第五章酶
第一节导言
一、酶的概念
（一）酶是生物催化剂
酶是活细胞产生的，具有催化生物反应功能的蛋白质大分子及核酸。酶
生物催化剂：蛋白质类：Enzyme (天然酶、生物工程酶)克隆酶、遗传修饰酶蛋白质工程新核酸类：Ribozyme ; Deoxyribozyme
模拟生物催化剂
酶催化的生物化学反应，称为酶促反应(Enzymatic reaction)。在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物(substrate)。
胞外酶与胞内酶
酶虽是由细胞产生的,但并非必须在细胞内才能起作用,有些酶被分泌到细胞外才发生作用。这类酶称“胞外酶”。大部分酶在细胞内起催化作用称为“胞内酶”。
（二）酶的化学本质
1酶是蛋白质
1926年Sumner第一次从刀豆种子中提取了脲酶结晶，证明其具有蛋白质性质。30年代，Northrop 又分离出结晶的胃蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，证明酶的化学本质是蛋白质。
酶的相对分子质量大；酶具有蛋白质的特性如：两性解离、胶体性质、加热使酶变性、颜色反应等；酶可以被蛋白酶水解而丧失活性；许多酶的氨基酸顺序已被测定；969年人工合成了牛胰核糖核酸酶。
2. Ribozyme的化学本质是RNA
在已鉴定过的数千种酶中，绝大多数酶的化学本质是蛋白质。但在1982年，美国科学家T.Cech 发现原生动物四膜虫的26SrRNA前体具有自我拼接的催化活性。T.Cech将这种RNA命名为“Ribozyme”。
核酶（Ribozyme ）：指对RNA具有催化活性的RNA 。
二、酶的催化特性
（一）与无机催化剂相比，有如下共同点：
反应前后都不发生数量和质量变化；能加快反应速度,但不改变反应的平衡点；都能降低反应所需的活化能；需要量小。
（二）酶的作用特点
极高的催化效率，高度的专一性，易失活（蛋白质变性），活性可调控（激活、抑制），常需辅助因子（辅酶、辅基等）
1.极高的催化效率
反应速度与不加催化剂相比可提高108～1020，与加普通催化剂相比可提高107～1013。脲酶的催化效率比Fe粉高1015倍。反应式
如2H2O2 -----2H2O + O2 以转换数作为标准，来比较其效率
用铁离子，～6 x 10 -4 mol/mol.s 转换数（turnover number）：每个酶分子每分钟催
血红素， 6 x 10 -1 mol/mol.s 化底物的分子数。
H2O2 酶， 3 ～6 x 10 6 mol/mol.s 碳酸酐酶96000万
2.高度的专一性
一种酶只能作用于某一类或某种特定的物质，这种性质称为酶的专一性。
（1）结构专一性
概念：酶对所催化的分子化学结构的特殊要求和选择。
类别：绝对专一性和相对专一性
（2）立体异构专一性
概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求
类别：旋光异构专一性和几何异构专一性
绝对专一性：有些酶只作用于一种底物，催化一个反应，而不作用于任何其它物质。如：过氧化氢酶底物：过氧化氢。琥珀酸脱氢酶底物：琥珀
相对专一性：这类酶对结构相近的一类底物都有作用。包括键专一性和基团专一性。
键专一性：只要求作用于一定的化学键，而对键两端的基团无严格的要求。
酯酶（酯键）二肽酶（肽键）13
消化道内几种蛋白酶的专一性14
旋光异构专一性：当底物具有旋光异构体时一种酶只能作用于其中的一种。如：L-AA氧化酶只能催化L-AA氧化，而对D-AA无作用。
顺反异构专一性：对具有顺式和反式异构的底物具严格的选择性。；例15
三、酶的组成
（一）酶的组成
单纯酶(simple enzyme)
结合酶(conjugated enzyme)：全酶holoenzyme ：蛋白质部分（酶蛋白apozyme）
全酶=酶蛋白+辅助因子非蛋白部分：小分子有机化合物
(辅助因子cofactor) 金属离子
辅因子：辅酶、辅基、金属离子辅酶：与酶蛋白结合疏松，可以用透析法除去。
辅基：与酶蛋白结合紧密，不能用透析法除去。
辅基和辅酶多为维生素参与形成的小分子有机物。金属离子：与酶蛋白结合。
结合酶(全酶)的特点: 只有全酶才有催化活性。一种酶蛋白只结合一种辅助因子，而一种辅助因子可结合多种酶蛋白。酶蛋白决定反应专一性，高效催化作用；辅助因子决定反应的种类和性质。（二）酶的结构
1.酶的结构与蛋白质的结构相同，是具有一定空间结构的蛋白质。
2.根据酶蛋白的结构特点，酶可分为：
1)单体酶: 只有一条多肽链,分子量在13,000-35,000之间，一般是水解酶, 如蛋白酶、羧肽酶。
2)寡聚酶：由两个或两个以上的亚基组成,亚基之间由非共价键相连，亚基可以是相同的,也可以不同，分子量在35,000-几百万，如丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶。
3)多酶体系：由几个酶有组织的聚集在一起,功能上相互配合，第一个酶的产物是第二个酶的底物，如丙酮酸脱氢酶、脂肪酸合成酶。
（三）酶的命名
习惯命名：来源+ 底物+ 酶(字) 例胃蛋白酶
底物+ 反应性质+ 酶(字) 例乳酸脱氢酶
系统命名：所有底物＋反应性质如：琥珀酸：FAD氧化还原酶例21
第二节酶的分类
酶的分类国际E学委员会制定的“国际系统分类法”将酶促反应分为六大类:
1.氧化还原酶：催化氧化还原反应的酶。例乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应23
2.转移酶：催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。
例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应：24
3.水解酶：:催化催化底物的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。
例如，脂肪酶催化的脂的水解反应：25
4.裂合酶：催化从底物上移去某些基团而形成双键的非水解性反应及其逆反应的酶。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反应。26
5.异构酶：催化同分异构体的相互转变，即底物分子内基团或原子的重排过程的酶。例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。27
6.合成酶：又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。如：Gln合成酶, 丙酮酸羧化酶。A + B + ATP ——AB + ADP + Pi
第三节酶的结构与功能的关系
一、酶的一级结构与功能的关系
（一）必需基团（essential group）
概念: 酶蛋白中一些与酶的活性密切相关的基团，称酶的必需基团。
常见的必需基团：His 的咪唑基、Ser/Thr 的羟基、Cys 的巯基、Glu 的γ羧基等。
(二) 酶原与酶原的激活
1.概念：（1）酶原（zymogen）：有些酶在细胞内合成或初分泌时，或在其发挥催化功能前只是酶的无活性前体，称为酶原。
（2）酶原的激活：在一定条件下，酶原结构发生改变，转化为有活性的酶的过程。
实质：酶原被修饰后，形成了正确的分子构象和活性中心，由此可见酶分子的特定结构和酶的活性中心的形成是酶分子具有催化活性的基本保证。
2.酶原激活的机理
酶原在特定条件下一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽，分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心34 35
酶原激活的生理意义
避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。
二、酶的活性与其高级结构的关系
（一）酶的活性中心(active center )
概念：在酶分子中由必需基团在空间结构上相互靠近，形成具有特定空间结构的区域，该区域能与底物特异性结合并将底物转化为产物，称为活性中心或活性部位。
活性中心：结合部位（与底物结合，决定酶的专一性）
催化部位（底物的敏感键在此处断裂而形成新键，决定酶的高效性及反应性质）
溶菌酶的活性中心：谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基团；色氨酸62和63、天冬氨酸101和色氨酸108是结合基团；色氨酸62和63、天冬氨酸101和色氨酸108是结合基团；
（二）核糖核酸酶
1.变性：构象被破坏，活性中心被破坏，失去生物学活性。
2.催化：具有天然构象的核糖核酸酶在底物的诱导下，构象发生一定改变，形成了正确的活性中心，使酶发挥了催化作用。
（三）聚合与解聚
（四）同工酶(isoenzyme)
能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。例乳酸脱氢酶（LDH）43
研究意义：作为遗传的标志；作为临床诊断指标；研究某些代谢调节机制。应用于农业育种等。
，
不同组织中LDH同工酶的电泳图谱44
第四节酶的作用机理
一、酶促反应的本质
（一）酶的催化作用与分子活化能化学反应自由能方程式ΔG =ΔH -TΔS
（ΔG是总自由能的变化，ΔH是总热能的变化，ΔS是熵的变化）
当ΔG＞0，反应不能自发进行。当ΔG＜0，反应能自发进行。
活化能：分子由常态转变为活化状态所需的能量。是指在一定温度下，1mol 反应物全部进入活化状态所需的自由能。
加快反应速度的方法：供给能量，如加温、光照等降低活化能
酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需的活化能，从而使活化分子数增多，反应速度加快。
（二）酶与反应的过渡态互补
酶（E）与底物（S）结合生成不稳定的中间物（ES），再分解成产物（P）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。
Pauling提出过渡态理论认为：E与S的过渡态互补，亲和力最强，释放的结合能使反应活化能降低，有利于S 跨越能垒，使反应加速。
证明：①人工合成了过渡态类似物；②用过渡态类似物制备出抗体酶。50
中间产物学说E+S可逆ES——EP
中间产物存在的证据：
1同位素32P标记底物法（磷酸化酶与葡萄糖结合）；
2吸收光谱法（过氧化物酶与过氧化氢结合）；
3电镜直接观察。
吸收光谱的变化可证明：
H2O2酶（含铁卟啉）：红褐色，在645、583、498nm处有光吸收；H2O2 -E
加H2O2后：酶液由褐转红，增加了561、530nm光吸收带，说明有新物质；H2O2 + E
若加入氢供体（焦性没食子酸）后：二条新带消失。H2O2 -E + AH2 A +E+ 2H2O
二、酶反应机制
（一）诱导契合学说（Koshland，1958）：酶活性中心的结构有一定的灵活性，当底物与酶分子结合时，受底物分子的诱导, 酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合基团正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样才能使酶与底物完全吻合，结合成中间产物。（酶专一性的“诱导契合学说”）
“锁钥学说”（Fischer，1890）：酶的活性中心结构与底物的结构互相吻合，紧密结合成中间络合物。（二）使酶具有高催化效率的因素
酶分子为酶的催化提供各种功能基团和形成特定的活性中心，酶与底物结合成中间产物，使分子间的催化反应转变为分子内的催化反应。
1. 邻近定向效应
酶与底物结合成中间产物过程中，底物分子从稀溶液中密集到活性中心区，并使活性中心的催化基团与底物的反应基团之间正确定向排列所产生的效应。使分子间反应变为分子内反应的过程。
2. “张力”与“形变”
酶与底物的结合，不仅酶分子发生构象变化，同样底物分子也会发生扭曲变形，使底物分子的某些键的键能减弱，产生键扭曲，降低了反应活化能。
3. 酸碱催化
通过向反应物（作为碱）提供质子或从反应物（作为酸）夺取质子来达到加速反应的一类催化。（广义酸碱催化，Bronsted的酸碱定义）
蛋白质中起酸或碱催化的功能基团有氨基、羧基、咪唑基、巯基和酚基。
影响酸碱催化反应速度的两种因素：（1）酸或碱的强度（pK）；（2）质子传递的速度。His的咪唑基最活跃。
组氨酸的咪唑基：
（1）pK值约为6.7-7.1，在接近中性的条件下，一半以广义酸的形式存在，另一半以广义碱的形式存在，因而它既能作为质子供体，又能作为质子受体，有效地进行酸碱催化。
（2）咪唑基供出和接受质子的速度很快，其半衰期短，小于0.1毫微秒。所以许多酶活性中心都有组氨酸残基。酶分子中可作为酸硷催化的功能基团61
4.共价催化
催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化。酶中参与共价催化的基团主要包括His 的咪唑基，Cys 的硫基，Asp 的羧基，Ser 的羟基等。某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。
5.酶活性中心是低介电区域
可排除高极性的水分子，使S的敏感键与E的催化基团有高反应力，从而加速反应。
第五节酶促反应动力学
一、酶促反应的基本动力学
酶促反应动力学的概念：研究酶促反应速度及其影响因素，并加以定量的阐述。其中酶与底物之间的作用问题是研究酶促反应的核心问题。
影响因素：包括：酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定
（一）底物浓度的影响底物浓度对酶反应速度的影响65
用中间产物学说解释底物浓度与反应速度关系曲线的二相现象：
E+S可逆ES——EP
当底物浓度很低时，有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，中间络合物的浓度不断增高。当底物浓度较高时，溶液中的酶全部与底物结合成中间产物，虽增加底物浓度也不会有更多的中间产物生成。
（二）米氏方程---定量表达底物浓度与酶反应速率的关系
1913 年Michaelis 和Menten 提出反应速度与底物浓度关系
的数学方程式，即米－曼氏方程式，简称米氏方程。
米氏方程式：K1 K3
中间产物学说:E+S →?← ES →??E+P
K2 Vmax[S]
米氏方程（Michaelis-Menten equation）V= ????
Km + [S]
米氏方程解释底物浓度对反应速度的影响规律
米氏方程式推导过程:
稳态：是指ES 的生成速度与分解速度相等，即[ES] 恒定
K1 ( [E]－[ES]) [S]＝K2 [ES] + K3 [ES] v= K3 [ES] （1）整理得：（[E]－[ES]）[S] K2+K3 令:
????= ????= Km (米氏常数) （2）
[ES] K1
则(2)变为: （[E]－[ES]）[S] ＝Km [ES]
整理得:[E][S] K3[E][S]
[ES]＝───（3）将(3) 代入(1) 得V＝────（4）
Km+[S] Km+[S]
当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即[E]＝[ES],反应达最大速度
Vmax＝K3[ES]＝K3[E] (5)
将(5)代入(4)得米氏方程式:Vmax[S] 71
V＝────
1. Km 的求法Km+[S]
(1)双倒数作图法(又称林-贝氏作图）
Vmax[S] Km
V＝────两边同取倒数1/V=────1/[S] +1/Vmax
Km +[S] Vmax
(2) Hanes 作图法：在林－贝氏方程基础上，两边同乘[S] 72
（3）Eddie-Hofstee作图法（v —法）
v Km+ v[S] = Vmax ·[S] v [S] = Vmax [S] - v Km v = vmax – Km 74
（4）Eisenthal和Cornish-Bowden法(Direct linear plot ) 75
2. 米氏常数的意义及测定
v = Vmax/ 2，则：k m= [S]
意义：（1）k m是酶的一个基本的特征常数。其大小与酶的浓度无关，而与具体的底物有关，且随着温度、pH和离子强度而改变。
（2）从k m可判断酶的专一性和天然底物。K m最小的底物，通常就是该酶的最适底物，也就是天然底物。
（3）当k2＞＞k3时，k m的大小可以表示酶与底物的亲和性。
K1 K3
E+S →?← ES →??E+P ∵k m= （k2 +k3)/k1 K m ≈k2 / k1 [S][E] K2 ∴k m可以看作ES的解离常数k s ：k m= k s = ————
当k m大时，说明ES容易解离，酶与底物结合的亲和力小。[ES] （4）从k m的大小，可以知道正确测定酶活力时所需的底物浓度。
实际用途：可由所要求的V求[S]；例：求反应速度达最大反应速度90%时的底物浓度。
从米氏方程中求得：当反应速度达到最大反应速度的90%，则Vmax · [S] 90%V =100%V[S]/(k m +[S]) 即[S] = 9k m v = —————
（5）k m还可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途径。km + [S]
+乳酸脱氢酶（1.7×10-5）→??乳酸
丙酮酸+丙酮酸脱氢酶（1.3×10-3）→??乙酰CoA
+丙酮酸脱羧酶（1.0×10-3）→??乙醛
当丙酮酸浓度较低时，代谢走哪条途径决定于k m最小的酶。
米氏常数可根据实验数据作图法直接求得：先测定不同底物浓度的反应初速度，从v与[S]的关系曲线求得Vmax ，然后再从1/2 Vmax求得相应的[S]即为k m（近似值）。
注意：
米氏方程只是反映了底物单分子时酶反应速度与底物浓度之间的定量关系，但这个方程不适用包括一种以上的底物和其他物质的影响的酶反应。但可以根据这个方程推出各种复杂酶促反应的动力学方程。
二. 酶浓度对反应速度的影响83
当[S] >> [E] 时，Vmax = k3 [E]
1）特征：成正比2）条件：底物浓度足够大
三、温度对反应速度的影响84
1 . 特征：双重影响 3.特点：低温不变性，不是酶的特征性常数
2 .最适温度 4. 应用：低温麻醉、低温保存酶制品
酶的最适温度: 酶活性最高时的温度, 也即酶的催化效率最高, 酶促反应速度最大时的温度。
四、pH 对反应速度的影响85
1. 特征：极端pH引起变性 3 .特点：不同酶不同pH不是酶的特征性常数
2. 最适pH（optimum pH） 4.应用：在最适pH时进行酶促反应或测酶活性
酶的最适pH : 酶催化活性最高时的pH。在一定的pH范围内酶是稳定的
pH对酶作用的影响机制：过酸过硷导致酶蛋白变性,影响底物分子解离状态,影响酶分子解离状态,影响酶的活性中心构象
五、激活剂对酶作用的影响——凡能提高酶活力的物质都是酶的激活剂。如Cl-是唾液淀粉酶的激活剂。
类别金属离子：K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+ 、Co2+、Fe2+ 阴离子：Cl-、Br-
有机分子:还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽金属螯合剂：EDTA
六、抑制剂对反应速度的影响
抑制剂（inhibitor）：凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称为抑制剂。
区别于酶的变性:1) 抑制剂对酶有一定选择性(2) 引起变性的因素对酶没有选择性
抑制作用的种类:不可逆性抑制作用可逆性抑制作用:竞争性抑制
非竞争性抑制
反竞争性抑制
酶的必需基团的性质受到某种化学物质的作用而发生改变，使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用。
酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：
a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似。
b.能够与酶的活性中心或重要的必需基团以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物。（一）不可逆性抑制作用
概念：抑制剂以共价键与酶的活性中心上的必需基团结合，使酶失活，且不能用透析、超滤等方法去除，这种抑制作用称为不可逆性抑制作用。
类型：
羟基酶的抑制(1) 抑制剂：有机磷农药（敌敌畏、敌百虫、1059等）
(2) 举例（酶）：胆碱酯酶（choline esterase）
（3）解救：解磷定、阿托品（pyridine aldoxime methyliodide, PAM）羟基酶: 丝氨酸侧链上的羟基为必需基团的酶92
（二）可逆性抑制作用(reversible inhibition)
概念：抑制剂以非共价键与酶可逆性结合，使酶活性降低或消失，用透析、超滤等方法可去除，使酶恢复活性，这种抑制作用称为可逆性抑制作用。
类型:竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制
1.竞争性抑制作用（competitive inhibition）
（1）概念：抑制剂与酶的底物结构相似，可与底物竞争酶的活性中心，阻碍酶与底物形成中间产物，从而抑制酶的活性的现象。
（2)反应模式: K1
(EI →?← I +）E+S →?← ES →??E+P
（3）* 特点
①抑制剂与底物结构相似②两者都与酶的活性中心结合
③抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力和与底物浓度的相对比例
④增加底物浓度可减低或解除抑制作用⑤动力学变化：Vmax不变、Km 值变大
(4）竞争性抑制的动力学方程: 竞争性抑制的特征曲线：97
Vmax[S] 1 Km [I] 1 1
V = —————---- = ——— (1+ —) —+ ———
Km(1+[I]/Ki)+[S] V Vmax Ki [S] Vmax
V[S]
v = ———————kin=1+[I ]/ki)+[S] 98
k m(1+[I ]/k i)+[S]
加入竞争性抑制剂后，K m 变大，酶促反应速度减小。Vmax不变。
(5) * 举例
①丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶99
②磺胺类药物抑制细菌二氢叶酸合成酶100
对氨基苯甲酸二氢叶酸合成酶二氢叶酸还原酶
二氢蝶呤→??→?? FH2 →??→??FH4
谷氨酸磺胺药(-) 氨甲蝶呤(-)
2.非竞争性抑制作用（non-competitive inhibition）
(1) * 概念：有些抑制剂可与酶的活性中心外的必需基团结合，不影响酶与底物的结合，酶与底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合，但酶-底物-抑制剂复合物（ESI）不能生成产物，这种抑制作用称为非竞争性抑制。K1
(2)反应模式: (EI →?← I +）E+S →?← ES →??E+P
+S →?← ESI →?←→?← I+
(3)特点：K1’
①抑制剂与底物结构不相似②抑制剂与酶在活性中心外的必需基团结合
③抑制结果取决于抑制剂的浓度④增加底物浓度不能解除抑制作用
⑤动力学变化：Vmax 变小、Km 值不变
（4）非竞争性抑制的动力学方程: 非竞争性抑制的特征曲线：
1 Km [I] 1 1 [ I ]
---- = ——— (1+ —) —+ ———( 1+ —— ) 104
V Vmax Ki [S] Vmax Ki
如某些金属离子（Cu2+、Ag+、Hg）通常能与酶分子的调控部位中的-SH基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制；EDTA结合金属离子引起的抑制作用也属于非竞争性抑制。
非竞争性抑制剂与酶活性中心以外的基团结合，这类抑制作用不会因提高底物浓度而减弱。
3. 反竞争性抑制作用（uncompetitive inhibition）
（1) * 概念：抑制剂仅与酶-底物复合物（ES）结合，使中间产物ES的量下降，从而既减少了产物的生成，又减少了从中间产物解离出游离酶和底物的量，称为反竞争性抑制。
(2)反应模式: K1’
E+S →?← (ESI →?← I +）ES →??E+P
(3) * 特点：
①抑制剂只与ES 复合物结合②抑制结果取决于抑制剂的浓度
③增加底物浓度不能解除抑制作用④动力学变化：Vmax 变小、Km 值变小
各种可逆性抑制作用的比较
作用特征无抑制剂竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制
与结合的组分 E E,ES ES
动力学参数Km Km 增大不变减小
最大速度Vmax 不变降低降低
林-贝氏作图
斜率Km/ Vmax 增大增大不变
纵轴截距1/ Vmax 不变增大增大
横轴截距-1/ Km 增大不变减小
第六节酶的多样性和活性的调节
一、核酶
80年代初期，美国Cech和Altman各自独立地发现RNA具有生物催化功能，从而改变了生物体内所有的酶都是蛋白质的传统观念。这个发现曾被认为是近十多年来生化领域内最令人鼓舞的发现之一。为此Cech和Altman共同获得了1989年度诺贝尔化学奖。
（一）核酶的催化性质
RNA作用于RNA
核酶催化的反应主要包括:水解反应(RNA限制性内切酶活性)，连接反应(聚合酶活性)和转核苷酰反应等。
后来，核酶的其他作用底物也已被发现，如多糖、DNA以及氨基酸酯等。
（二）核酶的种类
按作用底物方式不同分为，自然界现有
（1）催化分子内反应的核酶，自我剪接(self—splicing)核酶（四膜虫rRNA，需鸟苷和Mg2+）?自我剪切(self-cleavage)核酶(不需鸟苷)
（2）催化分子间反应(如原核生物RNaseP中的RNA)的核酶。
（三）核酶的研究意义及应用前景
1.基因治疗：根据锤头结构或发夹结构原理设计核酶基因，构建于特定的表达载体，在不同细胞内表达已经成功。结果表明核酶基因导入细胞或体内可以阻断基因表达，用作抗病毒感染，抗肿瘤的有效药物，前景诱人，应用将是广泛的。
2.分子进化：具有催化功能RNA的重大发现，表明RNA是一种既能携带遗传信息又有生物催化功能的生物分子。因此，很可能RNA的出现早于蛋白质和DNA，是生命起源中首先出现的生物大分子，而一些有酶活性的内含子可能是生物进化过程中残存的分子“化石”。
（四）核酶的研究中的两个问题
1核酶催化效率太低。2由于核酶本身是RNA，很容易被核酸水解酶(RNase)所破坏。
因此，要将核酶应用于体内阻断基因表达或作为抗病毒的临床药物，还要做大量的研究工作。二、调节酶(regulatory enzyme)
通过改变自身活性来调节酶的活性，通常是通过酶分子结构的变化来改变其活性，进而调节代谢速度。
（一）共价修饰酶（covalent modification enzyme)
酶蛋白多肽链上某些氨基酸侧链基团，在某种酶的催化作用下，发生了可逆的化学修饰，分子共价连接（或脱掉）一定的化学基团，称为共价修饰（covalent modification ），酶被修饰后，称为共价修饰酶。
共价修饰调节的类型
磷酸化与脱磷酸化（最常见）乙酰化与脱乙酰化
甲基化与脱甲基化腺苷化与脱腺苷化
肌肉中磷酸化酶的磷酸化和去磷酸化过程：118
由激素启动磷酸化的级联机制
（二）别构酶（allosteric enzyme）
概念：有些酶分子表面除了具有活性中心外，还存在被称为调节位点（或别构位点）的调节物
《生物化学》课程教学讲义1．课程简介 21世纪是生命科学的世纪，《生物化学》是现代生物学的基础，是生命科学发展的支柱，是生命科学领域的“世界语”因此奠定坚实的生物化学基础是农业科学生命科学学生和科技工作者的共同需要。 生物化学的内容：生物化学是生命的化学。生物是一个高度复杂和组织化的分子系统。这个分子系统主要是由生物大分子—糖类、脂类、蛋白质和核酸组成的。生物的多样性是生物体中生物分子多样性及其结构复杂性（一级结构和空间结构）决定的。但生物体内生物分子及其化学变化不是无序的。生命的化学有着自己的规律。 生命最突出的属性是自我复制和新陈代谢。自我复制依赖的遗传信息都存在于由核酸序列组成的基因中。代谢包含生物体内发生的所有化学反应-四大物质代谢，酶是反应的催化剂，物质代谢伴随着能量的生成和利用。 总之生物化学的内容可划分为两部分：静态生物化学—生物分子的化学组成、结构和性质；生物分子的结构、功能与生命现象的关系。动态生物化学—生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律。 生物化学的发展史：19世纪末，德国化学家李比希 （J.Liebig）初创了生理化学，德国的霍佩赛勒（E.F.Hoppe-seyler）将生理化学建成一门独立的学科，并于1877年提 出“Biochemie”一词，译成英语为“Biochemistry”，即生
物化学。 生物化学的发展大体可分为三个阶段：静态生物化学阶段(static biochemistry stage) 时期:19世纪末到20世纪30年代 特点:发现了生物体主要由糖、脂、蛋白质和核酸四大类有机物质组成,并对生物体各种组成成分进行分离、纯化、结构测定、合成及理化性质的研究。 动态生物化学阶段(dynamic biochemistry stage) 时期:20世纪30～60年代 主要特点:研究生物体内物质的变化，即代谢途径，所以称动态生化阶段。 现代生物化学阶段(modern biochemistry stage) 时期:从20世纪60年代开始 特点:探讨各种生物大分子的结构与其功能之间的关系。 我国:1966年王应睐和邹承鲁合成结晶牛胰岛素；1972年,X-射线衍射法测定了猪胰岛素的空间结构；1979年合成了41个核苷酸的酵母丙氨酸 tRNA3；1981年完成了该tRNA的全合成(76个核苷酸)；唯一一个发展中国家,加入人类基因组计划,并出色完成了1%的任务。 生物化学的应用和发展前景：生物化学的原理和技术是研究现代生物科学的重要手段之一；生物化学的原理和技术在生产实践中广泛应用，如食品发酵制药及皮革工业，预防治疗医学等都与生物化学有着密切联系；生物化学是农业科学的重要理论基础之一，如研究植物的新陈代谢过程，可以控制植物的发育，优质高产。了解生物的遗传特性，可进行基因重组。另
第七章酶化学 一、填空题 1.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。 2.酶是由________________产生的，具有催化能力的________________。 3.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。 4.常用的化学修饰剂DFP可以修饰________________残基，TPCK常用于修饰________________残基。 5.酶促动力学的双倒数作图(Lineweaver-Burk作图法)，得到的直线在横轴上的截距为________________，纵轴上的截距为________________。 6.磺胺类药物可以抑制________________酶，从而抑制细菌生长繁殖。 7.谷氨酰胺合成酶的活性可以被________________共价修饰调节；糖原合成酶、糖原磷酸化酶等则可以被________________共价修饰调节。 二、是非题 1.[ ]对于可逆反应而言，酶既可以改变正反应速度，也可以改变逆反应速度。 2.[ ]酶活性中心一般由在一级结构中相邻的若干氨基酸残基组成。 3.[ ]酶活力的测定实际上就是酶的定量测定。 4.[ ]Km是酶的特征常数，只与酶的性质有关，与酶浓度无关。 5.[ ]当[S]>> Km时，v 趋向于Vmax，此时只有通过增加[E]来增加v。 6.[ ]酶的最适温度与酶的作用时间有关，作用时间长，则最适温度高，作用时间短，则最适温度低。 7.[ ]增加不可逆抑制剂的浓度，可以实现酶活性的完全抑制。 8.[ ]正协同效应使酶促反应速度增加。 9.[ ]竞争性可逆抑制剂一定与酶的底物结合在酶的同一部位。 10.[ ]酶反应的最适pH只取决于酶蛋白本身的结构。 三、选择题 1.[ ]利用恒态法推导米氏方程时，引入了除哪个外的三个假设？ A.在反应的初速度阶段，E+P→ES可以忽略 B.假设［S］>>［E］，则［S］-［ES］≈［S］ C.假设E+S→ES反应处于平衡状态 D.反应处于动态平衡时，即ES的生成速度与分解速度相等 2.[ ]用动力学的方法可以区分可逆、不可逆抑制作用，在一反应系统中，加入过量S和一定量的I，然后改变［E］，测v，得v～［E］曲线，则哪一条曲线代表加入了一定量的可逆抑制剂？ A.1 B.2 C.3 D.不可确定
第三章酶. 三、典型试题分析 1．一个酶作用于多种底物时，其天然底物的Km值应该是(1995年生 化考题) A．最大B．与其他底物相同C．最小 D．居中E．与K3相同 [答案] C 2. 下列关于酶的活性中心的叙述哪些是正确的（1996年生化考题） A.所有的酶都有活性中心 B. 所有的酶活性中心都含有辅酶 C. 酶的必需基团都位于活性中心之内 D. 所有抑制剂都作用于酶的活性中心 E. 所有酶的活性中心都含有金属离子 [答案] A 3. 乳酸脱氢酶经透析后，催化能力显著降低，其原因是（1997年生化考题） A. 酶蛋白变形 B. 失去辅酶 C. 酶含量减少 D. 环境PH值发生了改变 E. 以上都不是 [答案] B 4. 关于酶的化学修饰，错误的是 A. 酶以有活性（高活性），无活性（低活性）两种形式存在 B. 变构调节是快速调节，化学修饰不是快速调节 B.两种形式的转变有酶催化 D. 两种形式的转变由共价变化 E. 有放大效应 [答案] B 5. ．测定酶活性时，在反应体系中，哪项叙述是正确的 A．作用物的浓度越高越好B．温育的时间越长越好 C．pH必须中性D．反应温度宜以3713为佳 E．有的酶需要加入激活剂 [答案] E 6．下列关于酶活性中心的叙述哪些是正确的(1999年生化试题) A．是由一条多肽链中若干相邻的氨基酸残基以线状排列而成 B．对于整个酶分子来说，只是酶的一小部分 C. 仅通过共价键与作用物结合D．多具三维结构 (答案] B和D 7．酶的变构调节 A．无共价键变化B．构象变化 C．作用物或代谢产物常是变构剂 D．酶动力学遵守米式方程 (答案) A、B和C
刚上大学的时候，我的家人希望我能考研，因为我的本科学校很普通。 当时，我并没有想过。直到这几年的学习，出于自身对专业课的兴趣越来越浓厚，想要继续深入系统的学习，而我们本科对专业课的学习知识一点皮毛，是远远不够的！ 怀着专业的热爱，我毅然决定考研，在大三上册就开始准备复习。充满信心地去下定决心做一件事情是做好它的前提，最开始自己像一只无头苍蝇一般，没有方向。只能靠自己慢慢摸索，查资料、看考研经验分享、问学长学姐，虽然这个过程很繁琐，但是我已经下定决心考研，所以无所畏惧！ 对于考研来说最关键的就是坚持。一年的考研时间，我想，对于这个词，我是有很多话要说的。 我以为自己是个能坚持的人，但是考研这一年来，真正让我体会到了坚持的不易！ 正如很多研友的分享所说，考研谁不是一边想放弃一边又咬牙坚持着，那些坚持到最后的人，都会迎来他们的曙光。 文章可能有点长，末尾我也加了一些真题和资料的下载方式，大家放心阅读即可。 陕西师范大学生物化学与分子生物学的初试科目为: (101)思想政治理论 (201)英语一 (742)生物化学（自命题） (842)细胞生物学 参考书目为：
1.张丽萍、杨建雄:《生物化学简明教程》，等教育出版社第4版 2.翟中和:《细胞生物学》，等教育出版社2007年版 关于英语复习的一些小方法 英语就是平时一定要做真题，把真题阅读里面不会的单词查出来，总结到笔记上，背诵单词，在考试之前，可以不用大块的时间，但一定要每天都看最起码2小时英语，把英语当做日常的任务，真题一定要做，而且单词要背熟，我在考试之前背了3遍的考研单词，作文可以背诵一些好词好句，在考场灵活运用。 我从开始准备考试起每天要背单词，不要一直往后背，可以第二天复习前一天背的然后再往下走。我买的木糖英语单词闪电版，这本书我觉得好的一点是，每一页底下都有这一页的单词回顾，方便第二天复习，我大概每天背两个单元。 如果开始备考的早的话真题可以先放一放，因为数量比较少很宝贵，可以先阅读模拟题或者经济学人之类，不用做题，每天认真阅读两篇即可。我大概是八月份左右月份英语开始做的真题，开始的时候每天两三篇阅读，做完之后认真对答案和看错题找正确答案的思路，把有价值的句子和陌生单词都记下来弄懂背过。没有停下一直在背，把之前背过但是后来看没有印象的单词（这些单词之前已经标记过了）再过一遍。 在做完阅读真题之后，后面开始做真题套卷，这时候可以买一本新的真题，防止自己之前做题的想法干扰自己。我听同学们的买的《木糖英语真题手译》，回来发现老师讲的很有条理，比较适合基础薄弱的同学。我认为完型其实不用特别抽出时间练习，完型翻译和作文在后两个月一起练练就可以，其实完型翻译这几年出的不是特别难了。作文可以从机构或者老师出的模板和平时做阅读中的积累，挑出一些句子，总结出自己的一套“模板”，但是在练习时期一定要动手写，
第3章 酶 学习要求 1. 掌握酶及所有相关的概念、酶的结构与功能的关系、酶的工作原理、酶促反应动力学特点、意义及应用。 2. 熟悉酶的分子组成与酶的调节。 3. 了解酶的分类与命名及酶与医学的关系。 基本知识点 酶是对其特异底物起高效催化作用的蛋白质。单纯酶是仅由氨基酸残基组成的蛋白质，结合酶除含有蛋白质部分外，还含有非蛋白质辅助因子。辅助因子是金属离子或小分子有机化合物，后者称为辅酶，其中与酶蛋白共价紧密结合的辅酶又称辅基。 酶分子中一些在一级结构上可能相距很远的必需基团，在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物，这一区域称为酶的活性中心。 同工酶是指催化相同化学反应，酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶，是由不同基因编码的多肽链，或同一基因转录生成的不同mRNA 所翻译的不同多肽链组成的蛋白质。 酶促反应具有高效率、高度特异性和可调节性。酶与底物诱导契合形成酶-底物复合物，通过邻近效应、定向排列、表面效应使底物容易转变成过渡态。酶通过多元催化发挥高效催化作用。酶促反应动力学研究影响酶促反应速率及其影响因素，后者包括底物浓度、酶浓度、温度、pH 、抑制剂和激活剂等。底物浓度对反应速率的影响可用米氏方程表示。 其中，Km 为米氏常数，其值等于反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度，具有重要意义。Vmax 和Km 可用米氏方程的双倒数作图来求取。酶在最适pH 和最适温度时催化活性最高，但最适pH 和最适温度不是酶的特征性常数，受许多因素的影响。酶的抑制作用包括不可逆抑制与可逆抑制两种。可逆抑制中，竞争抑制作用的表观Km 值增大，Vmax 不变；非竞争抑制作用的Km 值不变，Vmax 减小，反竞争抑制作用的Km 值与Vmax 均减小。 在机体内酶活性与含量的调节是代谢调节的重要途径。变构酶是与一些效应剂可逆地结合，通过改变酶的构象而影响其活性的一组酶，多亚基变构酶具有协同效应。酶的化学修饰使酶在相关酶的催化下可逆地共价结合某些化学基团，实现有活性酶和无活性酶或者低活性酶与高活性酶的互变。酶的变构调节和酶的化学修饰是体内快速调节酶活性的重要方式。体] [] max[S Km S V V +=
参考答案 一、单项选择题 1.C 2.D 3.D 4.A 5.C 6.B 7.E 8.A 9.D 10.A 11.E 12.B 13.D 14.C 15.B 16.C 17.C 18.D 19.E 20.B 21.E 22.C 23.E 24.D 25.C 26.D 27.E 28.E 29.D 30.B 31.E 32.A 33.E 34.A 35.D 36.D 37.C 38.B 二、填空题 1．酶蛋白辅酶（辅基）决定酶的促反应的专一性（特异性）传递氢原子、电子 或某些基团 2．4倍 9倍 3．竞争性 4．非竞争性 5．四 H M 5种心肌 6．活化能平衡点 7．绝对相对立体异构 8．一半底物 9．相同不同 10．竞争性非竞争性 三、名词解释（以书本为准） 1．由一条多肽链构成的酶称为单体酶。 2．由多个亚基以非共价键聚合成的酶称为寡聚酶。 3．由代谢上相互联系的几种酶聚合形成多酶复合体称为多酶体系。 4．一条多肽链上含有两种或两种以上催化活性的酶称为串联酶或多功能酶。 5．由蛋白质和非蛋白质两部分组成的酶。 6．结合酶中蛋白质部分。 7．结合酶中非蛋白质部分。 8．与酶蛋白的结合较疏松，可以用透析或超滤的方法除去之。 9．与酶蛋白结合较紧密，不能通过透析或超滤方法除去之。 10．酶分子中与酶的活性密切相关的基团称为酶的必需基团。 11．必需基团在酶蛋白一级结构上可能相距甚远，但在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。这一区域称为酶的活性中心 或称活性部位。 12．酶对其所催化的底物具有严格的选择性。即一种酶仅作用于一种或一类化合物，或作用于一种化学键，以催化一定的化学反应转变为产物，这种现象称为酶的特异性或专一性。
第三章酶化学与辅酶 一、选择题 （在备选答案中只有一个是正确的） 1．关于酶的叙述哪项是正确的？ A．所有的酶都含有辅基或辅酶 B．只能在体内起催化作用 C．大多数酶的化学本质是蛋白质 D．能改变化学反应的平衡点加速反应的进行 E．都具有立体异构专一性（特异性） 2．酶原所以没有活性是因为： A．酶蛋白肽链合成不完全 B．活性中心未形成或未暴露 C．酶原是普通的蛋白质 D．缺乏辅酶或辅基 E．是已经变性的蛋白质 3．磺胺类药物的类似物是： A．四氢叶酸B．二氢叶酸C．对氨基苯甲酸D．叶酸E．嘧啶 4．关于酶活性中心的叙述，哪项不正确？ A．酶与底物接触只限于酶分子上与酶活性密切有关的较小区域 B．必需基团可位于活性中心之内，也可位于活性中心之外 C．一般来说，总是多肽链的一级结构上相邻的几个氨基酸的残基相对集中，形成酶的活性中心D．酶原激活实际上就是完整的活性中心形成的过程 E．当底物分子与酶分子相接触时，可引起酶活性中心的构象改变 5．辅酶NADP+分子中含有哪种B族维生素？ A．磷酸吡哆醛B．核黄素C．叶酸D．尼克酰胺E．硫胺素 6．下列关于酶蛋白和辅助因子的叙述，哪一点不正确？ A．酶蛋白或辅助因子单独存在时均无催化作用 B．一种酶蛋白只与一种辅助因子结合成一种全酶 C．一种辅助因子只能与一种酶蛋白结合成一种全酶 D．酶蛋白决定结合酶蛋白反应的专一性 E．辅助因子直接参加反应 7．如果有一酶促反应其〔8〕=1/2Km，则v值应等于多少Vmax？ A．0.25 B．0.33 C．0.50 D．0.67 E．0.75 8．有机磷杀虫剂对胆碱酯酶的抑制作用属于： A．可逆性抑制作用 B．竞争性抑制作用 C．非竞争性抑制作用 D．反竞争性抑制作用 E．不可逆性抑制作用 9．关于pH对酶活性的影响，以下哪项不对？ A．影响必需基团解离状态 B．也能影响底物的解离状态 C．酶在一定的pH范围内发挥最高活性 D．破坏酶蛋白的一级结构 E．pH改变能影响酶的Km值
生物化学 第四章 酶 1、什么是酶?(酶的定义是什么)?酶的化学本质是什么? (1)酶是由活细胞产生的对特异底物具有高效催化作用的蛋白质和核酸 (2) 化学本质：蛋白质 2、什么是单体酶?寡聚酶?多酶复合体?多功能酶? 单体酶：由一条多肽链构成的酶，溶菌酶； 寡聚酶：由多个相同或不同亚基以非共价键连接的酶，磷酸化酶a ； 多聚复合体：由几种酶靠非共价键彼此嵌合而成。可一次催化连锁反应的复合体，丙酮酸脱氢酶系； 多功能酶：一条多肽链上同时具有多种不同催化活性的酶，生物进化中基因融合的产物，DNA 聚合酶 3、简述酶的分类?单纯酶、结合酶的定义是什么?酶蛋白、辅助因子的作用? 酶的分类：单体酶、寡聚酶、多酶复合体及多功能酶 单纯酶：仅由多肽链组成，如淀粉、脲酶、核糖核酸酶等 结合酶：由蛋白质部分和非蛋白质部分组成，其催化作用依赖于两部分的共同参与，如氨基转移酶、碳酸酐酶、乳酸脱氢酶等。 酶蛋白的作用：决定反应专一性 辅助因子的作用：决定反应的种类与性质 4、辅助因子的分类及分类依据是什么?各自(辅酶、辅基)的作用分别由哪些? 辅助因子的分类：辅酶和辅基。分类依据：按照其与酶蛋白结合的紧密程度及作用特点不同 辅酶的作用：与酶蛋白共价键结合紧密，不可用透析、超滤方法除去 辅基的作用：与酶蛋白非共价键结合不牢固，可用透析、超滤方法除去 5、什么是酶的活性中心?酶的活性中心包括哪些基团?这些基团的功能是什么? 酶的活性中心：酶分子中必需基团相对集中，形成一个与底物特异性结合并催化其反应生成产物的具有特定三维结构的区域。 活性中心的基团 (1)结合基团：可与底物结合 (2)催化基团：催化底物发生化学反应 6、什么是酶原?什么是酶原激活?酶原激活的机制是什么?简述酶原激活的生理意义? 酶原：是细胞内合成或初分泌时处于无活性状态的酶的前体 酶原激活：在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。 酶原激活的生理意义：(1)酶原是酶的安全转运形式，避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。 (2)酶原是酶的安全储存形式，在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。 7、什么是同工酶?乳酸脱氢酶同工酶有哪几种?血清中同工酶活性改变有何临床意义? 同工酶：催化同一化学反应，但酶蛋白分子结构、理化性质和免疫学性质不同的一组酶。 乳酸脱氢酶同工酶:1LDH 、2LDH 、3LDH 、4LDH 、5LDH 血清中同工酶活性改变的临床意义：疾病诊断 8、根据酶促反应的类型，酶可以分为哪几类?
第三章酶 【目的和要求】 1、理解酶及其相关概念，简述酶促反应的特点。 2．掌握酶的分子组成，并能区分辅基和酶辅。 3．掌握酶活性中心与必需基团基本概念。 4．叙述同工酶的定义，能举例说明同工酶的组成、分型、命名及临床应用。 5．简述酶原激活的本质，并解释酶原激活的临床意义。 6. 简述影响酶促反应的六大因素，解释温度对酶促反应影响的两重性 7. 说出米氏常数的特征与主要意义。 8. 举例说明竞争性抑制作用的作用特点。 9. 比较别构调节与共价修饰调节。 10. 列表简述B族维生素的别称、辅酶形式、生理功能及缺乏症。 1、酶、酶促反应等相关概念。 2．酶促反应的特点（酶与一般催化剂的区别）。 3．酶促作用的机理。 4．酶的分子组成,酶的结构和功能。 5．底物浓度对酶促反应的影响,抑制作用分类与特点。 6. 竞争性抑制的概念、特征和实例。 7. 多酶体系及其调节。 8. 维生素与辅酶（基）。 学习内容 第一节酶的催化作用 第二节酶的分子组成与结构 第三节影响酶促反应速度的因素 第四节酶活性的调节 第五节酶的分类和命名
第六节酶与医学的关系 第一节酶的催化作用 一、酶及其相关概念 酶、核酶、酶促反应、底物和作用物、酶促反应的速度。 二、酶与一般催化剂相同的性质 1、酶加速化学反应使之达到平衡。 2、酶降低反应的活化能 三、酶的催化特点 1、高效性比非催化反应高108～1012倍，比一般催化剂反应高107～1013倍。 2、高专一性①绝对专一性，只作用一种底物产生一定的反应；②相对专一性，能作用于一类化合物；③立体异构专一性，酶对底物的立体异构有要求。 3、不稳定性影响蛋白质变性的因素均能使酶失去活性。 4、可调节性通过对酶结构或含量的调节来物质的调节代谢。 四、酶促作用的机理 1．为何具有高度的催化效率——降低反应的活化能。 2．如何降低反应的活化能——形成中间产物（SE）中间产物学说 3．如何形成中间产物——诱导契合（学说）(induced-fit hypothesis) 第二节酶的分子组成与结构 一、酶的化学组成 1、单纯蛋白酶如淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等。 2、结合蛋白酶全酶＝酶蛋白＋辅助因子 1）酶蛋白决定酶的特异性，可以和不同的辅因子结合。 2）辅因子
2002年陕西师范大学生物化学考研真题 适用专业名称：植物学、动物学、生理学、水生生物学、微生物学、神经生物学、遗传学、发育生物学、生物化学与分子生物学、生物物理学、运动生物学 一、填空（每空0.5分共10分） 1．氨基酸R基上含有的_____基可被_____化，引起酶活力的显著变化。 2．蛋白质的二级结构主要由_____健稳定的；形成三级结构时，亲水性的基团位于分子的_____。 3．hnRNA是_____的前体，ddNTP是_____核苷酸。 4．酶可以使化学反应的活化能_____，并通过邻近定向效应，_____、_____、_____和微环境的作用加快反应速度。 5．TPP是_____酶的辅酶，叶酸的作用是_____。. 6．呼吸链中的FMN属于递_____体，Fe-S蛋白质属于递_____体。 7．乙醛酸循环总的结果是将2分子_____合成1分子_____，甘油是转化成____进入糖代谢的。 8．DNA聚合酶的5＇-3＇外切酶活力可用于_____，3＇-5＇外切酶活力可用于_____，合成蛋白质时，氨酰-tRNA进入核糖体的_____位。 二、判断（每题1分，共10分） 1．球蛋白不溶于纯水，只溶于稀盐酸。（）
2．B-DNA转化为A-DNA后，转录活性会下降。（） 3．对典型的米氏酶来说，[S]＝9K m时，v＝0.9V。（） 4．呼吸链的阻断部位越靠近O2，危害越小。（） 5．合成脱氧核苷酸需硫氧还蛋白供氢。（） 6．基因转录时，模版链又称编码链。（） 7．放线菌素D只抑制原核生物的转录作用。（） 8．合成蛋白质时，密码子与反密码子的碱基配对非常严格。（） 9．如果tRNA与氨基酸的连接出错，则合成的蛋白质中会出现错误的氨基酸。（）10．合成蛋白质时，转肽需要消耗GTP。（） 三、名词解释（每题2分，共10分） 1．结构域 2．分子杂交 3．过渡态互补 4．联合脱氨基作用 5．限制性核苷酸内切酶 四、简答题和计算题（每题10分，共70分） 1．血清α1球蛋白、α2球蛋白、β球蛋白、γ球蛋白和清蛋白的pI分别为5.06、5.06、5.12、6.35～7.30、4.64、Mr分别为2×105、3×105、9×104～1.5×105、1.56×105、6.9×104，在pH8.6用醋酸纤维素膜电泳，请预测电泳谱带的排列次序，并说明理由。 2．简述碱基配对规律在生命科学中的意义。
第一章绪论 一、生物化学的概念 生物化学是从分子水平研究生物体中各种化学变化规律的科学。因此生物化学又称为生命的化学（简称：生化），是研究生命分子基础的学科。生物化学是一门医学基础理论课。 二、生物化学的主要内容 1．研究生物体的物质组织、结构、特性及功能。蛋白质、核酸 2．研究物质代谢、能量代谢、代谢调节。研究糖、脂、蛋白质、核酸等物质代谢、代谢调节等规律，是本课程的主要内容。 3．遗传信息的贮存、传递和表达，研究遗传信息的贮存、传递及表达、基因工程等，是当代生命科学发展的主流，是现代生化研究的重点。 三、生物化学的发展史 四、生物化学与健康的关系 生化是医学的基础，并在医、药、卫生各学科中都有广泛的应用。 本课程不仅是基础医学如生理学、药理学、微生物学、免疫学及组织学等的必要基础课，而且也是医学检验、护理等各医学专业的必修课程。 五、学好生物化学的几点建议 1．加强复习有关的基础学科课程，前、后期课程有机结合，融会贯通、熟练应用。 2．仔细阅读、理解本课程的“绪论”，了解本课程重要性，激发起学习生物化学的兴趣和求知欲望。 3．每次学习时，首先必须了解教学大纲的具体要求，预读教材，带着问题进入学习。 4．学习后及时做好复习，整理好笔记。 5．学生应充分利用所提供的相关网站，从因特网上查找学习资料，提高课外学习和主动学习的能力。 6．实验实训课是完成本课程的重要环节。亲自动手，认真、仔细完成每步操作过程，观察各步反应的现象，详细、科学、实事求是地记录并分析实验结果，独立完成实验报告。 第一章蛋白质的化学 一、蛋白质的分子组成 （一）蛋白质的元素组成 蛋白质分子主要元素组成：C、H、O、N、S。 特征元素：N元素（含量比较恒定约为16%） 故所测样品中若含1克N，即可折算成6.25克蛋白质。（实例应用） （二）组成蛋白质的基本单位——氨基酸（AA） （一）编码氨基酸的概念和种类：蛋白质合成时受遗传密码控制的氨基酸，共有20种（二）氨基酸的结构通式：L-α-氨基酸（甘氨酸除外） （三）氨基酸根据R基团所含的基团，可分为酸性氨基酸（羧基）、碱性氨基酸（氨基及其衍生基团）和极性的中性氨基酸（羟基、巯基和酚羟基）。 二、蛋白质的结构与功能 （一）蛋白质的基本结构 1．肽键和肽 （1）肽键：一个氨基酸的α-羧基与另一氨基酸的α-氨基脱水缩合而成的共价键称肽键，肽键是蛋白质分子中氨基酸之间相互连接的主键。 （2）肽：氨基酸通过肽键而成的化合物称肽。
第五章酶 一、单项选择题 1．关于酶的叙述哪项是正确的？ A．体内所有具有催化活性的物质都是酶B．所有的酶都含有辅基或辅酶C．大多数酶的化学本质是蛋白质D．都具有立体异构特异性 E．能改变化学反应的平衡点并加速反应的进行 2．有关酶的辅酶叙述正确的是 A．是与酶蛋白结合紧密的金属离子B．分子结构中不含维生素的小分子有机化合物C．在催化反应中不与酶的活性中心结合D．在反应中参与传递氢原子、电子或其他基团E．是与酶蛋白紧密结合的小分子有机化合物 3．酶和一般化学催化剂相比具有下列特点，例外的是 A．具有更强的催化效能B．具有更强的专一性 C．催化的反应无副反应D．可在高温下进行 E．其活性可以受调控的 4. 酶能使反应速度加快，主要在于 A. 大大降低反应的活化能 B. 增加反应的活化能 C. 减少了活化分子 D. 增加了碰撞频率 E. 减少反应中产物与底物分子自由能的差值 5. 在酶促反应中，决定反应特异性的是 A. 无机离子 B. 溶液pH C. 酶蛋白 D. 辅酶 E. 辅助因子 6．酶的特异性是指 A．酶与辅酶特异的结合B．酶对其所催化的底物有特异的选择性C．酶在细胞中的定位是特异性的D．酶催化反应的机制各不相同 E．在酶的分类中各属不同的类别 7．酶促反应动力学研究的是 A．酶分子的空间构象B．酶的电泳行为 C．酶的活性中心D．酶的基因来源
E．影响酶促反应速度的因素 8. 在心肌组织中，哪一种乳酸脱氢酶同工酶的含量最高 A. LDH1 B. LDH2 C. LDH3 D. LDH4 E. LDH5 9. 酶与一般催化剂的区别是 A. 只能加速热力学上可以进行的反应 B. 不改变化学反应的平衡点 C. 缩短达到化学平衡的时间 D. 具有高度特异性 E. 能降低活化能 10.关于活化能的描述哪一项是正确的 A. 初态底物分子转变为活化分子所需的能量 B. 是底物和产物能量水平的差值 C. 酶降低反应活化能的程度与一般催化剂相同 D. 活化能越大，反应越容易进行 E. 是底物分子从初态转变到过渡态时所需要的能量 11．酶与一般催化剂具有下列共性，例外的是 A．同时加快正、逆反应速度 B. 不能改变反应平衡点 C．降低反应活化能 D. 反应前后自身没有质与量的改变E．由特定构象的活性中心发挥作用 12．金属离子作为辅助因子具有下列作用，例外的是 A．稳定酶蛋白活性构象B．中和阳离子 C．参与构成酶的活性中心D．连接酶和底物的桥梁 E．中和阴离子 13. 在形成酶-底物复合物时 A. 只有酶的构象发生变化 B. 只有底物的构象发生变化 C. 只有辅酶的构象发生变化 D. 酶和底物的构象都发生变化 E. 底物的构象首先发生变化 14．有关酶蛋白或辅助因子的叙述正确的是 A．酶蛋白或辅助因子单独存在时均有催化作用 B．一种酶蛋白可与多种辅助因子结合成全酶 C．一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合成特异性的全酶 D．酶蛋白参与传递氢原子或电子的作用
第三章酶 一、填空题： 1、组成酶的蛋白质叫，其酶蛋白与辅助因子结合后所形成的复合物称为。 2、酶的活性中心有两个功能部位，即___部位和_ __部位。 3、酶分子中具有催化功能的亲核基团主要有：组氨酸的基，丝氨酸的基及半胱 氨酸的。 4、丙二酸是酶的性抑制剂。 5、米氏常数的求法有和方法，其中最常用的 方法是。 6、1／km可近似地表示酶与底物的大小，Km越大，表明。 7、酶活性中心的特点：、、。 8、酶的结合部位决定，而催化部位决定。 9、酶活性中心往往处于酶分子表面的中，形成区，从而使酶与 底物之间的作用加强。 10、同一种酶有几种底物，就有个Km值，其中Km值最的底物，便为该酶 的底物。 11、加入竞争性抑制剂，酶的最大反应速度将，Km值将。 12、表示酶量的多少常用表示。 13、酶原激活的本质是的形成和暴露的过程。 14、酶催化的反应具有两个明显的特征：即和。 15、全酶包括和。 16、在某一酶溶液中加入GSH能提高此酶活力，那么可以推测基团可能是酶活性中心的 必需基团。 17、酶是由产生的，具有催化能力的。 18、L-精氨酸酶只作用于L-精氨酸，而对D-精氨酸无作用，因此此酶具有专一性。 19、抑制剂不改变酶促反应的Vmax，而抑制剂不改变酶促反应Km。 20、同工酶是一类相同、不同的一类酶。 21、维生素B2又叫，做为某些酶的辅基形式为、两种。 22、泛酸在生物体内主要作为、的组成成分存在，其组成物的功能基 因是，可传递。 23、NAD、FAD、COA的相同之处在于三者均有作为其成分。 24、BCCP的中文名称为。 25、人类若缺乏维生素，即产生脚气病。 26、生物素是由噻吩环与尿素结合成的一个化合物，它是辅酶，它 的生化作用是。 27、维生素B6在生物体内的功能形式是_ 和_，它可做为酶的 辅酶。 28、叶酸以作辅酶，有和两种形式，生化功能 是。
Aptamer：开始于生物化学，得宠于化学生物学！ 说起aptamer,得从1989年的诺贝尔化学奖说起，上世纪80年代初，University of Colorado 的Thomas Cech和Yale的Sydney Altman分别发现四膜虫第一类内含子和RNase P的RNA部分具有催化活性，从而证明了RNA不仅仅是DNA到蛋白质的信号员，而且也可以像蛋白质一样催化化学反应，并因此获得了1989年的Nobel化学奖。这就引出了RNA 是否参与了生命的起源的问题，那么RNA到底是不是生命的起源呢？几亿年前的事情很难找到直接的证据，但是，有几件事可以支持RNA为生命起源这个假说：一、如果我们能找到完全或者主要依赖RNA进行生命活动的生物；二、如果在现存生物的基因组里找到负责基本生命活动的功能性RNA的"痕迹"；三、如果我们能够从随机RNA序列库中筛选到能够完成基本生命活动的RNA序列。两件事比较难，我了解的也不多，这里就不说了。现在主要说说第三个。就拿30个碱基长度的RNA来说，理论上的序列就有十的八次方个，从这么多的随机序列中找出具有特定功能的序列实非易事。人们当然从最简单的事情做起。什么生物学功能最简单呢？--Binding! 如果对于任意给定的粒子（包括离子、生物小分子、寡肽、蛋白质等），如果我们都能找出一个有相当强亲和性和特异性的RNA 序列，那我们就向证明"RNA起源说"迈出了一步。90年代开始，许多人用不同分子作为target 筛选了和它们特异性结合的RNA分子，并把这种RNA叫做aptamer。比较著名的是90年science杂志和Nature杂志几乎同时发表的两篇文章（1Tuerk C, Gold L. 1990. Systematic evolution of ligands by exponential enrichment: RNA ligands to bacteriophage T4 DNA polymerase. Science 249:505–10； 2 Ellington AD, Szostak JW. 1990. In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands. Nature 346:818–22）它们用T4 DNA polymerase与几种有机染料做靶分别筛选出了aptamer。紧接着，在92年Ellington和Szostak又用相似的方法筛选出了可以和靶分子特异性结合的单链DNA分子，从而证明了单链DNA也可以折叠成特殊的三维结构，并暗示DNA可能也会具有催化活性。到目前为止人们已经筛选出了多种具有催化活性的DNA分子。而这种筛选Aptamer的方法叫做SELEX或in vitro selection。 在DNA和RNA的筛选工作得已发明之后，科学家们看到了其巨大的应用背景，比如说，首先想到的就是aptamer可以做为抗体的替代品，因为aptamer是经过层层筛选，且与配体高度特异结合。因为aptamer就是一段核酸序列，所以比较抗体来优势明显，那就是合成简单，廉价，稳定性好等。aptamer另外一个潜在的用途就是可以作为一种核酸药物来治疗疾病，因为特异性的aptamer可以bind到靶蛋白上而抑制其功能。90年代筛选出了HIV病毒蛋白的aptamer，让科学界兴奋了一阵子，以为爱滋病的治疗有望解决，但最后的治疗效果显然并不理想，一个问题就是HIV病毒的变异速度非常之快，而aptamer 是特异性的，对变异后的蛋白并不起作用。 到今天，aptamer的发明已经有了17年了，其研究领域仍然十分红火，只不过红火的不是生物化学家，而是化学生物领域的分析家。尽管2005年的医学年鉴发表了题为APTAMERS: AN EMERGING CLASS OF THERAPEUTICS（.Annu. Rev. Med. 2005. 56:555–83）的文章，阐述了这十几年来aptamer 在医学应用领域的进展，但是起发展仍然困难重重，基因疗法（包括RNA干扰）的前景仍然一片阴影，今年美国的几次因为基
第一章蛋白质化学（12学时） 【基本要求】: 1.掌握蛋白质的基本单位-氨基酸的种类、结构特征及其主要的理化性质。 2.掌握蛋白质的一二三四级结构以及稳定其结构的重要作用力。 3.掌握蛋白质的重要性质（两性解离、变性、沉淀、紫外吸收、颜色反应）。 【内容提要与学时分配】 1．蛋白质的生物学功能（1） 2．蛋白质的元素组成与分子组成（2） 3．蛋白质的分子结构（4） 4．蛋白质结构与功能的关系（2） 5．蛋白质的理化性质（2）6．蛋白质的分类与分离纯化简介（1） 第一节蛋白质通论 一、蛋白质的生物学意义（160） 蛋白质是生命的体现者——恩格斯语。Protein —“第一重要的”，“最原初的”。 概括起来，蛋白质主要有以下功能： 1.催化功能(Enzyme) 2.调节功能 3. 运动功能 4. 运输和跨膜转运功能 5. 保护和防御功能 6. 信息传递与识别功能 7. 贮存功能 8. 结构功能 二、蛋白质的分类（158） （一）按分子形状分类 1.球状蛋白 2.纤维状蛋白 （二）按分子组成分类 简单蛋白：清蛋白、球蛋白、组蛋白、精蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和硬蛋白。 缀合蛋白：核蛋白、脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白、血红素蛋白、黄素蛋白和金属蛋白。 三、蛋白质的元素组成与分子量（157） 1.元素组成 蛋白质平均含碳50％，氢7％，氧23％，氮16％。其中氮的含量较为恒定，而且在糖和脂类中不含氮，所以常通过测量样品中氮的含量来测定蛋白质含量。 如常用的凯氏定氮法：蛋白质含量＝蛋白氮×6.25（即100/16）。 2.蛋白质的分子量蛋白质的分子量变化范围很大，从6000到100万或更大。 四、蛋白质的水解（123） 蛋白质的水解主要有三种方法： 1.酸水解 2.碱水解 3.酶水解 第二节氨基酸( amino acid) 一、氨基酸的结构与分类（124） （一）基本氨基酸 组成蛋白质的20种氨基酸称为基本氨基酸，或称为常见氨基酸、蛋白质氨基酸。 基本氨基酸都符合通式，都有单字母和三字母缩写符号。 一般结构特征： I.它们中除脯氨酸外都是α-氨基酸，即在α-碳原子上有一个氨基。 II.不同的氨基酸，其R侧链不同，对氨基酸的理化性质和在结构中的影响也不同。 III.天然氨基酸都是L-构型的，即羧基在上，氨基在左端。若氨基在右为D-构型（与标准甘油醛的构型参照得出的）。A．按照氨基酸侧链的极性分类（127）： 非极性氨基酸：Ala, Val, Leu, Ile, Met, Phe, Trp, Pro共八种 极性不带电荷：Gly, Ser, Thr, Cys, Asn, Gln, Tyr共七种 带正电荷：Arg, Lys, His 带负电荷：Asp, Glu B．按照氨基酸侧链的化学结构，分为三类：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸。 1.脂肪族氨基酸共15种。 侧链只是烃链：Gly, Ala, Val, Leu, Ile。侧链含有羟基：Ser, Thr 侧链含硫原子：Cys, Met 侧链含有羧基：Asp（D）, Glu（E）
第三章酶 【测试题】 一、名词解释 1．酶13．最适pH 2．固定化酶14．不可逆性抑制 3．同工酶15．可逆性抑制 4．酶的特异性16．激活剂 5．酶的活性中心17．抑制剂 6．酶原及酶原激活18．核酶 7．抗体酶19．变构酶 8．活化能20．酶的共价修饰 9．诱导契合假说21．酶的Vmax 10．初速度22．结合酶 11．Km值23．酶活力 12．最适温度24．比活力 二、填空题 25．酶是由产生的对特异底物起高效催化作用的。 26．酶加速反应的机制是通过降低反应的，而不改变反应的。 27．结合酶，其蛋白质部分称，非蛋白质部分称，二者结合其复合物称。28．酶活性中心与底物相结合那些基团称，而起催化作用的那些基团称。 29．当Km值近似ES的解离常数KS时，Km值可用来表示酶对底物的。 30．酶的特异性包括特异性，特异性和特异性。 31．米曼二氏根据中间产物学说推导出V与[S]的数学方程式简称为，式中的..为米氏常数，它的值等于酶促反应速度达到一半时的。 32．在其它因素不变的情况下，[S]对酶促反应V作图呈线，双倒数作图呈线，而变构酶的动力学曲线呈型。 33．可逆性抑制是指抑制剂与酶进行结合影响酶的反应速度，抑制剂与酶的活性中心结合，抑制剂与酶的活性中心外的必需基团结合。 34．反竞争性抑制剂使酶对底物表观Km ，Vmax 。 35．无活性状态的酶的前身物称为，在一定条件下转变成有活性酶的过程称。其实质是的形成和暴露过程。 36．丙二酸是酶的抑制剂，增加底物浓度可抑制。 37、同工酶是指催化化学反应，而酶蛋白分子结构、理化性质及免疫学性质的一组酶。38．辅酶与辅基的区别在于前者与酶蛋白，后者与酶蛋白。 39．肌酸激酶的亚基分型和型。 40．最适温度酶的特征性常数，它与反应时间有关，当反应时间延长时，最适温度可以。41．某些酶以形式分泌，不仅可保护本身不受酶的水解破坏，而且可输送到特定的部位与环境转变成发挥其催化作用。 42．不可逆抑制剂常与酶以键相结合使酶失活。 43．当非竞争性抑制剂存在时，酶促反应动力学参数如下Km ，Vmax 。 44．当酶促反应速度为最大反应速度的80%时，底物浓度是Km的倍。 三、选择题 A型题 45．关于酶概念的叙述下列哪项是正确的？
第三章蛋白质 第一节蛋白质概论 蛋白质是所有生物中非常重要的结构分子和功能分子，几乎所有的生命现象和生物功能都是蛋白质作用的结果，因此，蛋白质是现代生物技术，尤其是基因工程，蛋白质工程、酶工程等研究的重点和归宿点。 一、蛋白质的化学组成与分类 1、元素组成 碳 50% 氢7% 氧23% 氮16% 硫 0-3% 微量的磷、铁、铜、碘、锌、钼 凯氏定氮：平均含氮16%，粗蛋白质含量=蛋白氮×6.25 2、氨基酸组成 从化学结构上看，蛋白质是由20种L-型α氨基酸组成的长链分子。 3、分类 （1）、按组成： 简单蛋白：完全由氨基酸组成 结合蛋白：除蛋白外还有非蛋白成分（辅基） 详细分类，P 75 表 3-1，表 3-2。（注意辅基的组成）。 （2）、按分子外形的对称程度： 球状蛋白质：分子对称，外形接近球状，溶解度好，能结晶，大多数蛋白质属此类。 纤维状蛋白质：对称性差，分子类似细棒或纤维状。 （3）、功能分： 酶、运输蛋白、营养和贮存蛋白、激素、受体蛋白、运动蛋白、结构蛋白、防御蛋白。 4、蛋白质在生物体内的分布 含量(干重) 微生物 50-80% 人体 45% 一般细胞 50% 种类大肠杆菌 3000种 人体 10万种 生物界 1010-1012
二、蛋白质分子大小与分子量 蛋白质是由20种基本aa组成的多聚物，aa数目由几个到成百上千个，分子量从几千到几千万。一般情况下，少于50个aa的低分子量aa多聚物称为肽，寡肽或生物活性肽，有时也罕称多肽。多于50个aa 的称为蛋白质。但有时也把含有一条肽链的蛋白质不严谨地称为多肽。此时，多肽一词着重于结构意义，而蛋白质原则强调了其功能意义。 P 76 表3-3 （注意：单体蛋白、寡聚蛋白；残基数、肽链数。） 蛋白质分子量= aa数目*110 对于任一给定的蛋白质，它的所有分子在氨基酸组成、顺序、肽链长度、分子量等方面都是相同的，均一性。 三、蛋白质分子的构象与结构层次 蛋白质分子是由氨基酸首尾连接而成的共价多肽链，每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构，这种空间结构称为蛋白质的（天然）构象。 P77 图3-1，蛋白质分子的构象示意图。 一级结构氨基酸顺序 二级结构α螺旋、β折叠、β转角，无规卷曲 三级结构α螺旋、β折叠、β转角、松散肽段 四级结构多亚基聚集 四、蛋白质功能的多样性 细胞中含量最丰实、功能最多的生物大分子。 1．酶 2．结构成分（结缔组织的胶原蛋白、血管和皮肤的弹性蛋白、膜蛋白） 3．贮藏（卵清蛋白、种子蛋白） 4．物质运输（血红蛋白、Na+-K+-ATPase、葡萄糖运输载体、脂蛋白、电子传递体） 5．细胞运动（肌肉收缩的肌球蛋白、肌动蛋白） 6．激素功能（胰岛素） 7．防御（抗体、皮肤的角蛋白、血凝蛋白） 8．接受、传递信息（受体蛋白，味觉蛋白） 9．调节、控制细胞生长、分化、和遗传信息的表达（组蛋白、阻遏蛋白）