的等电点（pl）是指—水溶液中，氨基酸分子净电荷为0时的溶液PH值。 2. 氨基酸在等电点时，主要以_兼性一离子形式存在,在pH>pI的溶液中，大部分以负/阴离子形式存在,在pH 第一章糖类 提要 糖类是四大类生物分子之一，广泛存在于生物界，特别是植物界。糖类在生物体内不仅作为结构成分和主要能源，复合糖中的糖链作为细胞识别的信息分子参与许多生命过程，并因此出现一门新的学科，糖生物学。 多数糖类具有(CH2O)n的实验式，其化学本质是多羟醛、多羟酮及其衍生物。糖类按其聚合度分为单糖，1个单体；寡糖，含2-20个单体；多糖，含20个以上单体。同多糖是指仅含一种单糖或单糖衍生物的多糖，杂多糖指含一种以上单糖或加单糖衍生物的多糖。糖类与蛋白质或脂质共价结合形成的结合物称复合糖或糖复合物。 单糖，除二羟丙酮外，都含有不对称碳原子(C*)或称手性碳原子，含C*的单糖都是不对称分子，当然也是手性分子，因而都具有旋光性，一个C*有两种构型D-和L-型或R-和S-型。因此含n个C*的单糖有2n个旋光异构体，组成2n-1对不同的对映体。任一旋光异构体只有一个对映体，其他旋光异构体是它的非对映体，仅有一个C*的构型不同的两个旋光异构体称为差向异构体。 单糖的构型是指离羧基碳最远的那个C*的构型，如果与D-甘油醛构型相同，则属D系糖，反之属L 系糖，大多数天然糖是D系糖Fischer E论证了己醛糖旋光异构体的立体化学，并提出了在纸面上表示单糖链状立体结构的Fischer投影式。许多单糖在水溶液中有变旋现象，这是因为开涟的单糖分子内醇基与醛基或酮基发生可逆亲核加成形成环状半缩醛或半缩酮的缘故。这种反应经常发生在C5羟基和C1醛基之间，而形成六元环砒喃糖(如砒喃葡糖)或C5经基和C2酮基之间形成五元环呋喃糖(如呋喃果糖)。成环时由于羰基碳成为新的不对称中心，出现两个异头差向异构体，称α和β异头物，它们通过开链形式发生互变并处于平衡中。在标准定位的Hsworth式中D-单糖异头碳的羟基在氧环面下方的为α异头物，上方的为β异头物，实际上不像Haworth式所示的那样氧环面上的所有原子都处在同一个平面，吡喃糖环一般采取椅式构象，呋喃糖环采取信封式构象。 单糖可以发生很多化学反应。醛基或伯醇基或两者氧化成羧酸，羰基还原成醇；一般的羟基参与成脂、成醚、氨基化和脱氧等反应；异头羟基能通过糖苷键与醇和胺连接，形成糖苷化合物。例如，在寡糖和多糖中单糖与另一单糖通过O-糖苷键相连，在核苷酸和核酸中戊糖经N-糖苷键与心嘧啶或嘌呤碱相连。 生物学上重要的单糖及其衍生物有Glc, Gal，Man, Fru,GlcNAc, GalNAc,L-Fuc,NeuNAc (Sia),GlcUA 等它们是寡糖和多糖的组分,许多单糖衍生物参与复合糖聚糖链的组成，此外单糖的磷酸脂，如6-磷酸葡糖，是重要的代谢中间物。 蔗糖、乳糖和麦芽糖是常见的二糖。蔗糖是由α-Gla和β- Fru在两个异头碳之间通过糖苷键连接而成，它已无潜在的自由醛基，因而失去还原，成脎、变旋等性质，并称它为非还原糖。乳糖的结构是Gal β(1-4)Glc，麦芽糖是Glcα(1-4)Glc,它们的末端葡萄搪残基仍有潜在的自由醛基，属还原糖。环糊精由环糊精葡糖基转移酶作用于直链淀粉生成含6,7或8个葡萄糖残基，通过α-1,4糖苷键连接成环，属非还原糖，由于它的特殊结构被用作稳定剂、抗氧化剂和增溶剂等。 淀粉、糖原和纤维素是最常见的多糖，都是葡萄糖的聚合物。淀粉是植物的贮存养料，属贮能多糖，是人类食物的主要成分之一。糖原是人和动物体内的贮能多糖。淀粉可分直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉分子只有α-1,4连键，支链淀粉和糖原除α-1,4连键外尚有α-1,6连键形成分支，糖原的分支程度比支链淀粉高。纤维素与淀粉、糖原不同，它是由葡萄糖通过β糖苷键连接而成的，这一结构特点使纤维素具有适于作为结构成分的物理特性，它属于结构多糖。 肽聚糖是细菌细胞壁的成分，也属结构多糖。它可看成由一种称胞壁肽的基本结构单位重复排列构成。胞壁肽是一个含四有序侧链的二糖单位，G1cNAcβ(1-4)MurNAc，二糖单位问通过β-1,4连接成多糖，链相邻的多糖链通过转肽作用交联成一个大的囊状分子。青霉素就是通过抑制转肽干扰新的细胞壁形成而起抑菌作用的。磷壁酸是革兰氏阳性细菌细胞壁的特有成分;脂多糖是阴性细菌细胞壁的特有成分。 糖蛋白是一类复合糖或一类缀合蛋白质。许多膜内在蛋白质加分泌蛋白质都是糖蛋白糖蛋白和糖脂中的寡糖链，序列多变，结构信息丰富，甚至超过核酸和蛋白质。一个寡搪链中单糖种类、连接位置、异头碳构型和糖环类型的可能排列组合数目是一个天文数字。糖蛋白中寡糖链的还原端残基与多肽链氨基酸残基之间的连接方式有:N-糖太键，如β- GlcNAc-Asn和O-糖肽链，如α-GalNAc-Thr/Ser, β-Gal-Hyl, β-L-Araf-Hyp,N-连接的寡糖链(N-糖链)都含有一个共同的结构花式称核心五糖或三甘露糖基核心，N-糖链可分为复杂型、高甘露糖型和杂合型三类，它们的区别王要在外周链,O-糖链的结构比N-糖链简单，但连 酶动力学综合实验 实验（一）——碱性磷酸酶Km值的测定 【目的要求】 1.了解底物浓度对酶促反应速度的影响 2.了解米氏方程、Km值的物理意义及双倒数作图求Km值的方法。 【实验原理】 1、碱性磷酸酶： 碱性磷酸酶是广泛分布于人体各脏器器官中，其中以肝脏为最多。其次为肾脏、骨骼、肠和胎盘等组织。但它不是单一的酶，而是一组同功酶。本实验用的碱性磷酸酶是从大肠杆菌中提取的。 2、米氏方程： Michaelis-Menten 在研究底物浓度与酶促反应速度的定量关系时，导出了酶促反应动力学的基本公式，即： 错误！未找到引用源。(1) 式中：v表示酶促反应速度， 错误！未找到引用源。表示酶促反应最大速度， [S]表示底物浓度， 错误！未找到引用源。表示米氏常数。 3、错误！未找到引用源。值的测定主要采用图解法，有以下四种： ①双曲线作图法（图1-1，a） 根据公式（1），以v对[s]作图，此时1/2错误！未找到引用源。时的底物浓度[s]值即为Km值，以克分子浓度（M）表示。这种方法实际上很少采用，因为在实验条件下的底物浓度很难使酶达到饱和。实测错误！未找到引用源。一个近似值，因而1/2错误！未找到引用源。不精确。此外由于v对[S]的关系呈双曲线，实验数据要求较多，且不易绘制。 ②Lineweaver- Burk作图法双倒数作图法（图1-1，b） 实际工作中，常将米氏方程（式（1））作数学变换，使之成为直线形式，测定要方便、精确得多。其中之一即取（1）式的倒数，变换为Lineweaver- Burk方程式：错误！未找到引用源。(2) 以错误！未找到引用源。对错误！未找到引用源。作图，即为y=ax+b形式。此时斜率为错误！未找到引用源。，纵截距为错误！未找到引用源。。把直线外推与横轴相交，其截距相交，其截距即为—错误！未找到引用源。。 ③Hofstee作图法（略） 把（2）式等号两边乘以错误！未找到引用源。，得： 错误！未找到引用源。(3) 以v对错误！未找到引用源。作图，这时斜率为错误！未找到引用源。，纵截距 第二章糖类 1、判断对错，如果认为错误，请说明原因。 （1）所有单糖都具有旋光性。 答：错。二羟酮糖没有手性中心。 （2）凡具有旋光性的物质一定具有变旋性，而具有变旋性的物质也一定具有旋光性。 答：凡具有旋光性的物质一定具有变旋性：错。手性碳原子的构型在溶液中发生了 改变。大多数的具有旋光性的物质的溶液不会发生变旋现象。 具有变旋性的物质也一定具有旋光性：对。 （3）所有的单糖和寡糖都是还原糖。 答：错。有些寡糖的两个半缩醛羟基同时脱水缩合成苷。如：果糖。 （4）自然界中存在的单糖主要为D-型。 答：对。 （5）如果用化学法测出某种来源的支链淀粉有57 个非还原端，则这种分子有56 个分支。 答：对。 2、戊醛糖和戊酮糖各有多少个旋光异构体（包括α-异构体、β-异构体）？请写出戊醛糖的开链结构式（注明构型和名称）。 答：戊醛糖：有3 个不对称碳原子，故有2 3 =8 种开链的旋光异构体。如果包括α-异构体、 β-异构体，则又要乘以2=16 种。 戊酮糖：有2 个不对称碳原子，故有2 2 =4 种开链的旋光异构体。没有环状所以没有α-异 构体、β-异构体。 3、乳糖是葡萄糖苷还是半乳糖苷，是α-苷还是β-苷？蔗糖是什么糖苷，是α- 苷还是β -苷？两分子的D-吡喃葡萄糖可以形成多少种不同的二糖？ 答：乳糖的结构是4-O-（β-D-吡喃半乳糖基）D-吡喃葡萄糖[β-1，4]或者半乳糖β（1→4） 葡萄糖苷，为β-D-吡喃半乳糖基的半缩醛羟基形成的苷因此是β-苷。 蔗糖的结构是葡萄糖α（1→2）果糖苷或者果糖β（2→1）葡萄糖，是α-D-葡萄糖的半缩 醛的羟基和β- D -果糖的半缩醛的羟基缩合形成的苷，因此既是α苷又是β苷。两分子的D-吡喃葡萄糖可以形成19 种不同的二糖。4 种连接方式α→α，α→β，β→α， β→β，每个5 种，共20 种-1 种（α→β，β→α的1 位相连）=19。 4、某种α-D-甘露糖和β-D-甘露糖平衡混合物的[α]25 D 为+ °，求该平衡混合物中α-D- 甘露糖和β-D-甘露糖的比率（纯α-D-甘露糖的[α]25 D 为+ °，纯β-D-甘露糖的[α]25 D 为- °）； 解：设α-D-甘露糖的含量为x,则 (1-x)= X=% 该平衡混合物中α-D-甘露糖和β-D-甘露糖的比率:= 5、请写出龙胆三糖[β-D-吡喃葡萄糖（1→6）α-D-吡喃葡萄糖（1→2）β-D-呋喃果糖] 的 结构式。. 6、水解仅含D-葡萄糖和D-甘露糖的一种多糖30g,将水解液稀释至平衡100mL。此水解液 在10cm 旋光管中测得的旋光度α为+ °，试计算该多糖中D-葡萄糖和D-甘露糖的物质的 量的比值(α/β-葡萄糖和α/β-甘露糖的[α]25 D 分别为+ °和+ °）。 解：[α]25 D= α25 D /cL×100= ( 30×1)×100= 设D-葡萄糖的含量为x,则 +(1-x)= X=% 第六章废水生物处理的基本概念和生化反应动力学207、微生物新陈代谢的本质是什么？它包括了哪些内容？ 208、什么是生物酶及其酶促反应？ 209、在生化反应过程中酶所起的作用是什么？酶具有哪些特征？ 210、微生物的呼吸作用有哪几种类型？各有什么特点？ 211、试述好氧呼吸和厌氧呼吸的本质。 212、微生物生长曲线的研究在废水生物处理中的指导意义是什么？ 213、微生物内源呼吸的本质是什么？ 214、影响微生物生长的环境因素有哪些？各如何影响？ 215、ATP在生物反应过程中所起的作用是什么？ 216、试推导M-M方程式。 217、证明当μ＝μm/2时，Ks＝[S]0。 218、试根据能量代谢作用解释为何厌氧生物处理过程中所产生的剩余污泥量要比好氧生物处理少？ 219、试推导一级反应、二级反应的速率常数表达式。 220、何谓反应的半衰期？写出一级反应和二级反应的半衰期公式并对它们进行比较说明。 221、试分别推导完全混合间歇反应器、连续流完全混合反应器、串联运行的连续流完全混合反应器和推流式反应器的反应时间与出水中基质浓度间的关系表达式。 222、某城市污水日流量为5000 m3/d，进水BOD5为200 mg/L，要求经处理后出水中的BOD5浓度≤20 mg/l。假定反应为一级反应，速率常数为K＝0.75d－1 。试比较下列反应器系统所需的总容积。 （1）单个完全混合反应器（CSTR）； （2）两个串联运行的完全混合反应器（CSTR）； （3）四个串联运行的完全混合反应器（CSTR）； （4）推流式反应器（PF）。 223、测定反应器中液体质点停留时间的方法有哪些？试举例说明之。 224、何谓反应器的停留时间分布函数？ 225、反应器中的水流扩散度可用什么指标加以描述？理想的推流式反应器和理想法的 1 绪论 1．生物化学研究的对象和内容是什么？ 解答：生物化学主要研究: （1）生物机体的化学组成、生物分子的结构、性质及功能； （2）生物分子分解与合成及反应过程中的能量变化； （3）生物遗传信息的储存、传递和表达； （4）生物体新陈代谢的调节与控制。 2．你已经学过的课程中哪些内容与生物化学有关。 提示：生物化学是生命科学的基础学科，注意从不同的角度，去理解并运用生物化学的知识。 3．说明生物分子的元素组成和分子组成有哪些相似的规侓。 解答：生物大分子在元素组成上有相似的规侓性。碳、氢、氧、氮、磷、硫等6种是蛋白质、核酸、糖和脂的主要组成元素。碳原子具有特殊的成键性质，即碳原子最外层的4个电子可使碳与自身形成共价单键、共价双键和共价三键，碳还可与氮、氧和氢原子形成共价键。碳与被键合原子形成4个共价键的性质,使得碳骨架可形成线性、分支以及环状的多种多性的化合物。特殊的成键性质适应了生物大分子多样性的需要。氮、氧、硫、 磷元素构成了生物分子碳骨架上的氨基（—NH2）、羟基（—OH ）、羰基（C O ）、羧基（—COOH ）、巯基（—SH ）、磷酸基（—PO4 ）等功能基团。这些功能基团因氮、硫和磷有着可变的氧化数及氮和氧有着较强的电负性而与生命物质的许多关键作用密切相关。 生物大分子在结构上也有着共同的规律性。生物大分子均由相同类型的构件通过一定的共价键聚合成链状，其主链骨架呈现周期性重复。构成蛋白质的构件是20种基本氨基酸。氨基酸之间通过肽键相连。肽链具有方向性（N 端→C 端）,蛋白质主链骨架呈“肽单位”重复；核酸的构件是核苷酸,核苷酸通过3′, 5′-磷酸二酯键相连，核酸链也具有方向性(5′、→3′ ),核酸的主链骨架呈“磷酸-核糖（或脱氧核糖）”重复；构成脂质的构件是甘油、脂肪酸和胆碱，其非极性烃长链也是一种重复结构；构成多糖的构件是单糖，单糖间通过糖苷键相连，淀粉、纤维素、糖原的糖链骨架均呈葡萄糖基的重复。 2 蛋白质化学 1．用于测定蛋白质多肽链N 端、C 端的常用方法有哪些？基本原理是什么？ 解答：（1） N-末端测定法：常采用2,4―二硝基氟苯法、Edman 降解法、丹磺酰氯法。 ①2,4―二硝基氟苯(DNFB 或FDNB)法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与2,4―二硝基氟苯（2,4―DNFB ）反应（Sanger 反应），生成DNP ―多肽或DNP ―蛋白质。由于DNFB 与氨基形成的键对酸水解远比肽键稳定，因此DNP ―多肽经酸水解后，只有N ―末端氨基酸为黄色DNP ―氨基酸衍生物，其余的都是游离氨基酸。 ② 丹磺酰氯(DNS)法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与与丹磺酰氯（DNS ―Cl ）反应生成DNS ―多肽或DNS ―蛋白质。由于DNS 与氨基形成的键对酸水解远比肽键稳定，因此DNS ―多肽经酸水解后，只有N ―末端氨基酸为强烈的荧光物质DNS ―氨基酸，其余的都是游离氨基酸。 ③ 苯异硫氰酸脂（PITC 或Edman 降解）法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与异硫氰酸苯酯（PITC ）反应（Edman 反应），生成苯氨基硫甲酰多肽或蛋白质。在酸性有机溶剂中加热时，N ―末端的PTC ―氨基酸发生环化，生成苯乙内酰硫脲的衍生物并从肽链上掉下来，除去N ―末端氨基酸后剩下的肽链仍然是完整的。 ④ 氨肽酶法：氨肽酶是一类肽链外切酶或叫外肽酶，能从多肽链的N 端逐个地向里切。根据不同的反应时间测出酶水解释放的氨基酸种类和数量，按反应时间和残基释放量作动力学曲线，就能知道该蛋白质的N 端残基序列。 （2）C ―末端测定法：常采用肼解法、还原法、羧肽酶法。 肼解法：蛋白质或多肽与无水肼加热发生肼解，反应中除C 端氨基酸以游离形式存 在外，其他氨基酸都转变为相应的氨基酸酰肼化物。 5 糖类分解代谢 一、名词解释 1、糖酵解途径：是在无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成2分子丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应。 2、柠檬酸循环：是用于乙酰CoA中的乙酰基氧化生成CO2的酶促反应的循环系统，该循环的第一步反应是由乙酰CoA和草酰乙酸缩合形成柠檬酸。 3、糖的有氧氧化：糖的有氧氧化指葡萄糖或糖原在有氧条件下氧化成水和二氧化碳的过程。是糖氧化的主要方式。 4、磷酸戊糖途径：是指机体某些组织（如肝、脂肪组织等）种一个葡萄糖-6-磷酸经代谢产生NADPH和核糖-5-磷酸的途径。该途径包括氧化和非氧化两个阶段，在氧化阶段，葡萄糖-6-磷酸转化为核酮糖-5-磷酸和CO2,并生成两分子的NADPH；在非氧化阶段，核酮糖-5-磷酸异构化生成核糖-5-磷酸或转化为酵解中的两个中间代谢物果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸。 5、发酵：厌氧有机体把糖酵解生成NADH中的氢交给丙酮酸脱羧后的产物乙醛，使之生成乙醇的过程称之为乙醇发酵。如果将氢交给丙酮酸生成乳酸则叫乳酸发酵。 二、填空 1、糖酵解过程中有3个不可逆的酶促反应，这些酶是磷酸果糖激酶、己糖激酶和丙酮酸激酶。 2、3-磷酸甘油醛脱氢酶酶催化的反应是EMP途径中的第一个氧化反应。 3、糖酵解中催化作用物水平磷酸化的两个酶是磷酸甘油酸激酶和丙酮酸激酶。 4、在糖酵解中提供高能磷酸基团，使ADP磷酸化成A TP的高能化合物是1,3-二磷酸甘油酸和PEP。 5、糖酵解在细胞的细胞质中进行，该途径是将葡萄糖转变为丙酮酸，同时生成ATP和NADH的一系列酶促反应。 6、丙酮酸还原为乳酸，反应中的NADH来自于3-磷酸甘油醛的氧化。 7、TCA循环的第一个产物是柠檬酸。由柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，和α-酮戊二酸脱氢酶所催化的反应是该循环的主要限速反应。 8、TCA循环中有二次脱羧反应，分别是由异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶催化。脱去的CO2中的C原子分别来自于草酰乙酸中的C1和C4。 9、TCA循环中大多数酶位于线粒体基质，只有琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜。 10、丙酮酸脱氢酶系由丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酰转乙酰基酶和二氢硫辛酸脱氢酶组成。三羧酸循环过程中有4次脱氢和2次脱羧反应。三羧酸循环过程主要的关键酶是柠檬酸合酶；每循环一周可生成1个A TP。 11、磷酸戊糖途径可分为2阶段，分别称为氧化脱羧和非氧化的分子重排，其中两种脱氢酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄酸糖脱氢酶，它们的辅酶是NADP＋。 12、在磷酸戊糖途径中催化由酮糖向醛糖转移二碳单位的酶为转酮醇酶，其辅酶为TPP（焦磷酸硫胺素）；催化由酮糖向醛糖转移三碳单位的酶为转醛醇酶。转酮醇酶(transketolase)就是催化含有一个酮基、一个醇基的二碳基团(羟乙酰基)转移的酶。其接受体是醛，辅酶是TPP。转醛醇酶(transaldolase)是催化含有一个酮基、二个醇基的三碳基团(二羟丙酮基团)转移的酶.其接受体是醛,但不需要TPP. 13、植物中淀粉彻底水解为葡萄糖需要多种酶协同作用，它们是α-淀粉酶，β-淀粉酶，脱支酶，麦芽糖酶。 14、淀粉的磷酸解过程通过淀粉磷酸化酶降解α–1，4糖苷键，靠转移酶和脱支酶降解α–1，6糖苷键。 三、单项选择题 1、丙酮酸脱氢酶系是个复杂的结构，包括多种酶和辅助因子。下列化合物中哪个不是丙酮酸脱氢酶组分？ A、TPP B、硫辛酸 C、FMN D、Mg2＋ E、NAD＋ 2、丙酮酸脱氢酶系受到哪些因素调控？ A、产物抑制、能荷调控、磷酸化共价调节 B、产物抑制、能荷调控、酶的诱导 C、产物抑制、能荷调控 D、能荷调控、磷酸化共价调节、酶的诱导 E.能荷调控、酶的诱导 3、下述那种情况可导致丙酮酸脱氢酶系活性升高？ A、ATP/ADP比值升高 B、CH3COCoA/CoA比值升高 C、NADH/ NAD＋比值升高 D、能荷升高 E、能荷下降 4、三羧酸循环中有底物水平磷酸化的反应是： A、柠檬酸→α-酮戊二酸 B、琥珀酰CoA→琥珀酸（琥珀酸硫激酶） C、琥珀酸→延胡索酸 D、延胡索酸→草酰乙酸 E. 苹果酸→草酰乙酸 5、糖代谢中间产物中含有高能磷酸键的是： A、6-磷酸葡萄糖 B、6-磷酸果糖 C、1，6-二磷酸果糖 D、3-磷酸甘油醛 E、1，3-二磷酸甘油酸 6、1分子葡萄糖酵解时净生成多少个ATP？ A、1 B、2 C、3 D、4 E、5 7、磷酸果糖激酶的最强变构激活剂是： A、AMP B、ADP C、ATP D、2，6-二磷酸果糖 E、1，6-二磷酸果糖 8、糖的有氧氧化的最终产物是： A、CO2+H2O+ATP B、乳酸 C、丙酮酸 D、乙酰CoA A、磷酸戊糖途径 B、糖异生 C、糖的有氧氧化 D、糖原合成与分解 E、糖酵解 10、三碳糖、六碳糖与七碳糖之间相互转变的糖代谢途径是： A、糖异生 B、糖酵解 C、三羧酸循环 D、磷酸戊糖途径 E、糖的有氧氧化 14．生物素是哪个酶的辅酶： A、丙酮酸脱氢酶 B、丙酮酸羧化酶 C、烯醇化酶 D、醛缩酶 E、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 15、三羧酸循环中催化琥珀酸形成延胡索酸的酶是琥珀酸脱氢酶，此酶的辅因子是 A、NAD+ B、CoASH C、FAD D、TPP E、NADP+ 16、丙二酸能阻断糖的有氧氧化，因为它： A、抑制柠檬酸合成酶 B、抑制琥珀酸脱氢酶 C、阻断电子传递 D、抑制丙酮酸脱氢酶 17、在厌氧条件下，下列哪一种化合物会在哺乳动物肌肉组织中积累？ 六、综合题 1、物质代谢是相互联系的。结合糖代谢和代谢的知识，讨论糖在体内转变为脂肪的大体反应途径 2、有人给肥胖者提出下列减肥方案，该方案包括两点：①严格限制饮食中脂肪的摄入，脂肪的摄入量是越少越好；②不必限制饮食中蛋 白质和糖的量。试用所学生物化学知识分析，该方案是否可行，并写下你的推理过程。 答：此方案不可行。这是因为： ①严格限制饮食中脂肪的摄入是对的，脂肪的摄入但并非越少越好，人体需要的必需脂肪酸必须靠食物中的脂肪提供。许多脂溶性维生素也溶解在油脂中，食用一定量的脂肪也有助于脂溶性维生素的吸收。 ②物质代放谢是相互联系的，通过限制脂肪的摄入，而不限制饮食中的蛋白质和糖的量，是永远达不到目的，减肥，意欲减少体内脂肪，如果不限制蛋白质和糖的摄入，糖和脂肪在体内很容易转变为脂肪，不但不能减肥，可能还会增加体重。 ③减肥应通过脂肪动员来实现，而脂肪动员的条件是供能不足，只有在食物总热量低于人体所需的总热量时才能进行脂肪动员。限制饮食总热量时得提供足够的蛋白质，以保持体内的氮平衡。热量低于人体所需的总热量时才能进行脂肪动员。限制饮食总热量时得提供足够的蛋白质，以保持体内的氮平衡。 3、一位农家小女孩，尽管有着正常的平衡膳食，但也患有偶然的轻度酮症。你作为一名学过生化的学生，当发现她的奇数脂肪酸的代谢不及偶数脂肪酸的代谢好， 并得知她每天早上偷偷地摸到鸡舍去拿生鸡蛋吃，你打算下结论说，她患有某种先天性的糖代谢的酶缺陷？试就她的病症提出另一种合理的解释。 该女孩并未患某种先天性的糖代谢的酶缺陷。这是因为：①如果患有某种先天性的糖代谢缺陷。那么小孩在正常平衡膳食时不会是偶然的轻度酮症；②该小女孩常去拿生鸡蛋吃，因为生鸡蛋清中有一种抗生物素蛋白，它与生物素结合后影响了生物素的吸收，导 致她出现生物素的缺乏，而生物素是所有需ATP 的羧化酶催化的反应所必需。下列酶的活性受到影响： 位。 G-3-P DHAP 脂肪 , 以及各主要反应阶段发生在细胞内何部 不必考虑病理状态和遗传因素） 答： 蛋白质降解及氨基酸代谢： 1.氨基酸脱氨基后C链如何进入TCA循环.（30分） P315 图30-13 2.说明尿素形成机制和意义（40分） P311-314 概括精要回答 3.提高Asp和Glu的合成会对TCA循环产生何种影响?细胞会怎样应付这种状况？（30分） 参考答案： 核苷酸代谢及蛋白质合成题目及解答精要： 1.生物体内嘌呤环和嘧啶环是如何合成的？有哪些氨基酸直接参与核苷酸的合成？ 嘌呤环（Gln+Gly+Asp）嘧啶环（Gln+Asp） 2.简要说明糖、脂肪、氨基酸和核苷酸代谢之间的相互联系？ 直接做图，并标注连接点 生物氧化及电子传递题目及解答精要： 名词解释：（60分，10分一题） 甘油-3-磷酸穿梭：P139 需概括 苹果酸-天冬氨酸穿梭：P139 需概括 电子传递链：P119 解偶联剂：P137 化学渗透假说：P131 生物氧化：P114 两个出处，总结概括 问答题：（10分） 1.比较底物水平磷酸化和氧化磷酸化两者的异同？ 参考答案： 也可自己概括 2.以前有人曾经考虑过使用解偶联剂如2，4-二硝基苯酚（DNP）作为减肥药，但不久即放弃使用，为什么？（10分） 参考答案： 3.已知有两种新的代谢抑制剂A和B：将离体的肝线粒体制剂与丙酮酸、氧气、ADP和无机磷酸一起保温，发现加入抑制剂A，电子传递和氧化磷酸化就被抑制；当既加入A又加入抑制剂B的时候，电子传递恢复了，但氧化磷酸化仍不能进行，请问：①.抑制剂A和B属于电子传递抑制剂，氧化磷酸化抑制剂，还是解偶联剂？②.给出作用方式和A、B类似的抑制剂？（20分） 参考答案： 糖代谢及其他途径： 题目及解答精要： 1.为什么糖原讲解选用磷酸解，而不是水解？（50分） P178 2.糖酵解、TCA循环、糖异生、戊糖磷酸途径和乙醛酸循环之间如何联系？（50分） 糖酵解（无氧），产生丙酮酸进入TCA循环（有氧）（10分） 糖异生糖酵解逆反应（1，3，10步反应单独代谢流程）（10分） TCA循环中草酰乙酸可进入唐异生（10分） 戊糖磷酸途径是糖酵解中G-6-P出延伸出来并又回去的一条戊糖支路（10分） 乙醛酸循环是TCA循环在延胡羧酸和L-苹果酸间的一条捷径（10分） 糖酵解题目及解答精要： 1.名词解释（每个10分） 糖酵解：P63 激酶：P68 底物水平磷酸化：笔记 2.问答题 ①为什么砷酸是糖酵解作用的毒物？（15分） P75 ②糖酵解中两个耗能阶段是什么？两个产能阶段是什么？三个调控位点在哪里？（15分） P80 表22-1 ③糖酵解中磷酸基团参与了哪些反应？（20分） 在1，3，6，7，8，10步参加了反应 ④当肌肉组织激烈活动时，与休息时相比需要更多的ATP。在骨骼肌里，例如兔子的腿肌或火鸡的飞行肌，需要的A TP几乎全部由厌氧酵解反应产生的。假设骨骼肌缺乏乳酸脱氢酶，它们能否进行激烈的体力活动，即能否借 第六章 生物氧化 一、课后习题 1．用对或不对回答下列问题。如果不对，请说明原因。 （1）不需氧脱氢酶就是在整个代谢途径中并不需要氧参加的生物氧化酶类。 （2）需氧黄酶和氧化酶都是以氧为直接受体。 （3）ATP是所有生物共有的能量储存物质。 （4）无论线粒体内或外，NADH+H+用于能量生成，均可产生2.5个ATP。 （5）当有CO存在时，丙酮酸氧化的P/O值为2。 2．在由磷酸葡萄糖变位酶催化的反应G-1-P G-6-P中，在PH7.0，25℃下，起始时[G-1-P] 为0.020mol/L,平衡时[G-1-P]为0.001mol/L，求△G0?值。 3.当反应ATP+H2O→ADP+Pi在25℃时，测得ATP水解的平衡常数为250000，而在37℃时，测得ATP、ADP和Pi的浓度分别为0.002、0.005和0.005mol/L.求在此条件下ATP水解的自由能变化。 4.在有相应酶存在时，在标准情况下，下列反应中哪些反应可按箭头所指示的方向进行？ （1）丙酮酸+NADH+H+→乳酸+NAD+ （2）琥珀酸+CO2+NADH+H+→α-酮戊二酸+NAD+ （3）乙醛+延胡索酸→乙酸+琥珀酸 （4）丙酮酸+β-羟丁酸→乳酸+乙酰乙酸 （5）苹果酸+丙酮酸→草酰乙酸+乳酸 5.设ATP（相对分子质量510）合成，△G0?=41.84kJ/mol,NADH+ H+→H2O, △G0?=－217.57 kJ/mol,成人基础代谢为每天10460 kJ。问成人每天体内大约可合成多少（千克）ATP？ 6.在充分供给底物、受体、无机磷及ADP的条件下，并在下列情况中肝线粒体的P/O值各为多少（见下表）？ 底物 受体 抑制剂 P/O 苹果酸 琥珀酸 琥珀酸 琥珀酸 琥珀酸 O2 O2 O2 O2 O2 ---------- ---------- 戊巴比妥 KCN 抗霉素A 解析： 1.（1）错误，只是不以氧为直接受氢体，但有氧的参与。（2）正确。（3）错误，ATP是细胞内反应间的能量偶联剂，是能量传递的中间载体，不是能量的储存物质。（4）错误，线粒体内是产生 2.5个ATP。（5）正确。 2.根据△G=△G+RTln[产物]/[反应物]进行计算，在平衡时△G=0，由此得到△G。。 3. 首先计算△G。=-RTlnKeq=-30799.9KJ·mol-1，再根据△G=△G。+RTln[产物]/[反应物]进 1 绪论 1.生物化学研究的对象与内容就是什么？ 解答:生物化学主要研究: (1)生物机体的化学组成、生物分子的结构、性质及功能; (2)生物分子分解与合成及反应过程中的能量变化; (3)生物遗传信息的储存、传递与表达; (4)生物体新陈代谢的调节与控制。 2.您已经学过的课程中哪些内容与生物化学有关。 提示:生物化学就是生命科学的基础学科,注意从不同的角度,去理解并运用生物化学的知识。 3.说明生物分子的元素组成与分子组成有哪些相似的规侓。 解答:生物大分子在元素组成上有相似的规侓性。碳、氢、氧、氮、磷、硫等6种就是蛋白质、核酸、糖与脂的主要组成元素。碳原子具有特殊的成键性质,即碳原子最外层的4个电子可使碳与自身形成共价单键、共价双键与共价三键,碳还可与氮、氧与氢原子形成共价键。碳与被键合原子形成4个共价键的性质,使得碳骨架可形成线性、分支以及环状的多种多性的化合物。特殊的成键性质适应了生物大分子多样性的需要。氮、氧、硫、磷元素构成了生物分子碳骨架上的氨基(-NH2)、羟基(-OH)、羰基()、羧基(-COOH)、巯基(-SH)、磷酸基(-PO4 )等功能基团。这些功能基团因氮、硫与磷有着可变的氧化数及氮与氧有着较强的电负性而与生命物质的许多关键作用密切相关。 生物大分子在结构上也有着共同的规律性。生物大分子均由相同类型的构件通过一定的共价键聚合成链状,其主链骨架呈现周期性重复。构成蛋白质的构件就是20种基本氨基酸。氨基酸之间通过肽键相连。肽链具有方向性(N 端→C端),蛋白质主链骨架呈"肽单位"重复;核酸的构件就是核苷酸,核苷酸通过3′, 5′-磷酸二酯键相连,核酸链也具有方向性(5′、→3′),核酸的主链骨架呈"磷酸-核糖(或脱氧核糖)"重复;构成脂质的构件就是甘油、脂肪酸与胆碱,其非极性烃长链也就是一种重复结构;构成多糖的构件就是单糖,单糖间通过糖苷键相连,淀粉、纤维素、糖原的糖链骨架均呈葡萄糖基的重复。 2 蛋白质化学 1.用于测定蛋白质多肽链N端、C端的常用方法有哪些？基本原理就是什么？ 解答:(1) N-末端测定法:常采用―二硝基氟苯法、Edman降解法、丹磺酰氯法。 ①―二硝基氟苯(DNFB或FDNB)法:多肽或蛋白质的游离末端氨基与―二硝基氟苯(―DNFB)反应(Sanger反应),生成DNP―多肽或DNP―蛋白质。由于DNFB与氨基形成的键对酸水解远比肽键稳定,因此DNP―多肽经酸水解后,只有N―末端氨基酸为黄色DNP―氨基酸衍生物,其余的都就是游离氨基酸。 ②丹磺酰氯(DNS)法:多肽或蛋白质的游离末端氨基与与丹磺酰氯(DNS―Cl)反应生成DNS―多肽或DNS―蛋白质。由于DNS与氨基形成的键对酸水解远比肽键稳定,因此DNS―多肽经酸水解后,只有N―末端氨基酸为强烈的荧光物质DNS―氨基酸,其余的都就是游离氨基酸。 ③苯异硫氰酸脂(PITC或Edman降解)法:多肽或蛋白质的游离末端氨基与异硫氰酸苯酯(PITC)反应(Edman反应),生成苯氨基硫甲酰多肽或蛋白质。在酸性有机溶剂中加热时,N―末端的PTC―氨基酸发生环化,生成苯乙内酰硫脲的衍生物并从肽链上掉下来,除去N―末端氨基酸后剩下的肽链仍然就是完整的。 ④氨肽酶法:氨肽酶就是一类肽链外切酶或叫外肽酶,能从多肽链的N端逐个地向里切。根据不同的反应时间测出酶水解释放的氨基酸种类与数量,按反应时间与残基释放量作动力学曲线,就能知道该蛋白质的N端残基序列。 第六章 生物反应动力学基础（张婷婷） 请对发现的文字错误及格式等进行修订，同时对我蓝色标出的要求进行补充完善。。注意此章节中公式编辑器所编辑的公式均可正常显示并编辑，所以不用更改为word 格式。辛苦了，谢谢！孔秀琴 一、底物降解速率 底物降解速率即每天每公斤活性污泥能降解多少公斤的BOD 5,其单位为： d kgVSS kgBOD ?/5，是反映生物反应器处理能力的重要参数。生物反应系统中，反应器 容积等重要参数是根据系统的底物降解速率（污泥负荷）来确定的。底物降解速率的函数关系式如下： S k S v Xdt dS s +=max （6-1） 式中： Xdt dS —比降解速率，单位 d -1 m a x v —最大比底物降解速率，即单位微生物量利用底物的最大速率 K S —饱和常数 X —微生物浓度 S —底物浓度 环境工程中，一般S 较小，当S K S ≤≤时，分母略去S ，并令 2max k k s =υ，,即可得下式： S k Xdt dS 2= （6-2） 上式积分可得：错误！未找到引用源。 t X t S S ??-=2k 0e （6-3） 那么已降解的底物含量为： ）（t X k t S S S S ??-?=-=2e -100 （6-4） 式中：?S —降解的有机底物浓度 0S —初始的有机底物浓度 t S —t 时刻剩余的有机底物浓度 上式中，因一般生物系统活性污泥浓度x 为定值，所以可令12k X k =，同时把已降解的底物浓度用BOD t 浓度代替，初始底物浓度用BOD U 代替,，即得下式： )1(1t k u t e BOD BOD ?-= （6-5） 即得5日生化需氧量和总需氧量之间的换算关系式： （6-6） 因C o 20时，23.01 =k ，则可得到： u BOD BOD 68.05= 环境工程中，用污泥负荷来表示有机物（底物）的降解速率，是特定工艺处理能力的度量参数。在工程设计中，在确定生物反应器的容积及排泥量等关键数据时，污泥负荷是重要的设计参数，其值的选取直接关系到整个工程的造价。根据工程参数所确定的污泥负荷定义式如下： Xt S S XV S S Q N e e ) ()(00-=-= （6-7） 式中：N —污泥负荷，单位kg/kgVSS ﹒d V —反应器的有效容积，单位m 3 污泥负荷即底物比降解速率，其函数关系式也可写作 S k S k S N s 2max =+=υ （6-8） 二、微生物增殖 有机底物经过微生物降解作用后，其中一部分经氧化产能代谢为H 20和CO 2、小分子的有机物等，一部分则通过微生物合成作用转变为新的细胞物质，表现为微生物的增殖，同时微生物还通过内源呼吸作用而不断衰亡，表现为污泥的衰减。所以底物降解和微生物增殖之间存在着必然联系。生物反应系统需要根据微生物的增殖速率来确定泥龄、进而确定剩余污泥排放量等重要数据，所以其相互之间的关系可用下式表示： d K Xdt dS Y Xdt dX -= （6-9） 1. 举例说明化学与生物化学之间的关系。 提示:生物化学是应用化学的理论和方法来研究生命现象，在分子水平上解释和阐明生命现象化学本质的一门学科. 化学和生物化学关系密切，相互渗透、相互促进和相互融合。一方面，生物化学的发展 依赖于化学理论和技术的进步，另一方面，生物化学的发展又推动着化学学科的不断进步和创新。 举例:略。 2.试解释生物大分子和小分子化合物之间的相同和不同之处。 提示:生物大分子一般由结构比较简单的小分子，即结构单元分子组合而成，通常具有特定的空间结构。常见的生物大分子包括蛋白质、核酸、脂类和糖类。 生物大分子与小分子化合物相同之处在丁: 1) 共价键是维系它们结构的最主要的键; 2)有一定的立休形象和空间大小; 3)化学和|物理性质主要决定于分子中存在的官能团。生物大分子与小分子化合物不同之处在于: (1) 生物大分子的分子量要比小分子化合物大得多，分子的粒径大小差异很大; (2) 生物大分子的空间结构婴复杂得多，维系空间结构 的力主要是各种非共价作用力; (3) 生物大分子特征的空间结构使其具有小分子化合物所不 具有的专性识别和结合位点，这些位点通过与相应的配体特异性结合，能形成超分子，这种特性是许多重要生理现象的分子基础。 3. 生物大分子的手性特征有何意义? 提示:生物大分子都是手性分子，这种结构特点在生物大分子的分子识别及其特殊的生理功能方面意义重大。主要表现在: (1) 分子识别是产生生理现象的重要基础，特异性识别对于 产生特定生物效应出关重要; (2) 生物大分了通过特征的三维手性空间环境能特异性识别前 手性的小分子配体，产生专一性的相互作用。 4.指出取代物的构型： 6.举例说明分子识别的概念及其意义。 提示: :分子识别是指分子间发生特异性结合的相互作用，如tRNA分子与氨酰tRNA合成醉的相互作用，抗体与抗原之间的相互作用等。分子识别是生命体产生各种生理现象的化学本质，是保证生命活动有序地进行的分子基础。 7. 什么是超分子?说明拆分超分子的方法和原理。 提示:在生物化学领域中，超分子是指生物分子问或生物分子与配体分子间相互作用和识别所形成的复合物。超分子的形成过程就是非共价键缔合的过程，是可逆的过程。该过程受介质极性和休系温度的影响，由于缔合是放热的过程，所以当介质极性增大和体系温度升高时，超分子就会被拆分。另外，强酸或强碱环境也可使这种非共价键作用遭到破坏，从而将超分子拆分。 8.缓冲溶液的缓冲能力与哪些因素有关? 提示: (1) 缓冲溶液总浓度:缓冲溶液的总浓度越大，溶液中所含的抗酸抗碱成分越多，缓 冲能力越强。(2) 缓冲比:对于同-缓冲休系的各缓冲溶液，当缓冲溶液的总浓度一定时，缓冲溶液的缓冲能力随缓冲比的改变而改变。 酶 （一）名词解释 值） 1．米氏常数（K m 2．底物专一性（substrate specificity） 3．辅基（prosthetic group） 4．单体酶（monomeric enzyme） 5．寡聚酶（oligomeric enzyme） 6．多酶体系（multienzyme system） 7．激活剂（activator） 8．抑制剂（inhibitor inhibiton） 9．变构酶（allosteric enzyme） 10．同工酶（isozyme） 11．诱导酶（induced enzyme） 12．酶原（zymogen） 13．酶的比活力（enzymatic compare energy） 14．活性中心（active center） （二）英文缩写符号 1．NAD+（nicotinamide adenine dinucleotide） 2．FAD（flavin adenine dinucleotide） 3．THFA（tetrahydrofolic acid） 4．NADP+（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate）5．FMN（flavin mononucleotide） 6．CoA（coenzyme A） 7．ACP（acyl carrier protein） 8．BCCP（biotin carboxyl carrier protein） 9．PLP（pyridoxal phosphate） （三）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。 第二章 糖类 1、 判断对错，如果认为错误，请说明原因。 2, （1） 所有单糖都具有旋光性。 答：错。二羟酮糖没有手性中心。 （2） 凡具有旋光性的物质一定具有变旋性，而具有变旋性的物质也一定具有旋光性。 答：凡具有旋光性的物质一定具有变旋性：错。手性碳原子的构型在溶液中发生了改变。大多数的具有旋光性的物质的溶液不会发生变旋现象。 具有变旋性的物质也一定具有旋光性：对。 （3） 所有的单糖和寡糖都是还原糖。 答：错。有些寡糖的两个半缩醛羟基同时脱水缩合成苷。如：果糖。 （4） 自然界中存在的单糖主要为D-型。 答：对。 （5） 如果用化学法测出某种来源的支链淀粉有57个非还原端，则这种分子有56个分支。 答：对。 网址:https://www.doczj.com/doc/1d3175648.html, https://www.doczj.com/doc/1d3175648.html, 2、 戊醛糖和戊酮糖各有多少个旋光异构体（包括α-异构体、β-异构体）？请写出戊醛糖的开链结构式（注明构型和名称）。 答：戊醛糖：有3个不对称碳原子，故有2 3 =8种开链的旋光异构体。如果包括α-异构体、β-异构体，则又要乘以2=16种。 戊酮糖：有2个不对称碳原子，故有2 2 =4种开链的旋光异构体。没有环状所以没有α-异构体、β-异构体。 CHO C C C CH 2OH OH H H H OH OH D-核糖 CHO C C C CH 2OH H HO H H OH OH D-阿拉伯糖 CHO C C C CH 2OH H HO HO HO H H L-核糖 CHO C C C CH 2OH OH H HO HO H H L-阿拉伯糖 CHO C C C 2OH OH H HO H H OH D-木糖 CHO C C C CH 2OH H HO HO H H OH D-来苏糖 CHO C C C CH 2OH H HO H HO OH H L-木糖 CHO C C C CH 2OH OH H H HO OH H L-来苏糖 3、 乳糖是葡萄糖苷还是半乳糖苷，是α-苷还是β-苷？蔗糖是什么糖苷，是α-苷还是β-苷？两分子的D-吡喃葡萄糖可以形成多少种不同的二糖？ 答：乳糖的结构是4-O-（β-D-吡喃半乳糖基）D-吡喃葡萄糖[β-1，4]或者半乳糖β（1→4）葡萄糖苷，为β-D-吡喃半乳糖基的半缩醛羟基形成的苷因此是β-苷。生物化学课后习题解答[1]
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