浙江大学830生物化学2008年试题详解及命题点评

浙江大学830生物化学2008年试题详解及命题点评1 什么是膜蛋白？举例说明膜蛋白的主要特征和生物学功能（10）细胞中大约有20%-25%的蛋白质与膜结构联系在一起，称为生物膜，是生物膜功能的主要承担者。根据蛋白分离的难易及在膜中分布的位置，膜蛋白基本可分为两大类：外在膜蛋白和内在膜蛋白。外周膜蛋白分布于膜的脂双层的表面，通过静电力或非共价键与其他膜蛋白相互作用连接在膜上，如血影蛋白，是支撑红细胞外形的膜骨架的主要成分。其特点是易于分离，通过改变离子强度或加入加入金属螯合剂即可提取，这类蛋白质都溶于水。膜内在蛋白主要靠输水力与膜脂相结合，有的部分镶嵌在脂双层中，有的横跨全膜。例如细菌视紫红质，它能将光能装化为化学能。这类蛋白质不易分离，不溶于水。 膜蛋白与生物膜的多种生物功能紧密相关，如物质运输时，红细胞膜上的带3蛋白的阴离子运输功能，如信号传导过程中，接受信号分子的膜受体蛋白，如G蛋白，谷氨酸受体等。【恩波翔高点评】重点，理解基本概念，并能联系不同知识点，熟悉各种膜蛋白的功能。2 如何理解在酶催化作用的高效性和专一性理论中论述的“来自酶与底物相互作用的结合赋予了催化反应的高效性和特异性”，并举例说明。（10）酶对催化的反应和反应物有严格的选择性，一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键，以促进一定的化学变化，并生成一定的产物，这种现象称为酶的特异性或专一性有的底物特异性几乎严格地只限于一种类型底物（脲酶）EC3515等，也有的不太严格，能作用于多数同类化合物（磷酸化酶）EC 3131和3132等。在后一情况下，因化合物不同反应速度也有所不同。对光学异构体来说，也只能作用其中的一种，多数情况下，反应的类型可因酶而定。当酶与底物分子接近时，酶蛋白受底物分子诱导，其构象发生有利于底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补契合进行反应。使底物分子接近它的过渡态，降低了反应活化能，使反应易于发生，具有高效性，且能特异的与结构上更易互补，能形成酶-底物复合物的一类底物特异的反应。特异性是酶的显著特征之一，它可能是由于酶与底物相结合的部位构造上极为适合所致。因为酶的底物特异性非常显著，致使生物体内能建立起严密的代谢反应系列，而形成代谢网。【恩波翔高点评】酶是常考考点，其分类，作用机理，诱导契合学说，催化效率影响因素等要完全掌握。3 什么是G蛋白？描述生物通过G藕联蛋白受体进行型号转导的机理，并举例说明。（10）G蛋白，即GTP结合蛋白(GTP binding protein)，参与细胞的多种生命活动,如细胞通讯、核糖体与内质网的结合、小泡运输、微管组装、蛋白质合成等。G蛋白偶联系统中的G蛋白是由三个不同亚基组成的异源三体,三个亚基分别是、, 总相对分子质量在100kDa左右。G蛋白有多种调节功能, 包括Gs和Gi对腺苷酸环化酶的激活和抑制、对cGMP磷酸二酯酶的活性调节、对磷酯酶C的调节、对细胞内Ca2+浓度的调节等， 此外还参与门控离子通道的调节。被cAMP激活的PKA,大多数在胞质溶胶中激活一些细胞质靶蛋白,也有少数被激活的PKA可以转移到细胞核中磷酸化某些重要的核蛋白,其中多数是被称为CREB(cAMP response element binding,cAMP效应元件结合因子)的转录因子。在G蛋白偶联系统中，G蛋白的作用主要是将信号从受体传递给效应物，它包括了三个主要的激发过程：G蛋白被受体激活；G蛋白将信号向效应物转移；应答的终结举例：PKC系统在这一信号转导途径中，膜受体与其相应的第一信使分子结合后，激活膜上的Gq蛋白(一种G蛋白)，然后由Gq蛋白激活磷酸酯酶C (phospholipase C， PLC)， 将膜上的脂酰肌醇4，5-二磷酸(phosphatidylinositol biphosphate， PIP2)分解为两个细胞内的第二信使: DAG和IP3，最后通过激活蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)，引起级联反应，进行细胞的应答。该通路也称IP3、DAG、Ca2+信号通路。【恩波翔高点评】03-07未出现信号传导考点，但在02年以前的试卷中曾出现过。作为生物学的一个重要知识点，需要做认真的理解。4 脂肪酸具有的哪些特征特别适合能量储存？分析阐明胖熊如何利用脂肪来冬眠，骆驼如何利用驼峰储存的脂肪作为岁的来源。（10）绝大多数的脂肪酸含有偶数个碳原子，形成长而不分支的链(也有分支的或含环的脂肪酸)。与其他生物大分子比较，脂肪酸具有一个很长的碳链，其长链被氧化最终产生ATP形式的能量。因此这样的长链结构十分有利于能量储存。如一分子软脂酸可生成106个ATP。不饱和脂肪酸有顺式和反式两种异物体。但生物体内大多数是顺式结构。不饱和脂肪酸中，反式双键会造成脂肪酸链弯曲，分子间没有饱和脂肪酸链那样结合紧密。因此，不饱和脂肪酸的熔点低。胖熊的皮下脂肪特别厚，在脂肪酶的作用下，脂肪水解成甘油和脂肪酸。甘油经磷酸化和脱氢反应，转变成磷酸二羟丙酮，纳入糖代谢途径。脂肪酸与ATP和CoA在脂酰CoA合成酶的作用下，生成脂酰CoA。脂酰CoA在线粒体内膜上肉毒碱：脂酰CoA转移酶系统的帮助下进入线粒体衬质，经-氧化降解成乙酰CoA，在进入三羧酸循环彻底氧化。-氧化过程包括脱氢、水合、再脱氢和硫解四个步骤，每次-氧化循环生成FADH2、NADH、乙酰CoA和比原先少两个碳原子的脂酰CoA。此外，某些组织细胞中还存在-氧化生成羟脂肪酸或CO2和少一个碳原子的脂肪酸；经-氧化生成相应的二羧酸。【恩波翔高点评】04-07年未出现，但三大代谢中脂肪酸代谢的考察重要性仅次于糖代谢，要认真掌握。5 什么是糖酵解和糖异生？由于糖酵解和糖异生都是不可逆的过程，因此二个途径可以同时进行。如果两个途径同时以相同的速率进行，会导致什么结果？细胞是通过什么机制对这两个过程进行调控的？（10）糖酵解途径是指细胞在细胞质中分解葡萄糖生成丙酮酸的过程。糖异生：由简单的非糖前体（乳酸、甘油、生糖氨基酸等）转变为糖(葡萄糖或糖原)的过程。所以糖异生是与糖酵解相反的过程。同时进行会导致“无效循环”。糖酵解途径中有催化三个不可逆反应的酶：己糖激酶、6磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶糖酵解能产生丙酮酸和少量的ATP，而丙酮酸则是三羧酸循环的底物乙酰辅酶A的前体，在三羧酸循环中，底物被充分氧化，释放的电子，经电子传递链后产生大量的ATP。在糖酵解过程中，磷酸果糖激酶是其的关键酶（因为其催化的反应是不可逆的，且催化速度是最慢的）。该酶会受高浓度的ATP的抑制。如体内的ATP含量过高，既抑制了磷酸果糖激酶的活性，造成丙酮酸产量的下降，从而降低ATP的产生，实现调控能力。【恩波翔高点评】糖酵解、柠檬酸循环的过程、限速酶、调控机理是重点，已重复考察多次。6 人消化了大量的蔗糖之后，多余的葡萄糖和果糖是如何转化成脂肪酸的？（10）糖分解代谢产生的磷酸二羟丙酮经脱氢酶催化还原生成3-磷酸甘油是最主要的来源，合成脂肪酸的酶系主要在胞浆，而糖代谢提供的乙酰CoA原料又在线粒体生成，所以乙酰CoA需通过转运。合成脂肪酸的过程不同于-氧化的逆过程，是由7种酶蛋白和酰基载体蛋白（ACP）组成的多酶复合体完成，合成的产物是软脂酸。碳链延长是在线粒体和内质网中的2个不同的酶系催化下进行的。脂肪酸合成酶系催化进行缩合、还原、脱水、还原反应。（1）酮酰基-ACP合成酶接受乙酰-ACP的乙酰基，释放HS-ACP，并催化乙酰基转移到丙二酸单酰-ACP上生成乙酰乙酰-ACP。（2）乙酰乙酰-ACP中的-酮基转换为醇，生成-羟丁酰-ACP。反应由酮酰基-ACP还原酶催化，NADPH为酶的辅酶。（3）-羟丁酰-ACP经脱水酶催化生成带双键的反式丁烯酰-ACP。（4）反式丁烯酰-ACP还原为四碳的丁酰-ACP。反应是由烯脂酰-ACP还原酶催化， NADPH为酶的辅酶。如此每循环一次，有一个新的丙二酸单酰CoA参与合成（贡献二碳单位），7次循环，生成16C的软脂酰-ACP，经硫解酶水解生成软脂酸和HS-ACP【恩波翔高点评】三大代谢的调控网络是学习难点，也是近年出现的新的出题点，值得关注。尤其是糖代谢和脂代谢7水在生命过程中的主要功能有哪些？与其他的普通溶剂比较，水的什么性质决定了“水是生命不可缺少的物质”，为什么？（10）水是生物体中含量最丰富的物质，对生命体起着极其重要的作用。1)水溶解生物分子，为生命体的生物反应提供了液体环境，如细胞中广泛存在的酶催化反应大多都是在水溶液环境下进行的。2)水分子的存在使生物大分子（如蛋白质和核酸）折叠成活性状态。3)水分子还直接参与化学反应，包括以反应物或者产物的形式。比如水以反应物的形式参加像蛋白质的水解反应中；如ATP的合成，氨基酸合成蛋白质，氧化磷酸化，水是反应的产物。4)水起着运输生物分子的作用，水既是运输的载体，又是运输的屏障。生物分子大多是溶解在水中进行运输的。5)水具有很高的热容，对维护生命体体温的恒定起着重要作用。6)水溶解代谢产物，起着排泄代谢废物的作用。氢键给了水特殊的性质：高冰点，高沸点，高蒸发热水是生物活体中含量最多的复合物。邻近的水分子间氢键形成的分子间强相互吸引使得水分子具有相对高的冰点、沸点及蒸发热。水的极性及氢键的特性使得水成为许多离子化合物及其它极性分子的很好的溶剂。水还可以使双亲性分子形成微团，疏水集团在里，极性基团暴露在外面。水不仅在代谢反应中作为溶剂，它还间接参与包括水解和缩合等反应。【恩波翔高点评】同06年第1题，熟练掌握。8 写出20中氨基酸的3字母和1字母的缩写，根据R基团的极性、电荷及苯环可以分成哪五大类？哪些是人体的必须氨基酸和非必须氨基酸？（20）按照R基的化学结构分类可以分为：脂肪族氨基酸(15种)、芳香族氨基酸(3种)、杂环族氨基酸(2种)。1)脂肪族氨基酸：i.中性氨基酸(5种)：R基为烷烃基。甘氨酸 Gly G；丙氨酸 Ala A；缬氨酸 Val V；亮氨酸 Leu L；异亮氨酸 Ile I；ii.含羟基或硫氨基酸(4种):R基中含有-OH或者S。丝氨酸 Ser S；苏氨酸 Thr T；半胱氨酸 Cys C；甲硫氨酸 Met M；iii.酸性氨基酸及其酰胺(4种)：R基中含有羧基或酰胺基。天冬氨酸 Asp D；谷氨酸 Glu E；天冬酰胺 Asn N；谷氨酰胺 Gln Q；iv.碱性氨基酸(2种)：R基中含有氨基。赖氨酸 Lys K；精氨酸 Arg R；2)芳香族氨基酸(3种):R基中含有苯环。苯丙氨酸 Phe P；酪氨酸 Tyr Y；色氨酸 Trp W；3)杂环族氨基酸(2种)：R基中含有杂环。组氨酸 His H；脯氨酸 Pro P。对成人来说，这类氨基酸有8种，包括赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、色氨酸和苯丙氨酸。对婴儿来说，组氨酸也是必需氨基酸。答：根据电荷、极性及苯环可以分为以下五类1. 非极性R基氨基酸丙氨酸 Ala A、缬氨酸 Val V、亮氨酸 Leu L、异亮氨酸 Ile I、脯氨酸 Pro P、甲硫氨酸 Met M2. 带正电荷的R基氨基酸赖氨酸 Lys K、精氨酸 Arg R、组氨酸 His H3. 不带电荷的极性R基氨基酸甘氨酸 Gly G、丝氨酸 Ser S、苏氨酸 Thr T、半胱氨酸 Cys C、天冬酰胺 Asn N、谷氨酰胺 Gln Q4. 带负电荷的R基氨基酸天冬氨酸 Asp D、谷氨酸 Glu E5. 带苯环的R基氨基酸苯丙氨酸 Phe P、酪氨酸 Tyr Y、色氨酸 Trp W；对成人来说，这类氨基酸有8种，包括赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、色氨酸和苯丙氨酸。对婴儿来说，组氨酸也是必需氨基酸。【恩波翔高点评】基础知识，熟练掌握。9 氨基酸的序列决定了蛋白质的分子构造和功能，请阐明至少两种分析决定氨基酸序列的方法及其原理，并比较说明这些方法的优缺点。（20分）1）质谱分析。其原理是：通过电离源将蛋白质分子转化为气相离子，然后利用质谱分析仪的电场、磁场将具有特定质量与电荷比值(M/Z值)的蛋白质离子分离开来，经过离子检测器收集分离的离子，确定离子的M/Z值，分析鉴定未知蛋白质。特点： 质谱分析用于蛋白质等生物活性分子的研究具有如下优点：很高的灵敏度能为亚微克级试样提供信息，能最有效地与色谱联用，适用于复杂体系中痕量物质的鉴定或结构测定，同时具有准确性、易操作性、快速性及很好的普适性Edman法，又称PTH法，Edman降解法是用异硫氰酸苯酯在弱碱条件下与肽段N端-氨基结合生成苯氨基硫甲酰肽(PTC-肽），然后在酸性条件下经环化、水解处理，生成苯乙内酰硫氨基酸(PTH-aa)和失去原N-端氨基酸的肽。剩下的肽可反复进行上述处理，依次生成各种PTH-AA，经层析鉴定就可从N-端开始确定被测肽段的氨基酸排列顺序。特点：一次可测出60-70个氨基酸残基组成的肽。测序速度较慢(50个氨基酸残基/天)；样品用量较大(nmol级或几十pmol级)；对样品纯度要求很高；对于修饰氨基酸残基往往会错误识别，而对N末端保护的肽链则无法测序。【恩波翔高点评】考察基本实验的原理，同06年第9题，熟练掌握10 有8种酶参与三羧酸循环：柠檬酸、顺乌头酸梅、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、延胡索酸酶和苹果酸脱氢酶。（a）写出每一种酶催化反应的平衡化学方程式。（b）说出每一种酶催化反应需要的辅因子。（c）写出从乙酰辅酶A到CO2代谢过程中的一个平衡净反应方程式。（20分）三羧酸循环中，由乙酰CoA和草酰乙酸缩合成有三个羧基的柠檬酸, 柠檬酸经一系列反应, 一再氧化脱羧, 经酮戊二酸、 琥珀酸, 再降解成草酰乙酸。而参与这一循环的丙酮酸的三个碳原子, 每循环一次, 仅用去一分子乙酰基中的二碳单位, 最后生成两分子的CO2 , 并释放出大量的能量。反应过程有：1)草酰乙酸与乙酰-CoA在柠檬酸合成酶的作用下缩合形成柠檬酸。2)柠檬酸在乌头酸酶的作用下异构化异柠檬酸。3)异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶的作用下氧化脱羧形成-酮戊二酸。同时1分子NAD+(或NADP+)还原成NADH+H(或NADPH+H+)。4)-酮戊二酸在-酮戊二酸脱氢酶的作用下氧化脱羧形成琥珀酰-CoA。同时1分子NAD+还原成NADH+H。5)琥珀酰-CoA在琥珀酰-CoA合成酶的作用下释放CoASH形成琥珀酸，并生成1分子GTP。6)琥珀酸在琥珀酸脱氢酶的作用下脱氢形成延胡索酸，同时1分子FAD被还原FANDH2。7)延胡索酸在延胡索酸酶的作用下水合生成L-苹果酸。8)L-苹果酸在苹果酸脱氢酶的作用下脱氢形成草酰乙酸。同时1分子NAD+还原成NADH+H。【恩波翔高点评】反复出现的重要考点。彻底掌握。11 作为生物化学实验室的新手，进入实验室后，首先你需要几周的时间刷瓶子和试管等，然后逐渐开始学习配制各种缓冲液和试剂。接下来你开始一个蛋白质的纯化实验。实验目的是分离一种参与柠檬酸循环的酶-即位于线粒体间质的柠檬酸合