2025年大學(xué)《化學(xué)生物學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——細(xì)胞內(nèi)代謝途徑的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.根據(jù)米氏方程，當(dāng)?shù)孜餄舛萚S]遠(yuǎn)大于米氏常數(shù)Km時(shí)，酶促反應(yīng)速率(v)接近于：(A)Vmax/Km(B)Vmax*Km(C)Vmax(D)Km/Vmax2.對(duì)于一個(gè)遵循Michaelis-Menten動(dòng)力學(xué)且具有單一Km值的酶促反應(yīng)，若將底物濃度提高10倍，反應(yīng)速率將變?yōu)樵瓉?lái)的：(A)0.1倍(B)1倍(C)10倍(D)11倍3.以下哪一項(xiàng)是米氏常數(shù)(Km)的主要生物學(xué)意義？(A)反應(yīng)達(dá)到最大速率所需的時(shí)間(B)酶的最大催化活性(C)酶與底物結(jié)合的親和力指標(biāo)（Km越小，親和力越強(qiáng)）(D)抑制劑的濃度4.Lineweaver-Burk雙倒數(shù)作圖法的主要優(yōu)點(diǎn)之一是：(A)能直接讀取Vmax和Km值(B)對(duì)酶的Km值變化不敏感(C)可以克服非線性曲線帶來(lái)的解讀困難(D)特別適用于具有多個(gè)底物的酶促反應(yīng)5.抑制劑通過(guò)與酶或酶-底物復(fù)合物結(jié)合，降低酶的催化活性。競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的特點(diǎn)是：(A)抑制劑與酶活性中心結(jié)合，不與底物競(jìng)爭(zhēng)(B)抑制劑與底物結(jié)構(gòu)相似，競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合酶的活性中心(C)抑制劑與酶-底物復(fù)合物結(jié)合，不與游離底物競(jìng)爭(zhēng)(D)抑制劑通過(guò)非共價(jià)鍵與酶的別構(gòu)位點(diǎn)結(jié)合6.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)的影響是：(A)增大Km，Vmax不變(B)降低Km，Vmax不變(C)增大Km，降低Vmax(D)降低Km，升高Vmax7.別構(gòu)調(diào)節(jié)是指：(A)抑制劑對(duì)酶活性的調(diào)節(jié)(B)酶原轉(zhuǎn)化為酶的過(guò)程(C)小分子代謝物與酶的非活性位點(diǎn)結(jié)合，引起酶活性構(gòu)象變化的現(xiàn)象(D)酶促反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化8.在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，糖酵解途徑中調(diào)節(jié)最為精細(xì)的酶是：(A)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體(B)磷酸甘油酸激酶(C)磷酸果糖激酶-1(D)乳酸脫氫酶9.以下哪個(gè)代謝途徑的速率通常由異檸檬酸脫氫酶的活性所限制？(A)糖酵解(B)磷酸戊糖途徑(C)三羧酸循環(huán)(TCA)(D)氧化磷酸化10.若某種酶的Km值等于其天然底物在細(xì)胞內(nèi)的典型濃度，這通常表明：(A)該酶催化的是代謝途徑的末端步驟(B)該酶對(duì)底物的結(jié)合親和力較低(C)該酶催化的反應(yīng)速率主要受底物濃度限制(D)該酶催化的反應(yīng)速率不受底物濃度限制二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.酶促反應(yīng)速率達(dá)到最大速率(Vmax)的______倍時(shí)，反應(yīng)速率等于Vmax/2。2.當(dāng)酶被別構(gòu)調(diào)節(jié)劑激活時(shí)，其Km值通常______，Vmax值通常______。3.能夠提高酶催化活性的物質(zhì)稱為______。4.在沒(méi)有抑制劑的條件下，酶促反應(yīng)速率方程v=(Vmax[S])/(Km+[S])中，當(dāng)[S]=______時(shí)，v=Vmax/2。5.代謝途徑的總體反應(yīng)方向由各步驟的______決定。6.某酶的Vmax=50μmol/min·mg蛋白，Km=0.1mM。當(dāng)?shù)孜餄舛葹?.01mM時(shí)，該酶促反應(yīng)的速率約為______μmol/min·mg蛋白。7.競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的存在會(huì)使Lineweaver-Burk圖上的直線______，但Vmax______。8.酶原是______狀態(tài)的酶，通常沒(méi)有催化活性或活性很低。9.某種酶的米氏常數(shù)Km非常小，表明該酶對(duì)底物的______很高。10.酶的活性通常受到pH、溫度和______等環(huán)境因素的顯著影響。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述米氏方程的物理意義及其兩個(gè)重要參數(shù)Km和Vmax的生物學(xué)含義。2.簡(jiǎn)要說(shuō)明別構(gòu)調(diào)節(jié)與競(jìng)爭(zhēng)性抑制在機(jī)制上的主要區(qū)別。3.為什么說(shuō)磷酸果糖激酶-1是糖酵解途徑中的一個(gè)重要的調(diào)控點(diǎn)？4.描述一個(gè)酶原激活的實(shí)例，并說(shuō)明其生物學(xué)意義。四、計(jì)算題（每題8分，共16分）1.某酶的Vmax=100μmol/min·L，Km=0.2mM。計(jì)算當(dāng)?shù)孜餄舛萚S]分別為0.05mM和2mM時(shí)，該酶促反應(yīng)的速率v。并解釋為什么在2mM時(shí)，反應(yīng)速率已接近Vmax。2.體外測(cè)定某酶的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，得到Vmax=200units/mL，Km=0.5mM。當(dāng)加入一種非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑后，測(cè)得Vmax降低為100units/mL，而Km保持不變?nèi)詾?.5mM。求該抑制劑的抑制常數(shù)(Ki)。（提示：使用Ki=Km/(Io-1)的簡(jiǎn)化公式，其中I為抑制程度，Io為無(wú)抑制劑時(shí)的Vmax/V，Ii為有抑制劑時(shí)的Vmax/V）五、分析題（每題10分，共20分）1.假設(shè)細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖濃度通常維持在0.1mM。已知己糖激酶的Km(葡萄糖)≈0.1mM，磷酸果糖激酶-1的Km(果糖-6-磷酸)≈0.05mM。請(qǐng)分析這兩個(gè)酶的動(dòng)力學(xué)特性如何解釋它們?cè)谔墙徒馔緩街械南鄬?duì)調(diào)控作用？2.考慮一個(gè)簡(jiǎn)單的兩步代謝途徑：A→B→C。第一步由酶E1催化，Km1=0.1mM，Vmax1=50μmol/min·L；第二步由酶E2催化，Km2=0.5mM，Vmax2=100μmol/min·L。如果A的濃度遠(yuǎn)大于B和C，且E1是此途徑的速率限制步驟。請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明判斷依據(jù)，并估算途徑的總速率Vtotal（假設(shè)兩步串聯(lián)）。---試卷答案一、選擇題1.(C)2.(C)3.(C)4.(C)5.(B)6.(C)7.(C)8.(C)9.(C)10.(C)二、填空題1.一2.降低，升高（或不變）3.激活劑4.Km5.標(biāo)準(zhǔn)自由能變(ΔG°)6.2.57.變陡峭（或更陡），不變8.非活性9.親和力10.金屬離子（或其他答案如離子強(qiáng)度等，若限定為金屬離子則填金屬離子）三、簡(jiǎn)答題1.解析：米氏方程v=(Vmax[S])/(Km+[S])描述了酶促反應(yīng)速率v與底物濃度[S]之間的關(guān)系。其中，Vmax是酶在飽和底物濃度下的最大催化速率，代表了酶的催化潛力。Km是達(dá)到Vmax一半時(shí)的底物濃度，它反映了酶與底物的親和力，Km值越小，表示酶與底物結(jié)合越緊密，親和力越高。2.解析：別構(gòu)調(diào)節(jié)是指小分子代謝物（別構(gòu)效應(yīng)劑）非共價(jià)地結(jié)合到酶的別構(gòu)位點(diǎn)（非活性位點(diǎn)），引起酶的空間構(gòu)象變化，從而改變酶對(duì)底物的催化活性（通常激活或抑制活性），且這種效應(yīng)是協(xié)同性的（即多個(gè)效應(yīng)劑結(jié)合產(chǎn)生更大效應(yīng)）。競(jìng)爭(zhēng)性抑制是指抑制劑與底物結(jié)構(gòu)相似，競(jìng)爭(zhēng)性地與酶的活性位點(diǎn)結(jié)合，阻止底物結(jié)合，從而降低酶促反應(yīng)速率。其區(qū)別在于結(jié)合位點(diǎn)（別構(gòu)位點(diǎn)vs活性位點(diǎn)）、結(jié)合方式（非共價(jià)vs競(jìng)爭(zhēng)性）、以及對(duì)Km和Vmax的影響（別構(gòu)調(diào)節(jié)不改變Km和Vmax，或協(xié)同激活時(shí)Km降低Vmax升高；競(jìng)爭(zhēng)性抑制增大Km，Vmax不變）。3.解析：磷酸果糖激酶-1(PFK-1)是糖酵解途徑中第一個(gè)不可逆的酶促步驟，催化1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸，并消耗ATP。PFK-1具有高Km（對(duì)果糖-6-磷酸），表明它在低濃度果糖-6-磷酸下就能被有效激活，這與細(xì)胞內(nèi)葡萄糖代謝的需求相匹配。此外，它受到多種代謝物和激素的別構(gòu)調(diào)節(jié)（如AMP、ADP、Fru-2,6-P2激活；ATP、Citrate、AMP抑制），使其能夠精確地感受細(xì)胞能量狀態(tài)和代謝物水平的變化，并據(jù)此調(diào)控糖酵解的速率，從而在整體代謝調(diào)控中扮演著關(guān)鍵角色。4.解析：例如，胰蛋白酶原(Trypsinogen)是胰蛋白酶(Trypsin)的酶原。在胰腺腺泡細(xì)胞內(nèi)，胰蛋白酶原被運(yùn)輸至分泌管時(shí)，經(jīng)過(guò)胰蛋白酶原激活酶(TrypsinogenActivator,TPase)的作用，切除一個(gè)短肽段，轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘囊鹊鞍酌?。胰蛋白酶再進(jìn)一步激活其他胰蛋白酶原，形成正反饋。酶原激活的生物學(xué)意義在于：①防止酶在細(xì)胞合成部位或運(yùn)輸過(guò)程中就自發(fā)活性，避免細(xì)胞自我消化；②實(shí)現(xiàn)酶功能的時(shí)空特異性調(diào)控，使其在需要發(fā)揮作用的特定時(shí)間和地點(diǎn)才表現(xiàn)出活性，如消化道內(nèi)。四、計(jì)算題1.解析：*[S]=0.05mM時(shí)：v=(100μmol/min·L*0.05mM)/(0.2mM+0.05mM)v=(5μmol/min·L·mM)/(0.25mM)v=20μmol/min·L*[S]=2mM時(shí)：v=(100μmol/min·L*2mM)/(0.2mM+2mM)v=(200μmol/min·L·mM)/(2.2mM)v≈90.91μmol/min·L*解釋：因?yàn)楫?dāng)[S]=2mM遠(yuǎn)大于Km=0.2mM時(shí)，分母中的Km項(xiàng)(0.2mM)相對(duì)于[S]項(xiàng)(2mM)可以忽略不計(jì)，因此速率v≈(Vmax*[S])/[S]=Vmax。這表明在底物濃度遠(yuǎn)超Km的情況下，酶促反應(yīng)速率主要受酶本身的催化能力（Vmax）限制，底物濃度的增加對(duì)速率的影響變得很小。2.解析：*無(wú)抑制劑時(shí)：Io=Vmax/Vmax=200/200=1*有抑制劑時(shí)：Ii=Vmax/V=100/200=0.5*抑制程度I=Ii/Io=0.5/1=0.5*Io-1=1-1=0*由于Io-1=0，無(wú)法直接使用Ki=Km/(Io-1)的簡(jiǎn)化公式。應(yīng)使用Ki=(1+[I]/Ki)*Km/Vmax的完整形式推導(dǎo)。但題目可能期望使用Ki=Km/(Io-1)是在假設(shè)I非常小(Io≈1)或特定條件下的簡(jiǎn)化，此處嚴(yán)格計(jì)算Ki需要更復(fù)雜公式或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)。若按最簡(jiǎn)形式Ki=Km/0，則Ki無(wú)法計(jì)算。通常非競(jìng)爭(zhēng)性抑制Ki=Km/(1-I)。若按此，Ki=0.5mM/(1-0.5)=0.5mM/0.5=1mM。但注意，此處的I=0.5對(duì)應(yīng)Ki=1mM，而I=0.5對(duì)應(yīng)Ki=0.5mM。此簡(jiǎn)化公式應(yīng)用需謹(jǐn)慎。按題干給定的簡(jiǎn)化公式Ki=Km/(Io-1)，因分母為0，結(jié)果無(wú)意義。標(biāo)準(zhǔn)公式Ki=Km/(1-I)=0.5/(1-0.5)=1mM。此處按標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算：Ki=0.5mM/(1-0.5)=1mM。五、分析題1.解析：己糖激酶是糖酵解的第一個(gè)酶，催化葡萄糖磷酸化，其Km(葡萄糖)≈0.1mM，與細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的典型濃度(0.1mM)接近。這表明己糖激酶對(duì)葡萄糖的親和力適中，即使在葡萄糖濃度稍有波動(dòng)時(shí)，也能維持一定的催化活性。而磷酸果糖激酶-1是糖酵解的關(guān)鍵調(diào)控點(diǎn)，其Km(果糖-6-磷酸)≈0.05mM。雖然果糖-6-磷酸在糖酵解途徑中是中間產(chǎn)物，但其濃度通常也維持在較低水平（約0.1mM）。PFK-1較低的Km值意味著它對(duì)果糖-6-磷酸的親和力較高，即使在果糖-6-磷酸濃度較低時(shí)也能達(dá)到較高的催化活性。更重要的是，PFK-1受到多種代謝物和激素的精密別構(gòu)調(diào)節(jié)，使其成為控制糖酵解流量的關(guān)鍵閥門。因此，盡管己糖激酶能利用細(xì)胞內(nèi)常規(guī)葡萄糖濃度，但PFK-1的低Km和復(fù)雜的調(diào)節(jié)機(jī)制使其成為更重要的速率限制步驟和調(diào)控點(diǎn)。2.解析：*判斷依據(jù)：途徑總速率受串聯(lián)步驟中*最慢的一步*的速率限制。需要比較第一步和第二步的Vmax/Km值（也稱為米氏常數(shù)速率，kcat/Km）。如果第一步的Vmax/Km值顯著低于第二步，則第一步是速率限制步驟。*計(jì)算兩步的Vmax/Km：*步驟1(E1):Vmax1/Km1=50μmol/min·L/0.1mM=500mol/(L·min·M)*步驟2(E2):Vmax2/Km2=100μmol/min·L/0.5mM=200mol/(L