1.影响酶高效催化有关的重要因素有哪些?

答：与酶催化速率有关的因素主要有以下几个方面： (1)底物和酶的邻近效应与定向效应：酶和底物复合物的形成过程既是专一性的识别过程，更重要的是分子间反应变成分子内反应的过程。在这一过程中包括两种效应：邻近效应和定向效应。邻近效应是指酶与底物结合形成中间复合物以后，使底物和底物(如双分子反应)之间，酶的催化基团与底物之间结合于同一分子而使有效浓度得以极大的升高，从而使反应速率大大增加的一种效应。定向效应是指反应物的反应基团之间和酶的催化基团与底物的反应基团之间的正确取位产生的效应。 (2)底物的形变和诱导契合：当酶遇到其专一性底物时，酶中某些基团或离子可以使底物分子内敏感键中的某些基团的电子云密度增高或降低，产生“电子张力”,使敏感键的一端更加敏感，底物分子发生形变，底物比较接近它的过渡态，降低了反应活化能，使反应易于发生。 (3)酸碱催化：通过瞬时的向反应物提供质子或从反应物接受质子以稳定过渡态，加速反应的一类催化析制。 (4)共价催化(亲核催化或亲电子催化):在催化时，亲核催化剂或亲电子催化剂能分别放出电子或吸取电子并作用于底物的缺电子中心或负电中心，迅速形成不稳定的共价中间复合物，降低反应活化能，使反应加速。 (5)金属离子催化：金属离子以3种主要途径参加催化过程：①通过结合底物使反应定向；②通过可逆地改变金属离子的氧化态调节氧化还原反应；③通过静电稳定或屏蔽负电荷，作用比质子强，不少金属离子有络合作用，并且在中性pH溶液中，H+浓度很低，但金属离子却容易维持一定浓度。金属离子通过电荷的屏蔽促进反应。金属离子通过水的离子化促进亲核催化。 (6)多元催化和协同效应：酶催化反应中常常几个基元催化反应配合在一起共同起作用，加速酶反应。 (7)活性部位微环境的影响：在酶分子的表面有一个裂缝，而活性部位就位于疏水环境的裂缝中，大大有利于酶的催化作用。 2.同工酶概念、机制、生物学功能。 答：同工酶：指催化相同化学反应但分子结构、理化性质、免疫性能等方面均有明显差异、被不同基因编码、普遍存在于生物界的一组酶。它们存在于同一个体不同组织、同一组织、同一细胞的不同亚细胞结构中。生物在生长发育不同时期和不同代谢条件都有不同同工酶分布。其主要由于基因倍增和趋异所致。 机制：按照一个基因编码一个蛋白质的理论，同工酶的产生可能是基因分化的产物，而基因的分化又可能是生物过程中为了适应愈趋复杂的代谢而引起的一种分子进化。而且，在个体发育过程中，从早期胚胎到胎儿组织，再从新生儿到成年个体，随着组织的分化和发育，各种同工酶也有一个分化和转变的过程。 生物学功能： (1)同工酶作为遗传标志，已经广泛被遗传学家应用于遗传分析的研究。例如：,按一个基因编码一个同工酶的理论，可从同工酶的表现型变异直接推测其基因型的变异，优于某些形态学的指标；可用测定酶活力的方法鉴定，较非酶蛋白分析方便；比其他指标灵敏，可反映出DNA上一个碱基的微小差异 (2)同工酶和个体发育及组织分化密切相关：在个体发育过程中，随着组织分化和发育，各种同工酶也有一个分化或转变的过程 (3)同工酶与代谢调节：同工酶的意义在于适应不同组织不同细胞器的不同代谢需要。它们在各组织亚细胞组分中分布的不同及互相之间底物特异性和动力学差异，决定同工酶在体内只做相同工作而不一定有相同功能 (4)同工酶与癌基因的表达：癌基因表达发生紊乱，产生一些相应正常分化组织没有或含量极微的基因表达产物及一些胎儿型同工酶，同时正常分化组织特有的一些功能蛋白和成年型同工酶降低或消失。这些改变一般和癌的增殖速率和恶性程度有平行关系。在癌变过程或组织分化中，同种酶的同工酶互相消长，一增一减 (5)同工酶与临床诊断：血清中的同工酶可作为组织损伤的分子标记物。在正常情况下，细胞膜不能渗透。病变和组织损伤时，细胞膜可渗透，致使可溶性细胞内含物如酶泄露到血清中。在发生疾病时，血清中酶浓度升高，超过健康情况下的血清酶浓度。血清酶浓度变化常用来确定病人某种组织发生病变的临床指标。 3.酶催化反应有何特征? 答： 高效性：酶的催化效率比无机催化剂更高，使反应速率更快； 高度专一性：可分为两种类型：结构专一性，有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一种底物，而不作用于任何其他物质，称“绝对专一性”,如脲酶只水解尿素，有些酶对底物的要求比上述绝对专一性要低一些，可作用一类结构相近的底物，称为“相对专一性”,如糖苷酶，有些酶只作用于底物一定的键，为而对键两端的基团并无严格要求，称为“键专一性”,如酯酶催化酯键的水解；立体异构专一性，当底物具有立体异构体时，酶只能作用于其中的一种，包括旋光异构专一性、几何异构专一性； 高度不稳定性，酶是由细胞产生的生物大分子，高温、极端pH、重金属盐等都能使酶失活； 酶的作用条件温和。酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。温度和pH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。0℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高。 酶的活性受到调节和控制。 有些酶的催化性与辅因子有关。 4.举例说明酶活性调节的几种主要方式。 生物体内的代谢反应都是由酶所催化和调节的。酶的调节方式有很多，但总体而言可以分为两大类，一是酶活性的调节，另一类是酶含量的调节，而酶活性的调节方式，目前一般认为有下述四种类型。 ①别构调控主要是由别构酶来进行调节的。这种酶有受调控的动力学特征。它的分子内、在不同空间位置上的特定位点有传递改变构象信息的能力，除了有活性中心外，还有别构中心，当专一性代谢物非共价地结合到别构中心时，它的催化活性就发生改变，使这种酶能够适当而精巧地在准确的时间和正确的地点表现出它的催化活性，例如ATCase,它的特殊结构使它在不同外界环境条件时，能作出选择，进行代谢调节。 ②可逆共价修饰调节则是由共价调节酶起作用。共价调节酶的催化性质因受到一个小基团的共价修饰而发生显著变化：有活性—无活性。例如：糖原磷酸化酶因它的一个专一性丝氨酸残基得失磷酸基而变化，大肠杆菌中的谷氨酰胺合成酶因专一性酪氨酸残基得失AMP而变化。这类酶严格地受着自我调控。 ③酶原通过酶促激活作用，由无活性的前体转变成有活性的酶是共价调节的一种特殊形式——共价键断裂，造成不可逆的酶活性变化；转变为有活性的酶。如胃蛋白酶原，在低于pH=5时，酶原才会自动激活，失去44个氨基酸残基方能转变为高度酸性的、有活性的胃蛋白酶。 ④激活蛋白质或抑制蛋白质的调节，这一类调节不是由于结合某些小基团或断裂某些共价键，而是由于结合了专一性的激活蛋白质或抑制蛋白质，而使得某些酶的活性受到调控。如钙调蛋白，它可以感受细胞外钙离子浓度的变化，当细胞外的钙离子浓度升高时，钙离子就会与钙调蛋白结合，带有结合态钙离子的钙调蛋白结合到许多酶上，激活许多酶。通过以上作用，使酶能在准确的时间和地点表现出它们的活性。 ⑤酶的聚合与解离：通过单体多聚体的聚合和解离改变酶活性。 5.是否所有的酶都遵守米氏方程?哪类酶不遵守?它们的反应速度与底物浓度的曲线有什么区别? 不是所有的酶都遵守米氏方程。别构酶不遵守。遵守米氏方程的酶，其反应速度与底物浓度的曲线呈双曲线；而别构酶因为具有协同效应，其反应速度与底物浓度的曲线不是双曲线，而是S形(正协同)或表观双曲线(负协同)。 S形曲线表明：酶结合1分子底物或调节物后构象发生大大增加对后续底物分子亲和力的变化，促进酶与后续底物分子结合，表现为正协同性，这种酶称为有正协同效应的别构酶。 表观双曲线表明：在底物浓度较低范围内酶活力上升很快，随后底物浓度虽有较大提高但反应速率上升很小，表现为负协同性，这种酶称为有负协同效应的别构酶。 6.什么是酶原和酶原激活?说明酶原激活的生理意义 (1)有些酶在细胞内合成或初分泌时处于无活性状态，称为酶原。在一定条件下，酶原被水解开一个或几个特定的肽键，使构象发生改变而表现出酶活性。这种由无活性酶原转变为有活性酶的过程称酶原激活。 (2)生理意义：消化系统的蛋白酶以酶原的形式分泌，一方面可以保护合成酶的细胞本身不受酶的水解破坏，另一方面保证酶在特定部位与环境发挥催化作用。此外，酶原还可视为酶的贮存形式。如凝血和纤溶酶类以酶原的形式在血液循环中运行，一旦需要则转化为有活性的酶，发挥其对机体的保护作用。 7.别构酶的特点和性质 ①别构酶一般都是多亚基蛋白质，由两个或多个亚基构成。每个别构酶含有两个或两个以上的底物结合部位，或者还有除底物外的其他调节物的结合部位，称为别构部位： ②他们经常位于一个代谢途径的开始或分支点； ③具有与简单的非调节酶不同的理化性质和动力学行为； ④别构酶都不遵循米氏动力学； ⑤别构模型有齐变模型和序变模型， 8.试述蛋白质分子构象变化与其活力之间的关系。 答：蛋白质的构象直接构成决定蛋白质的活力大小，蛋白质分子构象的变化会引起其活力的改变。具体实例如下； (1)变构蛋白是一类可通过改变其构象来改变其生物活性的蛋白。变构蛋白通常具有两种不同的构象，一种构象为无活性或低活性的，另一种构象为有活性或高活性的。通过空间结构的变化，往往引起蛋白质活力的改变，因而使其能更充分、更协调地发挥其功效，完成复杂的生物功能。例如血红蛋白的一个亚基同氧结合后，整个分子空间结构发生改变，使其他亚基同氧的亲和力大大增强，有利于血红蛋白分子同氧的结合： (2)酶的别构调控充分显示了当酶分子构象发生改变时，会直接影响酶的催化活力，导致其活力的改变； (3)酶原的激活过程是通过去掉分子中的部分肽段，引起酶分子空间结构的变化，从而形成或暴露出活性中心，转变为具有活性的酶，实现其活性的从无到有的过程。 9.酶的化学修饰机理 化学修饰：酶蛋白肽键上某些残基在不同催化单向反应的酶的催化下发生可逆的共价修饰，从而引起酶活性的改变，这种改变称为酶的化学修饰或共价调节修饰。例如在糖原的合成过程中，对于关键酶糖原合酶的化学修饰可以改变糖原的合成速度。 10.果糖磷酸激酶的调节 果糖磷酸激酶(phosphor fructokinase ,PFK)是糖酵解代谢中的限速酶，此酶反应速度对底物果糖-6磷酸浓度作图的动力学曲线如右图a所示，曲线b是在反应体系中加入一定浓度ATP所得到的动力学曲线，曲线c是在ATP存在的条件下再加入一定浓度的果糖-2,6-二磷酸(F-2,6-BP),依图回答如下问题：           (1)为什么曲线a是S形曲线? (2)曲线b和c说明了什么? (3)如果PFK分子仅失去非活性中心的ATP结合部位对糖酵解途径的速率有何影响? (4)拥有与PFK相似的酶活性调控方式的这一类酶有何共同性质? 参考答案： (1)果糖磷酸激酶(PFK)是糖酵解代谢中的限速酶，为别构酶，由多个亚基组成的寡聚酶，当无调节物存在时，PFK以稳定的T态存在，当加入底物时，酶与底物结合，当1个亚基由T态变为R态，其他亚基也几乎同时转变为R态，当构象转变为R态后，大大增强了酶对底物的亲和性，所以曲线a呈S形曲线。 (2)曲线b是在反应体系中加入一定浓度ATP所得到的动力学曲线，Km值增加，显示负协同效应，说明ATP为PFK的别构抑制剂。曲线c是在ATP存在的条件下再加入一定浓度的果糖-2,6-二磷酸(F-2,6-BP),Km值减小，但Vmax不变，显示为正协同效应，说明F-2,6-BP为PFK的别构激活剂。 (3)PFK上有两个ATP结合位点，一个是与ATP作为底物的ATP结合位点，位于酶的活性部位；一个是与ATP作为别构抑制剂的ATP结合位点。如果PFK分子仅失去非活性中心的ATP结合部位，保留了活性中心的作为底物的ATP结合位点，其催化作用不能得到有效地抑制，随着ATP含量的增加，糖酵解速率也会逐渐增加。 (4)别构酶的性质：一般都是寡聚酶，通过次级键由多亚基构成；具有协同效应，许多别构酶的调节物既有底物，也有其他代谢物，兼有同促效应和异促效应；异促别构酶的异促效应物可分为K型效应物和V型效应物，K型效应物可改变底物的Kos,而Vmax不变，V型效应物不改变底物的Kos,但可使Vmax发生变化。 11.酶的化学修饰在代谢调节中的意义? 意义：化学修饰是体内快速调节酶活性的一种重要方法，在应急情况下，少量激酶的释放即可通过一系列级联酶促化学修饰反应，迅速引起关键酶活性的级联放大及生理效应，以适应激酶的需要。 12.真核细胞中酶的活性和含量会受到人体中哪些途径的调节? 酶的含量：通常通过对细胞外色素的应答来调节：①转录水平，控制基因表达②转录后水平，mRNA转录后加工③翻译水平，反义RNA调节、mRNA的稳定性④酶的诱导分解 酶的活性：①别构调节②共价调节③酶原的激活④激促蛋白质或抑制蛋白质的调节⑤酶的聚合与解离 13.什么是激酶?催化葡萄糖磷酸化的激酶有己糖激酶和葡萄糖激酶，这两种酶的作用特点和性质有什么不同? 激酶是指能促使磷酸基团从ATP转移到代谢产物中或从高能化合物中转移到ADP中的酶 己糖激酶：专一性低，是一种别构酶。 葡萄糖激酶：专一性高，仅对葡萄糖起作用，是一种诱导酶。