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考研生物化学相关题目

生物化学答疑库

1.糖类化合物有哪些生物学功能?[答](1)作为生物体的结构成分:植物的根、茎、叶含有大量的纤维素、半纤维素和果胶等,这些物质是构成植物细胞壁的主要成分。肽聚糖属于杂多糖,是构成细菌细胞壁的结构多糖。(2)作为生物体内的主要能源物质:糖在生物体内分解时通过氧化磷酸化放出能量,供生命活动需要。生物体内作为能源贮存的糖类有淀粉、糖原等。(3)在生物体内转变为其他物质:有些糖是重要的代谢中间物,糖类物质通过这些中间代谢物合成其他生物分子例如氨基酸、核苷酸等。(4)作为细胞识别的信息分子::糖蛋白是一类生物体内分布极广的复合糖,其中的糖链在分子或细胞的特异性识别过程中可能起着信息分子的作用。与免疫保护、发育、形态发生、衰老、器官移植等均与糖蛋白有关。

2.葡萄糖溶液为什么有变旋现象?[答] D-吡喃葡萄糖在乙醇溶液或吡啶溶液中可以形成结晶,得到两种比旋光度不同的D-葡萄糖,前者的比旋光度为+113o,后者的比旋光度为+19o。如果把这两种葡萄糖结晶分别溶解在水中,并放在旋光仪中观察,前者的比旋光度由+113 o 降至+52 o,后者由+19 o 升到+52 o ,随后稳定不变。葡萄糖溶液发生比旋光度改变的主要原因是葡萄糖具有不同的环状结构,当葡萄糖由开链结构变为环状结构时,C1原子同时变成不对称碳原子,同时产生了两个新的旋光异构体。一个叫α-D-吡喃葡萄糖,另外一个叫β-D-吡喃葡萄糖,这两种物质互为异头物,在溶液中可以通过开链式结构发生相互转化,达到最后的平衡,其比旋光度为+52 o 。

3.什么是糖蛋白?有何生物学功能?[答] 糖蛋白是广泛存在与动物、植物和微生物中的一类含糖基(或糖衍生物)的蛋白质,糖基与蛋白质的氨基酸以共价键结合。糖蛋白中的寡糖链大小不一,小的仅为1个单糖,复杂的有10~20个单糖分子或其衍生物组成的。有的寡糖链是直链,有的为支链,组成寡糖链的单糖主要有葡萄糖、甘露糖、木糖、岩藻糖、N-乙酰-氨基葡萄糖、N-乙酰-氨基半乳糖、葡萄醛酸和艾杜糖醛酸等。糖蛋白的主要生物学功能:(1)激素功能:一些糖蛋白属于激素,例如促滤泡激素、促黄体激素、绒毛膜促性腺激素等均属于糖蛋白。(2)保护机体:细胞膜中的免疫球蛋白、补体也是糖蛋白。(3)凝血和纤溶作用:参与血液凝固和纤溶的蛋白质例如凝血酶原、纤溶酶原均为糖蛋白。(4)具有运输功能:例如转运甲状腺素的结合蛋白、运输铜元素的铜蓝蛋白、运输铁元素的转铁蛋白等均属于糖蛋白。(5)决定血液的类型:决定血型的凝集原A,B,O以糖蛋白和糖脂的形式存在。(6)与酶的活性有关:糖蛋白在酶的新生肽链折叠、转运和保护等方面普遍起作用。(7)一些凝集素属于糖蛋白。

4.纤维素和糖原都是由D-葡萄糖经1→4连接的大分子,相对分子质量相当,是什么结构特点造成它们的物理性质和生物学功能上有很大的差异?[答]糖原结构与支链淀粉的结构很相似,糖原的分支较多,平均每8~12个残基发生一次分支。糖元高度的分支结构一则可以增加分子的溶解度,二则将有更多的非还原端同时接受到降解酶的作用,加速聚合物转化为单体,有利于及时动用葡萄糖库以供生物体代谢的急需。

纤维素是线性葡聚糖,残基间通过β(1→4)糖苷键连接的纤为二糖单位。纤维素链中的每一个残基相对前一个翻转1800,使链采取完全伸展的构象。相邻、平行的伸展链在残基环面的水平向通过链内和链间的氢键网形成片层结构。若干条链聚集成周期性晶格的分子束,称微晶或胶束。多个胶束形成微纤维,在植物细胞中,纤维素包埋在果胶、半纤维素、木质素、伸展蛋白等组成的基质中。纤维素与基质粘合在一起增强了细胞壁的抗张强度和机械性能,以适应植物抵抗高渗透压和支撑高大植株的需要。

5.天然脂肪酸在结构上有哪些共同特点[答] 来自动物的天然脂肪酸碳骨架为线性,双键数目一般为1~4个,少数为6个。细菌所含的脂肪酸大多数是饱和的,少数为单烯酸,多于一个得极少,有些含有分支的甲基。天然脂肪酸的碳骨架原子数目几乎都是偶数,奇数碳原子的脂肪酸在陆地生物中极少,但在海洋生物有相当的数量。天然脂肪酸碳骨架长度为4~36个,

多数为12~24个,最常见的为16、18碳,例如软脂酸、硬脂酸和油酸,低于14碳的主要存在于乳脂中。大多数单不饱和脂肪酸中的双键位置在C9和C10之间。在多不饱和脂肪酸中通常一个双键也为于△9,其余双键位于△9和烃链的末端甲基之间,双键一般为顺式。

6.为什么多不饱和脂肪酸容易受到脂质过氧化?[答] 多不饱和脂肪酸分子中与两个双键相连接的亚甲基(-CH2-)上的氢比较活泼,这是因为双键减弱了与之连接的碳原子与氢原子之间的C-H键,使氢很容易被抽去。例如羟基自由基从-CH2-抽去一个氢原子后,在该碳原子上留下一个未成对电子,形成脂质自由基L?。后者经分子重排、双键共轭化,形成较稳定的共轭二烯衍生物。在有氧的条件下,共轭二烯自由基与氧分子结合生成脂质过氧自由基LOO?。LOO?能从附近的另外一个脂质分子LH抽氢生成新的脂质自由基L?。这样就形成了链式反应,导致多不饱和脂肪酸发生脂质过氧化。

7.人和动物体内胆固醇可能转变为哪些具有重要生理意义的类固醇物质?[答] 激素类:雄激素、雌激素、孕酮、糖皮质激素和盐皮质激素。非激素类:维生素D、胆汁酸(包括胆酸、鹅胆酸和脱氧胆酸)。牛磺胆酸和甘氨胆酸。

8.判断氨基酸所带的净电荷,用pI-pH比pH-pI更好,为什么?[答] 当一种氨基酸的净电荷用q=pI-pH表达时,若q为正值,则该氨基酸带正电荷;若q为负值,则该氨基酸带负电荷。q值的正与负和该氨基酸所带电荷的种类是一致的。如果采用q=pH-pI来表达,则会出现相反的结果,即q为负值时,氨基酸带正电荷;q为正值时,氨基酸带负电荷。因此,用pI-pH 更好。

9.甘氨酸是乙酸甲基上的氢被氨基取代生成的,为什么乙酸羧基的pKa是4.75,而甘氨酸羧基的pKa是2.34?[答] 当甘氨酸溶液的pH低于6.0时,氨基以带正电荷的形式存在,带正电荷的氨基通过静电相互作用(诱导效应)使羧基更容易失去质子,成为更强的酸。-

10.(1)Ala,Ser,Phe,Leu,Arg,Asp,Lys 和His的混合液中pH3.9进行纸电泳,哪些向阳极移动?哪些向阴极移动?(2)为什么带相同净电荷的氨基酸如Gly和Leu在纸电泳时迁移率会稍有差别?[答](1)Ala ,Ser,Phe和Leu的pI在6左右。在PH3.9时,都带净正电荷,所以向阴极移动,但彼此不能分开;His和Arg的pI分别是7.6和10.8,在pH3.9时,它们亦带净正电荷向阴极移动。由于它们带的正电荷多,所以能和其他向阴极移动的氨基酸分开;Asp的pI是3.0,在PH3.9时,它带负电荷,向阳极移动。(2)电泳时若氨基酸带有相同电荷,则相对分子质量大的移动速度较慢。因为相对分子质量大的氨基酸,电荷与质量的比小,导致单位质量受到的作用力小,所以移动慢。

11.(1)由20种氨基酸组成的20肽,若每种氨基酸残基在肽链中只能出现1次,有可能形成多少种不同的肽链?(2)由20种氨基酸组成的20肽,若在肽链的任一位置20种氨基酸出现的概率相等,有可能形成多少种不同的肽链?[答](1)可能的种类数为20!≈;(2)可能的种类数为20^20≈。

12.在大多数氨基酸中, -COOH的pKa都接近2.0, -NH 的pKa都接近9.0。但是,在肽链中, -COOH的pKa为3.8,而 -NH3+的pKa值为7.8。你能解释这种差别吗?[答] 在游离的氨基酸中,带正电荷的使带负电荷的-COO-稳定,使羧基成为一种更强的酸。相反地,带负电荷的羧酸使稳定,使它成为一种更弱的酸,因而使它的pKa升高。当肽形成时,游离的-氨基和 -羧基分开的距离增大,相互影响降低,从而使它们的pKa值发生变化。

13. -螺旋的稳定性不仅取决于肽链内部的氢键,而且还与氨基酸侧链的性质相关。室温下,在溶液中下列多聚氨基酸哪些能形成螺旋?哪些能形成其他有规则的结构?哪些能形成无规则的结构?并说明其理由。(1)多聚亮氨酸pH7.0;(2)多聚异亮氨酸pH7.0;(3) 多聚精氨酸pH7.0;(4) 多聚精氨酸pH13.0;(5)多聚谷氨酸pH1.5; (6) 多聚苏氨酸pH7.0; (7) 多聚羟脯氨酸pH7.0.

(1)多聚亮氨酸的R基团不带电荷,适合于形成 -螺旋。(2)异亮氨酸的 -碳位上有分支,所以形成无规则结构。(3)在pH7.0时,所有精氨酸的R基团带正电荷,由于静电斥力,使氢键不能形成,所以形成无规则结构。(4)在pH13.0时,精氨酸的R基团不带电荷,并且 -碳位上没有分支,所以形成 -螺旋。(5)在pH1.5时,谷氨酸的R基团不带电荷,并且 -碳位上没有分支,所以形成 -螺旋。(6)因为苏氨酸 -碳位上有分支,所以不能形成 -螺旋。(7)脯氨酸和羟脯氨酸折叠成脯氨酸螺旋,这是一种不同于 -螺旋的有规则结构。-

14.球蛋白的相对分子质量增加时,亲水残基和疏水残基的相对比例会发生什么变化?[答] 随着蛋白质相对分子质量(Mr)的增加,表面积与体积的比率也就是亲水残基与疏水残基的比率必定减少。为了解释这一点,假设这些蛋白质是半径为r的球状蛋白质,由于蛋白质Mr 的增加,表面积随r2增加而增加,体积随r3的增加而增加,体积的增加比表面积的增加更快,所以表面积与体积的比率减少,因此亲水残基与疏水残基的比率也就减少。

15.血红蛋白亚基和亚基的空间结构均与肌红蛋白相似,但肌红蛋白中的不少亲水残基在血红蛋白中被疏水残基取代了,这种现象能说明什么问题。[答] 肌红蛋白以单体的形式存在,血红蛋白以四聚体的形式存在,血红蛋白分子中有更多的亲水残基,说明疏水作用对于亚基之间的结合有重要意义。

16.简述蛋白质溶液的稳定因素,和实验室沉淀蛋白质的常用方法。[答] 维持蛋白质溶液稳定的因素有两个:(1)水化膜:蛋白质颗粒表面大多为亲水基团,可吸引水分子,使颗粒表面形成一层水化膜,从而阻断蛋白质颗粒的相互聚集,防止溶液中蛋白质的沉淀析出。(2)同种电荷:在pH≠pI的溶液中,蛋白质带有同种电荷。若pH>pI,蛋白质带负电荷;若pH

17.(1)除共价键外,维持蛋白质结构的主要非共价键有哪几种?(2)有人说蛋白质组学比基因组学研究更具挑战性,请从蛋白质分子和DNA分子的复杂性和研究难度来说明这一观点。[答](1)除共价键外,维持蛋白质结构的主要非共价键有:范德华力(范德华相互作用)、疏水作用、盐键、氢键。(2)DNA是由4种元件构成的大分子,蛋白质是由20多种元件构成的大分子,显然,蛋白质的分子结构更具复杂性,DNA的双螺旋结构有一定的刚性,其空间结构相对简单,蛋白质作为单链分子,可以形成各种复杂的空间结构,由于结构的复杂性,蛋白质的功能广泛而复杂,且结构和功能受到复杂的调控,DNA的功能则相对简单。综合而论,蛋白的研究更具复杂性和挑战性。

18.简要叙述蛋白质形成寡聚体的生物学意义。[答](1)能提高蛋白质的稳定性。亚基结合可以减少蛋白质的表面积/体积比,使蛋白质的稳定性增高。(2)提高遗传物质的经济性和有效性。编码一个能装配成同聚体的单位所需的基因长度比编码一个与同聚体相同相对分子质量的超长肽链所需的基因长度要小得多(如烟草花叶病毒的外壳有2130多个亚基)。(3)形成功能部位。不少寡聚蛋白的单体相互聚集可以形成新的功能部位。(4)形成协同效应。寡聚蛋白与配体相互作用时,有可能形成类似血红蛋白或别构酶那样的协同效应,使其功能更加完善。有些寡聚蛋白的不同亚基可以执行不同的功能,如一些酶的亚基可分为催化亚基和调节亚基。

19.胎儿血红蛋白(Hb F)在相当于成年人血红蛋白(Hb A)链143残基位置含有Ser,而成

年人链的这个位置是具阳离子的His残基。残基143面向亚基之间的中央空隙。(1)为什么2,3-二磷酸甘油酸(2,3-BPG)同脱氧Hb A的结合比同脱氧Hb F更牢固?(2)Hb F 对2,3-BPG低亲和力如何影响到Hb F对氧的亲和力?这种差别对于氧从母体血液向胎儿血液的运输有何意义。[答](1)由于2,3-BPG是同脱氧Hb A中心空隙带正电荷的侧链结合,而脱氧Hb F缺少带正电荷的侧链(链143位的His残基),因此2,3-BPG是同脱氧Hb A 的结合比同脱氧Hb F的结合更紧。(2)2,3-BPG稳定血红蛋白的脱氧形式,降低血红蛋白的氧饱和度。由于Hb F同 2,3-BPG亲和力比Hb A低,HbF受血液中2,3-BPG影响小,因此Hb F在任何氧分压下对氧的亲和力都比Hb A大,(3)亲和力的这种差别允许氧从母亲血向胎儿有效转移。

20.蛋白质变性后,其性质有哪些变化?[答] 蛋白质变性后,氢键等次级键被破坏,蛋白质分子就从原来有秩序卷曲的紧密结构变为无秩序的松散伸展状结构。即二、三级以上的高级结构发发生改变或破坏,但一级结构没有破坏。变性后,蛋白质的溶解度降低,是由于高级结构受到破坏,使分子表面结构发生变化,亲水基团相对减少,容易引起分子间相互碰撞发生聚集沉淀,蛋白质的生物学功能丧失,由于一些化学键的外露,使蛋白质的分解更加容易。

21.为什么大多数球状蛋白质在溶液中具有下列性质。(1)在低pH值时沉淀。(2)当离子强度从零逐渐增加时,其溶解度开始增加,然后下降,最后出现沉淀。(3)在一定的离子强度下,达到等电点pH值时,表现出最小的溶解度。(4)加热时沉淀。(5)加入一种可和水混溶的非极性溶剂减小其介质的介电常数,导致溶解度的减小。(6)如果加入一种非极性强的溶剂。使介电常数大大地下降会导致变性。[答](1)在低pH值时,羧基质子化,蛋白质分子带有大量的净正电荷,分子内正电荷相斥使许多蛋白质变性,蛋白质分子内部疏水基团因此而向外暴露,使蛋白质溶解度降低,因而产生沉淀。(2)加入少量盐时,对稳定带电基团有利,增加了蛋白质的溶解度。但是随着盐离子浓度的增加,盐离子夺取了与蛋白质结合的水分子,降低了蛋白质的水合程度。使蛋白质水化层破坏,从而使蛋白质沉淀。(3)在等电点时,蛋白质分子之间的静电斥力最小,所以其溶解度最小。(4)加热会使蛋白质变性,蛋白质内部的疏水基团被暴露,溶解度降低,从而引起蛋白质沉淀。(5)非极性溶剂减小了表面极性基团的溶剂化作用,使蛋白质分子与水之间的氢键减少,促使蛋白质分子之间形成氢键,蛋白质的溶解度因此而降低。(6)介电常数的下降对暴露在溶剂中的非极性基团有稳定作用,促使蛋白质肽链的展开而导致变性。

22.凝胶过滤和SDS-PAGE 均是利用凝胶,按照分子大小分离蛋白质的,为什么凝胶过滤时,蛋白质分子越小,洗脱速度越慢,而在SDS-PAGE中,蛋白质分子越小,迁移速度越快?[答] 凝胶过滤时,凝胶颗粒排阻Mr较大的蛋白质,仅允许Mr较小的蛋白质进入颗粒内部,所以Mr较大的蛋白质只能在凝胶颗粒之间的空隙中通过,可以用较小体积的洗脱液从层析柱中洗脱出来。而Mr小的蛋白质必须用较大体积的洗脱液才能从层析柱中洗脱出来。SDS- PAGE分离蛋白质时,所有的蛋白质均要从凝胶的网孔中穿过,蛋白质的相对分子质量越小,受到的阻力也越小,移动速度就越快。

23.一种蛋白质的混合物在pH6的DEAE-纤维素柱中被分离,用pH6稀盐缓冲液可以洗脱C,用pH6的高盐缓冲液,B和A依次被洗脱,用凝胶过滤测定得A的Mr 是240000,B的Mr是120000,C的Mr是60000。但SDS-PAGE只发现一条带。请分析实验结果。[答] DEAE-纤维素柱层析的结果说明,在pH6的条件下,A带有较多的负电荷,B次之,C带负电荷最少。凝胶过滤法测出A的Mr是C的4倍,B的Mr是C的2倍,但SDS-PAGE只发现一条带。由于SDS-PAGE 测定的亚基的Mr,凝胶过滤法可以测定寡聚体的Mr,可以推断C是单体,B是以C为亚基的二聚体,A是以C 为亚基的4聚体,由于C在pH6时带负电荷,随着亚基数的增加,带负电荷的量也会增加,这与DEAE-纤维素层析的结果也是一致的。

24.简述酶与一般化学催化剂的共性及其特性?[答](1)共性:用量少而催化效率高;仅改

变化学反应的速度,不改变化学反应的平衡点,酶本身在化学反应前后也不改变;可降低化学反应的活化能。(2)特性:酶作为生物催化剂的特点是催化效率更高,具有高度的专一性,容易失活,活力受条件的调节控制,全酶的活力与辅助因子有关。

25.Vmax与米氏常数可以通过作图法求得,试比较v-[S]图,双倒数图,v-v/[S]作图,[S]/v-[S]作图及直接线性作图法求Vmax和Km的优缺点?(1)v-[S]图是直角双曲线,可以通过其渐近线求Vmax,v=1/2Vmax时对应的[S]为Km;优点是比较直观,缺点是实际上测定时不容易达到Vmax,所以测不准。(2)1/v-1/[S]图是一条直线,它与纵轴的截距为1/Vmax,与横轴的截距为-1/Km,优点是使用方便,Vmax和Km都较容易求,缺点是实验得到的点一般集中在直线的左端,作图时测定值稍有偏差,直线斜率就会有较大的偏差,Km就测不准。(3)v-v/[S]图也是一条直线,它与纵轴的截距为Vmax,与横轴的截距为Vmax/Km,斜率为-Km,优点是求Km比较方便,缺点是作图前计算较繁。(4)[S]/v-[S]图也是一条直线,它与纵轴的截距为Km/Vmax,与横轴的截距为-Km,优缺点与v-v/[S]图相似。(5)直接线性作图法是一组交于一点的直线,交点的横坐标为Km,纵坐标为Vmax,是求Vmax和Km的最好的一种方法,不需计算,作图方便,缺点是实验测定值往往不会全部相交于一点,会给数据取舍造成一定的困难。

27.在很多酶的活性中心均有His残基参与,为什么?[答] 酶蛋白分子中组氨酸的侧链咪唑基pK值为6.0~7.0,在生理条件下,一部分解离,可以作为质子供体,一部分不解离,可以作为质子受体,既是酸,又是碱,可以作为广义酸碱共同催化反应,因此常参与构成酶的活性中心。

28.试比较酶的竞争性抑制作用与非竞争性抑制作用的异同。[答] 竞争性抑制是指抑制剂I 和底物S对游离酶E的结合有竞争作用,互相排斥,已结合底物的ES复合体,不能再结合I;同样已结合抑制剂的EI复合体,不能再结合S。多数竞争性抑制在化学结构上与底物S相似,能与底物S竞争与酶分子活性中心的结合,因此,抑制作用大小取决于抑制剂与底物的浓度比,加大底物浓度,可使抑制作用减弱甚至消除。竞争性抑制作用的双倒数曲线与无抑制剂的曲线相交于纵坐标I/Vmax处,但横坐标的截距,因竞争性抑制存在而变小,说明该抑制作用,并不影响酶促反应的最大速度Vmax,而使Km值变大。非竞争性抑制是指抑制剂I和底物S与酶E的结合互不影响,抑制剂I可以和酶E结合生成EI,也可以和ES复合物结合生成ESI。底物S和酶E结合成ES后,仍可与I结合生成ESI,但一旦形成ESI复合物,再不能释放酶E和形成产物P。其特点是:I和S在结构上一般无相似之处,I常与酶分子活性部位以外的化学基团结合,这种结合并不影响底物和酶的结合,增加底物浓度并不能减少I对酶的抑制程度。非竞争性抑制剂的双倒数曲线与无抑制剂的曲线相交于横坐标- 1/Km处,但纵坐标的截距,因竞争性抑制存在变大,说明该抑制作用,不影响酶促反应的Km值,而使Vmax值变小。

29.阐述酶活性部位的概念。可使用哪些主要方法研究酶的活性中心?[答] 酶的活性中心往往是若干个在一级结构上相距很远,但在空间结构上彼此靠近的氨基酸残基集中在一起形成具有一定空间结构的区域,该区域与底物相结合并将底物转化为产物,对于结合酶来说,辅酶或辅基往往是活性中心的组成成分。酶的活力中心通常包括两部分:与底物结合的部位称为结合中心,决定酶的专一性;促进底物发生化学变化的部位称为催化中心,它决定酶所催化反应的性质以及催化的效率。有些酶的结合中心与催化中心是同一部分。对ES和EI的X-射线晶体分析、NMR分析、对特定基团的化学修饰、使用特异性的抑制剂和对酶作用的动力学研究等方法可用于研究酶的活性中心。

30.影响酶反应效率的因素有哪些?它们是如何起作用的? [答] 影响酶催化效率的有关因素包括:(1)底物和酶的邻近效应与定向效应,邻近效应是指酶与底物结合形成中间复合物后,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(张力作用),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,酸碱催化是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机制。(4)共价催化,在催化时,亲核催化剂或亲电子催化剂能分别放出电子或接受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)微环境的作用:酶的活性部位形成的微环境通常是疏水的,由于介电常数较低,可以加强有关基团之间的静电相互作用,加快酶促反映的速度。在同一个酶促反应中,通常会有上述的3个左右的因素同时起作用,称作多元催化。

31.辅基和辅酶在催化反应中起什么作用?它们有何不同?[答] 辅酶和辅基的主要作用是在反应中传递电子、质子或一些基团,辅酶与酶蛋白结合较松,可以用透析或超滤方法除去;辅基与酶蛋白结合紧密,不能用透析或超滤方法除去,辅酶和辅基的差别仅仅是它们与酶蛋白结合的牢固程度不同,无严格的界限。

32.哪些因素影响酶的活性?酶宜如何保存?[答] 底物浓度、酶含量、温度、pH、产物等均影响酶的活性,此外称为激活剂或抑制剂的某些无机或有机化学物质也会强烈影响酶的活性。天然酶在其自然环境中(细胞或组织中)是受到细胞调控的。细胞对酶的活性的控制主要是通过代谢反馈、可逆的共价修饰、细胞区室化(不同的区室pH、底物浓度等不同,可以避免产物的积累)和酶原激活等控制。制备酶制剂时,要尽量避免高温、极端pH、抑制剂等的影响,酶制剂应尽可能制成固体,并在低温下保存。无法制成固体的酶,可在液态低温保存,但要注意某些液态酶在冰冻时会失去活性。

33.某酶的化学修饰实验表明,Glu和Lys残基是这个酶活性所必需的两个残基。根据pH对酶活性影响研究揭示,该酶的最大催化活性的pH近中性。请你说明这个酶的活性部位的Glu 和Lys残基在酶促反应中的作用,并予以解释。[答] 谷氨酸的?-羧基的pKa值约为4.0,在近中性条件下,该基团去质子化,在酶促反应中起着碱催化剂的作用。赖氨酸的?-氨基的pKa 值约为10.0,在近中性条件下,它被质子化,在酶促反应中起着酸催化剂的作用。

34.某物质能可逆抑制琥珀酸脱氢酶的活性,但不知道该抑制剂属何种抑制剂。你将如何证实该物质是什么类型抑制剂。[答](1)测定不同底物浓度下的酶促反应速度;(2)分别在几种不同抑制剂浓度存在下测定底物浓度对酶促反应速度的影响;(3)在测定相应反应速度后,以1/v对1/[S]作图(双倒数图);(4)从坐标图上量取-1/Km和1/Vmax的距离,即可求出Km和Vmax;(5)比较无抑制剂和有抑制剂存在下的Km和Vmax。在抑制剂存在下,如果Km 增大,Vmax不变,表明该抑制剂是竞争性抑制剂;如果Km不变,Vmax降低,表明该抑制剂是非竞争性抑制剂;如果Km和Vmax都降低且Vmax/Km保持不变,表明该抑制剂是反竞争性抑制剂。

35.胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶同属丝氨酸蛋白酶类,具有相同的电荷转接系统,当胰蛋白酶102位的Asp突变为Ala时将对该酶(1)与底物的结合和(2)对底物的催化有什么影响?[答](1)对底物的结合无显著影响;(2)对底物的催化活性丧失。

36.当抑制剂能选择性地和不可逆地与酶的活性部位的残基结合,从而能帮助鉴别酶时,这类抑制剂就可以称为亲和标记试剂。已知TPCK是胰凝乳蛋白酶的亲和标记试剂,它通过使蛋白质His烷基化而使其失活。(1)为胰蛋白酶设计一个类似TPCK的亲和标记试剂还可以用于什么蛋白质?[答] 首先分析TPCK作为胰凝乳蛋白酶的亲和标记试剂具有什么特征结构。一般来说,亲和标记试剂有两个特点:①亲和标记试剂与底物非常类似,但缺乏可以被酶作用的位点,因而能选择性地与酶的活性部位结合,却不被酶作用,TPCK的结构中这一部分是其对

甲苯磺酰-苯丙氨甲基酮部分;②亲和标记试剂有活泼的化学基团,可以与靶酶的活性部位中的某个残基反应,形成稳定的共价键。TPCK的反应基团是-CH2-Cl。其次分析胰蛋白酶与胰凝乳蛋白酶有什么相似之处。已知胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶均催化肽键的裂解反应,其结构和作用机制很相似,它们的活性部位都位于酶分子表面凹陷的口袋中,都有由His、Asp和Ser形成的催化三联体,只是专一性明显不同。胰凝乳蛋白酶的口袋被疏水氨基酸环绕,大到足以容纳一个芳香残基,因此该酶选择裂解芳香氨基酸如Phe和Tyr的羧基侧肽键。而胰蛋白酶口袋的底部有一个带负电荷的Asp189,有利于结合带正电荷Arg和Lys残基。根据上述分析可知:(1)为胰蛋白酶设计一个类似TPCK的亲和标记试剂,可以将TPCK的反应基团—CH2—Cl和类似肽键结构—NH—CH—CO—保留,其余部分更换为带正电荷的Arg或Lys的R 基团或其类似物;(2)检验该抑制剂的专一性实际上就是分析其与酶的竞争结合能力,可以设计动力学实验,即分析在没有抑制剂时和有不同浓度抑制剂存在时反应速度随底物浓度的变化;(3)由于弹性蛋白与上述两种酶空间结构和催化机理相似,推测该亲和标记试剂有可能使弹性蛋白酶失活。

37. 酶的疏水环境对酶促反应有何意义?[答] 酶的活性部位多数位于疏水性的裂缝中,化学基团的反应活性和化学反应的速率在非极性介质和水性介质中有明显差别。当底物分子和酶的活性部位相结合,就被埋在疏水环境中,由于介电常数较低,底物分子与催化基团之间的作用力被明显加强,因此,疏水的微环境大大有利于酶的催化作用。

38.同工酶形成的机制是什么?同工酶研究有哪些应用?[答] 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进化过程中为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或转变的过程。同工酶研究的意义主要有:(1)作为遗传标记,已广泛被遗传学家用于遗传分析的研究;(2)同工酶是研究基因表达的良好指标;(3)同工酶分析法在农业上已开始用于优势杂交组合的预测;(4)同工酶分析可用于临床检验;(5)同工酶可以用于代谢调控的研究;(6)对同工酶的对比研究可以找到一些蛋白质结构和功能之间相互关系的规律。

(1)请推测这一条链上的[T],

39.一个双螺旋DNA分子中有一条链的成分[A]=0.30,[G]=0.24,

[C]的情况。(2)互补链的[A],[G],[T]和[C]的情况。[答](1)[T]+[C]=1–0.30–0.24=0.46;(2)[T]=0.30,[C]=0.24,[A]+[G]=0.46。

40.如何看待RNA功能的多样性? [答] RNA有五方面的功能:(1)控制蛋白质合成;(2)作用于RNA转录后加工与修饰;(3)参与细胞功能的调节;(4)生物催化与其他细胞持家功能;(5)遗传信息的加工和进化;关键在于RNA既可以作为信息分子又可以作为功能分子发挥作用

41.如果人体有1014个细胞,每个体细胞的DNA含量为6.4×109个碱基对。试计算人体DNA 的总长度是多少?是太阳-地球之间距离(2.2×109公里)的多少倍?已知双链DNA每1000个核苷酸重1×10-18g,求人体的DNA的总质量。[答] 每个体细胞的DNA的总长度为:6.4×109×0.34nm = 2.176×109 nm= 2.176m,

人体内所有体细胞的DNA的总长度为:2.176m×1014 = 2.176×1011km

这个长度与太阳-地球之间距离(2.2×109公里)相比为:2.176×1011/2.2×109 = 99倍,每个核苷酸重1×10-18g/1000=10-21g,所以,总DNA 6.4×1023×10-21=6.4×102=640g。

42.为什么说碱基堆积作用是一种重要的稳定双螺结构的力?[答] 嘌呤和嘧啶具有疏水性,在细胞中的中性pH条件下难溶于水,在两个碱基上下平行堆积时,碱基之间产生疏水堆积作用。这种堆积作用综合了范德华力和偶极作旋用,降低了碱基和水的接触,所以是一种重要的稳定DNA双螺旋结构的力。

43.(a)计算相对分子质量为3 × 107的双股DNA分子的长度;(b)这种DNA一分子占有的体积是多少?(c)这种DNA一分子含多少圈螺旋? [答](a)一个互补成对的脱氧核苷酸残

基的平均相对分子质量为618,每个核苷酸使双螺旋上升0.34nm,因此该分子长度为:(3×107/618)×0.34=1.65×104 nm =16.5×10-4cm;(b)该分子可看作长16.5×10-4cm,直径 2 × 10-9cm的圆柱体:3.14×(1× 10-9) 2×16.5×10-4 =5.18×10-20cm3;;

(c)48544对核苷酸=4854圈螺旋。

44.如何区分相对分子质量相同的单链DNA与单链RNA?[答](1)用专一性的RNA酶与DNA 酶分别对两者进行水解。(2)用碱水解,RNA能够被水解,而DNA不被水解。(3)进行颜色反应,二苯胺试剂可以使DNA变成蓝色;苔黑酚(地衣酚)试剂能使RNA变成绿色。(4)用酸水解后,进行单核苷酸的分析(层析法或电泳法),含有U 的是RNA,含有T的是DNA。45.什么是DNA变性?DNA变性后理化性有何变化?[答] DNA双链转化成单链的过程成变性。引起DNA变性的因素很多,如高温、超声波、强酸、强碱、有机溶剂和某些化学试剂(如尿素,酰胺)等都能引起变性。 DNA变性后的理化性质变化主要有:(1)天然DNA分子的双螺旋结构解链变成单链的无规则线团,生物学活性丧失;(2)天然的线型DNA分子直径与长度之比可达1:10,其水溶液具有很大的黏度。变性后,发生了螺旋-线团转变,黏度显著降低;(3)在氯化铯溶液中进行密度梯度离心,变性后的DNA浮力密大大增加;(4)沉降系数S 增加;(5)DNA变性后,碱基的有序堆积被破坏,碱基被暴露出来,因此,紫外吸收值明显增加,产生所谓增色效应。(6)DNA分子具旋光性,旋光方向为右旋。由于DNA分子的高度不对称性,因此旋光性很强,其[ a ]=150。当DNA分子变性时,比旋光值就大大下降。

46.组成RNA的核苷酸也是以3′,5′-磷酸二酯键彼此连接起来。尽管RNA分子中的核糖还有2′羟基,但为什么不形成2′,5′-磷酸二酯键[答] 2′-OH的空间位置与3′-OH和 5′-OH不在同一平面内。故不形成2′,5′-磷酸二酯键。

47.何谓Tm?影响Tm大小的因素有哪些?在实验中如何计算Tm值?[答] DNA的变性从开始解链到完全解链,是在一个相当窄的温度范围内完成的,在这一范围内,紫外线吸收值的增加量达到最大增加量的50%时的温度为DNA的解链温度(溶解温度,melting temperature,Tm)。Tm值大小主要与GC含量有关,GC含量越高,Tm值越大;另外核酸分子越大,Tm值也越大,此外,溶液pH值,离子强度也影响Tm值。在具体的实验中,Tm值计算公式:Tm=69.3+0.41(G+C%),小于20bp的寡核苷酸Tm=4(G+C)+2(A+T)。

40. Poly(A)尾(1)可能与mRNA从核到质运输有关;(2)与mRNA 的半衰期有关,新生mRNA 的Poly(A)尾较长,衰老的较短。5′端帽子 ( 1 ) 抗5′核酸外切酶的降解作用; ( 2 ) 蛋白质合成过程中,有助核糖体对翻译起点的识别和结合。

48.什么是核酸杂交?有何应用价值?[答] 热变性后的DNA片段在进行复性时,不同来源的变性核酸(DNA或RNA)只要有一定数量的碱基互补(不必全部碱基互补),就可形成杂化的双链结构。此种使不完全互补的单链在复性的条件下结合成双链的技术称为核酸杂交。其应用价值:用被标记的已知碱基序列的单链核酸小分子作为探针,可确定待检测的DNA,RNA 分子中是否有与探针同源的碱基序列。用此原理,制作探针,再通过杂交,可用于细菌,病毒,肿瘤和分子病的诊断(基因诊断)。

49.超螺旋的生物学意义有哪些? [答](1)超螺旋DNA比松弛型DNA更紧密,使DNA分子的体积更小,得以包装在细胞内;(2)超螺旋会影响双螺旋分子的解旋能力,从而影响到DNA 与其他分子之间的相互作用;(3)超螺旋有利于DNA的转录、复制及表达调控。

50.DNA双螺旋模型的主要特征是,一条链上的碱基与另一条链上的碱基在同一个平面上配对。Watson和Crick提出,腺嘌呤只与胸嘧啶配对,鸟嘌呤只与胞嘧啶配对。出于什么样的结构考虑,使他们确定这样的配对方案? [答] DNA分子的Watson-Crick模型是以两条多核苷酸链的糖-磷酸骨架呈有规律的螺旋结构为特征,这种螺旋结构有两个限制:①一条链上的碱基必须与另一条互补链的碱基形成氢键。②使碱基与糖-磷酸骨架相连接的糖苷键必须保持大约1.1nm的间隔。A与T、G与C的配对符合这种限制。若A与G或G与T配对,其间隔太大,

以至不适合这种螺旋(即糖苷健间的间隔大于1.1nm),产生不稳定的膨胀结构,若T与C配对,其间隔太小,若A与C配对,在空间限制范围内不能形成氢键。只有A与T、G与C互补配对,才能保持其间隔约为 1.1 nm,也才能在碱基对之间有效地形成氢键,Watson-Crick 螺旋结构才稳定。

51.如果降低介质的离于强度会对双螺旋DNA的解链曲线有何影响?如果向介质加入少量的乙醇呢? [答] 如果降低介质的离子强度,将减少对DNA糖-磷酸骨架的磷酸基负电荷的中和(掩盖),加大带负电荷磷酸基的彼此排斥,其结果将会降低它的熔点(Tm)。乙醇是非极性的,它的加入会减小稳定双螺旋DNA的疏水作用力,因此也会降低它的熔点。

52.为什么相同相对分子质量的线状DNA比共价闭合的环状DNA能结合更多的溴乙锭?如何利用这一点在氯化铯梯度中分离这两种DNA?为什么共价闭环DNA在含溴乙锭的介质中的沉降速度随溴乙锭的浓度增加出现近似U形的变化?[答] 溴乙锭插入碱基对之间,共价闭合的DNA比线状双链DNA结构紧密,溴乙锭插入的可能性较少。制备溴乙锭氯化铯梯度,环状DNA 插入溴乙锭较少,沉降较快,可以将两者分开。DNA-溴乙锭复合物用异戊醇提取,DNA很容易与溴乙锭分开。超螺旋DNA沉降快,开环和线形DNA沉降慢。共价闭环DNA形成负超螺旋,具有较快的沉降速度。少量溴乙锭插入DNA的碱基对之间,减少负超螺旋密度,使沉降速度减慢,但是大量溴乙锭可以引入正超螺旋,使沉降加快。因此随溴乙锭浓度增加,共价闭环DNA的沉降速度出现近似U形变化。

53.以B族维生素与辅酶的关系,说明B族维生素在代谢中的重要作用。[答] B族维生素是体内许多重要辅酶的组成成分,所以当B族维生素缺乏时,就会影响到结合酶的活性,使体内的许多代谢发生障碍。①维生素B1是硫胺素焦磷酸(TPP)的组成成分,TPP是α-酮酸氧化脱羧酶的辅酶,当维生素B1缺乏时,使丙酮酸氧化脱羧反应受阻。同时TPP又是转酮醇酶的辅酶,当维生素B1缺乏时,磷酸戊糖代谢障碍,使核酸合成及神经髓鞘中磷酸戊糖代谢受到影响。②维生素B2是FMN和FAD的组成成分。FMN和FAD是体内氧化还原酶的辅基,如琥珀酸脱氢酶、黄嘌呤氧化酶及NADH脱氢酶等。FMN和FAD也参与呼吸链电子传递过程,在生物氧化过程中发挥着重要作用。③维生素PP是NAD+、NADP+的组成成分。NAD+、NADP+在体内是多种不需氧脱氢酶的辅酶,如乳酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶系等,同时维生素PP也参与呼吸链的电子传递。④维生素B6是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺的组成成分。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺是氨基酸代谢中的转氨酶和脱羧酶的辅酶,在氨基酸代谢中发挥着重要作用。⑤泛酸在体内组成ACP和CoA。二者构成酰基转移酶的辅酶,广泛参与糖、脂肪、蛋白质的代谢及肝中的生物转化作用。⑥生物素是体内多种羧化酶的辅酶,如丙酮酸羧化酶等。⑦叶酸的活性形式是四氢叶酸,四氢叶酸是体内一碳单位转移酶的辅酶,分子内部N5、N10两个氮原子能携带一碳单位。一碳单位在体内参加多种物质的合成,如嘌呤、胸腺嘧啶核苷酸等。当叶酸缺乏时,DNA的合成必然受到抑制,骨髓红细胞DNA合成减少,细胞分裂速度降低,细胞体积变大,造成巨幼红细胞性贫血。⑧体内的维生素B12参与同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸的反应,催化这一反应的甲硫氨酸合成酶的辅酶是维生素B12,它参与甲基的转移。维生素B12缺乏时,甲基转移反应受阻,不利于甲硫氨酸的生成,同时维生素B12还影响四氢叶酸的再生,使组织中游离的四氢叶酸含量减少,不能重新利用它来转运其他的一碳单位,影响嘌呤、嘧啶的合成,最终导致核酸合成障碍,影响细胞分裂,结果产生巨幼红细胞性贫血。

54.维生素A缺乏时,为什么会患夜盲症?[答] 所谓夜盲症是指暗适应能力下降,在暗处视物不清。该症状产生是由于视紫红质再生障碍所致。因视杆细胞中有视紫红质,由11-顺视黄醛与视蛋白分子中赖氨酸侧链结合而成。当视紫红质感光时,11-顺视黄醛异构为全反型视黄醛而与视蛋白分离而失色,从而引发神经冲动,传到大脑产生视觉,此时在暗处看不清物体。全反型视黄醛在视网膜内可直接异构为11-顺视黄醛,但生成量少,故其大部分被眼内

视黄醛还原酶还原为视黄醇,经血液运输至肝脏,在异构酶催化下转变成11-顺视黄醇,而后再回到视网膜氧化成11-顺视黄醛合成视紫红质,从而构成视紫红质循环。当维生素A缺乏时,血液中供给的视黄醇量不足,11-顺视黄醛得不到足够的补充,视紫红质的合成量减少,对弱光的敏感度降低,因而暗适应能力下降造成夜盲症。

55.为什么缺乏叶酸和维生素B12可引起巨幼红细胞性贫血?[答] 巨幼红细胞贫血又称恶性贫血,特点是骨髓呈巨幼红细胞增生,胞质和胞核生长成熟不同步,胞核核酸代谢受到影响,成熟不良。此病的产生与叶酸和维生素B12的缺乏有密切关系。单纯因叶酸或维生素B12缺乏所造成的贫血称营养不良性贫血,其机制是合成核苷酸的原料一碳单位缺乏,DNA合成受阻,骨髓幼红细胞DNA合成减少,细胞分裂速度降低,体积增大,而且数目减少。一碳单位来自某些氨基酸的特殊代谢途径。FH4既是一碳单位转移酶的辅酶,又是携带和转移一碳单位的载体。分子内N5、N10两个氮原子能携带一碳单位参与体内多种物质的合成,特别是核酸的合成,一碳单位都是以甲基FH4的形式运输和储存,故甲基FH4的缺乏直接影响一碳单位的生成和利用。FH4的再生是在甲基转移酶的催化下将甲基转移给同型半胱氨酸生成S-腺苷甲硫氨酸,甲基转移酶的辅酶是维生素B12,维生素B12可通过促进FH4的再生而参与一碳单位代谢,当维生素B12缺乏时同样也会影响核酸代谢,影响红细胞的分化及成熟,所以叶酸和维生素B12缺乏都会导致巨幼红细胞性贫血。

56.简述维生素C的生化作用。 [答] 维生素C的生化作用非常广泛,主要有以下两个方面。(1)参与体内多种羟化反应。①促进胶原蛋白的合成,当胶原蛋白合成时,多肽链中的脯氨酸、赖氨酸需羟化生成羟脯氨酸和羟赖氨酸,维生素C是催化反应中羟化酶的辅助因子之一;

②参与胆固醇的转化,维生素C是7-α-羟化酶的辅酶,促进胆固醇转变成胆汁酸;③参与芳香族氨基酸的代谢,维生素C参与苯丙氨酸羟化成酪氨酸的反应,酪氨酸转变为对羟苯丙酸的羟化、脱羧、移位等步骤及转变为尿黑酸的反应。(2)作为供氢体参与体内氧化还原反应。①保护巯基酶的活性及GSH的状态,发挥解毒作用;②使红细胞高铁血红蛋白还原为血红蛋白,使其恢复运氧的功能;③使三价铁还原为二价铁,促进铁的吸收;④保护维生素A、E及B免遭氧化,并促进叶酸转变成四氢叶酸。

57.试述G蛋白参与信号传递在细胞代谢调节中的意义。[答] G蛋白在激素、神经递质等信息分子作用过程中,起信号传递、调节和放大的作用。由于G蛋白家族结构的相似性(指β、γ-亚基)和多样性(指α-亚基),所以它的参与使激素和许多神经递质对机体的调节更复杂、更具多层次,更能适应广泛的细胞功能变化。G蛋白种类很多,它的介入使激素、受体更能适应不同细胞反应和同一细胞反应的多样性,使机体对外界环境变化的应答更灵敏、更准确、更精细。一些毒素如霍乱毒素和百日咳毒素等都是通过G-蛋白的α-亚基ADP核糖基化而失去正常调节功能,导致一系列病理反应。

58.简述cAMP的生成过程及作用机制。[答] 胰高血糖素、肾上腺素、促肾上腺皮质激素等与靶细胞膜上的特异性受体结合,形成激素-受体复合物而激活受体,通过G蛋白介导,激活腺苷酸环化酶,腺苷酸环化酶催化ATP转化成cAMP和焦磷酸,cAMP在磷酸二酯酶作用下水解为5'-AMP而丧失作用。cAMP作为激素作用的第二信使对细胞的调节作用是通过激活cAMP 依赖性蛋白激酶(蛋白激酶A)来实现的。蛋白激酶A由两个调节亚基和两个催化亚基组成的四聚体别构酶,当四分子cAMP与调节亚基结合后,调节亚基与催化亚基解离,游离的催化亚基催化底物蛋白磷酸化,从而调节细胞的物质代谢和基因表达。活化的蛋白激酶A一方面催化胞质内一些蛋白磷酸化调节某些物质的代谢过程,如使无活性的糖原磷酸化酶激酶b磷酸化,转变成无活性的糖原磷酸化酶激酶α,后者催化糖原磷酸化酶b磷酸化成为有活性的糖原磷酸化酶α,调节糖原的分解。活化的蛋白激酶A另一方面进入细胞核,可催化反式作用因子-cAMP应答元件结合蛋白磷酸化,与DNA上的cAMP应答元件结合,激活受cAMP应答元件调控的基因转录。另外活化的蛋白激酶还可使核内的组蛋白、酸性蛋白及膜蛋白、受体

蛋白等磷酸化,从而影响这些蛋白的功能。

59.介绍两条Ca++介导的信号传导途径。[答] Ca++是体内许多重要激素作用的第二信使,作

为第二信使Ca++可通过不同的途径来调节体内的物质代谢过程。①Ca++-磷脂依赖性蛋白激

酶途径:乙酰胆碱、去甲肾上腺素、促肾上腺皮质激素等信号分子作用于靶细胞膜上的特异

受体,通过G蛋白激活磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C而水解膜组分磷脂酰肌醇4,5-二磷酸而

生成DG和IP3。IP3从膜上扩散至胞质,与内质网和肌浆网上的IP3受体结合,促进Ca++释

放使胞质内Ca++浓度升高。DG在磷脂酰丝氨酸和Ca++的配合下激活蛋白激酶C,对机体的代

谢、基因表达、细胞分化和增殖起作用。②Ca++-钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径:钙调蛋白有

四个Ca++结合位点,当胞浆Ca++升高时,Ca++与钙调蛋白结合,使其构象发生改变而激活

Ca++-钙调蛋白依赖性蛋白激酶,后者可使许多蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化,引起蛋

白质活性升高或降低,影响机体的代谢过程。如活化的Ca++-钙调蛋白依赖性蛋白激酶能激

活腺苷酸环化酶而加速cAMP的生成,也能激活磷酸二酯酶而加速cAMP的降解;它还能激活

胰岛素受体的酪氨酸蛋白激酶。

60.腺苷酸环化酶所催化的反应如下: ATP→cAMP +PPi,其平衡常数Keq=0.065,如果ATP

水解成AMP + PPi,△Go′=-33.44 kJ/mol,试计算cAMP水解成AMP的△Go′是多少?[答]

由于已知反应 ATP→cAMP +PPi 的Keq,根据△Go′与Keq的关系得:

△Go′=-2.303RTlgKeq=-2.303×8.314×10-3×298×lg0.065=15.61 kJ/mol

那么逆反应cAMP +PPi→ATP的△Go′为 -15.61 kJ/mol

又已知ATP→AMP + PPi 的△Go′=-33.44 kJ/mol

所以cAMP→AMP的△Go′=-15.61 kJ/mol+(-33.44 kJ/mol)=-49.05 kJ/mol 61.在25℃,pH为7.0的条件下,向浓度为0.1mol/L的葡萄糖-6-磷酸溶液加入磷酸葡萄糖

变位酶以催化葡萄糖-6-磷酸→葡萄糖-1-磷酸的反应,反应的△Go′为 +7.5kJ/mol,求反应

后葡萄糖-6-磷酸和葡萄糖-1-磷酸的最终浓度是多少?[答] 在反应的起始阶段葡萄糖-6-磷

酸的浓度为0.1mol/L,葡萄糖-1-磷酸的浓度为0,平衡后葡萄糖-6-磷酸的浓度为 0.1-X

(mol/L),葡萄糖-1-磷酸的浓度为X(mol/L)

根据△Go′=-2.303RT㏒Keq′,得:㏒Keq′=7.5/-2.303×8.314×10-3×298=-1.32

查反对数表得,Keq′=4.8×10-2

由 Keq′=X/(0.1-X) ,得:0.1×4.8×10-2-4.8×10-2 X = X

即:X=0.004mol/L, 0.1- X=0.096mol/L

反应后葡萄糖-6-磷酸和葡萄糖-1-磷酸的最终浓度分别是0.096 mol/L和0.004 mol/L。

62.计算1摩尔葡萄糖在肝脏细胞中彻底氧化成CO2和H2O,可产生多少摩尔ATP?如果有鱼

藤酮存在,理论上又可产生多少摩尔ATP?[答] 组织中没有鱼藤酮时:1摩尔葡萄糖→2摩

尔丙酮酸,净生成2摩尔ATP并有2摩尔NADH?H+产生(细胞质中生成);2摩尔丙酮酸→2

摩尔乙酰辅酶A+2摩尔CO2,生成2摩尔NADH?H+;2摩尔乙酰辅酶A→4摩尔CO2,共生成

6摩尔NADH?H+、2摩尔FADH2、2摩尔GTP。对肝脏细胞而言,细胞质中生成的2摩尔NADH?H+,

是通过苹果酸-天冬氨酸穿梭进入线粒体的,进入线粒体的依然是2摩尔NADH?H+。NADH?H+

生物氧化时的磷氧比值为2.5,FADH2的磷氧比值为1.5,所以葡萄糖彻底氧化产生的ATP为

(4+6)2.5+2×1.5+4=32摩尔。如果组织中有鱼藤酮存在,生成的NADH?H+不产生ATP,

所以ATP为2×1.5+4=7摩尔。

63.试比较电子传递抑制剂、氧化磷酸化抑制剂、和氧化磷酸化作用解偶联剂对生物氧化作用

的影响。[答] 电子传递抑制剂可使电子传递链的某一部位阻断,电子不能传递,线粒体内膜

两侧的质子浓度差不能形成,氧的消耗停止,ATP自然也不能合成。氧化磷酸化抑制剂并不

直接抑制电子传递,它的作用是抑制ATP酶,使ATP合成停止,由于线粒体内膜两侧存在较

高的质子浓度差,电子传递和氧的消耗也被抑制。氧化磷酸化作用解偶联剂使电子传递和氧

化磷酸化两个过程分离,结果是电子传递失去控制,氧的消耗增加,但不能形成线粒体内膜两侧的质子浓度差,ATP也无法合成。

64.在一个具有完全细胞功能的哺乳动物肝脏细胞匀浆体系中,当1摩尔下列底物完全氧化成CO2和H2O时,能产生多少 ATP?①乳酸;②柠檬酸;③磷酸稀醇式丙酮酸。[答] ①乳酸彻底氧化成CO2和H2O的途径如下:

乳酸+NAD→丙酮酸+NADH?H+(乳酸脱氢酶),此反应在细胞溶胶(细胞浆)中进行。在肝脏细胞匀浆体系中,细胞溶胶中生成的NADH是通过苹果酸-天冬氨酸穿梭进入线粒体内氧化。

丙酮酸+NAD→乙酰辅酶A + NADH?H+ (线粒体,丙酮酸脱氢酶系)

乙酰辅酶进入三羧酸循环:(线粒体,三羧酸循环相关酶)

乙酰辅酶A+3 NAD+ +FAD++GDP +Pi→2摩尔CO2 +3 NADH?H+ +FADH2+GTP

1摩尔乳酸彻底氧化成CO2和H2O生成ATP的摩尔数为:5×2.5+1×1.5+1(GTP)=15摩尔②柠檬酸彻底氧化成CO2和H2O的途径如下:

柠檬酸首先沿三羧酸循环生成草酰乙酸,该过程共进行4次脱氢,生成3 摩尔NADH?H+、1摩尔FADH2、1摩尔GTP(线粒体,三羧酸循环相关酶)

草酰乙酸暂时脱离三羧酸循环,脱羧生成丙酮酸。丙酮酸氧化脱羧转变成乙酰辅酶A:

丙酮酸 +NAD→乙酰辅酶A + NADH?H+(线粒体丙酮酸脱氢酶系)

乙酰辅酶进入三羧酸循环氧化:乙酰辅酶A+ 3 NAD+ +FAD++GDP +Pi→2摩尔CO2 +3 NADH?H+ +FADH2+GTP

FADH2呼吸链的磷氧比值为1.5,NADH呼吸链的磷氧比值为2.5,1摩尔柠檬酸彻底氧化成CO2和H2O生成ATP的摩尔数:7×2.5+2×1.5+2(GTP)=22.5摩尔

③磷酸稀醇式丙酮酸彻底氧化成CO2和H2O的途径如下:

磷酸稀醇式丙酮 + ADP +Pi→丙酮酸 + ATP;丙酮酸+NAD→乙酰辅酶A + NADH?H+

乙酰辅酶进入三羧酸循环:(线粒体三羧酸循环相关酶)

乙酰辅酶A+ 3 NAD+ +FAD++GDP +Pi→2摩尔CO2 +3 NADH?H+ +FADH2+GTP

1摩尔磷酸稀醇式丙酮酸彻底氧化成CO2和H2O生成ATP的摩尔数为:4×2.5+1×1.5+2(GTP+ATP)=13.5摩尔

65.从ATP的结构特点说明其在机体细胞能量传递中的作用。[答] ATP(腺苷-5′-三磷酸,简称三磷酸腺苷)是高能磷酸化合物的典型代表,一个ATP分子由一分子腺嘌呤、一分子核糖、和三个相连的磷酸基团组成。三个磷酸基团依次与核糖5′-羟基形成磷酸酯,分别称为α、β、γ磷酸基团,α磷酸基团与腺苷之间的磷酸酯键为普通磷酯键,而β、γ磷酸基团之间和β、α磷酸基团之间的磷酸酯键为高能磷酸键,β、γ磷酸基团在水解或者基团转移时都能释放出30.48 kJ/mol的自由能,而普通磷酯键在水解或者基团转移时能释放出的自由能在20 kJ/mol以下,在生物机体内细胞内还有一些高能化合物,在磷酸基团水解或者基团转移时能释放出40~60 kJ/mol的自由能,甚至更多。这些高能化合物(如磷酸肌酸、磷酸稀醇式丙酮酸等)可将其高能磷酸基团转移给ADP,生成的 ATP分子又可将其高能磷酸基团转移给其它化合物使之获得能量,所以ATP不仅是机体细胞最直接的能源,同时ATP在能量的传递中起中间体的作用。

66.分离的完整线粒体悬浮液中有过量的ADP、O2和谷氨酸,谷氨酸在线粒体基质中可产生NADH和FADH2,如果在该体系中加入下列物质,会对氧的消耗和ATP的合成产生什么影响?

(1) 二硝基苯酚,(2)二硝基苯酚,同时加入HCN,(3)加入寡霉素,然后加入二硝基苯酚。[答] (1) 二硝基苯酚是一种氧化磷酸化的解偶剂,它可以将质子从膜间隙带入线粒体基质,从而破坏质子梯度,使 ATP的合成停止。电子传递链将质子泵出线粒体的过程被加强,从而加快了氧的消耗。(2) HCN阻止了电子从细胞色素氧化酶到氧的传递,从而使氧的消耗停止,ATP 的合成受阻。(3) 寡霉素阻断质子通过F1F0-ATP酶的通道,使ATP的合成受阻。由于质子泵

出线粒体需要克服更高的能障,故电子传递被抑制,氧的消耗停止。随后加入二硝基苯酚,

ATP的合成仍然因为寡霉素存在而被抑制,但质子梯度被二硝基苯酚破坏,所以消除了寡霉

素对电子传递的抑制,氧的消耗继续进行,只是没有ATP的合成。

-

67.葡萄糖分子的第二位用14C标记,在有氧情况下进行彻底氧化。问经过几轮三羧酸循环,

该同位素碳可作为CO2释放?[答] 经代谢转化,葡萄糖第二位标记的14C出现在丙酮酸的羰

基上,即 CH3-﹡CO-COOH;进一步氧化产生的CH3-﹡CO-CoA进入三羧酸循环后,经第一轮循

环标记碳原子全部进入草酰乙酸,形成两种异构体: HOO﹡C-CO-CH2-COOH 和HOO﹡

C-CH2-CO-COOH,在第二轮三羧酸循环中,两种异构体中的标记碳原子都可在脱羧反应中以二

氧化碳释放。

68.糖酵解和糖异生作用中各有三个可能产生无效循环的位点,这三个位点在两条途径中分别

由什么酶来催化?以两条途径中果糖-6-磷酸与果糖-1,6-二磷酸之间的转变为例说明细胞是

如何避免无效循环的。[答] 在糖酵解中,葡萄糖→葡萄糖-6-磷酸、果糖-6-磷酸→果糖-1,6-

二磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸三个不可逆反应位点分别由己糖激酶、磷酸果糖激酶、

丙酮酸激酶催化;在糖异生中,葡萄糖-6-磷酸→葡萄糖、果糖-1,6-二磷酸→果糖-6-磷酸、

丙酮酸→草酰乙酸→磷酸烯醇式丙酮酸三个不可逆反应位点分别由葡萄糖-6-磷酸酶、果糖

-1,6-二磷酸酶、丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化。催化果糖-6-磷酸与果糖

-1,6-二磷酸转化的酶是关键的调控酶。在糖酵解中,磷酸果糖激酶的正效应物为AMP、果糖

-2,6-二磷酸,负效应物为柠檬酸、ATP,胰高血糖素可以通过共价修饰使果糖-2,6-二磷酸水

平降低,从而降低糖酵解速率;在糖异生作用中,果糖-1,6-二磷酸酶催化果糖-1,6-二磷酸

转变成果糖-6-磷酸,该酶的正效应物为ATP、柠檬酸,而负效应物为AMP、果糖-2,6-二磷酸。

胰高血糖素通过共价修饰使果糖-2,6-二磷酸水平降低,促进糖异生作用。可见两种酶的效应

物对两条途径的调节正好相反,这种协调控制保证了糖酵解和糖异生途径一条开放时,另一

条关闭,从而避免了无效循环。

69.已知磷酸稀醇式丙酮酸转变成丙酮酸时,△G0'为31.38 kJ/mol,计算在标准状况下,当

[ATP]/[ADP]=10时,磷酸稀醇式丙酮酸和丙酮酸的浓度比。[答] 磷酸稀醇式丙酮酸+ADP+Pi

→丙酮酸+ATP,△G0'=-31.38 kJ/mol

△Go,=-2.303RT㏒Keq=-2.303×8.31×10-3 kJ/mol?K×298 K×㏒Keq

即:-31.38 kJ/mol=-2.303×8.31×10-3kJ/mol?K×298 K×㏒Keq

㏒Keq=5.5,查反对数表得:Keq=3.16×105

Keq=[ATP] ×[丙酮酸]/[ 磷酸稀醇式丙酮酸] × [ADP]

[丙酮酸]/[ 磷酸稀醇式丙酮酸]=10÷ Keq=10÷3.16×105=3.16×10-5

[ 磷酸稀醇式丙酮酸]/[丙酮酸] =1/3.16×10-5=3.16×104 70.计算由2摩尔丙酮酸转化成1摩尔葡萄糖需要提供多少摩尔的高能磷酸化合物?[答] 首

先,2摩尔丙酮酸 +2CO2+2ATP→2草酰乙酸+2ADP+2Pi; 2草酰乙酸+2GTP→2磷酸稀醇式丙

酮酸+2GDP+2CO2;其次,2摩尔磷酸稀醇式丙酮酸沿糖酵解途径逆行至转变成2摩尔甘油醛

-3-磷酸,其中在甘油酸-3-磷酸转变成甘油酸-1,3-二磷酸过程中,消耗2摩尔ATP;甘油酸

-1,3-二磷酸转变成甘油醛-3-磷酸中,必须供给2摩尔的NADH?H+。最后,2摩尔的磷酸丙糖

先后在醛羧酶、果糖-1,6-二磷酸酶、异构酶、葡萄糖-6-磷酸酶作用下,生成1摩尔葡萄糖,

该过程无能量的产生与消耗。从上述三阶段可看出,2摩尔丙酮酸转化成1摩尔葡萄糖需要

提供6摩尔高能磷酸化合物,其中4摩尔为ATP,2摩尔为GTP。

71.简要说明甘油彻底氧化成CO2和H2O的过程,并计算1摩尔甘油彻底氧化成CO2和H2O

净生成多少摩尔的ATP? [答] 甘油 + ATP→α-磷酸甘油 + ADP;α-磷酸甘油 + NAD+→

NADH?H+ + 磷酸二羟丙酮;磷酸二羟丙酮→甘油醛-3-磷酸;甘油醛-3-磷酸 + NAD++ Pi→甘

油酸1,3-二磷酸 + NADH?H+;甘油酸1,3-二磷酸 + ADP→甘油酸-3-磷酸 + ATP;甘油酸-3-

磷酸→甘油酸-2-磷酸→磷酸稀醇式丙酮酸;磷酸稀醇式丙酮酸+ ADP→丙酮酸 + ATP;丙酮

酸 + NAD+→乙酰辅酶A + NADH?H+ + CO2;然后进入乙酰辅酶A三羧酸循环彻底氧化,经过

4次脱氢反应生成3摩尔NADH?H+、1摩尔FADH2、以及2摩尔CO2,并发生一次底物水平磷

酸化,生成1摩尔GTP。依据生物氧化时每1摩尔NADH?H+和1摩尔FADH2 分别生成2.5摩

尔、1.5,1摩尔甘油彻底氧化成CO2和H2O生成ATP摩尔数为6×2.5+1×1.5+3-1=18.5 72.简述血糖的来源和去路,人体如何维持血糖水平的恒定?[答](1)血糖的来源:食物淀

粉的消化吸收,为血糖的主要来源;贮存的肝糖原分解,是空腹时血糖的主要来源;非糖物

质如甘油、乳酸、大多数氨基酸等通过糖异生转变而来。(2)血糖的去路:糖的氧化分解供

能,是糖的主要去路;在肝、肌肉等组织合成糖原,是糖的贮存形式;转变为非糖物质,如

脂肪、非必需氨基酸等;转变成其他糖类及衍生物如核糖、糖蛋白等;血糖过高时可由尿排

出。(3)人体血糖水平的稳定:主要靠胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素等激素来调节。血糖

水平低时,刺激胰高血糖素、肾上腺素的分泌,促进糖原分解和糖异生作用、抑制葡萄糖的

氧化分解,使血糖水平升高。当血糖水平较高时,刺激胰岛素分泌,促进糖原合成、抑制糖

异生作用,加快葡萄糖的氧化分解,从而使血糖水平下降。

73.在EMP途径中,磷酸果糖激酶受ATP的反馈抑制,而ATP却又是磷酸果糖激酶的一种底物,

试问为什么在这种情况下并不使酶失去效用?[答] 磷酸果糖激酶(PFK)是一种调节酶,又

是一种别构酶。ATP是磷酸果糖激酶的底物,也是别构抑制剂。在磷酸果糖激酶上有两个ATP

的结合位点,即底物结合位点和调节位点。当机体能量供应充足(ATP浓度较高)时,ATP

除了和底物结合位点结合外,还和调节位点结合,是酶构象发生改变,使酶活性抑制。反之

机体能量供应不足(ATP浓度较低),ATP主要与底物结合位点结合,酶活性很少受到抑制。

74.在充分光照下,25℃,pH值7的离体叶绿体中,ATP、ADP和Pi的稳态浓度分别为3mmol/L、

0.1 mmol/L、10 mmol/L。问(a)在这些条件下,合成ATP反应的△G是多少?(b)在此叶

绿体中光诱导的电子传递提供ATP合成所需的能量(通过质子电动势),在这些条件下合成1

摩尔ATP所需的最小电势差(△E0′)是多少?假设每产生1摩尔ATP要求2摩尔电子(2e-)

通过电子传递链。[答](a)ATP→ ADP + Pi反应的标准自由能变化△Go′=-30.50 KJ/mol ,

那么ADP+ Pi→ATP反应的标准自由能变化△Go′=+30.50 kJ/mol,因此,当ATP、ADP和

Pi的稳态浓度分别为3mmol/L、0.1 mmol/L、10 mmol/L时,ADP + Pi→ATP反应的自由能

变化为:

△G =△Go′+2.303RTlgKeq

=30.50 +2.303×8.31×10-3×298×lg[3×10-3/(0.1×10-3×10×10-3)]

=30.50+5.71×3.4771 =50.35 (kJ/mol)

(b)如果此时△G全部合成ATP,体系自由能的变化为负,再根据 -△Go′=- nF△E0′得:

-50.35=-2×96.49×△E0′,△E0′=50.35÷(2×96.49)=0.26 V

75.

75.说明knoop的经典实验对脂肪酸氧化得到的结论。比较他的假说与现代β-氧化学说的异

同。[答] knoop分别在偶数和奇数碳的脂肪酸分子的末端甲基接上苯基,用这种带“示踪物”

的脂肪酸喂狗,示踪物苯基在体内不被代谢,而以某一特定的有机化合物随尿排出。Knoop

发现,偶数碳的脂肪酸被标记后喂狗,尿液中出现的是苯乙酸的衍生物苯乙尿酸,奇数碳原

子的脂肪酸被标记后喂狗,尿液中出现的苯甲酸的衍生物苯甲尿酸。他由此推论:脂肪酸氧

化是从羧基端的β-碳原子开始的,每次氧化降解一个2碳单元的片段。他的假说与现代β-

氧化学说的相同之处是降解始发于羧基端的第二位(β-位)碳原子,在这一处断裂切掉两个

碳原子单元。与现代β-氧化学说的不同之处是:β-氧化的起始阶段需要水解ATP活化脂肪

酸, 以脂酰CoA的形式进行氧化,反应的中间产物全部都是结合在CoA上,反应过程是由多种

酶协同催化的,切掉的两个碳原子单元是乙酰CoA,而不是乙酸分子,反应过程中脱下来的氢能够经呼吸链的传递生成ATP。

76.计算一分子硬脂酸彻底氧化成CO2和H2O,产生的ATP分子数,并计算每克硬脂酸彻底氧化产生的自由能。[答] (1)一分子硬脂酸需要经过8轮β氧化,生成9个乙酰CoA,8个FADH2 和8NADH,9个乙酰CoA可生成ATP:10×9=90个;8个FADH2可生成ATP :1.5×8=12个;8个NADH可生成ATP:2.5×8=20个;以上总计为122个ATP,但是硬脂酸活化为硬脂酰CoA时消耗了两个高能磷酸键,一分子硬脂肪酸净生成120个ATP。(2)120个ATP水解的标准自由能为120×(-30.54)KJ=-3664.8KJ,硬脂肪酸的相对分子质量为256。故1克硬脂肪酸彻底氧化产生的自由能为-3664.8/256=-13.5KJ。

77.试从脂类代谢紊乱角度分析酮症、“脂肪肝”和动脉粥样硬化的发病原因。(复旦大学2000年考研题)[答] (1)酮症:在糖尿病或糖供给障碍等病理状态下,胰岛素分泌减少或作用低下而胰高血糖素、肾上腺素等分泌上升,导致脂肪动员增强,脂肪酸在肝内的分解增多,酮体的生成也增多,同时,由于主要来源于糖代谢的丙酮酸减少,使草酰乙酸也减少,导致了乙酰CoA的堆积,此时肝外组织的酮体氧化作用减少,结果就出现了酮体过多积累在血中的酮症。(2)脂肪肝:肝细胞内的脂肪来源多,去路少导致脂肪积存。原因有:①最多见的是肝功能低下,合成脂蛋白能力下降,导致肝内脂肪运出障碍;②糖代谢障碍导致脂肪动员增强,进入肝内的脂肪酸增多;③肝细胞内用于合成脂蛋白的磷脂缺乏;④患肝炎后,活动过少使能量消耗减少,糖转变成脂肪而存积。(3)动脉粥样硬化:血浆中LDL增多或HDL 下降均可使血浆中胆固醇容易在动脉内膜沉积,久之则导致动脉粥样硬化。

78.说明真核生物体内脂肪酸合酶的结构与功能。[答] 在植物体内,脂肪酸合酶是由不同的七种多肽链的聚合体和ACP组成的多酶体系。酵母中,脂肪酸合酶由酰基载体蛋白(ACP)和6个酶构成,这6个酶定位为两个多功能多肽链,它们分别是乙酰CoA-ACP转酰酶、丙二酸单酰CoA-ACP转酰酶、β-酮酰-ACP合酶、β-酮酰-ACP还原酶、β-羟酰-ACP脱水酶、烯酰-ACP还原酶;动物中,脂肪酸合酶包含有7个酶和一个ACP,其中6个酶和酵母中的相同,另一个为软脂酰-ACP硫酯酶。ACP是“acyl carrier proterin”的简写符号,是一个相对分子质量低的蛋白质,它没有酶的活性,在脂肪酸合成中犹如CoA在脂肪酸降解中的作用,仅作为脂酰基的载体。它的辅基是ACP的丝氨酸残基上结合的4′-磷酸泛酰巯基乙胺,其末端的-SH基是携带脂酰基的功能部位。ACP可把脂酰基从一个酶转移到另一个酶,因而被称作“酰基载体蛋白”。在脂肪酸降解中,同样的磷酸泛酰巯基乙胺又是CoA的一部分。这个长链的4′-磷酸泛酰巯基乙胺分子犹如“摆臂”,把底物在酶复合体上从一处的催化中心转移到另一处。

79.脂肪酸氧化和脂肪酸的合成是如何协同调控的? [答] 脂肪酸氧化的限速步骤是脂肪酸从胞质到线粒体的转运,所以肉碱-酰基转移酶Ⅰ是脂肪酸氧化的限速酶。脂肪酸合成的限速酶是乙酰CoA羧化酶,催化乙酰CoA生成丙二酸单酰CoA。丙二酸单酰CoA可促进脂肪酸合成,抑制肉碱-酰基转移酶Ⅰ的活性,这样当脂肪酸合成旺盛时,脂肪酸的分解必然会停止,如此进行两条相反途径的协同调控。

80.试比较脂肪酸合成和脂肪酸β-氧化的异同。[答] 脂肪酸的生物合成,植物中是在叶绿体及前质体中进行,合成4~16碳及16碳以上的饱和脂肪酸。动物是在胞液中进行,只合成16碳饱和脂肪酸,长于16碳的脂肪酸是在内质网或线粒体中合成。就胞液中16碳饱和脂肪酸的合成过程来看,与β-氧化过程有相似之处,但是合成过程不是β-氧化过程的逆转, 脂肪酸合成和脂肪酸β氧化的异同可归纳如下:(1)两种途径发生的场所不同,脂肪酸合成主要发生于细胞浆中,分解发生于线粒体;(2)两种途径都有一个中间体与载体相连,脂肪酸合成为ACP,分解为CoA;(3)在两种途径都有4步反应,脂肪酸合成是缩合,还原,脱水和还原,脂肪酸分解是氧化,水合,氧化和裂解。虽然从化学途径二者互为逆反应。但他们的

反应历程不同,所用的辅助因子也不同;(4)两种途径都有原料转运机制,在脂肪酸合成中,有三羧酸转运机制将乙酰CoA从线粒体转运到细胞浆,在降解中,有肉碱载体系统将脂酰CoA 从细胞浆转运到线粒体;(5)两种途径都以脂肪酸链的逐次轮番的变化为特色,在脂肪酸合成中,脂肪酸链获得2碳单位而成功延伸,在降解中则是以乙酰CoA形式的2碳单位离去,以实现脂肪酸链的缩短;(6)脂肪酸合成时,是以分子的甲基一端开始到羧基端为止,降解则是相反的方向,羧基的离去为第一步。(7)羟酯基中间体在脂肪酸合成中是D-构型,但是在降解中为L-构型;(8)脂肪酸合成由还原途径构成,需要NADPH参与,脂肪酸分解由氧化途径构成,需要FAD和NAD+的参与;(9)在动物体中,脂肪酸合酶是一条多肽链构成的多功能酶,而脂肪酸的分解是由多种酶协同催化的。以上是胞液中脂肪酸合成过程和在线粒体中β-氧化作用的重要异同之处。在线粒体中,脂肪酸的合成反应是β-氧化反应的逆过程。

81.血浆脂蛋白有哪几类?并说明各自的来源、化学组成特点和主要生理功能。[答] 血浆脂蛋白有两种分类法:超速离心法和电泳法。超速离心法可根据脂蛋白的密度不同分为四类:乳糜微粒(CM),极低密度脂蛋白(VLDL),低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)。电泳法主要根据脂蛋白的形状、大小和带电多少不同而在电场中有不同迁移率分为:α-脂蛋白、前β-脂蛋白、β-脂蛋白和乳糜微粒四类。两种分类法相对应的名称及各种血浆脂蛋白的来源、化学组成特点和主要生理功能见下表。

分类电泳分类 CM preβ-LP β-LP α-LP

密度分类 CM VLDL LDL HDL

来源小肠粘膜细胞肝细胞血浆肝、小肠化学组成特点

主要生理功能富含TG(占80%~95%)富含TG(占60%~70%)富含Ch(占48%~50%)富含蛋白质(占80%~95%)

转运外源性TG及Ch 转运内源性TG 转运内源性Ch 逆向转运Ch

82.乙酰CoA羧化酶在脂肪酸合成中起调控作用,试述其调控机制。[答] 乙酰-CoA羧化酶在脂肪酸合成中将乙酰-CoA转化为丙二酸单酰-CoA,后者是脂肪酸合成的重要起始物之一,乙酰-CoA羧化酶催化的反应是脂肪酸合成中的限速步骤,是脂肪酸合成调控的关键所在,在脊椎动物中,脂肪酸合成的主要产物,软脂酰-CoA使该酶的反馈抑制剂,当线粒体乙酰-CoA 的浓度增高,ATP也增高时,柠檬酸从线粒体释放出来,转化为细胞液乙酰CoA,同时成为乙酰-CoA羧化酶活化的别构信号。乙酰-CoA羧化酶还受由胰高血糖素和肾上腺素皮质激素激发的磷酸化修饰的抑制。它的活化型为乙酰-CoA羧化酶的聚合物,当磷酸化时这个聚合物解离成为单体,遂失去活性。可以说,乙酰-CoA羧化酶的活性取决于二者平衡的调控,柠檬酸把平衡引向聚合一侧,也就是促进脂肪酸合成,软脂酰-CoA则把平衡引向单体一侧,就是抑制脂肪酸合成,软脂酰-CoA是脂肪酸合成的产物,它的作用可以称为反馈抑制。

83.简述载脂蛋白(即apo1ipoprotein)的分类、组成特点及其主要功能。[答] 血浆脂蛋白中的蛋白质部分称载脂蛋白(apo),在肝和小肠粘膜细胞中合成。至今已从人血浆中分离出18种apo,主要包括:apoA、B、C、D、E等5类。其中,apoA又分为AI、AⅡ、AIV;apoB 又分为B100及B48 ;apoC分为CI、CⅡ、CⅢ,CⅢ根据其所含唾液酸的数目又分为CⅢ0、C Ⅲ1、和CⅢ2; apoE根据其组成及等电点不同分为El、E3、E4。绝大多数apo的一级结构已经阐明。不同脂蛋白所含的apo不同。载脂蛋白在分子结构上具有一定特点,往往含有较多的双性α-螺旋结构,分子的一侧极性较高,可与水溶剂及磷脂或胆固醇极性区结合,构成脂蛋白的亲水面,分子的另一侧极性较低,可与非极性的脂类结合,构成脂蛋白的疏水核心区。apo的主要功能如下:①结合和转运脂质,稳定脂蛋白结构。apo大多具有双性α-螺旋结构(amphipathic α-helix),沿螺旋纵轴同时存在亲脂非极性面和亲水的极性面,有利于结合脂质和稳定脂蛋白结构。②调节脂蛋白代谢关键酶的活性,如apoCⅡ是脂蛋白脂肪酶(LPL)不可缺少的激活剂;apoAI则为卵磷脂胆固醇脂酰转移酶(LCAT)的激活剂;apoAⅡ有激

活肝脂肪酶(HL)的作用等。③参与脂蛋白受体的识别,如apoB100及apoE参与LDL受体的识别;apoAI参与HDL受体的识别;apoE参与apoE受体的识别等。由于各种脂蛋白主要通过受体途径代谢,因此apo影响和决定着脂蛋白的代谢。④参与脂蛋白间的脂质交换,脂质交换蛋白(LTP)包括:胆固醇酯转运蛋白(CETP),促进CE从HDL转移至VLDL-IDL及LDL,磷脂转运蛋白(PTP),促进PL从CM和VLDL转移至HDL。

84.简述影响和调节胆固醇合成的主要因素。[答] 影响和调节胆固醇合成主要因素是:①饥饿与禁食使HMG-CoA还原酶合成减少,活性降低.可抑制肝合成胆固醇。②摄取高糖,高饱和脂肪酸膳食后,肝HMG-CoA还原酶活性增高,胆固醇合成增多。③胰岛素能使HMG-CoA还原酶合成增多,从而增加胆固醇合成。④胰高血糖素及皮质醇能抑制HMGCoA还原酶,从而减少胆固醇合成。

85.丙氨酸、乳酸和丙酮酸具有相似的结构,通过计算说明在肝脏组织中,等摩尔的丙氨酸、乳酸和丙酮酸完全氧化,哪种物质产能更高?(南开大学2002考研题)[答] 乳酸完全氧化时,首先转变成丙酮酸,然后丙酮酸转变成乙酰辅酶A,乙酰辅酶A进入三羧酸循环完全氧化。乳酸 + NAD→丙酮酸+NADH?H+ (细胞质中进行),丙酮酸+ NAD→乙酰辅酶A+ NADH?H+ (线粒体中进行),1摩尔乙酰辅酶A进入三羧酸循环完全氧化生成2摩尔CO2 、3摩尔NADH?H+、1摩尔FADH2 、1摩尔GTP。1摩尔乳酸完全氧化产生ATP数=2.5×5+1.5×1+1=15;丙氨酸氧化时,首先1摩尔丙氨酸与1摩尔α-酮戊二酸在转氨酶作用下生成1摩尔丙酮酸、1摩尔谷氨酸。谷氨酸脱氢重新转变成α-酮戊二酸并生成1摩尔NH4+ 和1摩尔NADH?H+。丙酮酸氧化过程同上述,1摩尔丙酮酸完全氧化产能2.5×4 +1.5×1+1=12.5摩尔的ATP。另外从丙氨酸上脱下的氨对机体是有毒害的,必须转化成尿素给予清除。合成1摩尔尿素需要2摩尔的氨、1摩尔CO2、并且消耗4摩尔的ATP(实际消耗3摩尔ATP,断裂4个高能磷酸键),这样清除1摩尔的氨,相当于消耗2摩尔ATP,所以1摩尔丙氨酸完全氧化可产生ATP数=12.5+2.5-2=13摩尔;通过计算可知等摩尔的丙氨酸、乳酸和丙酮酸完全氧化时,乳酸产能高于丙氨酸,丙氨酸又高于丙酮酸。

86.在氨基酸的生物合成中,哪些氨基酸与三羧酸循环中间物有关?哪些氨基酸与糖酵解和戊糖磷酸途径有直接联系?[答] 三羧酸循环的中间体α-酮戊二酸可为谷氨酸族氨基酸提供骨架原子,包括谷氨酸、谷氨酰胺、鸟氨酸、精氨酸;中间体草酰乙酸可为天冬氨酸、天冬酰胺、甲硫氨酸、苏氨酸、赖氨酸提供骨架原子。糖酵解中的中间体丙酮酸和甘油酸-3-磷酸是丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、甘氨酸、半胱氨酸碳骨架的来源。糖酵解中的磷酸烯醇式丙酮酸和戊糖磷酸途径中的赤鲜糖-4-磷酸是植物、微生物体内合成苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸碳骨架的直接来源;戊糖磷酸途径生成的核糖-5-磷酸是组氨酸合成的重要前体。

87.尿素循环和三羧酸循环之间有哪些联系?[答] 尿素循环中生成的延胡索酸需经过三羧酸循环转变成草酰乙酸,然后通过转氨基作用形成天冬氨酸,再进入尿素循环中;三羧酸循环提供尿素循环所需的ATP和CO2

88.谷氨酸经转氨基作用生成α-酮戊二酸,试问1摩尔谷氨酸彻底氧化成CO2和H2O共生成多少摩尔的ATP?并简要解释其氧化产能途经。[答] 1mol谷氨酸氧化脱氨基产生1 mol NADH,、1摩尔a-酮戊二酸和1摩尔氨,a-酮戊二酸进入三羧酸循环转化变成草酰乙酸,伴随产生2mol NADH?H+,1mol FADH2 和 1mol ATP;草酰乙酸脱羧生成丙酮酸,丙酮酸氧化脱羧生产1摩尔乙酰CoA和1摩尔NADH?H+,1摩尔乙酰CoA进一步氧化成CO2、 H2O,可产生10 mol ATP。这样1mol谷氨酸氧化成CO2、 H2O和氨形成ATP总量为10 +3×2.5+ 1×1.5+1=20 mol ATP,NH3 合成尿素,消耗了3 mol ATP,故谷氨酸彻底氧化成CO2、 H2O和尿素同时净合成17mol ATP。

89.单克隆抗体是通过杂交瘤技术制备的。杂交瘤细胞是经抗原免疫的B细胞和肿瘤细胞的融合细胞。为便于筛选融合细胞,选用次黄嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷(HGPRT-)的肿瘤细胞和

正常B细胞融合后在HAT(次黄嘌呤、氨甲蝶呤、胞苷)选择培养基中培养,此时只有融合细胞才能生长和繁殖。请解释选择原理。[答] 细胞内核苷酸合成有两条途径,一是从头合成途径,另一条是补救途径。对于B细胞,由于不能在培养基上繁殖,所以未融合的B细胞不能在培养基上繁殖。对于肿瘤细胞,因为是HGPRT缺陷型,因而它不能通过补救途径合成核苷酸;又因为选择性培养基HAT中含氨甲蝶呤,它是叶酸的拮抗剂,叶酸是嘌呤和嘧啶核苷酸从头合成途径中转移一碳单位的辅酶(四氢叶酸)的来源,所以氨甲蝶呤抑制了核苷酸的从头合成途径,这样未融合的肿瘤细胞也不能在选择性培养基上生长和繁殖,只有融合细胞具有了双亲的遗传性,才能在HAT选择性培养基中利用补救途径合成核苷酸,从而生长和繁殖。

90.怎样确定双向复制是DNA复制的主要方式,以及某些生物的DNA采取单向复制?[答] 通过放射自显影方法,在复制开始时,先用低放射性的3H-胸腺嘧啶核苷标记大肠杆菌。经数分钟后,再转移到含有高放射性的3H -胸腺嘧啶核苷的培养基中继续标记。这样在放射自显影图上,复制起始区的放射性标记密度比较低,感光还原的银颗粒密度就较低;继续合成区标记密度较高,银颗粒密度也较高。对于枯草杆菌、某些噬菌体和高等真核细胞的染色体等许多DNA来说,都是双向复制,所以银颗粒的密度分布应该是中间密度低,两端密度高;而对于大肠杆菌噬菌体P2、质体和真核细胞线粒体等某些DNA来说,复制是单向的,则银颗粒的密度分布应该是一端高、一端低。

91.DNA复制需要RNA引物的证据有哪些?[答] 首先,所有研究过的DNA聚合酶都只有链延伸活性,而没有起始链合成的功能。相反,RNA聚合酶却具有起始链合成和链延伸的活性。另外,一系列实验提供了有关的证据:例如在体外试验中,噬菌体M13单链环状DNA在加入一段RNA引物之后,DNA聚合酶才能把单链环状DNA变成双链环状DNA;同时发现如果加入RNA聚合酶抑制剂利福平,也可以抑制M13 DNA的复制,如果加入RNA引物再加利福平,DNA 的合成不被抑制;还发现新合成的DNA片段5′端共价连接着RNA片段,如多瘤病毒在体外系统合成的冈崎片段5′端有长约10个残基的以5′-三磷酸结尾的RNA引物。

92.已知大肠杆菌长度为1100μm,它的复制是在一世代大约40分钟内通过一个复制叉完成的,试求其复制体的链增长速度。[答] 按照Watson-Crick模型,每3.4nm(或3.4×10-3μm)含有10对核苷酸,那么该DNA含有:1100×10╱3.4×10-3≈3.24×106(核苷酸对)所以其复制体的链增长速度为:3.24×106╱40×60≈1350(核苷酸/秒)。

93.若使15N标记的大肠杆菌在14N培养基中生长三代,提取DNA,并用平衡沉降法测定DNA 密度,其14N-DNA分子与14N-15N杂合DNA分子之比应为多少?[答] 15N标记的大肠杆菌利用培养基中的14N合成DNA,第一代DNA双链都是14N-15N杂合DNA分子。第二代分别是以第一代中的14N和15N链作为母链合成新的DNA,所以14N-DNA分子与14N-15N杂合DNA 分子之比为1:1。第三代中的14N和15N母链的分子之比是3:1,所以14N-DNA分子与14N -15N杂合DNA分子之比应为3:1。

94.DNA和RNA各有几种合成方式,各由什么酶催化新链的合成?[答](1)DNA → DNA,其中DNA半不连续复制需要DNA聚合酶III、DNA聚合酶I和DNA连接酶;DNA修复合成需要DNA 聚合酶I、DNA连接酶。(2)RNA → DNA, RNA指导下反向转录合成DNA需要逆转录酶。(3)RNA合成包括:DNA → RNA,以DNA为模板转录合成RNA需要RNA聚合酶;RNA → RNA,以RNA为模板合成RNA需要RNA复制酶; RNA → DNA → RNA需要RNA转录酶和RNA聚合酶。

95.真核生物DNA聚合酶有哪几种?它们的主要功能是什么?[答] 真核生物的DNA聚合酶有α、β、γ、δ、ε五种,均具有5′→ 3′聚合酶活性,DNA聚合酶γ、δ和ε有3′→5′外切酶活性,DNA聚合酶α和β无外切酶活性。DNA聚合酶α用于合成引物,DNA聚合酶δ用于合成细胞核DNA,DNA聚合酶β和ε主要起修复作用,DNA聚合酶γ用于线粒体DNA的合成。

96.要说明原核生物的转录过程。 [答] 原核生物大肠杆菌转录过程大致可以模板的识别、

转录的起始、转录的延伸和终止4个阶段。RNA聚合酶在ζ亚基引导下,识别并结合到启动子上,然后在与RNA聚合酶结合的部位,DNA双链局部被解开。在转录的起始阶段,酶继续结合在启动子上催化合成RNA链最初2~9个核苷酸。随后ζ亚基即脱离核心酶,并离开启动子,起始阶段至此结束,转录进入延伸阶段。在延伸阶段核心酶一直沿着DNA分子向前移动,解链区也跟着移动,新生RNA链得以延长,直至RNA聚合酶识别DNA上的终止子,转录终止,酶与RNA链离开模板。核心酶具有基本的转录功能,对于转录的全过程都是需要的,而识别启动子和起始转录还需要ζ亚基,识别转录终止信号和终止转录还需要终止因子Nus A 参与。

97.原核生物RNA聚合酶是如何找到启动子的?真核生物RNA聚合酶与之相比有何异同?[答] 大肠杆菌RNA聚合酶在ζ亚基引导下识别并结合到启动子上。单独的核心酶也能与DNA结合,ζ因子的存在对核心酶的构象有较大影响,极大降低了RNA聚合酶与DNA一般序列的结合常数和停留时间。RNA聚合酶可通过扩散与DNA任意部位结合,这种结合是松散的,并且是可逆的。全酶不断变化与DNA结合部位,直到遇上启动子序列,随即有疏松结合转变为牢固结合,并且DNA双链被局部解开。真核生物基因组远大于原核生物,它们的RNA聚合酶也更为复杂。真核生物RNA聚合酶主要有三类:RNA聚合酶I 转录45SrRNA前体,经转录后加工产生5.8SrRNA,18SrRNA和28SrRNA。RNA聚合酶II转录所有的mRNA前体和大多数SnRNA。RNA 聚合酶III转录所tRNA,5SrRNA等小分子转录物。真核生物RNA聚合酶的转录过程大体于细菌相似,所不同的是真核生物RNA聚合酶自身不能识别和结合到启动子上,而需要在启动子上有转录因子和RNA聚合酶装配成活性转录复合物才能起始转录。

98.真核生物三类启动子各有何结构特点?[答] 真核生物三类启动子分别由RNA聚合酶I、II、III进行转录。类别I启动子包括核心启动子和上游控制元件两部分,需要UBF1和SL1因子参与作用。类别II启动子包括四类控制元件:基本启动子、起始子、上游元件和应答元件。识别这些元件的反式作用因子由通用转录因子、上游转录因子和可诱导的因子。类别III 启动子有两类:上游启动子和基因内启动子,分别由装配因子和起始因子促进转录起始复合物的形成和转录。

99.细胞内至少要有几种tRNA才能识别64个密码子?[答] 在遗传密码被破译后,由于有61个密码子编码氨基酸,人们曾预测细胞内有61种tRNA,但事实上绝大多数细胞内只有50种左右,Crick因此提出了摇摆假说,并合理解释了这种情况。根据摇摆性和61个密码子,经过仔细计算,要翻译61个密码子至少需要31种tRNA,外加1个起始tRNA,共需32种。但是,在叶绿体和线粒体内,由于基因组很小,用到的密码子少,因此叶绿体内有30种左右tRNA,线粒体中只有24种。

100.什么是无细胞翻译系统,一个无细胞翻译系统需要哪些基本成分?常用的无细胞翻译系统有哪些?[答] 无细胞翻译系统指保留蛋白质生物合成能力的细胞抽取物。无细胞系统要包含以下成分:核糖体、各种tRNA、各种氨酰-tRNA合成酶、蛋白质合成需要的起始因子和延伸因子以及终止释放因子、GTP、ATP、20种基本的氨基酸。常见的无细胞翻译系统有:大肠杆菌无细胞翻译系统、兔网织红细胞无细胞翻译系统、麦胚无细胞翻译系统和某些肿瘤细胞制备成的无细胞翻译系统。

101.简述原核细胞和真核生物蛋白质合成的主要区别(青岛海洋大学2001年考研题)。[答] 原核生物蛋白质合成与真核生物蛋白质合成的主要差别有:(1)原核生物翻译与转录是偶联的,真核生物要将细胞核内转录生成的mRNA转运到细胞质才能进行蛋白质合成,因此,转录和翻不可能偶联。(2)原核生物肽链的合成是从甲酰甲硫氨酰-tRNA开始的,真核生物的肽链合成是从甲硫氨酰-tRNA开始的。(3)原核生物肽链合成的起始依赖于SD序列,真核生物肽链合成的起始依赖于帽子结构。(4)原核生物的mRNA与核糖体小亚基的结合先于起始tRNA 与小亚基的结合,而真核生物的起始tRNA与核糖体小亚基的结合先于mRNA与小亚基的结合。(5)在原核生物蛋白质合成的起始阶段,不需要消耗ATP,但真核生物需要消耗ATP。(6)