生物化学答案

第一章1、如何理解水在生命世界中的重要性？解答：总体说来，水起着生命的介质和连续统一体的作用：水分子本身参于了许多生物化学过程；水在生物体内的存在影响着生物分子之间的相互关系，包括物质的溶解性以及与水分子间的行为关系。其中重要的一点是，由水分子解离产生的H和OH是生物化学反应的基础：生物分子具有众多的可作为酸或碱的功能基团（例如氨基和羧基），这些分子影响液态（水）介质的pH，同时，它们的结构特点以及反应性质也会受到环境pH的影响。当然，自然界中也存在非水相的生命过程，但这些过程往往同水相的生命过程相互依存。相对而言，完全脱离水而进行的自然发生的生物化学过程是非常少的。2、如何理解细胞是生命活动的基本单位？解答：细胞是生命的单位，是唯一能展现生命特征的最小实体。细胞分为真核生物细胞和原核生物细胞两种类型。细胞之所以是生命活动的基本单位，是由于其具有四个性质：（1）细胞是构成有机体的基本单位；（2）细胞是代谢和功能的基本单位；（3）细胞是有机体生长、发育的基础（基本要素）；（4）细胞是遗传的基本单位。病毒虽然是无细胞生命，但其只有寄居在宿主（细胞形态的生命）中才能进行生命活动。细胞的这种性质对于我们学习生物化学很重要，在以后的学习中，我们会越来越深刻地认识到，生命的化学便是生活着的细胞中的动态的事件集合，正如著名细胞生物学家E.B.Wilson的论断“每一个生命科学的关键都必需在细胞中寻找”。3、如何理解生物大分子构件方向性的生物学意义？解答：生物大分子和它们的构件具有方向性，这方面的例子很多，譬如，蛋白质的N端和C端，其构件氨基酸分子的L型优势；核酸的3-5磷酸二酯键，其核糖分子的D型优势，等等。这种方向性使很多生物分子除了参与代谢转变外，还是信息分子，即也参与代谢调节；另一方面，这种方向性也是使生物大分子具有结构互补性（以便相互识别）的潜在要求。第二章蛋白质一、课后习题1.用对与不对回答下列问题。如果不对，请说明原因。（1）构成蛋白质的所有氨基酸都是L型的。（2）当谷氨酸在pH4.5的醋酸盐缓冲液中进行电泳时，它将向正极移动。（3）如果用末端测定法测不出某肽的末端，则此肽必定是个环肽。（4）-螺旋就是右手螺旋。（5）-折叠仅仅出现在纤维状蛋白质分子中。2.已知Lys的-氨基的pKa为10.5，问pH9.5时，Lys溶液中将有多少分数这种基团给出质子（即-NH3+和-NH2各占多少）？3.在强酸性阳离子交换柱上Asp、His、Gly和Leu等几种氨基酸的洗脱顺序如何？为什么？4.Gly、His、Glu和Lys分别在pH1.9、6.0和7.6三种缓冲液中的电泳行为如何？电泳完毕后它们的排序如何？5.1.068g的某种结晶-氨基酸，其pK1和pK2值分别为2.4和9.7，溶解于100ml的0.1mol/LNaOH溶液中时，其pH为10.4。计算该氨基酸的相对分子量，并提出可能的分子式。6.求0.1mol/L谷氨酸溶液在等电点时三种主要离子的浓度各为多少?7.向1L1mol/L的处于等电点的氨基酸溶液中加入0.3molHCl，问所得溶液的pH是多少？如果加入0.3molNaOH以代替HCl时，pH又将如何？8.现有一个六肽，根据下列条件，作出此六肽的氨基酸排列顺序。（1）DNFB反应，得到DNP-Val;（2）肼解后，再用DNFB反应，得到DNP-Phe;（3）胰蛋白酶水解此六肽，得到三个片段，分别含有1个、2个和3个氨基酸，后两个片段呈坂口反应阳性。（4）溴化氢与此六肽反应，水解得到两个三肽，这两个三肽片断经DNFB反应分别得到DNP-Val和DNP-Ala。9.有一九肽，经酸水解测定知由4个氨基酸组成。用胰蛋白酶水解成为两个片段，其中一个片断在280nm有强的光吸收,并且对Pauly反应、坂口反应都呈阳性；另一个片段用CNBr处理后释放一个氨基酸与茚三酮反应呈黄色。试写出这个肽的氨基酸排列顺序及其化学结构式。10.一种纯的含钼蛋白质，用1cm的比色杯测定其消光系数0.1% 280。该蛋白质每毫升浓溶液含有10.56ugMo。1：50稀释该浓溶液后A280为0.375，计算该蛋白质的最小相对分子量（Mo的相对原子质量为95.94）。11.1.0mg某蛋白质样品进行氨基酸分析后得到58.1ug的亮氨酸和36.2ug的色氨酸计算该蛋白质的最小相对分子质量。12.某一蛋白质分子具有-螺旋及-折叠两种构象，分子总长度为5.510-5cm，该蛋白质相对分子质量为。试计算该蛋白质分子中-螺旋及-折叠两种构象各占多少？（氨基酸残基平均相对分子质量以100计算）。解析：1.（1）正确。（2）正确。（3）不正确，如N-末端测定中，有亚氨基酸，不宜用此法。（4）错误，-螺旋有右手和左手螺旋两种。（5）错误，不一定。2.1/11，10/11。3.洗脱顺序：Asp，Gly，Leu，His。在强酸性阳离子交换柱中，酸性氨基酸最先洗脱下来，中性氨基酸次之，最后为碱性氨基酸，分子量小的优先于分子量大的氨基酸。4.在pH1.9、6.0和7.6三种缓冲液中的电泳，其顺序均为：+Glu,Gly,His,Lys-。pH1.9时，四种氨基酸均带正电，电泳时向阴极移动；pH6.0时电泳，Gly基本不动，His,Lys带正电，向阴极移动，Glu带负电，向阳极移动；pH7.6时，His基本不动，Glu,Gly带负电，向阳极移动，Lys带正电，向阴极移动；同时考虑分子的大小因素。5.相对分子量为89g/mol,可能为丙氨酸（Ala）。6.计算过程略，三种离子的浓度分别为：Ao=0.084M.,+=A-=7.8410-3M。7.加入0.3molHCl后pH变为2.71;用0.3molNaOH以代替HCl后pH变为9.23。8.六肽的氨基酸顺序为：（N）Val-Arg-Met-Ala-Arg-Phe。9.氨基酸排列顺序为：（N）Pro-Met-Arg-Tyr。10.根据A=KCL,已知相关数据代入得蛋白浓度C=1.25mg/mL,再利用蛋白质的最低相对分子质量=Mo的分子量100/钼在该蛋白中的百分含量，计算得约11.3kD。11.蛋白中Leu%=5.81%，Trp=3.62%；蛋白质中的Leu残基%=5.01%，Trp残基%=3.39%；蛋白质最低分子量M=某氨基酸的分子量/该氨基酸在蛋白中残基百分比，由此得MLeu6024,MTrp2618；nLeu:nTrp=5:2,求其最小公倍数，蛋白分子量约为12000。12.根据-螺旋和-折叠中相邻的两个氨基酸残基的距离分别为0.15nm和0.35nm，设-螺旋和-折叠各占x，y（残基数目），x+y=25000/100，1.5x+3.5y=5.510-5108Ao,再解方程。二、补充习题（一）名词解释两性离子构象别构效应超二级结构结构域蛋白质的三级结构.盐溶与盐析(saltinginandsaltingout)。（二）分析和计算题1.判断氨基酸所带的净电荷，用pI-pH比pH-pI更好，为什么？2.分别计算谷氨酸、精氨酸和丙氨酸的等电点。3.在下面指出的pH条件下，下列蛋白质在电场中向哪个方向移动？A表示向阳极，B表示向阴极，C表示不移动。人血清蛋白：pH5.5，pH3.5；血红蛋白：pH7.07，pH9.0；胸腺组蛋白：pH5.0，pH8.0，pH11.5；已知：人血清蛋白的pI=4.64血红蛋白的pI=7.07胸腺组蛋白的pI=10.8。4试述蛋白质二级结构的三种基本类型。5.蛋白质变性后，其性质有哪些变化？6.某一蛋白质溶于的水后，其水溶液的为，问该蛋白质的是大于6，等于，还是小于，为什么？该蛋白质在的缓冲溶液中电泳，样品点到哪个电极，为什么？参考答案（一）名词解释1氨基酸、蛋白质等分子既含有酸性基团，又含有碱性基团，在中性pH的水溶液中，羧基等酸性基团脱去质子带负电荷，氨基等碱性基团结合质子带正电荷，这种既有带负电荷基团，又有带正电荷基团的离子称兼性离子或两性离子，亦称偶极离子（dipolarion）2.构象是指具有相同结构式和相同构型的分子在空间里可能的多种形态，构象形态间的改变不涉及共价键的破裂。一个给定的蛋白质理论上可采取多种构象，但在生理条件下，只有一种或很少几种在能量上是有利的。3.多亚基蛋白质一般具有多个配体结合部位，结合在蛋白质分子的特定部位上的配体对该分子的其它部位所产生的影响(如改变亲和力或催化能力)称为别构效应。别构效应可分为同促效应和异促效应。4.蛋白质的三级结构常可区分成1个和数个球状区域，折叠得较为紧密，各行其功能，称为结构域。5.蛋白质的三级结构指肽链在二级结构，超二级结构，结构域（对分子较大，由多个结构域的蛋白质而言）基础上形成的完整空间结构，一个三级结构单位通常由一条肽链组成，但也有一些三级结构单位是由经二硫键连接的多条肽链组成的，如胰岛素就是由两条肽链折叠成的1个三级结构单位。6.低浓度的中性盐可以增加蛋白质的溶解度，这种现象称为盐溶。盐溶作用主要是由于蛋白质分子吸附某种盐类离子后，带电层使蛋白质分子彼此排斥，而蛋白质分子与水分子间的相互作用却加强，因而溶解度增高。当离子强度增加到足够高时，很多蛋白质可以从水溶液中沉淀出来，这种现象称为盐析。盐析作用主要是由于大量中性盐的加入使水的活度降低，原来溶液中的大部分甚至全部的自由水转变为盐离子的结合水。盐析法沉淀出来的蛋白质一般不变性，且不同的蛋白质可以用不同浓度的盐沉淀出来，称作分段盐析。盐析法是对蛋白质进行粗分离的常用方法。（二）分析和计算题1.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。2.每个氨基酸可解离基团的pKa在生化书中可以查到（也可根据酸碱滴定曲线确定），氨基酸的净电荷为零时溶液的pH（即等电点，pI）在滴定曲线上位于两个相应基团pKa之间的中点，在这两个pKa点上，它们的净电荷分别是+0.5和-0.5。因此：（1）根据谷氨酸的解离曲线，其pI应该是它的-羧基和侧链羧基pK。值之和的算术平均值，即pI=（2.1+4.07）/2=3.08；（2）精氨酸pI应该是它的-氨基和侧链胍基的pK。和之的算术平均值，即pI=（8.99+12.48）/2=10.7；（3）丙氨酸pI应该是它的-氨基和-羧基pKa值之和的算术平均值，即pI=(2.35+9.87)/2=6.11。3.人血清蛋白的pI=4.64，在pH5.5的电场中带负电荷，向阳极移动；在pH3.5的电场中带正电荷，向负极移动。血红蛋白的pI=7.07，在pH7.07不带净电荷，在电场中不移动；在pH9.0时带负电荷，向阳极移动。胸腺组蛋白的pI=10.8，在pH5.0和pH8.0时带正电荷，向阴极移动；在pH11.5时带负电荷，在电场中向阳极移动。4.（1）-螺旋：右手螺旋，一圈为3.6个氨基酸残基，螺旋轴延伸0.54nm；任一个氨基酸残基的亚氨基均与其后第四个氨基酸残基的羰基形成氢键，氢键与螺旋轴基本平行，氢键封闭的原子为13个，称作3.613；肽平面维持刚性结构，侧链伸向外侧，原子之间堆积紧密，螺旋内基本无空隙，因此结构稳定。（2）-折叠：多肽链充分伸展，各肽键平面之间折叠成锯齿状结构，侧链R基团交错位于锯齿状结构的上下方；两条以上肽键或一条肽键内的若干肽段平行排列，靠肽键羰基氧和亚氨基氢形成氢键维系，使构象稳定；两条肽键走向相同或相反。(3）-转角：在球状蛋白质分子中，肽链主链常常会出现180?回折，回折部分成为转角，在转角中第一个残基的C=O与第四个残基的N-H形成氢键，使转角成为比较稳定的结构。5.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。6.（1）pI6，原因：当蛋白质溶于pH为7的水后，水的电离发生变化，蛋白质吸收了OH-,而带上负电荷，此时溶液pH变化为6，要使蛋白质调到pI，只有向溶液中加入H+,所以pI6。（2）样品点在负极，原因：蛋白质在pH为7的缓冲溶液中带负电荷，电泳时向正极移动。第三章核酸化学一、课后习题1.比较DNA、RNA在化学组成、大分子结构和生物功能上的特点。2.DNA双螺旋结构基本要点是什么？DNA双螺旋结构有何重要生物学意义？3.某RNA完全水解得到四种单核苷酸样品500mg，用水定容至50ml，吸取0.1ml，稀释到10ml，测A260=0.29。已知四种单核苷酸的平均相对分子质量为340，摩尔消光系数为6.65103，求该产品的纯度。4.有一假定的圆柱状的B型DNA分子，其相对分子质量为3107，试问此DNA分子含有多少圈螺旋？（一对脱氧核苷酸残基平均相对分子质量为618）。5.有一个16核苷酸片段，经RNaseT1酶解后得到Gp、ApGp、ApUpUpA、UpApUpUpGp、CpUpApGp各一分子，经RNaseA酶解后得到1A、3Up、1ApGpCp、1ApUp、1GpApUp和1ApGpGpUp，请用重叠排列法排出该16核苷段的顺序。解析：1.DNA、RNA的特点：（1）在化学组成上，DNA由磷酸和脱氧核糖与腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶，胸腺嘧啶四种碱基组成相应的脱氧核苷酸，而RNA有磷酸和核糖与腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶，尿嘧啶四种碱基组成相应的核苷酸；（2）大分子结构方面，RNA有tRNA，rRNA，mRNA等类型，在细胞中有不同的功能，如tRNA是蛋白质合成种氨基酸转运载体，二级结构中具有三叶草的结构特征，可分为五臂四环，有氨基酸接受区，反密码子区，二氢尿嘧啶区，TC区和可变区。在三级结构上tRNA像一个倒“L”形。DNA二级结构呈现一定的多态性，主要有Watson-Crick双螺旋结构，左旋DNA-Rich模型，三链DNA和四链DNA几种，而在三级结构中主要有超螺旋。（3）在生物功能方面，DNA是主要的遗传物质，RNA是病毒的遗传物质。RNA参与蛋白质的生物合成，rRNA是蛋白质合成的装配者并起催化作用；tRNA是转换器，携带氨基酸并起解译作用；mRNA是信使，携带DNA的遗传信息并起蛋白质合成的模板。2.DNA双螺旋结构基本要点:（1）两条反向平行的多核苷酸围绕同一中心轴相互缠绕；两条均为右手螺旋。（2）嘌呤和嘧啶碱位于双螺旋的内侧。磷酸和核糖在外侧，通过3,5-磷酸二酯键相连接，形成DNA分子的骨架。两条链配对偏向一侧，形成一条大沟和一条小沟。（3）双螺旋的平均直径为2nm相邻的碱基对之间相距的高度，即碱基堆积距离为0.34nm，两个核苷酸之间的夹角为36?，因此，沿中心轴每螺旋一周有10个核苷酸。(4)两条核苷酸链依靠碱基相联系而结合在一起，A与T配对，G与C配对。（5）维持双螺旋的作用力：氢键，碱基堆积力，盐碱和疏水作用力。(6)自然界双螺旋DNA大多为右手螺旋，但也有左手螺旋。3.根据C=MrA260/L=6.5910-2mg/ml，50ml中蛋白质为329.5mg,则protein%=329.5/500100%=65.9%。4.一对脱氧核苷酸残基的平均相对分子量618，3107/618=48543.689（对）=48544对，48544/10=4854.4圈的螺旋。两个碱基在中心轴向的距离为0.34nm（双螺旋的螺距即一圈为3.4nm，含有10个碱基对）。5.ApGpCpUpApGpGpUpApUpUpApUpUpA二、补充习题（一）名词解释1.增色效应2.分子杂交3.聚合酶链式反应（PCR）4.DNA的变性与复性5.Tm；6.内含子与外显子（二）分析计算题1.简述B-DNA的结构特征。2.何谓Tm？影响Tm大小的因素有哪些？在实验中如何计算Tm值？3.如果人体有1014个细胞，每个体细胞的DNA含量为6.4109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（2.2109公里）的多少倍？已知双链DNA每1000个核苷酸重110-18g，求人体的DNA的总质量。4.什么是DNA变性？DNA变性后理化性有何变化？5.什么是核酸杂交？有何应用价值？参考答案（一）名词解释1.核酸从双链变为单链的无规则卷曲状态时，在260nm处的吸光度增加，称“增色效应”。2.不同的DNA片段之间，DNA片段与RNA片段之间，如果彼此间的核苷酸排列顺序互补也可以复性，形成新的双螺旋结构。这种按照互补碱基配对而使不完全互补的两条多核苷酸相互结合的过程称为分子杂交。3.聚合酶链式反应（PCR）是扩增样品中的DNA量和富集众多DNA分子中的一个特定的DNA序列的一种技术。在该反应中，使用与目的DNA序列互补的寡核苷酸作为引物，进行多轮的DNA合成。其中包括DNA变性，引物退火和在TapDNA聚合酶催化下的DNA合成。4.DNA的变性是指DNA双螺旋区的氢键断裂，变成单链并不涉及共价键的断裂。DNA的复性是指变性DNA在适当条件下，又可使两条彼此分开的链重新缔合成为双螺旋结构。5.通常把加热变性DNA使增色效应达到最大增量一半时的的温度称为该DNA的熔点或熔解温度，用Tm表示。6.内含子是指结构基因中存在于外显子之间的非编码序列，也是基因中不表达的序列，属插入序列。外显子是指基因中编码蛋白质的序列。（二）分析计算题1.（1）两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕形成右手螺旋；（2）嘌呤和嘧啶碱位于双螺旋的内侧，磷酸和核糖在外侧，彼此通过3，5磷酸二酯键相连接，形成DNA分子的骨架。碱基平面和纵轴垂直，糖环的平面则和纵轴平行；（3）双螺旋的平均直径为2nm，两个相邻的碱基对之间相距的高度，碱基堆积距离为0.34nm，两个核苷酸之间的夹角为36度；（4）两条核苷酸链依靠彼此碱基之间形成的氢键相联系而结合在一起；（5）碱基在一条链上的排列顺序不受任何限制。2.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，meltingtemperature,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，溶液pH值大于11.3，核酸完全变性，小于5.0则核酸容易脱嘌呤。降低溶液的离子强度会使Tm值下降，尿素等变性剂也会使Tm值下降。在实验中，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）。3.每个体细胞的DNA的总长度为：6.41090.34nm=2.176109nm=2.176m，3.人体内所有体细胞的DNA的总长度为：2.176m1014=2.1761011km这个长度与太阳-地球之间距离（2.2109公里）相比为：2.1761011/2.2109=99倍，每个核苷酸重110-18g/1000=10-21g，所以，总DNA6.410 2310-21=6.410 2=640g4.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。5.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。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）。也可用于基因定位，目的基因筛选，基因表达状况的分析等研究工作。第四章酶化学一、课后习题1.判断对错。如果不对，请说明原因。（1）生物体内具有催化能力的物质都是蛋白质。（2）所有的酶都具有辅酶或辅基。（3）酶促反应的初速度与底物浓度无关。（4）当底物处于饱和状态时，酶促反应的速率与酶的浓度成正比。（5）对于所有酶而言，Km值都与酶的浓度无关。（6）测定酶的活力时，必须在酶促反应的初速度时进行。2.现有1g淀粉酶制剂，用水稀释1000ml，从中吸取0.5ml测定该酶的活力，得知5min分解0.25g淀粉。计算每克酶制剂所含的淀粉酶活力单位数。（淀粉酶活力单位规定为：在最适条件下，每小时分解1g淀粉的酶含量为1个活力单位。）3.称取25mg蛋白酶配成25ml酶溶液，从中取出0.1ml酶液，以酪蛋白为底物，用Folin比色法测定酶活力，得知每小时产生1500ug酪氨酸;易取2ml酶液用凯氏定氮法测得蛋白氮为0.2mg。根据以上数据，解答以下问题。（每分钟产生1pg酪氨酸的酶量为1个活力单位。）（1）1mg酶液中所含的蛋白质量及活力单位；（2）比活力；（3）1g酶制剂的总蛋白含量及比活力。4.当底物浓度s分别等于4、5、6和10Km时，求反应速率V相当于最大反应速度Vmax的几分之几？5.根据下列实验数据（表7-5），用Lineweaver-Burk作图法求;（1）非抑制反应下的Km和Vmax；（2）抑制反应下的Km和Vmax；（3）判断抑制作用的类型。6.从某生物材料中提取纯化一种酶，按下列步骤进行纯化（表7-8）计算最后所得酶制剂的比活力，活力回收率和纯化倍数（纯化率）。解析：1.（1）不对，生物体内具有催化活性还有RNA酶。（2）不对，只有结合酶有辅酶或辅基。（3）不对，如果酶促反应的底物只有一种，当其他条件不变，酶的浓度也固定的情况下，一种酶所催化的化学反应速率与底物的浓度间有如下的规律：在底物浓度低时，反应速度随底物浓度的增加而急剧增加，反应速率与底物浓度成正比，表现为一级反应；当底物浓度较高时，增加底物浓度，反应速度虽随之增加，但增加的程度不如底物浓度低时那样显著，即反应速率不再与底物浓度成正比，表现为混合级反应；当底物浓度达到某一定值后，再增加底物浓度，反应速率不再增加，而趋于恒定，即此时反应速率与底物浓度无关，表现为零级反应，此时的速率为最大速率（Vmax），底物浓度即出现饱和现象。由此可见，底物浓度对酶促反应速率的影响是非线性的。（4）不对，原因见（3）。（5）正确。（6）不对，测酶活应在一定的底物浓度下，反应速度应该为最大反应速度。2.淀粉酶活力单位规定为：在最适条件下，每小时（h）分解1g淀粉的酶量为1个活力单位。0.25g淀粉/5min60min1000/0.5=6000U3.(1)1ml酶液中所含的蛋白质量及活力单位。凯氏定氮法：0.2mg6.25/2=0.625mg活力单位：1500ug/60/0.1=250U（2）比活力=活力单位数/毫克酶蛋白（N）=250U/0.625mg=400（3）1g酶制剂的总蛋白含量及总活力：（每min产生1ugTyr的酶量规定为1个活力单位）。总蛋白的量=625mg，总活力=250U1000=2.5104U4.根据米氏方程计算：分别为4/5，5/6，6/7，10/11。5.根据Lineweaver-Burk作图法求得：（1）Km=1.31，Vmax=3.29103。（2）Km=7.3，Vmax=6.28103。(3)反竞争性抑制。6.根据比活力=活力单位数/毫克酶蛋白回收率=提纯后总活力/提纯前总活力100%纯化倍数=纯化后比活力/纯化前比活力经三步纯化后，最后酶制剂的比活力=16.33，回收率=1.54%，纯化倍数=24。二、补充习题（一）名词解释1米氏常数2寡聚酶3变构酶4同工酶5活性中心6.酶原的激活17.别构效应；8协同效应（二）分析和计算题1.称取25mg蛋白酶配成25mL溶液，取2mL溶液测得含蛋白氮0.2mg，另取0.1mL溶液测酶活力，结果每小时可以水解酪蛋白产生1500g酪氨酸，假定1个酶活力单位定义为每分钟产生1g酪氨酸的酶量，请计算：（1）酶溶液的蛋白浓度及比活。（2）每克纯酶制剂的总蛋白含量及总活力。2.试比较酶的竞争性抑制作用与非竞争性抑制作用的异同。3.何谓酶的专一性？酶的专一性有哪几类？如何解释酶作用的专一性？研究酶的专一性有何意义？4.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？5.影响酶反应效率的因素有哪些?它们是如何起作用的?6.哪些因素影响酶的活性？酶制剂宜如何保存？参考答案（一）名词解释1.米氏常数（Km值）：是米氏酶的一个重要参数。m值是酶反应速度（v）达到最大反应速度（Vmax）一半时底物的浓度（单位mol或mmol）。米氏常数是酶的特征常数，只与酶的性质有关，不受底物浓度和酶浓度的影响。2.寡聚酶：有两个或两个以上亚基组成的酶称为寡聚酶。寡聚酶中的亚基可以是相同的，也可以是不同的。亚基间以非共价键结合，容易用酸碱，高浓度的盐或其它的变性剂分离。寡聚酶的相对分子质量从35000到几百万。4.变构酶：或称别构酶，一般具有多个亚基，在结构上除具有活性中心外，还具有可结合调节物的别构中心，活性中心负责酶对底物的结合与催化，别构中心负责调节酶反应速度。5.同工酶：是指有机体内能够催化同一种化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构组成及理化性质却有所不同的一组酶。6.酶原的激活：有些酶在细胞内合成和初分泌时，并不表现有催化活性，这种无活性状态的酶的前身物称为酶原。在一定条件下，受某种因素的作用，酶原分子的部分肽键被水解，使分子结构发生改变，形成酶的活性中心，无活性的酶原转化成有活性的酶称为酶原的激活。7.别构效应：又称为变构效应，当某些寡聚蛋白的别构中心与别构效应剂（变构效应剂）发生作用时，可以通过蛋白质构象的变化来改变酶的活性，这种改变可以是活性的增加或减少。别构效应剂（变构效用剂）可以是蛋白质本身的作用物也可以是作用物以外的物质（如底物、激活剂、抑制剂等）。8.协同效应：当底物与一个亚基上的活性中心结合后，引起酶分子构象的改变，使其它亚基的活性中心与底物的结合能力增强的作用，称为正协同效应。（二）分析和计算题1.（1）蛋白浓度=0.26.25mg/2mL=0.625mg/mL；（2）比活力=（1500/601ml/0.1mL）0.625mg/mL=400U/mg；（3）总蛋白=0.625mg/mL1000mL=625mg；（4）总活力=625mg400U/mg=2.5105U。2.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。3.酶的专一性是指酶对催化的反应和反应物所具有的选择性。根据对底物的选择性，酶的专一性可以分为结构专一性和立体异构专一性。结构专一性指每对底物的特征结构化学键或功能团等有选择，例如肽酶只能水解肽键，酯酶只作用酯键。立体异构专一性指酶对底物的构型有选择。例如只作用于L构型或只作用于顺式构型。根据过渡态互补假说，酶的专一性实质上是酶与底物分子在结构上互补。研究酶的专一性可以揭示酶的催化机理，获得有关酶的结构与功能信息，为酶的应用、酶分子设计或分子修饰提供指导。在生物化工中运用酶的专一性可以减少副反应，特别是利用酶的立体异构专一性进行不对称合成或不对称拆分。4.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。5.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。6.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。第五章维生素和辅酶一、课后习题将下列化学名称与B族维生素及其辅酶形式相匹配。（1）化学名称：泛酸。烟酸。叶酸。硫胺素。核黄素。吡哆素。生物素。（2）B族维生素：B1。B2。B3。B5。B6。B7。B11。B12。（3）辅酶：FMN。FAD。NAD+。NADP+。CoA。PLP。PMP。FH2,FH4。TPP。解析：化学名称：泛酸：辅酶A（CoA），维生素B3；烟酸：维生素PP，亦即维生素B5，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）；叶酸:四氢叶酸（FH2,FH4），维生素B11；硫胺素：硫胺素焦硫酸（TPP），维生素B1；核黄素：黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸磷酸（FAD），维生素B2；比哆素：磷酸吡哆醛（PLP）和磷酸吡哆胺（PMP），维生素B6；生物素：生物胞素，维生素B7;钴胺素，脱氧腺苷钴胺素和甲基钴胺素，维生素B12。二、补充习题选择题1维生素的化学本质是（）。a无机化合物b小分子有机化合物c小分子肽类d碳水化合物2哪一个辅酶不是来自于维生素（）。aCoA-SbFADcNADd磷酸吡哆醛3下列哪一种维生素是甲基和甲酰基的载体（）。a硫胺素b.抗坏血酸c.叶酸dCoA4防夜盲症的维生素是（）。a.维生素1b.维生素c.维生素d.维生素5下列关于维生素的叙述哪一种是不正确的?（）a.胆固醇可转变为维生素。b.一般来说热带的儿童不缺乏维生素。c.未经紫外线照射的纯牛奶含维生素很多。d.人皮肤中的7-脱氢胆固醇可经紫外线照射转变成维生素。6维生素缺乏会引起下列哪一种症状？（）a.不育症b.坏血症c.恶性贫血d.脚气病7下列维生素中哪一种可以预防和治疗糙皮病？（）a.硫胺素b.泛酸c.烟酸d.吡哆醇8经常服用生鸡蛋的人，容易发生哪种物质缺乏？（）a.硫辛酸b.生物素c.硫胺素d.钴胺素9缺乏维生素会引起（）。a.坏血病b.口角炎c.脚气病d.贫血病10不能从饮食中摄入蔬菜的病人，会导致哪种维生素缺乏?（）a.叶酸b.核黄素c.生物素d.硫胺素第六章生物氧化一、课后习题1用对或不对回答下列问题。如果不对，请说明原因。（1）不需氧脱氢酶就是在整个代谢途径中并不需要氧参加的生物氧化酶类。（2）需氧黄酶和氧化酶都是以氧为直接受体。（3）ATP是所有生物共有的能量储存物质。（4）无论线粒体内或外，NADH+H+用于能量生成，均可产生2.5个ATP。（5）当有CO存在时，丙酮酸氧化的P/O值为2。2在由磷酸葡萄糖变位酶催化的反应G-1-PG-6-P中，在PH7.0，25下，起始时G-1-P为0.020mol/L,平衡时G-1-P为0.001mol/L，求G0值。3.当反应ATP+H2OADP+Pi在25时，测得ATP水解的平衡常数为，而在37时，测得ATP、ADP和Pi的浓度分别为0.002、0.005和0.005mol/L.求在此条件下ATP水解的自由能变化。4.在有相应酶存在时，在标准情况下，下列反应中哪些反应可按箭头所指示的方向进行？（1）丙酮酸+NADH+H+乳酸+NAD+（2）琥珀酸+CO2+NADH+H+-酮戊二酸+NAD+（3）乙醛+延胡索酸乙酸+琥珀酸（4）丙酮酸+-羟丁酸乳酸+乙酰乙酸（5）苹果酸+丙酮酸草酰乙酸+乳酸5.设ATP（相对分子质量510）合成，G0=41.84kJ/mol,NADH+H+H2O,G0=217.57kJ/mol,成人基础代谢为每天10460kJ。问成人每天体内大约可合成多少（千克）ATP？6.在充分供给底物、受体、无机磷及ADP的条件下，并在下列情况中肝线粒体的P/O值各为多少（见下表）？底物受体抑制剂P/O苹果酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸O2O2O2O2O2-戊巴比妥KCN抗霉素A解析：1.（1）错误，只是不以氧为直接受氢体，但有氧的参与。（2）正确。（3）错误，ATP是细胞内反应间的能量偶联剂，是能量传递的中间载体，不是能量的储存物质。（4）错误，线粒体内是产生2.5个ATP。（5）正确。2.根据G=G+RTln产物/反应物进行计算，在平衡时G=0，由此得到G。3.首先计算G。=-RTlnKeq=-30799.9KJmol-1，再根据G=G。+RTln产物/反应物进行计算得G=-42090Jmol-1。4.根据E。=氧化电极电位-还原电极电位公式，计算（1）（3）(4)（5）可按箭头所指方向反应。5.已知1个NADH经电子呼吸链可以产生2.5个ATP。NADH+H+3ADP+3Pi+1/2O2NAD+3ATP+4H2O，G。=-217.57kJ/mol,成人基础代谢为每天10460kJ，则需要（104603510）/217.57=63KgATP。6.根据在电子呼吸链中，不同的抑制剂有不同的作用位点。底物受体抑制剂P/O苹果酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸O2O2O2O2O2-戊巴比妥KCN抗霉素A32010二、补充习题（一）名词解释1.呼吸链；2.氧化磷酸化作用；3.化学渗透学说（二）分析与计算题1.什么叫呼吸链？它由哪些组分组成？有哪些方法可用来确定电子传递顺序？2.为什么在通气条件下生产等量的酵母菌体所消耗的葡萄糖量明显低于静置培养？3.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。参考答案（一）名词解释1.代谢物分子中的氢原子在脱氢酶作用下激活脱落后，经过一系列传递体的传递，最终将电子交给被氧化酶激活的氧而生成水的全部体系，称为呼吸链或电子传递链。2.伴随着呼吸链电子传递过程发生的ATP的合成称为氧化磷酸化。氧化磷酸化是生物体内的糖、脂肪、蛋白质氧化分解，并合成ATP的主要方式。3.是由英国生物化学家P