(三)酶的特点及功能 酶是由活细胞产生的.具有催化活性和高度专一性的特殊蛋白质.酶被称为生物催化剂.生物体内错综复杂的代谢反应必须具有酶才能按一定规律有条不紊地进行.酶缺陷或酶活性被抑制都会引起疾病.例如.人体缺乏酪氨酸酶会引起白化病.许多中毒性疾病.如有机磷中毒.氰化物中毒.重金属的中毒等.都是由于某些酶的活性被抑制所引起的. 1.酶促反应的特点 酶是生物催化剂.因而它既有与一般催化剂相同的性质.也有与一般催化剂不同的特点.酶和一般催化剂的共同点是:①酶在催化反应加快进行时.在反应前后酶本身没有数量和性质上的改变.因而很少量的酶就可催化大量的物质发生反应.②酶只能催化热力学上允许进行的反应.而不能使本来不能进行的反应发生.③酶只能使反应加快达到平衡.而不能改变达到平衡时反应物和产物的浓度.因此.酶既能加快正反应进行.也能加快逆反应进行.酶促反应究竟朝哪个方向进行.取决于反应物和产物的浓度.酶与一般的催化剂相比又有其特点.最突出的是它的高效性和专一性. 2.酶的化学本质 通过对酶的性质.组成和结构等等方面的研究证实.酶是蛋白质.蛋白质分为简单蛋白质和结合蛋白质两大类.酶按照化学组成也可分为单纯酶和结合酶两大类.脲酶.胃蛋白酶和核糖核酸酶等一般水解酶都属于简单蛋白质.这些酶只由氨基酸组成.此外不含其他成分.转氨酶.碳酸酐酶.乳酸脱氢酶及其他氧化还原酶等均属于结合蛋白质.这些酶除了蛋白质组分外.还含有对热稳定的非蛋白的小分子物质.前者称酶蛋白.后者称辅因子.酶蛋白与辅因子单独存在时.均无催化活力.只有二者结合成完整的分子时.才具有活力.此完整的酶分子称为全酶.有的酶的辅因子是金属离子.有的是小分子有机化合物.通常将这些小分子有机化合物称为辅酶或辅基.辅酶或辅基并没有本质的差别.只不过是它们与蛋白质部分结合的牢固程度不同而已.通常把与酶蛋白结合比较松的.用透析法可除去的小分子有机物称为辅酶,反之为辅基.在酶的催化过程中.辅酶或辅基的作用是作为电子.原子或某些基团的载体参与反应并促进整个催化过程.金属在酶分子中或作为酶活性部位的组成成分.或帮助形成酶活性所必需的构象.一种辅酶常可与多种不同的酶蛋白结合而组成具有不同专一性的全酶.可见决定酶催化专一性的是酶的蛋白质部分. 3.酶的活性中心和必需基团 酶作为蛋白质.其分子比大多数底物要大得多.因此在反应过程中酶与底物的接触只限于酶分子的少数基团或较小的部位.因分子中虽然有许多基团.但并不是所有的基团都与酶的活性有关.其中有些基团若经化学修饰(如氧化.还原.酰化.烷化等)使其改变.则酶的活性丧失.这些基团就称为必需基团.常见的必需基团有Ser的羟基.His的咪唑基.Cys的巯基.Asp.Glu的侧链羧基等. 活性中心是指酶分子中直接和底物结合.并和酶催化作用直接有关的部位.对于单纯酶来说.它是由一些氨基酸残基的侧链基团组成的.对于结合酶来说.辅酶或辅基上的某一部分结构往往也是活性部位的组成部分. 酶的活性中心的必需基团可分为两种:一种是与作用物结合的必需基团.称为结合基团.它决定酶的专一性,另一种是促进作用物发生化学变化的基团.称为催化基团.它决定酶的催化能力.但也有些必需基团同时具有这两种作用.另外还有些必需基团位于酶活性中心以外的部位.但仍是维持酶催化作用所必需的.这种称为酶活性中心以外的必需基团.由此可见.酶除了活性中心以外.其他部分并不是可有可无的.活性中心必需基团的作用.一方面使底物与酶依一定构型而结合成为复合物.这样有利于相互影响和作用,另一方面影响底物分子某些键的稳定性.键被打断或形成新的键.从而催化其转变. 某些酶.特别是一些与消化作用有关的酶.在最初合成和分泌时.没有催化活性.这种没有活性的酶的前体称为“酶原 .酶原在一定条件下经适当的物质作用可转变为有活性的酶.酶原转变成酶的过程称为酶原的激活.这个过程实质上是酶活性部位形成或暴露的过程. 4.酶的催化机理 一个反应体系中.任何反应物分子都有进行化学反应的可能.但并非全部反应物分子都进行反应.因为在反应体系中各个反应物分子所含的能量高低不同.只有那些含能量达到或超过一定数值(此能量数值称为此反应的能阈)的分子.才能发生反应.这些分子称为活化分子.使一般分子变为活化分子所需的能量(即分子激活态与基态之间的能量差)称为活化能.在一个反应体系中.活化分子越多.反应就越快.设法增加活化分子的数目就能加快反应的速度.降低活化能.能使本来不够活化水平的分子也成为活化分子.从而增加了活化分子的数目.活化能愈降低.则活化分子的数目就愈多.酶的催化作用就是降低化学反应的活化能.如下图图所示.由于在催化反应中只需较少的能量就可使反应物进入“激活态 .所以同非催化反应相比.活化分子的数量大大增加.从而加快了反应速度. 非催化过程与催化过程自由能的变化 目前认为酶降低活化能的原因在于酶参与了反应.即它先与底物结合形成不稳定的中间产物.然后使中间产物再分解.释放出酶及生成反应产物.此过程可用下式表示: 这样.把原来无酶参加的一步反应S===P.变成能阈较低的两步反应.反应的总结果是相同的.但由于反应的过程不同.活化能就大大降低了.这就是目前所公认的中间产物学说.关于酶与底物如何结合形成中间产物.又如何完成催化作用.目前有锁钥学说和诱导契合学说. 5.影响酶作用的因素 影响酶促反应的因素有酶的浓度.底物浓度.pH值.温度.抑制剂和激活剂等.酶促反应速度指的是反应初速度.此时反应速度与酶的浓度成正比关系.避免反应产物以及其他因素的影响.研究某一因素对酶促反应速度的影响时.在保持其他因素不变的情况下.单独改变研究的因素. (1)酶的浓度,当底物浓度大大超过酶的浓度.酶的浓度与反应速度呈正比关系. (2)底物浓度:在酶浓度不变的情况下.底物浓度对反应速度影响的作图呈现矩形双曲线.当底物浓度很低时.反应速度随底物浓度的增加而急骤加快.两者呈正比关系.随着底物浓度的升高.反应速度的增加幅度不断下降.如果继续加大底物浓度.其反应速度不再增加.说明酶已被底物所饱和.所有酶都有饱和现象.只是达到饱和时所需的底物浓度各不相同. (3)温度:在一定的温度范围内一般化学反应速度均随温度升高而加快.酶促反应也服从这个规律.酶是蛋白质.其本身因温度升高而达到一定高度时会变性.破坏其活性中心的结构.从而减低反应速度或完全失去其催化活性.在某一温度时.酶促反应的速度最大.此时的温度称为酶作用的最适温度. (4)pH:酶分子中含有许多极性基团.在不同的pH环境中.这些基团的解离状态不同.所带电荷的种类和数量也不尽相同.酶的活性中心往往只处于某一解离状态时最有利于同底物结合.酶催化活性最大时的pH值称为酶作用的最适pH.溶液的pH值高于或低于最适pH时都会使酶的活性降低.远离最适pH值时甚至导致酶的变性失活. (5)激活剂和抑制剂:激活剂是指能增强酶活性的物质.如Cl-是唾液淀粉酶的激活剂.与激活剂相反.凡能降低酶的活性.甚至使酶完全丧失活性的物质称为酶的抑制剂.抑制剂对酶活性的抑制作用包括不可逆抑制和可逆抑制两类: ①不可逆抑制作用.其抑制剂通常以共价键与酶活性中心上的必需基团相结合.使酶失活.如有机磷化合物能与许多种酶活性中心丝氨酸残基上的羟基结合.使酶失活. ②可逆的抑制作用:包括竞争性抑制与非竞争性抑制两种.在竞争性抑制中.抑制剂常与底物的结构相似.它与底物共同竞争酶的活性中心.从而阻碍底物与酶的结合.如丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制.非竞争性抑制中的抑制剂可以与酶活性中心外的部位可逆结合.这种结合不影响酶对底物的结合.底物与抑制剂之间无竞争关系.但酶一底物一抑制剂不能进一步释放出产物.对酶促反应速度及其影响因素的研究具有重要的理论和实践意义. 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

麻疹是全球性疾病,严重危害人类健康。据世界卫生组织调查估计,2001年约有3000万~4000万麻疹病例,死亡74万。麻疹是由麻疹病毒引起的急性呼吸道传染病,可通过飞沫直接传播,传染性强,临床症状有发热、流涕、眼结膜充血、皮肤斑丘疹等。以下是《麻疹减毒活疫苗使用说明书》的部分条目,请回答下列问题:

麻疹减活疫苗使用说明书

【组成和性状】本品系用麻疹病毒减毒株接种鸡胚细胞,经培养,收获病毒液并加适宜稳定剂后冻干制成。冻干疫苗为乳酪色疏松体,经溶解后为橘红色澄明液体。

【作用和用途】本疫苗免疫接种后,可刺激机体产生抗麻疹病毒的免疫力,用于预防麻疹。

【用法与剂量】按瓶签标量加灭菌注射用水,待完全溶解后使用。上臂外侧三角肌附着处皮肤用75%酒精消毒,待干后皮下注射。

【禁忌】患严重疾病,急性或慢性感染,发热或对鸡蛋有过敏史者不得接种。

【副反应及处理】注射后一般无局部反应。在6-10天内,少数儿童出现一过性发热反应以及散在皮疹,一般不超过2天可自行缓解,不需特殊处理,必要时可对症治疗。

【注意事项】1、启开安瓶和注射时,切勿使消毒剂接触疫苗。2、安瓶有裂纹、标签不清或溶解后清晰者均不可使用。3、安瓶开封后,疫苗应在1小时内用完。4、注射过免疫球蛋白者,应间隔1个月以后方可接种本疫苗。

【保存、运输及使用期限】于8 ℃ 以下避光保存和运输。在盒签(或瓶签)标明的有效期内使用。

(1)简要说明用麻疹病毒减毒株接种到鸡胚细胞中培养的原因___________________

_________________________________________。

(2)说明书中“麻疹减毒活疫苗”是指_____________________,麻疹减毒活疫苗作为抗原,应具有_______________________三大特征,诱发产生的抗体主要分布在_________________。

(3)麻疹减毒疫苗试剂中因含有_________________________,如果对鸡蛋过敏的孩子接种了该疫苗,疫苗作为过敏原,使孩子出现皮疹等过敏反应,过敏反应的特点是_________________。

(4)麻疹病毒的核酸为单股负链RNA,负链RNA必须在病毒颗粒携带的转录酶的作用下,转录成正链RNA,才具有mRNA的功能。那么麻疹病毒的遗传信息流动过程可能是_________________。

(5)在保存和运输麻疹减毒活疫苗过程中,如果没有使用冷藏措施,温度过高可能使病毒__________________________________________________而失去抗原作用。

(6)简要说明“注射过免疫球蛋白者,应间隔1个月以后方可接种本疫苗”的原因__________________________________________________。

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下列关于生物学上的说法错误的是                                            (    )

   ①转运RNA、抗体、酶、载体蛋白发挥相应作用后,不能继续发挥作用的是抗体

   ②用18O标记氧,供给有氧呼吸,发现在产生的水中含18O

   ③由于能量流动具有逐级递减的特点,所以通常情况下营养级越高,生物量越少

   ④酶在代谢中起调控作用;探究酶催化作用的最适pH时,应设置过酸、过碱、中性三组

   ⑤同一个体内各类活细胞所含的酶种类和数量相同

   ⑥影响线粒体功能的毒素会阻碍根吸收矿质离子,同时也会明显影响根对水分的吸收。

   ⑦植物的顶端优势、茎的向光性以及根的向地生长都可充分说明生长素作用的两重性

   ⑧建立生态农业可以提高物质的循环利用和能量的传递效率

   A.④⑤⑥⑦      B.①③④⑤⑦   C.④⑤⑥⑦⑧       D.①②③⑤ 

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(08北京海淀一模)(18分)科学家用脉孢霉(一种真菌)为实验材料,对基因的功能进行了深入的研究。

(1)野生型脉孢霉在基本培养基上即可生长,基本培养基只含有野生型脉孢霉生长所必需的最低限度的营养成分。基本培养基中所含的营养要素可以归纳为:             

(2)科学家用X射线处理野生型脉孢霉后,发现部分菌株在基本培养基上不能生长。用X射线处理脉孢霉的目的是             

(3) 为确定这部分菌株在基本培养基不能生长的原因,科学家们继续做实验:在基本培养基中补充了某种物质,原来不能生长的菌株有的能够生长了。从而获得了三种与野生型菌株不同的突变型菌株A、B、C。实验结果见下表:

鸟氨酸

瓜氨酸

精氨酸

A

生长

生长

生长

B

生长

生长

C

生长

实验分析:在哺乳动物的肝脏中,精氨酸是经过“前体→鸟氨酸→瓜氨酸→精氨酸”的途径合成的。受这种生化观点的启发,科学家们认为:野生型脉孢霉可以利用基本培养基中的某类物质(前体),合成了一系列氨基酸,这些氨基酸应该属于脉胞霉的      代谢产物。

    三种突变型菌株均能在添加了精氨酸的培养基中生长,说明它们均丧失了          的功能。突变菌株B可在添加了瓜氨酸的培养基中生长,但不能在添加鸟氨酸的培养基中生长,原因是它                              

 (4) 生化反应都由特定的酶来催化,一个基因突变导致了一个生化反应的不能进行,科学家们由此提出了“一个基因控制合成一个酶”的假说。在进一步的猜测中,有一种观点认为基因突变使细胞合成了一种结构发生改变而失去活性的“酶”。于是有人继续探讨这个问题。一种免疫反应可检测到失活“酶”的存在,科学家们利用这种方法做了下面的实验。

    第一步 设法得到影响上述生化反应的酶,将其纯化制成酶制剂,注射到家兔体内,获得相应的抗酶抗体(能和正常的酶及失活的“酶”发生沉淀反应)。酶制剂在免疫学上属于           

     第二步 在培养皿的琼脂上挖四个圆孔(如图21所示),在0号圆孔中加入抗酶抗体,在2号圆孔中加入野生型菌株提取物,3号圆孔中加入某突变菌株提取物,则1号圆孔中需加入             作为对照。

     第三步0、1、2、3号圆孔中的物质各自在琼脂中扩散,观察1、2、3号圆孔与0号圆孔之间是否出现                  。

     实验结果分析:若出现                                     结果时,则支持“基因突变使细胞合成了一种失去活性的‘酶’”的推断。

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(13分 )三位美国科学家由于在端粒和端粒酶方面的重大发现获得了2009年的诺贝尔生理学或医学奖。端粒是染色体末端由DNA重复序列(一TTAGGG一)和相关蛋白组成的一种特殊结构,具有稳定染色体结构及完整性的功能。但随着染色体复制与细胞分裂的不断进行,端粒会逐渐缩短,待缩短至一定程度则细胞不能继续分裂而逐渐走向衰老和凋亡。端粒酶由RNA和蛋白质构成,能够利用自身RNA为模板使端粒末端的DNA重复序列得以延长,使端粒保持一定长度,为细胞的持续分裂提供必要的遗传基础。

(1)随着细胞中端粒长度的缩短,细胞的增殖能力将逐渐_______。研究发现,端粒酶在不分裂的体细胞中一般不表现出活性,据此推测,下列人体细胞中具有端粒酶活性的是___________,判断依据_________________。

①胚胎干细胞②心肌细胞③造血干细胞④成熟红细胞

(2)端粒酶催化的反应过程中,遗传信息的流向是____________。

(3)癌变的细胞中具有较高活性的端粒酶,除常规的癌症治疗方法外,通过寻找能够________癌细胞中端粒酶活性的物质也使癌症的治疗成为一种可能。

(4)研究表明,癌细胞和正常分化细胞在有氧条件下产生的ATP总量没有明显差异,但癌细胞从内环境中摄取并用于细胞呼吸的葡萄糖是正常细胞的若干倍。下图是癌细胞在有氧条件下葡萄糖的部分代谢过程,据图分析回答问题:

①图中A代表细胞膜上的___________,葡萄糖进入癌细胞后,在代谢过程中可通过某些代谢过程形成非必需氨基酸,也可通过形成五碳糖进而合___________作为DNA复制的原料。

②在有氧条件下,癌细胞呼吸作用的方式为___________。与正常细胞相比,①~④ 过程在癌细胞中明显增强的有___________(填编号),代谢途径发生这种变化的意义在于能够___________,从而有利于癌细胞的增殖。

③细胞在致癌因子的影响下___________基因的结构发生改变,进而调控___________的合成来改变代谢途

径。若要研制药物来抑制癌症患者细胞中的异常代谢途径,图中的过程__________(填编号)不宜选为作

用位点。

 

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同步练习册答案