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第一章 蛋白质的三维结构蛋白质的三维结构 练习题练习题 1 William Astbury发现 羊毛的X 射线衍射谱表明 在羊毛的纤维方向有间距大约5 2 的重复结构单位 当在蒸汽条件下拉长羊毛 X 射线衍射谱表现出一个新的大约7 0 间距的重复结构单位 拉长了的羊毛 然后让其收缩后又回到间距5 2 虽然这些观察提供了羊毛分子结构的重要线索 Astbury那时仍不能解 释 1 根据我们目前关于羊毛结构方面的知识 解释Asthury的观察结果 2 当羊毛汗衫或袜子在热水中 洗涤或在干燥器中干燥时 会发生收缩 而在同样条件下丝绸并不收缩 说明原因 2 头发的生长速度为每年16 20 cm 其生长集中在头发纤维的基部 a 角蛋白细丝是在此处的表皮活细胞 中合成并装配成的绳状结构的 角蛋白的主要结构因素是a helix 它每圈有3 6个氨基酸残基 每圈上升 5 4 假定 螺旋角蛋白链的生物合成是头发生长的限速因素 计算a 角蛋白链必须以怎样的速度 每秒肽 键数 合成 才能解释所观察到的头发年生长速度 3 多肽链a helix的解折叠成为随机线圈构象时 伴随着其比旋光度 溶液转动平面偏振光的能力的量度 的 极大降低 只有L 谷氨酸残基组成的多聚谷氨酸pH3 0时呈现a helix构象 但当pH升至7时 溶液的比旋光 度就大大下降 同样 多聚赖氨酸 L 赖氨酸残基 在pH 10时呈现a helix构象 但当pH降至7时 比旋光度也 下降 如下图所示 如何解释pH变化对多聚谷氨酸和多聚赖氨酸的这种效应 为什么此种转变的pH范围这样狭 见上图 4 许多天然蛋白质非常富含二硫键 其机械性质 张力强度 粘性及硬度等 都与二硫键的数量有关 例如 富含二硫键的麦谷蛋白 使麦面的粘性和弹性增加 同样 乌龟壳的坚硬性也是由于其a 角蛋白中广泛存 在二硫键之故 1 二硫键含量和蛋白质的机械性质之间相关性的分子基础是什么 2 大多数球蛋白当 短暂加热到65 C 就会变性失去其活性 但是含多个二硫键的球蛋白却必须在更高的温度下加热更长时间 才能使之变性 此种蛋白质的一个例子就是牛胰胰蛋白酶抑制剂 BPTI 它有58个氨基酸残基 呈单链 含有三个二硫键 变性的BPTI溶液冷却时 蛋白质的活性得到恢复 此性质的分子基础是什么 5 我们关于蛋白质如何折叠的愈来愈多的知识 使研究者能够根据氨基酸序列资料预测蛋白质的结构 高级生物化学习题集 李关荣 编著 2 1 根据上面的氨基酸序列 你认为哪里可以形成 转角 2 哪里可以形成链内二硫键 3 假定此序列 是一个大的球蛋白的一部分 说明下列氨基酸残基Asp Ile Thr Ala Gln Lys的可能位置 蛋白质的表面或 内部 并说明原因 6 一分子量为132 000的660mg寡聚蛋白样品 在弱硷性条件下用过量的1 氟 2 4 二硝基苯 Sanger 试剂 处理 直到反应完成 然后此蛋白质的肽在加热条件下用浓盐酸完全水解 发现水解产物含5 5mg的下列化 合物 1 请解释此信息如何用于确定一个寡聚体蛋白的肽链数目 2 计算此蛋白的多肽链数目 3 还有什么 其它技术可用于确定此蛋白中的多肽链是相同的或是不同的 7 原肌球蛋白 Tropomyosin 是一个 70 kd 的肌肉蛋白 它由一个双链的 螺旋的线圈的线圈组成 1 请问其分子长度是多少 2 假设一蛋白质的 40 个氨基酸残基节段折叠成两个链的反平行式 结构 并带 有一个 4 个氨基酸残基的发夹转角 请问此模序的最长长度为多少 8 多聚 L 亮氨酸在有机溶剂如二氧杂环己烷 Dioxane 中为 螺旋结构 而多聚 L 异亮氨酸却不是 为 什么 9 一种突变使一个蛋白质内部的 Ala 变成了 Val 并导致了其活性的丧失 但是当在另一个不同位置发生 第二个突变使异亮氨酸变成甘氨酸时 活性又得到恢复 为什么第二个突变导致活性的恢复 10 一个催化二硫键巯基交换反应的酶称蛋白二硫键异构酶 PDI 被分离出来 它可使无活性的核糖核 酸酶快速转变为有活性的酶 而胰岛素却被 PDI 快速失活 此重要现象说明了胰岛素的氨基酸序列与其三 维结构的什么关系 11 甘氨酸在蛋白质的进化中是一个高度保守的氨基酸 为什么 12 头发的形状部分是由于其主要蛋白角蛋白中二硫键的模式所决定的 卷发怎么诱导产生 13 噬菌体 T4 溶菌酶暴露在溶剂中的一个 螺旋含有三个 Ala 残基 其一个变种的此螺旋的连续 10 个位 置上为 Ala 残基 它能正常折叠 有与野生型几乎相同的酶活性 另外 此多重突变体的主链构象也与野生型 实质上相同 1 此突变体揭示出其野生型氨基酸序列信息含量的什么内含 2 此螺旋中的一个包埋 状态的 Leu 被 Ala 置换 使此蛋白的熔点降低了 8 为什么 3 相反 用 Ala 置换一个暴露的 Ser 残基 使溶解温度升高 1 为什么 4 如何用多重 Ala 突变来简化其蛋白质折叠问题 14 磷酸核糖酰邻氨基苯甲酸异构酶是参与 Trp 合成的一种酶 它折叠成一个 桶 其氨基和羧基末端非 常靠近 曾构建了一个将这些末端相连 且在不同的部位产生新的末端的突变体 这个突变体与野生型的 高级生物化学习题集 李关荣 编著 3 序列实际上是相同的 只不过是其二级结构元件与链末端之间的相对位置不同 此种突变体仍有酶学活性 这一发现说明折叠过程的什么信息 第二章第二章 蛋白质的功能蛋白质的功能 练习题练习题 1 蛋白A与有其结合位点的配体X之间的Kd 为10 6 M 蛋白B与有结合位点的配体X之间的Kd 为10 9 M 哪种蛋白质对配体X的亲和力高 把两种蛋白质的Kd转化为Ka 2 下列哪种情形会产生nH 1 0的Hill图 1 此蛋白质有多个亚基 每个亚基上有一个结合位点 配体与一 个结合位点的结合降低了其它位点对配体的亲和力 2 此蛋白质为单个多肽链 有两个配体结合位点 每 个对配体有不同的亲和力 3 此蛋白质为单个多肽链 只有一个配体结合位点 纯化后的此蛋白制备物是 不均一的 含有一些部分变性的蛋白分子 因此对配体的亲和力降低 3 下列变化对血红蛋白和肌红蛋白对氧的亲和力有什么效应 1 血浆pH从7 4降至7 2 2 CO2分压从肺部的 6 kPa 平身静气 降至2 kPa 正常 3 BPG水平从5 mM 正常海拔 上升到8 mM 高海拔 4 在合适的条件下 血红蛋白解离成四个亚基 分离的a 亚基能与氧结合 但氧饱和曲线为双区线而不是S 型 另外 氧与分离的a 亚基的结合不受HCO3 和BPG的影响 这些观察事实说明血红蛋白的协同性的来源 的什么情况 5 对怀孕哺乳动物的氧转运研究表明 当在相同条件下测定时 胎儿与母体血的氧饱和曲线显著不同 胎 儿红细胞含有血红蛋白的一个变种HbF 它是由两个 和两个 亚基组成 2 2 而母体红细胞含HbA 2 2 1 在生理条件下 哪种血红蛋白对氧的亲和力高 HbA还是HbF 请解释 2 这种不同的氧亲和力有什么 生理意义 3 当仔细除去HbA和HbF样品中所有的BPG 测得的氧饱和曲线和亲和力向左移动 此时HbA对 氧的亲和力比HbF高 当重新引入BPG 氧饱和曲线又回到正常 如下图所示 BPG对血红蛋白与氧的亲和力 的作用是什么 如何用上述信息解释胎儿与母体血红蛋白对氧的不同亲和力 6 血红蛋白的天然变种几达500余种 大多数变种是 链的单氨基酸突变 有些变种产生临床疾病 尽管不 是所有变种都有害 下面就是其中的一些变种 HbS sickle cell Hb 分子表面的一个Glu被一个Val取代 Hb Cowtown 减少了一个参与T稳定态的一个离子对 Hb Memphis 表面上的一个不带电的极性基团被另一个相似不带电的极性基团取代 高级生物化学习题集 李关荣 编著 4 Hb Bibba 在一个a helix中的一个Leu被Pro取代 Hb Milwaukee 分子中的一个Val被一个Glu取代 Hb Providence s一个正常情况下伸出四聚体中央腔穴的Lys被Asn取代 Hb Philly Tyr被Phe取代 打破了a1 1界面的氢键 解释下面你的每一个选择 1 最不可能引起病理症状的变种 2 在跑IEF时最有可能表现出与HbA不同pI的变种 3 最有可能表现 出降低BPG结合 增加血红蛋白对氧亲和力的变种 7 一个抗体与抗原的Kd 为 5 10 8 M 在什么抗原浓度下 为 1 0 2 2 0 5 3 0 6 4 0 8 8 一个单克隆抗体能与球状肌动蛋白 G actin 结合但不与纤维状肌动蛋白 F actin 结合 这告诉你这个抗体 识别的半抗原的什么情况 9 V D 和 J 节段重排形成的一个有功能的免疫球蛋白基因只出现在一个染色体上 因为其蛋白质产物抑 制另外一个染色体发生重排 因此 单个细胞制造的所有抗原结合位点都是一样的 但是在实验室却可以 制作含有特异性不同的两个抗原结合位点的抗体 1 两个 Fab 单位如何连接才能产生双特异性的抗体 2 此双特异性的抗体怎样用于治疗 第三章第三章 蛋白质寻靶蛋白质寻靶 练习题练习题 1 下列每种寻靶序列的特征是什么 1 引导新生肽到内质网的真核信号 2 引导新生肽到质膜的原核 信号 3 引导一种蛋白质从高尔基体到溶酶体的信号 4 引导高尔基体中的一种膜蛋白质到质膜的信 号 5 引导胞浆中的一种蛋白质到线粒体的信号 6 使一种胞浆蛋白寻靶到快速降解的信号 2 有一种突变型的 LDL 受体被发现均匀地分布在质膜上而不是浓集分布在有被小窝区 此突变体能与 LDL 正常结合但却不能内化 受体的哪个区域发生了突变 3 来自 I 细胞疾病病人的细胞能吸收从正常细胞纯化的溶酶体的酶类 添加的酶类出现在这些细胞的溶酶 体中 1 这些酶从胞外基质转运到 I 细胞的溶酶体的可能路径是什么 2 此实验导致这样一个假说 溶酶体酶类通过此路径正常分泌和吸收 要验证此假说 你在胞外基质中加哪一种磷酸糖 4 膜结合的免疫球蛋白和其分泌形式在其重链的羧基末端区不同 这些变化都来自于 mRNA 的选择性剪 接 1 假若这些抗体的跨膜序列通过重组 DNA 方法放在一种胞浆蛋白的氨基末端 此嵌合体蛋白可能定 位在哪里 2 假若此跨膜序列置于胰凝乳蛋白酶原的羧基末端 此嵌合体蛋白可能定位在哪里 5 分泌的真核蛋白的氨基末端残基通常与胞浆蛋白不同 大多数分泌蛋白以 Leu Phe Asp Lys 或 Arg 作为其氨基末端残基 与其相反 这些残基很少存在于胞浆蛋白的氨基末端 此两类蛋白的不同氨基末端残 基可能的好处是什么 6 有人发现 一个有多种发育异常和严重神经损伤的新生儿的过氧化物酶体不能氧化长链脂肪酸 不能进 行缩醛磷脂的合成 不能形成胆酸 发现其过氧化氢酶存在于胞浆而不是过氧化物酶体中 请提出一个能 解释这些发现的分子缺陷 7 二氢叶酸还原酶 DHFR 是一种胞浆酶 通过在其氨基末端连上一个基质寻靶序列 可以被重新引导到线 粒体 可以在 DHFR 的氨基末端加上一个正常情况下定位于线粒体基质的乙醇脱氢酶的 27 个残基的前导 高级生物化学习题集 李关荣 编著 5 序列 而使其引导到线粒体基质 此嵌合体 DHFR 进入线粒体基质受到氨甲蝶呤的阻断 但是氨甲蝶呤并 不能阻断其真品线粒体蛋白的转运 也不干扰此嵌合体蛋白与线粒体外膜上的受体的结合 氨甲蝶呤是如 何干扰此前导序列 DHFR 嵌合蛋白进入线粒体的 8 持续以 GTP 结合状态存在的 ras 的突变形式可促进许多肿瘤的发生 请据此改变了的 ras 寻靶提出一种 新型抗癌剂 第四章第四章 蛋白质研究技术蛋白质研究技术 练习题练习题 1 下列试剂经常用于蛋白质化学 溴化氰 丹磺酰氯 尿素 6N 盐酸 巯基乙醇 茚三酮 胰蛋白酶 异硫氰酸苯 过甲酸 胰凝乳蛋白酶 请问完成下列每项任务最适合的试剂是什么 a 确定一个小肽的氨基酸顺序 b 鉴定一个不足 0 1 g 的肽的氨基末端残基 c 使一个不含二硫键的蛋白质可逆变性 如果含有二硫键 还需要加什么试剂 d 水解芳香氨基酸残基的羧基肽键 e 在蛋氨酸的羧基侧切割肽键 f 水解赖氨酸和精氨酸残基的羧基肽键 2 常用无水肼切割蛋白质中的肽键 其反应产物是什么 此技术如何用于鉴定羧基末端氨基酸 3 原肌球蛋白是一个 93 kd 的肌肉蛋白 它比 65kd 的血红蛋白沉降得慢 它们的沉降系数分别为 2 6S 和 4 3S 原肌球蛋白的什么结构特征可以解释其较低的沉降系数 4 一个球蛋白沉降系数与其质量的关系是什么 一个 80 kd 的球蛋白的沉降速率是一个 40 kd 的球蛋白的 多少倍 5 两种分子量标准蛋白分子量分别为30 kd和 92 kd 其在SDS PAG上的迁移率分别为 0 80 和0 41 一 未知蛋白迁移率为 0 62 它的分子量是多少 6 一个编码带一个二硫键的蛋白质的基因发生了突变 使其一个丝氨酸突变成了半胱氨酸 你想知道此突 变体的二硫键成对情况是否发生改变 用什么实验方法 7 1 圆二色谱测定表明 poly L lysine 在 pH7 时为随机线圈 而当 pH 增至 10 时却变成了 螺旋 请解 释此转变 2 请预测 poly L glutamate 的螺旋 线圈转变对 pH 的依赖性 8 如果一种蛋白质是全由 D 氨基酸通过固相法合成的 其沉降性质 电泳性质和圆二色性质与其天然形式 比较如何 你如何预测此 D 和 L 酶的肽底物 9 固体支持物上一小块面积上就能合成大量的肽段 此高密度的阵列可用荧光标记的蛋白去探测识别肽 段 抗体与含 1024 种不同的肽段的阵列结合 此阵列只有拇指那么大 你如何合成这样的肽阵列 提示 在每轮合成中使用光而不是酸使末端氨基去保护 第五章第五章 基因和染色体基因和染色体 高级生物化学习题集 李关荣 编著 6 练习题练习题 1 噬菌体 T2 的 DNA 分子量为 120 106 它包含在大约 210nm 的头部中 请计算其 DNA 的长度 假定一个 核苷酸对的分子量为 650 并将其与 T2 噬菌体头部长度相比较 2 噬菌体 M13 的 DNA 的碱基组成为 A 23 T 36 G 21 C 20 这一信息告诉你噬菌体 M13DNA 的什么信息 3 已知的最简单的细菌生殖支原体 Myoplasma genitalium 的基因组是一环形 DNA 分子 580 070 个碱基对 请计算其分子重量和伸展长度 其基因组的 Lk0是多少 如果其 0 06 其 Lk 又是多少 4 从大鼠肝脏分离出来的一种酶有 192 个氨基酸残基 被含 1440 个碱基对的基因编码 请解释此种数量关 系 5 一闭环 DNA 分子的松弛态的连环数为 500 此 DNA 大约有多少个碱基对 在下列情况下 其连环数发生 了怎样的改变 增加 减少 不变或无意义 1 结合了一个蛋白质复合物 形成了核小体 2 一条 DNA 链发生了断裂 3 在其 DNA 溶液中加入了 DNA 解旋酶和 ATP 4 双螺旋 DNA 发生了热变性 而解链 6 噬菌体通过将其 DNA 整合到细菌染色体中而浸染大肠杆菌 此重组的成功依赖于大肠杆菌 DNA 的拓 扑结构 当大肠杆菌 DNA 的超螺旋密度 大于 0 045 时 其整合概率小于 20 当 小于 0 06 时 其整合 概率大于 70 从大肠杆菌培养物分离出来的 DNA 的长度为 13800 个碱基对 连环数为 1222 请计算此 DNA 的超螺旋密度 并预测 噬菌体感染此培养物的可能性 7 请解释 B DNA 双螺旋的欠旋是如何促进或稳定 Z DNA 的形成的 8 早期帮助研究者确定核小体结构的证据是通过下面的琼脂糖凝胶阐明的 图中的色带代表 DNA 它们 是通过降解 DNA 的酶类简短处理染色质后 然后除去蛋白质纯化后 进行电泳产生的 图中左侧的数字表示 其相应带的线型 DNA 大小 bp 此电泳胶告诉了你关于染色质结构的什么信息 为什么这些 DNA 带呈 浓稠状展开而不是狭窄的带 9 酵母人工染色体 YACs 用于克隆酵母细胞中大片段的 DNA 需要哪三种类型的 DNA 才能确保一个 YAC 在酵母细胞中正确复制和繁殖 第六章第六章 基因研究技术基因研究技术 练习题练习题 1 1 下图表明的是用化学切割特异碱基后产生的DNA 片段经电泳后的放射自显影图 这些 DNA 片段的5 末端有 32P 标记 其序列是什么 高级生物化学习题集 李关荣 编著 7 2 如果用 Sanger 双脱氧法表明模板链的序列为 5 TGCAATGGC 3 请画出其凝胶电泳图 2 卵清蛋白是鸡蛋蛋白中的主要蛋白质 鸡的卵清蛋白基因有8个外显子 7个内含子 我们是使用其cDNA 还是使用其基因组 DNA 来在大肠杆菌中生产此种蛋白质 为什么 3 假如一个人的基因组文库是通过限制酶 EcoR I 彻底消化人的 DNA 后制备的 产生的片段长度平均为 4kb 1 此方法适合克隆大基因吗 为什么 2 此方法适合于通过染色体步移来对基因组作图吗 为什么 4 镰刀细胞贫血病产生于编码人血红蛋白 链的基因突变 突变体中用 GTG 代替了 GAG 这一突变减少 了一个 MstII 限制酶位点 它识别的靶序列为 CCTGAGG 这些发现成为了临床上诊断镰刀细胞基因的基 础 请提出一种快速区别正常和镰刀性突变基因的方法 阳性结果能证实突变体含有 GTG 而不是 GAG 吗 5 Thomas Cech 表明 纤毛原生动物四膜虫 Tetrahymena 的 rRNA 前体在没有任何四膜虫蛋白存在的情况 下能自我拼接 他在质粒中克隆了存在于此前体 RNA 中包括内含子及其旁侧序列的四膜虫 DNA 区域 请说明如何用此质粒去证明 rRNA 前体的拼接不需要蛋白质 6 假如你分离出了一种能消化纸浆的酶及其 cDNA 如果目的是要产生一个在高温下有效的突变体 你已 经在其 30bp 的编码区旁侧的 DNA 上工程化了 1 对独特的限制性位点 请提出一个在此区快速产生许多不 同突变体的技术 7 PCR 通常用于扩增两个已知序列之间的 DNA 假如你要研究一单个已知序列两侧 DNA 请设计常用 PCR 的变种 使你能够扩增全新的 DNA 区域 8 一 PCR 产物的凝胶电泳图谱显示出四个强带 这四段 DNA 的长度比大致为 1 2 3 4 将最大的一个片段 从凝胶中切出 用同样的引物进行 PCR 同样产生四条带的梯状分布 这一现象能揭示其编码蛋白质结构 的什么信息 第七章第七章 生物膜与跨膜转运生物膜与跨膜转运 练习题练习题 1 一个磷脂双分子层的 1 m2区域有多少个磷脂分子 假定一个磷脂分子占 70 2 的表面积 2 在 1 微秒 1 毫秒和 1 秒内一个膜磷脂分子移动的平均距离是多少 假定其扩散系数为 10 8cm2 秒 3 一个刚性的球体分子的扩散系数 D kT 6 r 式中 为溶剂的粘度 r 为球体的半径 k 为 Boltzman 常数 1 38 10 16 erg deg T 为绝对温度 一个 100kd 的蛋白质在 37C 的有效粘度为 1 泊 poise 1 poise 1 erg s cm3 的膜中的扩散系数是多少 此蛋白在 1 微秒 1 毫秒和 1 秒内跨越 平均距离是多少 假定此蛋白 高级生物化学习题集 李关荣 编著 8 未被水合 为密度为 1 35g cm3的刚性球体 4 含一个载体抗生素的一个脂类双分子膜的导度在当温度从 40 降到 36 时突然降低 相反 当其含一 个形成通道的抗生素的时候 却很少改变 为什么 5 磷脂双分子膜中磷脂的跨膜扩散用磷脂酰胆碱的顺磁类似物即称为自旋标记的磷脂酰胆碱进行研究 自旋标记的磷脂酰胆碱中的 NO 基团能产生特殊的顺磁共振谱 当NO 被还原剂如抗坏血酸转变为胺 类时 此顺磁共振谱消失 通过超声波处理和凝胶过滤层析纯化制得含有 95 磷脂酰胆碱和 5 的自旋标记类 似物的脂质囊泡 这些脂质体的外径约为 25nm 其顺磁共振谱的振幅在第二次加入等量的抗坏血酸后数 分钟内降低到其初始值的 35 但是余谱的振幅以半衰期 6 5 小时呈指数性衰减 你如何解释这些顺磁 谱振幅的变化 6 假设一个离子通道遵守协同变构模型 MWC 模型 配体与其 R 态 开放态 的结合亲和力是其与 T 态 关闭态 结合的 20 倍 在没有配体存在时 关闭的通道与开放的通道的比率为 105 如果此通道为 一个四聚体 当 1 个 2 个 3 个及 4 个配体结合时 开放的通道的比率分别是多少 7 塔崩 Tabun 即 N N 二甲氨基氰磷酸乙酯和沙林 Sarin 曾用作化学武器 而对硫磷 Parathion 作 为杀昆虫剂 它们的致死作用的分子基础是什么 8 结合 0 个 1 个 2 个乙酰胆碱分子的乙酰胆碱受体通道的开放与关闭态的比例分别为 5 10 6 1 2 10 3 和 14 1 第一个乙酰胆碱的结合增加了开放 关闭比例多少 结合第二个乙酰胆碱分子时又如何呢 2 在 25 时 其对通道开放的自由能贡献是多少 3 此变构转变可用 MWC 模型解释吗 9 在 20 时 从 45mV 开始到 5mV 结束期间的 5mV 时电压门控开放通道的比例分别为 0 02 0 04 0 09 0 19 0 37 0 59 0 78 0 89 0 95 0 98 0 99 1 通道开放 50 时的电压是多少 2 门 控电荷值是多少 3 从 45mV 到 5mV 转变过程中 门控电荷的移动贡献多少自由能 10 箭毒蛙毒素 Batrachotoxin BTX 是来自哥伦比亚毒蛙皮肤中的一种固醇类生物碱 在 BTX 存在下 当膜处于去极化状态时 切下的膜片上的钠离子通道持续开放 当膜重极化 Repolarized 时却关闭 BTX 阻断了什么转变 11 氨基丁酸 GABA 特异性地打开氯离子通道 GABAA受体通道在药学上非常重要 因为它是减轻焦 虑的药物安定 Valium 的作用靶 1 胞外 Cl 浓度为 123 mM 胞内 Cl 浓度为 4 mM 当膜电位在 60mV 高级生物化学习题集 李关荣 编著 9 至 30mV 范围内 Cl 通过开放通道移动的方向如何 2 通道开放对神经元的兴奋性有何影响 3 GABAA受体的疏水作图类似乙酰胆碱受体 请预测此氯离子通道的亚基数 12 当胞浆 Ca2 为 0 4 M 胞外 Ca2 为 1 5mM 膜电位为 60mV 时 泵出 Ca2 的自由能消耗是多少 13 一个通道在膜电位为 50mV 时表现出每步 5 pA 的电流变化 其平均开放时间为 1ms 其平衡电位为 0mV 注 平衡电位又称逆转电位 reversal potential 或 Nernst 电位 它指的是当跨膜两侧没有净的离子 流动时的膜电位 1 此通道的电导是多少 2 在此平均开放时间里 有多少单价离子流过此通道 3 一个离子通过此 通道需要多少时间 14 设计一个实验表明乳糖透过酶在体外可逆转为泵出质子 第八章第八章 生物信号转导生物信号转导 练习题练习题 1 生物体中磷酸化作用非常丰富 试比较细菌的趋化性 视觉和生长调控级联中磷酸化作用的异同 2 细菌的趋化突变体有不同的个性 1 一种类似小驴屹耳 Eeyore Eeyore是米尔恩 Milne 的小熊 维尼 Winnie the Pooh 中的固执的悲观者 为一只灰色的驴子 非常安静及忧郁悲观 常常都愁眉苦脸 自 怨自哎 为一些事而担心 觉得所有人和事都专门跟他作对 幸好有百亩森林的动物陪他一起欢乐 的表型 产生于哪个 che 基因的丢失 2 另一个不同的che 的丢失产生一种类似 Voltaire 的老实人Candide 即 永远的乐观者 总是认为 这是所有世界中的最好的一个 Candide本来是一个诚实 纯真的青年 他的心灵 简直干净得没有瑕疵 这是哪个基因呢 3 一个视杆细胞的外段可在其近基部切除 产生一个在ATP和GTP存在时能进行视觉转导的片段 小分子和 蛋白质能扩散进入此切短了的视杆细胞 因为其基部没有封闭 请预测下列每种操作对于能激活几个视紫 红质分子的闪光的响应效果 1 加视紫红质激酶的抑制剂 2 加cGMP磷酸二酯酶的抑制剂 3 加 乙二醇二乙醚二胺四乙酸 EGTA 4 加GTP S GTP的一种抗水解类似物 4 1794年John Dalton向曼彻斯特文学和哲学协会 the Manchester Literary and Philosophical Society 发表了 一个题为 Extraordinary Facts Relating to the Vision of Colours 的演讲 Dalton后来建立了原子论 在其 演讲中他强调了他对颜色的感觉与大多数人是多么的不同 其它人称为红色的图象部分对我来说只不 过是些阴影或折光 然后是橙色 黄色 绿色好象是一种颜色 这些颜色相当均一地从强变成淡黄色 Dalton与 8 的男性和0 6 女性一样 都是红绿色盲 此种色盲在女性中少见发生 是因为它是一种隐性性 连锁突变所造成 最近的分子遗传学研究表明 红 绿受体的基因在X染色体上相互靠近 在某些男性色盲 中发现 绿色基因取代了红色基因 请预测此种杂和基因的吸收光谱 为什么它能导致色觉改变 5 信号转导途径中的许多蛋白质都是通过移除一个抑制性的障碍而得以激活的 请举三个例子来说明此机 制 6 霍乱毒素催化腺苷二磷酸核糖单位转移到促进性 G 蛋白的一个精氨酸残基上 此种修饰称为 ADP 核糖 基化 它阻断了与 Gs 的 亚基结合的 GTP 的水解 霍乱毒素是如何诱导爆发性腹泻的 如果不及时补充 体液 此种腹泻甚至是致命的 提示 肠上皮细胞氯离子通道的磷酸化使 Cl 和水分外排增加 7 真核细胞质膜上的 Ca2 ATPase 泵受到 Ca2 钙调蛋白的激活 此 138 kd 的泵 的 C 末端区含有一个与 高级生物化学习题集 李关荣 编著 10 钙调蛋白类似的氨基酸序列 Ca2 ATPase Glu Glu Glu Ile Phe Glu 钙调蛋白 Glu Glu Glu Ile Arg Glu 此序列是如何使此泵被 Ca2 钙调蛋白激活的 8 受体酪氨酸激酶是癌症治疗的潜在药物靶 一种致癌突变的效应是如何被一种小分子逆转的 请提出一 种寻找此药物的策略 第九章第九章 基因表达的调控基因表达的调控 练习题练习题 1 E coli在葡萄糖作为唯一碳源的培养基中生长 忽然加入色氨酸 细胞继续生长 并且每30分钟分裂一 次 请定性地描述细胞中色氨酸合酶的活性在下列条件下如何发生改变 1 色氨酸mRNA稳定 数小时后 缓慢降解 2 色氨酸mRNA迅速降解 但是色氨酸合酶稳定 3 色氨酸mRNA和色氨酸合酶都比正常情 况下更迅速地降解 2 描述在下列位置发生突变对乳糖操纵子的基因表达有什么效果 1 删除了大部分O1的乳糖操纵子 2 使阻遏物失活的LacI基因 3 操纵基因 10位附近的区域被去除 3 典型的原核阻遏蛋白能够区分它的特定DNA 结合位点 操纵基因 和非特异性DNA 特异程度达10 4 到 106 大约每个细胞中有10分子的阻遏物就可足以保证高水平的抑制 假设在人细胞中有着相似的阻遏物存 在 并有着相似的特定结合位点 引起与原核细胞相同水平的抑制需要多少数目的阻遏物 提示 E coli 基因组包含4 700 000核苷酸对 人类的单倍体基因组有大约2 400 000 000核苷酸对 4 一个特定的阻遏物 操纵基因复合物的分裂常数是很低的 大约10 13M 一个E coli细胞 体积2 10 12 mL 含有10个阻遏物 计算这个阻遏蛋白的胞内浓度 如何将这个值与阻遏物 操纵基因复合物的分裂常数相比 较 这个结果有什么重要意义 5 E coli细胞在含有乳糖但不含葡萄糖的培养基上生长 指出下列条件的改变是否会增加 减少或者不改变 乳糖操纵子的表达 这也许有助于建立一个模型来描述各种情况 1 加入高浓度的葡萄糖 2 发生一种突 变 阻止了Lac阻遏物从操纵基因上脱落 3 发生突变使 半乳糖苷酶完全失活 4 发生突变使半乳糖透性 酶完全失活 e 一种突变阻止了CRP同它在Lac启动子附近的位点的结合 6 如果色氨酸mRNA的前导区域发生以下突变 将会对E coli细胞的色氨酸操纵子的转录产生什么影响 1 增加前导肽基因和序列2之间的距离 碱基数 2 增加序列2和序列3之间的距离 3 除去序列4 4 把前导肽 基因中的两个色氨酸密码子改成组氨酸密码子 5 除去编码前导肽的基因的核糖体结合位点 6 改变序列3 中的几个核苷酸使得它可以与序列4而不是序列2配对 7 阻止Lex A蛋白自身催化分裂的lexA 基因的突变会对E coli的SOS响应产生什么影响 8 在沙门氏菌属的相转变系统中 Hin的再结合如果活性增加并且每个细胞世代的再结合都活跃好几倍 细 胞中会发生什么 高级生物化学习题集 李关荣 编著 11 9 在一种外国真菌的细胞粗提物中发现了一种新的RNA聚合酶活性 这个RNA聚合酶只能由一种单一的高 特异性的启动基因开始转录 当这种聚合酶被提纯 它的活性下降 并且纯化的酶完全没有活性除非向反 应混合物中加入细胞粗提物 为这个实验观察提出一个解释 10 一个生化学家将酵母Gal4蛋白的DNA结合区域替换为Lac阻遏物的DNA结合区域 然后发现改造过的蛋 白质不再调节酵母中GAL基因的转录 画出一个图表来表示你希望在Gal4蛋白和其改造蛋白中发现的不同 功能区 为什么改造蛋白不再调节GAL基因的转录 这个蛋白识别的的DNA结合位点对启动GAL基因的转 录起了什么作用 11 果蝇的bcd bcd 卵可以正常发育 但是其成年果蝇不能产生有生育能力的后代 解释 12 下列突变的可能效应是什么 1 乳糖阻遏蛋白基因的删除 2 色氨酸阻遏蛋白基因的删除 3 araC蛋白基因的删除 4 噬 菌体cI基因的删除 5 噬菌体N基因的删除 13 乳糖操纵子的超阻遏突变体 i s 表现为非诱导的突变体 在部分双倍体中其 is基因对 i 是显性的 此突 变可能的分子本质是什么 14 大肠杆菌的一个突变体无论有无诱导物的存在都合成大量的 半乳糖苷酶 此突变体形成的一个部分二 倍体和 Fi o z 在有无诱导物存在下也能合成大量的 半乳糖苷酶 什么类型的突变可以产生这样的结果 15 从野生型培养物中分离出一种突变体不能以半乳糖 乳糖 阿拉伯糖 以及几种其它碳源生长 这一 突变体中的 cAMP 水平是正常的 什么样的突变会产生这样的结果 16 携带有 原噬菌体的大肠杆菌细胞不受 噬菌体的裂解性感染 为什么 17 大多数阻遏蛋白与操纵基因位点的结合在低离子强度下比在高离子强度下要快得多 而与之相反的是 操纵基因对阻遏蛋白的亲和力却不受到离子强度的显著影响 为什么 18 正常色氨酸脱辅基阻遏蛋白 aporepressor 的晶体加色氨酸后发生崩解 但是一种突变体的色氨酸脱 辅基阻遏蛋白晶体在加色氨酸后却不受影响 此晶体的单位细胞大小几乎与结合了色氨酸的正常阻遏蛋白 晶体相同 请预测此突变体阻遏蛋白的生理活性 19 终止因子 RF2 的量受到一种异乎寻常的机制的调控 要么从 RF2 的 mRNA 上产生一个在第 25 个残 基处截短了的多肽 要么产生一个在第 340 个残基出结束的完整多肽 其第 25 个氨基酸残基附近的氨基酸 序列和相应的碱模体列为 Gly Tyr Leu Asp Tyr Asp 5 GGGUAUCUUUGACUACGAC 3 根据这些资料 提出其控制机制 此调节回路的结果是什么 20 阻遏蛋白与相距 5 或 6 圈双螺旋 DNA 的操纵基因位点协同结合 而当操纵基因位点相距 4 5 5 5 或 6 5 圈时 其结合却是非协同性的 请指出此差异的分子基础 21 在色氨酸前导基因的转录过程中 RNA 聚合酶在完成序列 1 和 2 的转录后立即在一个确定位点暂停 为什么 22 噬菌体 434 阻遏蛋白的螺旋 转角 螺旋模序 C 末端螺旋外侧的五个氨基酸残基被 P22 阻遏蛋白中占据 高级生物化学习题集 李关荣 编著 12 同样位置的氨基酸置换 此 P22 阻遏蛋白是由侵染沙门氏菌的一种噬菌体所编码的 此嵌合蛋白的 DNA 结合特异性与 P22 阻遏蛋白的 DNA 结合特异性一致 而与 434 阻遏蛋白不一致 此种螺旋重设计实验揭 示识别过程的什么信息 第十章第十章 代谢调节策略代谢调节策略 练习题练习题 1 天冬氨酸转氨甲酰酶活性位点上的一个组氨酸残基被认为在稳定其与底物结合时的过渡态中起重要作 用 假定此相互作用是必需的且在此酶的 pH 活性图上起主要作用 请预测其催化速率对 pH 的依赖性 2 一种底物与一种变构酶的 R 态的结合牢固程度是与其 T 态的 100 倍 假若协同 MWC 模型适用于此酶 1 每个底物分子与每个酶分子的结合对 R 态和 T 态酶分子的浓度改变的比例如何 2 假定在没有底 物存在时 T R 比值 L 为 107 且此酶含有 4 个底物结合位点 请问在饱合底物浓度存在时 R 态与 T 态酶分子的比值是多少 3 假若你分离出了一种含有两个相同活性部位的二聚体酶 底物与其中一个活性部位的结合降低了另一个 活性部位对底物的亲和力 哪种变构模型能解释此种负协同性 4 L 膦酰乙酰 L 天冬氨酸 PALA 是 ATCase 的强力抑制剂 因为它模拟了其两个生理底物 但是低浓度的 此种不反应的双底物类似物却增加反应速度 此促进作用在 ATCase 催化砷酸对 N 氨甲酰磷酸的分解 这 是一个非生理反应 时尤其显著 加 PALA 后反应速率增加直到达到每个酶分子平均结合三个 PALA 分子 此最大反应速度是没有 PALA 存在时的 18 倍 然后反应速率在达到每个酶分子结合三个 PALA 分子时降 低到近乎零 为什么低浓度的 PALA 能激活 ATCase 5 当非常低浓度的胃蛋白酶原加到酸性介质中时 其激活一半的时间对酶原浓度的依赖性如何 假若你刚刚检查了一个极有可能为经典血友病 凝血因子 VIII 缺陷 的患出血疾病的男孩 由于时间很晚 了 专门进行凝血试验的实验室关门了 但是你碰巧有一小时前入院的一个经典血友病患者的血样 你有什 么最简便 快速的方法确定目前这个患者是不是凝血因子 VIII 缺陷 6 凝血因子 X 的合成与凝血酶原一样需要 VK 凝血因子 X 的氨基末端区也含有 羧基谷氨酸残基 但是 活化了的凝血因子 X 与凝血酶不同 它保留了此区 此两种活化形式间的这种差异的功能意义是什么 活化了的因子 X 保持与血小板膜结合 从而加速凝血酶原的激活 7 抗凝血酶 III 与凝血酶形成不可逆的复合物 但却不与凝血酶原形成不可逆的复合物 此反应性的最可能 的原因是什么 8 血纤蛋白的三种类型的链都含有重复性的七肽单位 abcdefg 其中的 a 和 d 都是疏水的 请问此规则性 高级生物化学习题集 李关荣 编著 13 的原因是什么 9 一个制药公司决定用重组 DNA 方法制造一种修饰了的 比天然存在的抑制剂更抗氧化的 1 抗胰蛋白 酶 你建议替换哪一个氨基酸 参考答案参考答案 第第一一章章 1 1 羊毛纤维多肽的主要结构为 螺旋 其每圈距离为5 4 用蒸汽处理拉长了此纤维 使其变成了伸展 的 构象 后者其相邻R基团的间距大约为7 0 随着多肽链重新采取 螺旋结构时 纤维就发生了收缩 2 在湿热条件下 加工后的羊毛的多肽链从伸展的 构象转变为天然 螺旋构象 丝绸的 折叠片其氨基酸侧 链小 装配密实 比羊毛更稳定 因此不发生收缩 2 大约每秒34 43个肽键 即 16 20 108 3 6 5 4 365 24 60 60 34 43个肽键 秒 3 在pH6以上 多聚谷氨酸的羧基发生了去质子化 其带负电的羧基相互的排斥导致解折叠 同样 在低于 pH9时 多聚赖氨酸的氨基发生了质子化 这些带正电荷的基团的相互排斥也导致解折叠 4 1 二硫键为共价键 它比稳定大多数蛋白质的非共价键相互作用要强得多 二硫键使蛋白质肽链间相 互交联 增加其机械强度和硬度 2 胱氨酸残基 二硫键 避免了蛋白质完全解折叠 5 1 转角最有可能在第7和第19个残基出形成 此处的顺式构型Pro 很适合形成此 转角 2 第13位 和24位的半胱氨酸可以形成二硫键 3 外表面 极性和带电的残基Asp Gln和Lys 内部非极性和脂肪族 残基Ala和Ile Thr虽然是极性的 但其疏水指数为零 因此在蛋白质内外部都可以存在 6 1 计算出每摩尔蛋白质形成的DNP Valine的摩尔数就是氨基末端数 也即多肽链的数目 2 4个 3 在SDS 聚丙烯酰胺凝胶电泳可能将不同的链分辨为不同的带 7 1 每个链的分子量为 35 kd 因此有大约 318 个残基 氨基酸残基的平均分子量约为 110 因为在 螺 旋中每个残基上升 1 5 所以其长度为 477 318 1 5 2 每个链上有 18 个残基 40 4 然后除以 2 处 于 构象 因为每个残基上升 3 5 其长度为 63 8 异亮氨酸 碳原子上的甲基在空间上干扰 螺旋的形成 而在亮氨酸中此甲基位于 碳原子上 远离 主链而不发生干扰 9 第一个突变使活性丧失是因为 Val 比 Ala 占据了更多的空间 因此蛋白质必须采取不同的形状 第二个 突变恢复了活性是因为体积的补偿性减小 Gly 比 Ile 小 10 胰岛素的天然构象不是热力学上最稳定的形式 事实上胰岛素是从其单链前体前胰岛素切割下 33 个 残基而形成的 在前胰岛素中 形成成熟胰岛素 B 链的第 30 个残基是与 A 链的第一个残基相连的 11 Gly 是侧链最小的氨基酸 其此种性质特点使其在多肽链发生急转弯或多肽链彼此靠近方面起着非常 重要的作用 12 头发中的二硫键通过加硫醇和微热条件下被打断 然后卷曲头发 再加氧化剂重新形成二硫键来稳定 理想的形状 高级生物化学习题集 李关荣 编著 14 13 1 这一实验表明 噬菌体溶菌酶的氨基酸序列有相当大的信息冗余 2 Ala 比 Leu 小得多 缺少三 个碳原子会在疏水核心产生一个孔洞 并减小范德华相互作用的强度 3 丝氨酸能打断 螺旋 而 Ala 能 形成 螺旋 4 用 Ala 来置换非关键残基会让人发现对折叠和稳定性方面重要的那些位置 14 在决定最终折叠结构方面 多肽链合成的顺序并不重要 第二章第二章 1 蛋白质B对配体X有更高的亲和力 与蛋白A相比 它会在低得多的X浓度下达到50 的饱和 蛋白质A和B 的 Ka 分别为 106 m 1和109 m 1 2 所有三种情况的nH 都小于 1 0 配体结合的表观负协同性可由在同一溶液中同一种蛋白质或不同的蛋 白质上有不同亲和力的两个或以上的结合位点所造成 表观负协同性也常在不均匀的蛋白质制备物中观察 到 很少有真正的负协同性的记载 3 对肌红蛋白与O2亲和力的效应 1 无影响 2 无影响 3 无影响 对血红蛋白与O2亲和力的效应 1 降低 2 增加 3 降低 4 血红蛋白的协同行为产生于亚基间的相互作用 5 1 当pO2为4 kPa时观察到母亲HbA只有33 的饱和度 而胎儿HbF在同样的生理条件下为85 说明HbF 对氧的亲和力比HbA高 2 HbF的较高的氧亲和力确保了氧气经过胎盘从母亲的血液流到胎儿的血液 在 HbA与氧气亲和力低的地方 胎儿血液能达到氧饱和 3 此处观察到的在结合BPG后HbA的氧饱和曲线比 HbF发生更大的移动 说明BPG与HbA结合比与HbF更紧密 BPG 与这两种血红蛋白结合的差异可能决定 了其亲和力的差异 6 1 Hb Memphis 2 HbS Hb Milawukee Hb Providence 可能还有 Hb Cow town 3 Hb Providence 7 1 1 25 10 8m 2 5 10 8m 3 7 5 10 8m d 2 10 7m 注意 L Kd 1 8 其半抗原可能是当G 肌动蛋白聚合为F 肌动蛋白时被掩被了的结构 9 1 改变每个重链基因 使其编码 CH1 结构域后面的线圈的线圈序列 然后通过形成一个 螺旋的线圈的 线圈与 Fab单位相连 2 曾通过杀手 T 细胞用一个双特异性的抗体去增加靶细胞的破坏 此抗体的其中 一个 Fab 单位是对杀手 T 细胞表面蛋白特异的抗体 而另一个则是对靶细胞上的一种白细胞介素特异的抗 体 第三章第三章 1 1 可切割的氨基末端信号序列 通常 13 36 个残基长 含有 10 15 个残基长的一个高度疏水的中部区 域 其氨基末端部分至少有一个碱性残基 其切割位点前有几个小的中性残基 2 原核信号序列与真核 相似 此外还需要一个终止 转移序列 stop transfer sequence 使蛋白质位于质膜上 3 6 磷酸甘露糖残 基引导蛋白质到溶酶体 4 最初在内质网上的膜整体蛋白到达质膜 除非它带有其它相反的信号 不需要 特异的信号 5 含有带正电的氨基酸残基 丝氨酸和苏氨酸以及一些疏水残基的氨基末端序列 6 一个 氨基末端精氨酸 组氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 赖氨酸 苯丙氨酸或酪氨酸 2 能与有被小窝互作的此受体的胞浆部分可能发生了改变 高级生物化学习题集 李关荣 编著 15 3 1 对 6 磷酸甘露糖残基特异的受体所介导的内吞作用 含有加了溶菌体酶类的内吞囊泡然后与溶酶体 融合 2 如果正常路径涉及向外分泌和运近细胞的话 在胞外基质中加 6 磷酸甘露糖就能避免溶酶体酶类 到达其目的地 但是 6 磷酸甘露糖并不抑制正常的溶酶体寻靶 这说明溶菌体酶类未离开细胞而进入溶酶 体 4 1 此嵌合蛋白可能会存在于胞浆 一个膜结合的免疫球蛋白的跨膜序列以一种终止转移序列而起作用 而不是信号序列 2 此嵌合蛋白可能会在质膜上 因为胰凝乳蛋白酶原合成时带有信号序列 5 错误寻靶到胞浆的分泌蛋白 由于其氨基末端有快速降解的标识 会被快速降解掉 快速清除寻靶错误 的分泌蛋白非常重要 因为其中的有些蛋白 如胰凝乳蛋白酶原 会造成胞浆的混乱 6 此遗传疾病称Zellweger综合症 它是由于带有SKL序列的过氧化物酶体基质蛋白的运入缺陷所造成的 此突变可能发生在 SKL 受体或其相关的转位酶的基因上 7 氨甲蝶呤与 DHFR 结合牢固使其不能解折叠 我们知道 蛋白质在跨线粒体或其它膜转运时必须部分或 完全解折叠 8 只有被膜锚定时 突变型 ras 蛋白才是致癌的 ras 蛋白的法尼基化是其膜锚定必需的 因此法尼基转移 酶的特异抑制剂可能是有价值的抗癌剂 第四章第四章 1 a 异硫氰酸苯 b 丹磺酰氯 c 尿素 巯基乙醇还原二硫键 d 胰凝乳蛋白酶 e CNBr f 胰 蛋白酶 2 除了氨基末端残基以外的每个氨基酸残基都与肼发生反应生成肼类化合物 可鉴定羧基末端残基 因为 它产生一个自由氨基酸 3 原肌球蛋白是棒状结构 而血红蛋白大致为球状的 4 摩擦系数f 和质量m决定S 具体地说 f 与r f 6 r 成正比 因此f 与m1 3 s m 1 f 成正比 S与 m2 3 成正比 一个 80 kd 的球蛋白沉降速度是一个 40 kd 球蛋白的 1 59 倍 5 50kd 根据两种已知蛋白质的 log MW 与迁移率作图 然后找到未知蛋白质的分子量 6 二硫键的位置可以通过对角线电泳法确定 如果突变蛋白