1． 酶为什么具有催化功能？（4分）
2． 为什么糜蛋白酶（Chymotrypsin）属于丝氨酸蛋白水解酶家族？你还知道那些丝氨酸蛋白水解酶以及蛋白水解酶家族？（4分）
3． 酶为什么具有最适催化温度和pH值？（4分）
4． 糜蛋白酶的催化动力学曲线与肌红蛋白的氧合曲线类似；天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）是一个变构酶，它的催化动力学曲线是否与血红蛋白的氧合曲线类似，为什么？（4分）
5． 糜蛋白酶的一级结构及其激活过程如图所示，这个激活顺序能否颠倒？给出理由（4分）
6． 对于人工酶（如环糊精）、核酶（RNA）、抗体酶、同工酶、以及具有催化功能的脂类分子集合体等具有明显区别的概念或对象，你能用什么基本原理将他们统一在“催化”的旗帜下？给出理由（4分）
III. You are working on a compound as a potential drug that inhibits an overproduced enzyme whose uncontrolled activity leads to uncontrolled cell proliferation (cancer). A steady-state kinetic analysis of the enzyme-catalyzed reaction was carried out, with velocities measured as a function of the concentration of the substrate in the absence and in the presence of 10 nM inhibitor. The results of the kinetics experiment are plotted for you below. Please answer the following questions. (10 pts)
1. What type of inhibitor is this compound (be as specific as you can)? Show the diagram of the inhibitor’s mechanism (by E denoting enzyme, S denoting substrate, I denoting inhibitor; for example: ).
2. Calculate the Km, Kcat in the absence of inhibitor and Kmapp, Kcatapp in the presence of inhibitor (app denoting apparent. The total concentration of enzyme is 2nM).
3. Calculate the inhibitor constant KI.
B
A
IV. Lysozyme destroys the cell wall of bacteria by catalyzing the hydrolysis of 1,4-β-linkages between N-acetylmuramic acid (NAM) and N-acetyl-D-glucosamine (NAG) residues in a peptidoglycan. Six hexoses of the substrate fit into the active site of lysozyme, a deep cleft across part of the globular protein surface this cleft. Figure A shows the hydrolytic process of 1,4-β-linkages between NAM and NAG and figure B shows the pH-activity profile of lysozyme. Please calculate the ratio of the enzyme molecules which really work at pH 3.8, 5.2, 6.6 to all enzyme molecules, and explain figure B according to your calculation (pH = pKa + lg([A-]/[HA])； pKaGlu = 5.9, pKaAsp = 4.5；102.1≈126，100.7≈5).
三、关于酶的组题（答题要简洁，条理清晰，有针对性。如果你要回答的内容在前面已经给出，可以采用“参见……”的引用方式，以便节省答题时间）
7．酶为什么具有催化功能？（4分）
答：酶可以降低反应的活化能，使反应速度加快【2分】，降低活化能的因素有：（1）酶与底物的相互诱导结合产生结合能【1分】，包括反应物的商减少效应、脱溶剂效应、电子云的定向重排效应、酶对过渡态的稳定效应；（2）活性中心特殊基团的催化作用【1分】，包括酸碱催化、共键催化、金属离子催化等。
8．为什么糜蛋白酶（Chymotrypsin）属于丝氨酸蛋白水解酶家族？你还知道那些丝氨酸蛋白水解酶以及蛋白水解酶家族？（4分）
答：糜蛋白酶活性中心的Ser残基在蛋白质水解反应中起重要的催化作用【1】——酸碱催化和共价催化【1】。
其它丝氨酸蛋白酶如：trypsin （胰蛋白酶）， elastase （弹性蛋白酶），subtilisin （枯草杆菌蛋白酶，thrombin（凝血酶），plasmin（血纤维蛋白溶酶）等【中英文皆可，写出两个以上给1分，写出1个给0.5分】。
其它蛋白水解酶家族：天冬氨酸（Asp）蛋白水解酶家族，光氨酸（Cys）蛋白水解酶家族，金属蛋白水解酶家族等【中英文皆可，写出两个以上给1分，写出1个给0.5分】。
9． 酶为什么具有最适催化温度和pH值？（4分）
答：最适温度：温度的升高可以使任何化学反应的速度加快【1分】；过高的温度会使酶的构象变化，使酶的催化能力降低【1分】，矛盾双方的调和使酶有一个最佳的催化温度。
最适pH值：酶的酸碱或共价催化需要催化基团处于质子化或脱质子化状态【1分】，对pH有依赖性；同时pH的变化对稳定酶构象的相互作用，特别是静电相互作用有较大影响【1分】。上述因素的综合，会使酶有一个最佳的催化pH值。
10． 糜蛋白酶的催化动力学曲线与肌红蛋白的氧合曲线类似；天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）是一个变构酶，它的催化动力学曲线是否与血红蛋白的氧合曲线类似，为什么？（4分）
答：类似【2分】。理由：ATCase和血红蛋白都属于寡聚体变构（别构）蛋白，它们包含多个与底物/效应物结合位点【1分】；某一结合位点与底物/效应物的结合通过构象变化会影响（加强或减弱）到其它位点与底物/效应物的结合（变构效应）【1分】。它们的催化或结合动力学不遵从Michaelis-Menten方程（双曲线），一般为S形曲线。
11． 糜蛋白酶的一级结构及其激活过程如图所示，这个激活顺序能否颠倒？给出理由（4分）
答：不能颠倒【2分】。理由：可能糜蛋白酶原上只暴露有胰蛋白酶的切割位点（水解），而糜蛋白酶的切割位点尚未暴露【1分】；当胰蛋白酶对糜蛋白酶原进行切割后，结构会发生调整变化，才暴露出糜蛋白酶（π-Chymotrypsin, α-Chymotrypsin）的切割位点【1分】。
12． 对于人工酶（如环糊精）、核酶（RNA）、抗体酶、同工酶、以及具有催化功能的脂类分子集合体等具有明显区别的概念或对象，你能用什么基本原理将他们统一在“催化”的旗帜下？给出理由（4分）
答：用酶的催化机理来统一【2分】。理由：这些对象虽然属于不同物质类别或分子整体结构大不相同，但他们一定有能与他们各自的底物相结合的活性中心，通过各种效应（参见答1）来完成催化功能【2分】，因此，酶不一定是蛋白质，只要是能提供执行催化机理的有序基团集合（即活性中心）的物质（分子）结构，就具有酶的功能。
III．答案要点
1．① Noncompetitive inhibitor，a special mixed inhibitor【1pts】
② 【2pts】
2．Km ＝ 1/0.8 ＝ 1.25 μM【1pt】
Kcat ＝ Vmax/[E] ＝ 1/（2×10－6）＝ 5×105 mM/s【1pt】
Kmapp ＝ 1.25 μM【1pt】
Kcatapp ＝ （1/4）/ （2×10－6）＝ 1.25×105 mM/s【1pt】
3．α＝ (1＋[I]/KI) ＝ Vmax / Vmaxapp【1pt】
KI ＝ [I]/( Vmax / Vmaxapp －1) ＝ 10×10－6/（4－1）＝ 3.3×10－6 mM【2pts】
IV.
1．pH3.8【2′】
lg([Asp-]/[HAsp]) ＝ pH – pKa ＝ 3.8 – 4.5 = -0.7，[Asp-]/[HAsp] ＝ 1/5
起碱作用的Asp所占比例
[Asp-] /（[HAsp]＋[Asp-]）＝ [Asp-]/（5[Asp-]＋[Asp-]）＝ 1/6
同理，lg([Glu-]/[HGlu]) ＝ 3.8 – 5.9 ＝ -2.1，[Glu-]/[HGlu] ＝ 1/126
起酸作用的Glu所占比例
[HGlu]/（[HGlu]＋[Glu-]）＝ [HGlu]/（[HGlu]/126＋[HGlu]）＝ 126/127
真正能工作的酶分子比例＝（1/6）×（126/127）≈ 16.5%
2. pH5.2【2′】
类似1的计算，此时真正能工作的酶分子比例＝（5/6）×（5/6）≈ 69.4%
3. pH 6.6【2′】
类似1的计算，此时真正能工作的酶分子比例＝（126/127）×（1/6）≈ 16.5%
此计算说明，反应体系pH值的变化影响作为催化基团GLu35和Asp52的解离状态，从而影响酸碱催化和共价催化。要使溶菌酶保持高活性，需要一个恰当的pH值-----所谓最佳催化pH值【4′】。下载本文
