生物催化和转化(复习)

第一及第二章概述及生物转化的多样性

1、生物转化（Biotransformation）的概念是什么？其实质是什么？生物降解的概念是什么？答：生物转化是利用处于生长状态的生物体系（包括植物细胞、动物细胞和微生物）或酶体系对外源性化合物进行结构修饰和改造，合成新型的有机化合物。其实质为利用生物体系本身所产生的酶进行的催化反应。

生物降解是利用处于生长状态的生物体系（包括植物细胞、动物细胞和微生物）或酶体系对外源性化合物进行降解为无机物的过程。

2、生物转化反应的特点有哪些？

答：生物转化反应有以下特点：反应条件温和(30-40oC，常压，水相反应)；反应选择性高；反应产物纯度高（包括光学纯）；反应底物简单便宜（一般无毒、不易燃）；反应收率主要取决于菌种的性能；设备简单。

3、什么是超级有机体？

答：超级有机体：通常把细菌区系统为“超级有机体”，它们共同代谢，共享生物降解基因，共同进化以进入生态位降解的新化合物。

第三章生物催化剂——酶

1、酶的定义是什么？其化学本质是什么？

答：酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。酶的化学本质是生物催化剂。

例题

( C )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

2、酶作为生物催化剂的特点有哪些？

答：（1）高效性酶的催化作用可使反应速度提高107~1016倍。比普通化学催化剂效率至少高几倍以上。

（2）选择性酶是具有高度选择性的催化剂，酶往往只能催化一种或一类反应，作用一种或一类极为相似的物质。

（3）反应条件温和酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，反应温度范围为20-40︒C。由于反应条件温和，使某些不希望的副反应，如分解反应、异构化反应和消旋化反应等可以尽量减少。

（4）酶活力可调节控制如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等。酶作为催化剂的重要特点是催化效率高，请举出3种以上解释酶催化高效率的理论学说。答：(1)邻近效应和定向效应邻近效应是指由于酶和底物分子之间的亲和性，底物分子有向酶的活性中心靠近的趋势，同时也使底物分子之间的反应基团相互靠近，从而降低了进入过渡态所需的活化能，使得活性中心的底物浓度特别高，从而使反应速度增高。定向效应是指专一性底物向酶分子活性部位靠近时，会诱导酶分子构象发生改变，使酶活性部位的有关基团和底物的基团正确排列，同时使反应基团之间分子轨道以正确方位相互交叠，使反应易于进行。邻近效应和定向效应使酶促反应具有高效率和专一性特点。

（2）中间复合物学说，即指与反应过渡状态结合作用在酶催化的反应中，与酶的活性中心形成复合物的实际上是底物形成的过渡状态，所以，酶与过渡状态的亲和力要大于酶与底物或产物的亲和力。

(3) 共价催化：酶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。

（4）酸碱催化是指酶活性中心的一些基团（氨基、羧基、酚羟基、咪唑基）可作为质子供体或受体对底物进行催化，从而加快反应速度。

（5）张力作用是指酶分子中某些基团可使底物分子的敏感键中电子云密度部分的增加或减少，从而产生键的扭曲，甚至底物分子发生变形，使反应活化能降低，反应速度加快。

4、请简单论述为什么酶可以降低反应的自由能？

答：酶催化作用的本质是酶的活性中心与底物分子通过短程非共价力(如氢键,离子键和疏水键等)的作用，形成E-S反应中间物，其结果使底物的价键状态发生形变或极化，起到激活底物分子和降低过渡态活化能作用。在底物S与酶E结合之前，二者均处于自由运动状态，在结合过程中，由于底物与酶分子的相互作用产生结合能，结合后，形成高度有序、底熵的复合物。在酶-底物复合物ES形成过程中，酶分子活性中心结合的水分子和底物分子结合的水分子相继发生脱溶剂化作用，脱溶剂化作用增加了ES复合物的能量，使其更活泼而容易反应。当底物进入酶的活性中心时，底物分子的带电荷基团被迫与酶活性中心的电荷相互作用，导致静电去稳定化作用，底物分子发生扭曲、形变，从而引起反应加速进行。

例题

( c ) 下列哪一项是酶具有高催化效率的因素之一?

A．有调控能力B．三点结合作用C．形成过渡态复合物D．反应条件温和

5、有哪些因素可以影响酶催化反应的速度，如何影响的？

答：1）底物浓度对酶促反应速度的影响，当酶的浓度不变，底物浓度[S]较小时，反应速率V与[S]呈正比；但当底物浓度很高时，V几乎不随[S]的改变而变化。

2）pH 对酶的活性具有明显的影响。在一定的pH 下，酶具有最大的催化活性，通常称此pH 为最适pH。在最适pH 条件下，酶促反应速度最大。

3）温度对酶促反应速度的影响有两个方面：一方面是温度升高，酶促反应速度加快。另一方面，温度升高，酶的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失。因此大多数酶都有一个最适温度。在最适温度条件下，反应速度最大。

4）某些化合物能与酶相互作用，使酶分子中的活性基团发生变化，从而影响酶与底物分子的结合或使酶的再生速度发生变化，使酶的活性降低或增加。能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质则称为激活剂。

例题：

( D ) 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

6、根据酶催化反应的性质可将酶分为哪几大类？

答：根据酶催化反应的性质将酶分为6大类，分别为氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类和合成酶类。

7、什么是酶的活性中心？构成酶活性中心的必需基团有哪些？分别具有什么功能？

答：酶的活性中心或称活性部位(active site)，指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。裂缝、疏水性。

构成酶活性中心的必需基团有结合基团和催化基团。结合基团功能为与底物相结合，决定酶的专一性；而催化基团促进底物发生化学反应，决定催化反应的性质。

例题：

酶的活性中心有结合和催化两个功能部位，其中结合部位直接与底物结合，决定酶的专一性，催化部位是发生化学变化的部位，决定催化反应的性质。

( c )7、下列关于酶活性中心的描述哪个是正确的？

A．酶分子上的几个必需基团B．酶分子与底物的结合部位C．酶分子结合底物并发挥催化作用的三维结构区域D．酶分子催化底物转化的部位