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陕西师范大学生物化学答案解析 1 1.简述蛋白质胶体溶液的稳定因素。 答：A.A.蛋白质的水溶液是一种比较稳定的亲水胶体蛋白质的水溶液是一种比较稳定的亲水胶体, ,这是因为蛋白质颗粒表面带有许多 极性基团,如一 NH2、-COOH、 -OH、 -SH、CONH2等,和水具有高度亲和性,当水与蛋白质相遇时, 就很容易被蛋白质吸引,在蛋白质颗粒外面形成一层水膜(又称水化层)。水膜的存在使蛋自 质分子不会聚集成大颗粒,因此蛋白质在水溶液中比较稳定而不易沉淀。 B.另一个原因是同一种蛋白质分子在非等电状态时带有相同电荷,使蛋白质颗粒之间相 互排斥，不致互相凝集沉淀。 2.概述酶催化的作用机制。 （使酶具有高催化效率的因素） 。 邻近效应与定向效应邻近效应与定向效应 邻近邻近( ( approximation)approximation)效应指酶与底物结合以后，使原来游离的底物集中于酶的活性效应指酶与底物结合以后，使原来游离的底物集中于酶的活性 部位部位, ,从而减小底物之间或底物与酶的催化基团之间的距离从而减小底物之间或底物与酶的催化基团之间的距离,使反应更容易进行，在酶的作 用下,酶活性部位的底物浓度将远远超过整个溶液体系中底物的平均浓度。 定向定向( ( orientation.)orientation.)效应指底物的反应基团之间、酶的催化基团与底物的反应基团之效应指底物的反应基团之间、酶的催化基团与底物的反应基团之 间的正确定位与取向所产生的增进反应速率的效应间的正确定位与取向所产生的增进反应速率的效应。所谓正确定位与取向,指的是两个发生 作用的化学基团以最有利于化学反应进行的距离和角度分布,化学基团的正确定位与取向通 过限制化学基团的自由度,拉近化学基团之间的距离,调整化学基团之间的角度,使化学基团 能够更有效地相互作用,从而提高了反应速率。 促进底物过渡态形成的非共价作用促进底物过渡态形成的非共价作用 当酶与底物结合后,酶与底物之间的非共价作用(如氢键、疏水相互作用等)可以使底物 分子围绕其敏感键发生形变形变( ( distortion),从而促进底物过渡态的形成,反应活化能被降低, 反应速率得以加快。在底物发生形变的同时,酶活性部位的构象也在底物的影响作用下发生 改变,二者的形变导致酶与底物更好地结合,形成一个互相契合的酶一底物复合物,并使酶能 更好地作用于底物。酶与底物过渡态的亲和力要远大于酶与底物或产物的亲和力酶与底物过渡态的亲和力要远大于酶与底物或产物的亲和力 这一原理 已经被人们的科研与生产实践所证明, 例子例子： 例如制备抗体酶的时候,所使用的半抗原不是底物类似物,而是底物过渡态类似物, 原因在于只有用底物过渡态类似物做半抗原,诱导出的抗体酶活性部位的构象才最有可能与 底物过渡态互补,从而具有催化活性。 酸碱催化酸碱催化 酸碱催化酸碱催化(acid-(acid- basebase catalysis)catalysis)指催化剂通过向反应物提供质子或从反应物接受质指催化剂通过向反应物提供质子或从反应物接受质 子子, ,从而稳定过渡态从而稳定过渡态, ,降低反应活化能降低反应活化能, ,加速反应的一类催化机制加速反应的一类催化机制。酸碱催化可分为狭义的酸 碱催化和广义的酸碱催化,狭义的酸碱催化指水溶液中通过质子和氢氧根离子进行的催化狭义的酸碱催化指水溶液中通过质子和氢氧根离子进行的催化; ; 广义的酸碱催化指通过质子、氢氧根离子以及其他能提供质子或接受质子的物质进行的催广义的酸碱催化指通过质子、氢氧根离子以及其他能提供质子或接受质子的物质进行的催 化。化。 在生理条件下,因质子和氢氧根离子的浓度太低,因此生物体内的反应以广义的酸碱催 化为主,由酶活性部位的一些功能基团来完成提供质子或接受质子的任务,这些功能基团包 括谷氨酸谷氨酸/ /天冬氨酸残基侧链的羧基天冬氨酸残基侧链的羧基，赖氨酸残基侧链的赖氨酸残基侧链的（氨基氨基) )，精氨酸残基侧链的胍基精氨酸残基侧链的胍基、 组氨酸残基侧链的咪唑基等组氨酸残基侧链的咪唑基等, ,这些侧链基团能在接近中性 pH 的生理条件下,作为催化性的质 子供体或受体,参与酸碱催化作用。 有代表性的是组氨酸有代表性的是组氨酸, ,其咪唑基的其咪唑基的 pKpK 值约为值约为 6 6，在生理条件下以酸碱各半的形式存在，在生理条件下以酸碱各半的形式存在, , 这表明咪唑基即可作为质子供体这表明咪唑基即可作为质子供体, ,又可作为质子受体在酶反应中发挥催化作用又可作为质子受体在酶反应中发挥催化作用, ,同时咪唑基同时咪唑基 接受质子和供出质子的速率相当大接受质子和供出质子的速率相当大, ,由于咪唑基具有这种特点由于咪唑基具有这种特点, ,因此组氨酸残基虽然在酶分因此组氨酸残基虽然在酶分 子中含量很少子中含量很少, ,但在酶的催化功能中占据重要地位。但在酶的催化功能中占据重要地位。 陕西师范大学生物化学答案解析 2 共价催化共价催化 共价催化( covalent catalysis)指催化剂通过与底物形成相对不稳定的共价中间复合 物,改变了反应历程,由于新历程所需活化能更低,因此反应速率得以提高。其具体机制分亲亲 核催化与亲电催化两种核催化与亲电催化两种,亲核催化指催化剂作为提供电子的亲核试剂攻击反应物的缺电子亲核催化指催化剂作为提供电子的亲核试剂攻击反应物的缺电子 中心中心，与反应物形成共价中间复合物与反应物形成共价中间复合物; ;亲电催化指催化剂作为吸取电子的亲电试剂攻击反应亲电催化指催化剂作为吸取电子的亲电试剂攻击反应 物的负电中心，与之形成共价中间复合物。物的负电中心，与之形成共价中间复合物。 酶中参与共价催化的基团主要包括组氨酸残基侧链的咪唑基、 半胱氨酸残基侧链的巯基， 丝氨酸残基侧链的羟基等,它们一般作为亲核试剂攻击底物的缺电子中心,形成共价中间复 合物。 例子：例如在甘油醛例子：例如在甘油醛-3-3-磷酸脱氢酶的催化机制中磷酸脱氢酶的催化机制中, ,其半胱氨酸的巯基攻击底物的酰基形其半胱氨酸的巯基攻击底物的酰基形 成酰基一酶共价中间复合物成酰基一酶共价中间复合物, ,所形成的不稳定的共价中间复合物被第二种底物攻击后所形成的不稳定的共价中间复合物被第二种底物攻击后, ,迅速迅速 分离出游离的酶并给出反应产物。分离出游离的酶并给出反应产物。 金属离子催化金属离子催化 在需要金属离子的酶促反应中,金属离子可通过多种途径参加催化过程。 例如：a.a.金属离子可提高水的亲核性能金属离子可提高水的亲核性能。 b.b.金属离子可通过静电作用屏蔽负电荷金属离子可通过静电作用屏蔽负电荷, ,例如多种激酶的真正底物是 Mg 2+-ATP 复合 物,镁离子静电屏蔽 ATP 磷酸基的负电荷,使其不会排斥亲核基团的攻击; c.c.金属离子可通过结合底物为反应定向金属金属离子可通过结合底物为反应定向金属 d.d.离子可在氧化还原反应中起传递电子的作用等。离子可在氧化还原反应中起传递电子的作用等。 综上：综上：以上几种影响酶催化效率的作用因素之间是平行并列的关系,它们在不同方面以及酶 与底物作用的不同阶段起作用,使酶能够提高化学反应速率,在实际的酶促反应中,这些作用 因素可协调地配合在一起产生效果。酶的活性部位一般都含有多个起催化作用的基团,这些 基团在空间有特殊的排列和取向,可以通过协同的方式作用于底物,从而提高底物的反应速 率。一种酶的催化作用常常是多种催化机制的综合作用,这是酶具有高效性的重要原因。 3.什么是核酸杂交？有何应用价值？ 答：退火条件下答：退火条件下, ,不同来源的不同来源的 DNADNA 互补区形成双链互补区形成双链, ,或或 DNADNA 单链和单链和 RNARNA 单链的互补区形单链的互补区形成成 DNA-RNADNA-RNA 杂合双链的过程称分子杂交。杂合双链的过程称分子杂交。 核酸分子杂交广泛用于测定基因拷贝数、基因定位、确定生物的遗传进化关系等。核酸分子杂交广泛用于测定基因拷贝数、基因定位、确定生物的遗传进化关系等。通 常对天然或人工合成的 DNA 或 RNA 片段进行放射性同位素或荧光标记,做成探针探针,经杂交后， 检测放射性同位素或荧光物质的位置,寻找与探针有互补关系的 DNA 或 RNA。 直接用探针与菌落或组织细胞中的核酸杂交,因未改变核酸所在的位置,称原位杂交技原位杂交技 术术。将核酸直接点在膜上,再与探针杂交称点杂交点杂交，使用狭缝点样器时,称狭缝印迹杂交。狭缝印迹杂交。 该技术主要用于分析基因拷贝数和转录水平的变化该技术主要用于分析基因拷贝数和转录水平的变化, ,亦可用于检测病原微生物和生物亦可用于检测病原微生物和生物 制品中的核酸污染状况。制品中的核酸污染状况。 杂交技术较广泛的应用是将样品 DNA 切割成大小不等的片段,经凝胶电泳分离后,用杂 交技术寻找与探针互补的 DNA 片段。由于凝胶机械强度差,不适合于杂交过程中较高温度和 较长时间的处理, Southern 提出一种方法,将电泳分离的 DNA 片段从凝胶转移到适当的膜 (如硝酸纤维素膜或尼龙膜)上,再进行杂交操作,称称 SouthernSouthern 印迹法印迹法(Southern blotting)， 或 SouthernSouthern 杂交杂交( Southern hybridization)技术技术。随后, 将电泳分离后的变性 RNA 吸印 到适当的膜上再进行分子杂交的技术,被称为 NorthernNorthern 印迹法印迹法( Northern blotting),或 NorthernNorthern 杂交杂交( Northern hybridization)。 SouthernSouthern 杂交和杂交和 NorthernNorthern 杂交广泛用于研究基因变异杂交广泛用于研究基因变异, ,基因重排基因重排,DNA,DNA 多态性分析和多态性分析和 疾病诊断。疾病诊断。 陕西师范大学生物化学答案解析 3 杂交技术和 PCR 技术的结合,使检出含量极少的 DNA 成为可能。促进了杂交技术在分子 生物学和医学领域的广泛应用。 DNADNA 芯片芯片( ( DNADNA chip)chip)技术技术, ,或或 DNADNA 微阵列微阵列( ( DNADNA microarray)microarray)也是以核酸的分子杂交为也是以核酸的分子杂交为 基础的基础的。 其要点是用点样或在片合成的方法,将成千上万种相关基因(如多种与癌症相关的基 因)的探针整齐地排列在特定的基片上,形成阵列,将待测样品的 DNA 切割成碎片,用荧光基 团标记后,与芯片进行分子杂交,用激光扫描仪对基片上的每个点进行检测。 若某个探针所对 应的位置出现荧光,说明样品中存在相应的基因。由于一个芯片上可容纳成千上万个探 针,DNA 芯片可对样本进行高通量的检测。 4.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：一些化学物质可以抑制氧化磷酸化,根据其作用机制,主要分为 4 类。 呼吸链阻断剂呼吸链阻断剂： 呼吸链阻断剂可以降低或完全中断质子和电子的传递， 使质子很难或 不能转移到膜间隙,因而氧化磷酸化的速度也会降低。 若阻断剂如氰化物和 CO 在呼吸链的下 游阻断,即会完全中断电子传递和氧化磷酸化,生物体会因得不到可利用的能量而致死,这类 抑制剂的特点是,耗氧量和 ATP 生成量同步下降。 例如抑制剂鱼藤酮鱼藤酮(rotenone)(rotenone)和安密妥和安密妥( amytal)可切断 NADH 和 CoQ 之间的电子流,鱼 藤酮是植物来源的杀虫剂,有极强的毒性。抗霉素抗霉素 A A( antimycin)可切断细胞色素 b 至 c1链 上的电子流,氰化物氰化物( ( cyanide,CN -)、CO CO( carbon monoxide)是阻断细胞色素 aa3至氧的电子 传递抑制剂,萎锈灵萎锈灵( carboxin)可切断 FADH2呼吸链中 FADH2与 CoQ 之间的电子流。 解偶联剂：解偶联剂：这类物质如 2,4-2,4-二硝基苯酚二硝基苯酚可以在膜间隙结合质子,穿过内膜,将质子转 移到线粒体基质,降低或消除内膜两侧的电化学势,因此而抑制 ATP 的合成。 在电化学势被降 低的情况下,呼吸链将质子转移到内膜外侧会更加容易。 因此,解偶联剂作用的结果是耗氧量 增加，而 ATP 生成量则下降。 离子载体类抑制剂：离子载体类抑制剂：这类抑制剂可将一价阳离子从膜间隙转移到线粒体基质,降低内 膜两侧的电位差,因此抑制 ATP 的合成。如缬氨霉素缬氨霉素可以将K +离子从膜间隙转移到线粒体基 质,短杆菌肽短杆菌肽可以将K +、Na+及其他一价阳离子从膜间隙转移到线粒体基质,因而抑制氧化磷 酸化。这类抑制剂与解偶联剂一样,使线粒体的耗氧量增加,而 ATP 生成量则下降。 质子通道阻断剂质子通道阻断剂：这类抑制剂可阻断 ATP 合酶的质子通道,从而抑制 ATP 的合成，寡寡 霉素霉素就是通过这一机制抑制氧化磷酸化的。在这类抑制剂的作用下,质子不能返回线粒体基 质,呼吸链将质子转移到内膜外侧会面临更大的电化学势。因此,其作用的特点是耗氧量和 ATP 生成量同步下降。 5.简述 DNA 双螺旋结构的要点及使其结构稳定的主要原因， 论述 DNA 双螺旋结构 模型的提出对现代生命科学的意义。 答： （1 1）这个模型显示）这个模型显示 DNADNA 双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点: : (1)(1)两条反向平行的多核苷酸链形成右手双螺旋两条反向平行的多核苷酸链形成右手双螺旋DNA 分子是由两条多核苷酸链,一条 链为 35,另一条链为 53,它们平行地围绕同一个中心轴盘绕,形成一个右手的双螺旋。 (2)(2)大沟和小沟大沟和小沟DNA 的两条多核苷酸链之间有两条螺旋形的凹槽,一条深而且宽,称大 沟(majogroove),也称深沟,另一条浅而且窄,称小沟( minor groove),也称浅沟。这些沟对 DNA 和蛋白质的相互识别是很重要的。 (3)(3)碱基、糖和磷酸的位置碱基、糖和磷酸的位置碱基位于螺旋的内部,而脱氧核糖和磷酸位于螺旋的外侧, 它们组成多核苷酸链的骨架。碱基的平面与中心轴垂直,而糖的平面与碱基也几乎垂直。 (4)(4)螺旋参数螺旋参数双螺旋的直径是 2nm,两个相邻的碱基对之间的距离(即碱基堆积距离) 陕西师范大学生物化学答案解析 4 为 0.34mm,每 10 个核苷酸形成螺旋的一转,每一转的高度(即螺距)为 3.4nm。 (5)(5)碱基对碱基对两条多核苷酸链由碱基对之间的氢键相连,根据分子模型的计算,一条链上 的嘌呤必定与另一条链上的嘧啶配对,其距离正好与双螺旋的直径相吻合。根据碱基构象研 究的结果,只有 A 与 T 配对,形成两个氢键;G 与 C 配对,形成三个氢键。这种碱基之间的配对 关系称作碱基互补。 (6)(6)核苷酸序列核苷酸序列DNA 双螺旋结构对多核苷酸链上碱基的序列没有任何限制,每链可含 有腺苷酸、鸟苷酸、胞苷酸及胸苷酸等 4 种核苷酸,但各种核苷酸的排列次序是极复杂和多 样化的。双核苷酸链模型虽不表示链中核苷酸的排列次序,但表示了两链必须具有相对应的 碱基排列次序。由于碱基互补,一条链的碱基序列被确定后,即可决定另一条互补链的序列。 碱基互补具有重要的生物学意义,它是 DNA 复制、转录和反转录等的分子基础。 （2 2）DNADNA 双螺旋结构是很稳定的双螺旋结构是很稳定的, ,主要有主要有 3 3 种作用力种作用力 氢键氢键在双螺旋中,A、T 之间有 2 个氢键,G、C 之间有 3 个氢键,G、C 对比 A、T 对更 稳定,DNA 双螺旋结构的稳定性与 G+C 的百分含量成正比。 碱基堆积力碱基堆积力( base stacking force)碱基(嘌呤和嘧啶)形状扁平,是疏水性的,分布 于螺旋的内侧,大量邻近碱基对的堆积,使其内部形成一个强大的疏水区,与介质的水分子隔 开,这种现象称疏水相互作用。 此外,堆积的碱基对间存在范德华力。碱基堆积力的实质是疏水相互作用和范德华力, 它对维持 DNA 双螺旋结构起主要作用。 离子键离子键磷酸基上的负电荷与介质中阳离子之间形成的离子键,可以有效地屏蔽磷酸 基之间的静电斥力。在体内的天然状态下,带正电荷的蛋白质可以中和负电荷。 6.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：酶的活性部位又称酶的活性中心酶的活性部位又称酶的活性中心( active center)是指酶分子中能同底物结合并起 催化反应的空间部位。一个酶的活性部位是由结合部位( binding site)和催化部位 ( catalytic site)所组成。前者直接同底物结合,它决定酶的专一性,也就是说决定同何种 底物结合；后者直接参加催化,它决定所催化反应的性质。 一个酶的活性部位不是一个点、 一条线或一个面,而是一个三维结构,组成活性部位的氨 基酸残基或残基组可能位于同一肽链的不同部位,也可能位于不同的肽链上。 酶活性部位的氨基酸残基在一级结构上可以相距很远,但通过肽链的盘曲折叠,在空间 结构上都处于十分邻近的位置。 酶分子构象的完整性是酶活力所必需的。 如果因酶蛋白变性, 立体构象被破坏,活性位即随之破坏，酶就失其活性。 活性部位的研究方法：活性部位的研究方法： 探测酶分子中哪些氨基酸残基属于活性部位的方法有切除法探测酶分子中哪些氨基酸残基属于活性部位的方法有切除法、化学修饰法化学修饰法、X X 射线衍射射线衍射 法和定点诱变法。法和定点诱变法。 切除法切除法即用专一性酶将被测酶分子的肽链切去一段即用专一性酶将被测酶分子的肽链切去一段, ,然后测其剩余肽段有无活性然后测其剩余肽段有无活性。 如仍有活性如仍有活性, ,则表示被切去的一段与该酶的活性部位无关。则表示被切去的一段与该酶的活性部位无关。例如从卵清溶菌酶 N 端切去 34 个氨基酸残基也不影响其活力,说明溶菌酶的第 1-34 氨基酸残基与其活性部位无关。如将 Glu35 一并切去,酶即失去活力,则说明 Glu35 是该酶活性部位的组分。 化学修饰法化学修饰法通常是用酶抑制剂与酶分子的某一氨基酸残基的侧链功能团结合作为通常是用酶抑制剂与酶分子的某一氨基酸残基的侧链功能团结合作为 标记后标记后, ,测定标记后酶活力的变化测定标记后酶活力的变化, ,即可判断被标记的氨基酸残基是否属于该酶的活性部位即可判断被标记的氨基酸残基是否属于该酶的活性部位 基团。基团。例如二异丙基氟磷酸(简称 DFP)在接近中性条件下,能标记(即结合)在胰凝乳蛋白酶 的 Ser195 残基上使其失活；N-对甲苯磺酰苯丙氨酰氯甲基酮(简称 TPCK)在中性条件下能 标记在胰凝乳蛋白酶的 His57 残基上使酶失活。这就说明了由 DFP 标记的 Ser195 和由 TPCK 标记的 His57 都是共同构成胰凝乳蛋白酶的活性部位的氨基酸残基。 陕西师范大学生物化学答案解析 5 此外碘乙酸易与含-SH 的化合物作用,凡是可以被碘乙酸抑制的酶,它们的活性部位必 然与含一 SH 的 Cys 有关,如甘油醛-3-磷酸脱氢酶的活力可以被碘乙酸抑制。 X X 射线衍射法射线衍射法X X 射线衍射法能测定酶一底物复合物的三维结构射线衍射法能测定酶一底物复合物的三维结构, ,可直接探明酶结合可直接探明酶结合 部位的三维结构部位的三维结构。在知道了酶一底物的三维结构后在知道了酶一底物的三维结构后, ,就可看出酶同底物的结合情况以及哪些就可看出酶同底物的结合情况以及哪些 基团参加了这个结合。基团参加了这个结合。但 X 射线只适用于结晶的蛋白质。 定点诱变法定点诱变法定点诱变是近年来遗传工程的一大发展,也是评价酶分子中特定氨基酸 作用的一种新的非常有效的方法,是经体外诱导作用使编码蛋白质基因的特定部位发生突是经体外诱导作用使编码蛋白质基因的特定部位发生突 变的过程变的过程。 将胰蛋白酶 Asp102 诱变为 Asn102,突变的 Kcat 比野生型低 5000 倍,可见 Asp102 对胰蛋白酶催化活性是必需的。 7.概述影响 Tm 值得因素。 答：影响 Tm 的因素 G-G-C C对含量对含量G-C对含3个氢键,A-T对含2个氢键,故G-C对相对含量愈高,Tm亦愈高。 在 0.15mol/ L Nacl,0.015mol/L 柠檬酸钠溶液(1XSSC)中,经验公式为: (G+C)%=(Tm-69.3)2.44 溶液的离子强度溶液的离子强度离子强度较低的介质中,Tm 较低。 在纯水中,DNA 在室温下即可变性。 生物化学与分子生物学研究工作中,需核酸变性时,常采用离子强度较低的缓冲溶液。 溶液溶液的的 pHpH高 pH 下,碱基广泛去质子而丧失形成氢键的能力,pH 大于 11.3 时,DNA 完 全变性。 pH 低于 5.0 时,DNA 易脱嘌呤,对单链 DNA 进行电泳时,常在凝胶中加入 NaOH 以维持 变性状态。 变性剂变性剂甲酰胺、尿素、甲醛等可破坏氢键,妨碍碱基堆积,使 Tm 下降。对单链 DNA 进行电泳时,常使用上述变性剂。 DNADNA 的均一性的均一性均质 DNA( homogeneous DNA)如病毒 DNA 的 Tm 值一般在较小的温度范 围内,而异质 DNA( heterogeneous DNA)如细菌 DNA 的 Tm 值在较宽的温度范围内。因此,Tm 值可作为衡量 DNA 样品均一性的标准。 8.酮体是如何生成的？有何生理意义？酮体过多会造成什么问题？ 答： （1 1）酮体的生成：）酮体的生成： 脂酸在肝中氧化后可产生酮体(包括乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酮)。酮体的形成主要有 两种途径: 乙酰 CoA(包括来自脂酸-氧化及其他代谢来源的乙酰 CoA)缩合成乙酰乙酰 CoA。乙 酰 乙 酰 CoA 由 肝 HMG-CoAHMG-CoA 合 酶合 酶 作 用 生 成 中 间 产 物 - 羟 - - 甲 基 戊 二 酸 单 酰 COA(HMG-CoA),后者变为乙酰乙酸,乙酰乙酸还原成-羟丁酸或脱羧形成丙酮。 在饥饿或患糖尿病时,乙酰乙酰 CoA 在乙酰乙酰乙酰乙酰 CoACoA 还原酶还原酶催化下,也可被 NADPH 还 原成-羟丁酰 CoA。-羟丁酰 COA 经- -羟丁酰羟丁酰 COACOA 脱酰基酶脱酰基酶催化,生成-羟丁酸, 一 羟丁酸经一羟丁酸脱氧酶一羟丁酸脱氧酶催化,可逆地氧化成乙酰乙酸。 （2 2）生理意义：）生理意义： 酮体在正常血液中少量存在,是人体利用脂肪的一种正常现象。正常情况下、血液中 酮体浓度相对恒定,这是因为肝中产生的酮体可被肝外组织迅速利用,尤其是肾脏和心肌具 有较强的使乙酰乙酸氧化的酶系,其次是大脑。肌肉组织也是利用酮体的重要组织。 对于不能利用脂肪酸的脑组织来说,利用酮体作为能源具有重要意义。 在某些生理或病理情况下,如因饥饿将糖原耗尽后， 膳食中糖供给不足时,或因患糖尿 病而缺乏氧化糖的能力时,脂肪分解加速,肝中酮体生成增加,为肝外组织供能。 （3 3）酮体的去路：）酮体的去路： 陕西师范大学生物化学答案解析 6 在肝中有活力很强的生成酮体的酶,但缺少利用酮体的酶。肝线粒体内生成的酮体可迅 速透出肝细胞循血流输送至全身。 肝中形成的乙酰乙酸和-羟丁酸进入血液循环后送至肝外组织,主要在心脏，肾脏， 脑及肌肉中通过 TCA 循环氧化。 -羟丁酸首先氧化成乙酰乙酸， 然后乙酰乙酸在- -酮脂酰酮脂酰 辅酶辅酶 A A 转移酶转移酶( (在心肌、骨骼肌、肾、肾上腺组织中)或乙酰乙酸硫激酶乙酰乙酸硫激酶(骨骼肌、心及肾等 组织中)的作用下,生成乙酰乙酰辅酶 A,再与第二个分子辅酶 A 作用形成两分子乙酰辅酶 A, 乙酰辅酶 A 可进入三羧酸循环途径氧化。 酮体的另一化合物丙酮除随尿排出外,有一部分可直接从肺部呼出。丙酮在体内也可 转变成丙酮酸或甲酰基及乙酰基,丙酮酸可以氧化,也可以合成糖原。 如上所述,肝氧化脂肪酸时可产生酮体,但由于缺乏-酮脂酰辅酶 A 转移酶和乙酰乙酸 硫激酶,故不能利用酮体,而肝外组织则相反,在脂肪酸氧化过程中不产生酮体,却能氧化由 肝生成的酮体。 这样肝把碳链很长的脂肪酸分裂成分子较小,易被其他组织用以供能的酮体, 为肝外组织提供可利用的能源。 （4 4）酮体过多的后果：）酮体过多的后果： 在某些生理或病理情况下在某些生理或病理情况下, ,如因饥饿将糖原耗尽后，膳食中糖供给不足时如因饥饿将糖原耗尽后，膳食中糖供给不足时, ,或因患糖尿或因患糖尿 病而缺乏氧化糖的能力时病而缺乏氧化糖的能力时, ,脂肪分解加速脂肪分解加速, ,肝中酮体生成增加肝中酮体生成增加, ,超过了肝外组织氧化的能力超过了肝外组织氧化的能力。 又因糖代谢减少又因糖代谢减少, ,丙酮酸缺乏丙酮酸缺乏, ,可与乙酰辅酶可与乙酰辅酶 A A 缩合成柠檬酸的草酰乙酸减少，更减少酮体缩合成柠檬酸的草酰乙酸减少，更减少酮体 的去路的去路, ,使酮体积聚于血内成为酮血症使酮体积聚于血内成为酮血症。血内酮体过多血内酮体过多，由尿排出由尿排出，又形成酮尿又形成酮尿。酮体为酸酮体为酸 性物质，若超过血液的缓冲能力时，就可引起酸中毒。性物质，若超过血液的缓冲能力时，就可引起酸中毒。 9.简述蛋白质超螺旋二级结构的含义和常见的结构类型。 答：超二级结构(sup secondary structure )指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此 相互作用,形成有规则的,在空间上能辨认的二级结构组合体。常见的有, , ( Rossman 折叠), , -曲折和希腊图案拓扑结构等。随后,在研究蛋白质与核酸互作 用时发现的一些被称作模体( motif)的结构元件,如螺旋一转角-螺旋、 锌指、 亮氨酸拉链等, 也属于超二级结构。 (1)(1)结构结构是两个螺旋互相缠绕,以 14nm 的周期形成左手超螺旋， 两个螺旋靠疏 水侧链的疏水作用而互相结合,自由能很低,因此这种结构很稳定。 例子例子： 它存在于-角蛋白和原肌球蛋白等纤维状蛋白质中。 近年来在一些球状蛋白质中, 如烟草花叶病毒外壳蛋白、蚯蚓血红蛋白和细菌视紫红质等,亦发现较短的聚集体。 (2)结构结构是由两段平行的折叠通过一段螺旋连接而形成的结构， 最常见的是 两个聚集体连在一起形成结构,称 Rossmann 折叠， 它存在于许多球状蛋白质中,如 苹果酸脱氢酶、乳酸脱氢酶和枯草杆菌蛋白酶等。 ( (3)结构结构(结构结构) )结构是由两段反平行的折叠通过连接肽连接而成， 其连接肽 的长度通常为 2-4 个残基,这种结构称发夹结构。几个发夹可进一步组合成蛋白质结构中 常见的曲折和希腊钥匙结构。 10.概述糖酵解主要调控步骤的调控因子。 答：糖酵解的调控： 从单细胞生物到高等动植物都存在糖酵解过程,其生理意义主要是释放能量,使机体在 缺氧情况下仍能进行生命活动,酵解过程的中间产物可为机体提供碳骨架。糖酵解反应速度 主要受以下 3 种酶的调控。 1 1.果糖磷酸激酶是最关键的限速酶：果糖磷酸激酶是最关键的限速酶： a.ATP/AMP 比值对该酶活性的调节具有重要的生理意义。 当 ATP 浓度较高时,该酶几乎 陕西师范大学生物化学答案解析 7 无活性、酵解作用减弱;当 AMP 积累,ATP 较少时,酶活性恢复,酵解作用增强。 b.H+可抑制果糖磷酸激酶的活性,它可防止肌肉中形成过量乳酸而使血液酸中毒。 c.柠檬酸含量高,说明细胞能量充足,葡萄糖就无须为合成其前体而降解。 因此柠檬酸可 增加 ATP 对酶的抑制作用。 d.果糖 6 一磷酸在果糖磷酸激酶的催化下可磷酸化为果糖-2,6-二磷酸。 果糖-2,6-二磷 酸能消除 ATP 对酶的抑制效应,使酶活化。 2.2.己糖激酶活性的调控：己糖激酶活性的调控： G-6-P 是该酶的别构抑制剂。果糖磷酸激酶活性被抑制时,可使 G-6-P 积累,酵解作用减 弱。然而,因 G-6-P 可转化为糖原及戊糖磷酸,因此己糖激酶不是酵解过程关键的限速酶。 3.3.丙酮酸激酶活性的调节：丙酮酸激酶活性的调节： a.果糖-1,6-二磷酸是该酶的激活剂,可加速酵解速度。 b.丙氨酸是该酶的别构抑制剂。 酵解产物丙酮酸为丙氨酸的生成提供了碳骨架。 丙氨酸 抑制丙酮酸激酶的活性,可避免丙酮酸的过剩。 c.ATP、乙酰 CoA 等也可抑制该酶活性,减弱酵解作用。 11.列述核苷酸从头合成的抗代谢物。 答：核苷酸的抗代谢物是指一些人工合成的嘌呤，嘧啶及其核苷或核苷酸的结构类似核苷酸的抗代谢物是指一些人工合成的嘌呤，嘧啶及其核苷或核苷酸的结构类似 物，或参与核苷酸合成过程的某些氨基酸或叶酸的结构类似物。物，或参与核苷酸合成过程的某些氨基酸或叶酸的结构类似物。它们可以竞争性地抑制核 苷酸合成代谢的某些酶,或者以假乱真地干扰或阻断核苷酸的合成,进而抑制核酸与蛋白质 的生物合成。 1.1.嘌呤类似物：嘌呤类似物： 嘌呤类似物有嘌呤类似物有 6-巯基嘌呤（巯基嘌呤（6MP)、6-巯基鸟嘌呤、巯基鸟嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤等氮杂鸟嘌呤等,其中其中 6 一巯基嘌呤一巯基嘌呤 在临床上使用较多。在临床上使用较多。 6MP 的化学结构与次黄嘌呤相似,唯一不同的是分子中 C-6 由巯基取代了羟基。6MP 可 在细胞内生成 6MP 核苷酸,并抑制 IMP 转变为 AMP 及 GMP 的反应。6MP 核苷酸由于结构 与 IMP 相似,可以反馈抑制 PRPP 酰胺基转移酶， 从而阻断嘌呤核苷酸的从头合成。 此外 6MP 还能竞争性抑制 HGPRT 的活性,阻止嘌呤核苷的补救合成。 2.嘧啶类似物：嘧啶类似物： 嘧啶类似物主要有嘧啶类似物主要有 5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶(5-Fura)、 5-氟胞嘧啶和氟胞嘧啶和 5-氟乳清酸等氟乳清酸等,因为氟的范德华半 径为 0.135nm,与氢的范德华半径 0.12nm 近似,故氟尿嘧啶类似于 U。 5-氟尿嘧啶能作为 U 的 类似物掺入 RNA,但不能掺入 DNA。5 一氟尿嘧啶进入体内后能先转变成核糖核苷酸 (F-UMP),再转变成脱氧核糖核苷酸( F-dUMP),后者能抑制胸腺嘧啶核苷酸合成酶,使细胞缺 乏 DNA 合成必需的 dTTP,从而显示出抗癌效力。5-氟尿嘧啶能被正常细胞分解为-氟一一 氨基丙酸,但癌细胞则不能分解 5-氟尿嘧啶。故 5-氟尿嘧啶能够选择性抑制癌细胞生长,对正 常细胞则影响较小,被广泛地用于恶性肿瘤的治疗。 3.核苷类似物：核苷类似物： 有一些改变了核糖结构的嘧啶核苷类似物,例如,阿糖胞苷(ARAC)和环胞苷也是重要的 癌药物。ARAC 抑制 CDP 还原成 dCDP，也能影响 DNA 的合成。 4.谷氨酰胺和天冬氨酸类似物：谷氨酰胺和天冬氨酸类似物： 重氮丝氨酸、阿雪维菌素及重氮丝氨酸、阿雪维菌素及 6 一重氮一重氮-5 一氧正亮氨酸与谷氨酰胺结构相似一氧正亮氨酸与谷氨酰胺结构相似，可抑制核 苷酸合成中有谷氨酰胺参与的反应,因而可干扰 IMP、GMP 及 CTP 的从头合成,因而对某些 陕西师范大学生物化学答案解析 8 肿瘤的生长有抑制作用。同样,天冬氨酸类似物,如羽田杀菌素可强烈抑制腺苷酸合成酶的活 性,阻止琥珀酸天冬氨酸掺入反应。由于这类抗癌药物副作用较大,临床上使用不多。 5.叶酸类似物：叶酸类似物： 氨基蝶呤及氨甲基蝶呤氨基蝶呤及氨甲基蝶呤(MTX),都是叶酸的类似物都是叶酸的类似物，能竞争性抑制二氢叶酸还原酶,使叶 酸不能还原为 FH2及 FH4。因此，嘌呤合成时来自一碳单位的 C-8 和 C-2 得不到供应,从而 抑制嘌呤核苷酸的合成。另外，嘧啶核苷酸合成时,胸苷酸合酶催化 dUMP 转变为 TMP,FH4 被氧化成 FH2,若抑制 FH2还原酶活性,便会阻碍 FH2再生成 FH4,抑制胸苷酸的合成。 抗代谢物均有较强的副作用,某些增殖速度较快的正常细胞,如肠黏膜上皮细胞、造血细 胞、免疫细胞等,DNA 合成也很活跃,对这类核苷酸抗代谢物也较敏感。因此,上述药物共同 的局限性是产生胃肠反应、造血系统抑制和免疫系统抑制等严重的毒副作用。此外,肿瘤细 胞还可以对抗癌药产生抗药性,例如,经 MTX 长期作用的抗性细胞中编码 FH2还原酶的基因 得到选择性扩增,每个细胞中这种 DNA 的拷贝数可扩增数倍。因此,用抗代谢物治疗疾病要 根据病情合理地选择和使用药物,并着力开发药效好、副作用小的抗代谢物。 12.写出米氏方程，叙述米氏常数 Km 的意义。 答：由米氏方程式可推导出以下规律： 当SKm 时,则米氏方程式变为 v=VmaxS/Km,由于 Vmax 和 Km 为常数,两者的比 值可用常数 K 表示,因此 v=KS,它表明底物浓度很小的时候,反应速率与底物浓度成正比,其 关系与一级反应动力学相符; 当SKm 时,则米氏方程式变为 v=Vmax,它表明底物浓度远远过量时,反应速率达到 最大值,它与底物浓度的关系与零级反应动力学相符; 当S=Km 时,由米氏方程式得 v=Vmax/2。这意味着当底物浓度等于 Km 时,反应速率 为最大反应速率的一半。 由此可以看由此可以看出出 Km 的物理意义的物理意义,即即 Km 值是反应速率为最大值的一半时的底物浓度值是反应速率为最大值的一半时的底物浓度。 Km 单位为单位为 mol/L。 Km 的重要意义是的重要意义是: Km 不是 ES 的单独解离常数,而是 ES 在参加酶促反应中整个复杂化学平衡的解离常 数,因为在一种酶促反应中,不是只有一种中间产物 ES 生成,而可能有一系列的 ES 生成。Km 代表整个反应中底物浓度和反应速率的关系。 在严格条件下,不同酶有不同的 Km 值,因而它是酶的重要物理常数,可通过测定 Km 值 鉴定不同的酶类。Km 值受底物、pH、温度和离子强度等因素的影响,所以 Km 是一个重要 的物理常数是对一定的底物、pH、温度和离子强度等而言的。 一种酶如可以作用于几种底物,就有几个 Km 值,其中 Km 值最小的底物称为该酶的最 适应物。酶通常是根据最适底物来命名的。如蔗糖酶既可催化蔗糖分解(Km=28mmol/L),也 可催化棉子糖分解(Km=350mmol/L),因为前者是最适底物,故称为蔗糖酶。 当速率常数 k2比 k3大很多时,Km 表示 ES 的亲和力。Km 值高表示 E 与 S 的亲和力 弱,Km 值低时表示亲和力强。 13.什么是 DNA 变性，DNA 变性后理化性质有何变化？ 陕西师范大学生物化学答案解析 9 答： 双链核酸的变性指双螺旋区氢键断裂,空间结构破坏,形成单链无规线团状态的过程。 变性只涉及次级键的变化,磷酸二酯键的断裂称核酸降解。 核酸变性后,260nm 的紫外吸收值明显增加,即产生增色效应。同时黏度下降，浮力密度 升高。生物学功能部分或全部丧失，这些性质可用于判断核酸变性的程度。凡可破坏氢键, 妨碍碱基堆积作用和增加磷酸基静电斥力的因素均可促成变性作用的发生。 1,简述 RNA 生物功能的多样性。 答：RNA 的生物功能 1.RNA 与蛋白质的生物合成：与蛋白质的生物合成： 蛋白质的生物合成与 RNA 有密切的关系,凡是蛋白质合成旺盛的器官、 组织或者细胞往 往都含有大量的 RNA,说明蛋白质的合成与 RNA 有关。后来知道 3 种 RNA(mRNA、tRNA 和 rRNA)都参与了蛋白质的生物合成。 (1) mRNA 与遗传密码与遗传密码mRNA 是根据碱基互补原则从 DNA 上转录下来的,由 3 个连续 的核苷酸代表一种氨基酸。所以遗传密码实际上就是指 mRNA 中核苷酸的序列和蛋白质中 氨基酸序列之间的关系,mRNA 中对应于氨基酸的核苷酸序列就称为遗传密码( genetic code)。 mRNA上3个相邻的核苷酸序列作为一个密码单位,称作密码子(codon),也称三联体密码 (tripletde)。一个密码子就代表一种氨基酸。 64 种密码子,除了 3 个终止密码子(UAA、UAG、UGA)外,其余 61 种密码子代表了 20 种 氨基酸,其中 AUG 不仅是甲硫氨酸的密码子,也是起始密码子。 mRNA 的主要功能是传递遗传信息。将的主要功能是传递遗传信息。将 DNA 的遗传信息转录下来的遗传信息转录下来,然后把它携带到核然后把它携带到核 糖体上糖体上,在那里以密码的方式控制着蛋白质分子中氨基酸的排列顺序在那里以密码的方式控制着蛋白质分子中氨基酸的排列顺序,作为蛋白质合成的直作为蛋白质合成的直 接模板。接模板。mRNA 很不稳定很不稳定,当它不再被用来作模板时当它不再被用来作模板时,很快就被分解。很快就被分解。 (2) tRNA 的作用的作用：tRNA 的种类很多,分子大小也不一样,组成蛋白质的 20 种氨基酸, 每种至少有一个相应的 tRNA。tRNA 在蛋白质合成中的作用是将遗传密码转译成相应的氨 基酸,并将它的对象氨基酸携带到合成蛋白质的 “工厂” 核糖体,按照 mRNA 的密码序列 “图 纸”装配成多肽。tRNA 要完成这一任务,必须能识别氨基酸和遗传密码。 (3)rRNA 的作用：的作用：rRNA 是核糖体的主要组成成分,而核糖体是蛋白质合成的场所, 从第一个肽键的形成以及陆续加接氨基酸形成肽链,这全过程自始至终均在核糖体中进行。 核糖体除了作为蛋白质合成的场所外,还协助和参与蛋白质的合成。 作为核糖体的主要成分 rRNA 在核糖体结构的形成和功能方面都起着重要作用。如 rRNA 和核糖体的蛋白质相互作用以维持核糖体的空间结构。大肠杆菌 16S rRNA 在识别的 mRNA 上的多肽合成起始位点中十分重要,23S rRNA 具有肽酰转移酶活性。 2.RNA 与遗传：与遗传： DNA 是基本遗传物质,但不是惟一的遗传物质。因为自然界中有少数生物如某些 RNA 病毒(烟草花叶病毒)只含 RNA,在这些生物中 RNA 取代了 DNA 作为遗传物质。 3.其他其他 RNA 与功能：与功能： 核小核小 RNA( small nuclear RNA, snRNA)主要存在于细胞核中，少数穿梭于核质之间， 或存在于细胞质中。snRNA 存在广泛,但含量不高,只占细胞 RNA 总量的 0.1%1%。 snRNA均与蛋白质连在一起,以核糖核蛋白( ribonucleoprotein, RNP)的形式存在。 U-RNP 陕西师范大学生物化学答案解析 10 在 hnRNA 的剪接和加工过程中有重要作用。其他 snRNA 在控制细胞分裂和分化,协助细胞 内物质运输,构成染色质等方面有重要作用。 核仁小核仁小 RNA( small nucleolar RNA, snoRNA)广泛分布于核仁区,主要参与 rRNA 前体 的加工,部分 snRNA 及 tRNA 中某些核苷酸的甲基化修饰也是由 snoRNA 指导完成的。 asRNA 和和 RNAi： 反反义义RNA( antisense RNA, asRNA) 可通过互补序列与特定可通过互补序列与特定的的mRNA结合结合,抑抑制制mRNA 的翻译。的翻译。asRNA 除主要在翻译水平抑制基因表达外,还可抑制 DNA 的复制和转录。 asRNA 的一个明显弱点是稳定性较差,使其应用受到很大的限制。用 RNA 抑制基因表 达时,若用一段与 asRNA 核苷酸序列互补的 RNA,与 asRNA 构成双链 RNA( dsRNA),其稳定 性大大增加,对基因表达的抑制作用比单链 RNA 高 2 个数量级。这种用双链 RNA 抑制特定 基因表达的技术称 RNA 于扰于扰（RNAi） 。 催化催化 RNA (catalitic RNA,cRNA ) 亦称核酶，是有催化功能的 RNA 分子。现在发现 的核酶大部分参加RNA的加工和成熟,但已发现可催化肽键合成的RNA,23S rRNA具肽酰转 移酶活性。 端粒酶端粒酶 RNA ( telomerase RNA) 端粒酶由 RNA 和蛋白质构成,其中的 RNA 是真核染 色体端粒复制的模板。 信号识别颗粒信号识别颗粒 (signal recognition particle,(SRP) RNA：是 SRP 的组成部分,与细胞 内蛋白质的转运有关。 微小微小 RNA( microRNA, miRNA) 由基因组 DNA 非编码区转录,长度约 22nt， 在基因表 达、细胞周期及个体发育的调控中发挥重要作用。 2.蛋白质合成后加工有哪些方式。 答：由 mRNA 翻译出来的多肽链，一般要经过各种方式的“加工处理”才能转变成为 有一定生物学功能的蛋白质。这些加工包括: N 端甲酰基或端甲酰基或 N 端氨基酸的切除端氨基酸的切除： 原核生物蛋白质的 N 端为甲酰甲硫氨酸,往往先被 脱甲酰基酶催化水解除去N端的甲酰基,然后在氨肽酶的作用下,再切去一个或多个N端氨基 酸。在真核生物中,N 端的甲硫氨酸常常在肽链的其他部分还未完全合成时就已经水解下来。 信号肽的切除信号肽的切除：某些蛋白质在合成过程中,在 N 端有一段 1530 个高度疏水的氨基 酸组成的信号序列即信号肽，用以引导合成的蛋白质前往细胞的固定部位。之后,这些信号 序列将在特异的信号肽酶作用下除去。 氨基酸的修饰：氨基酸的修饰：蛋白质中有些氨基酸不是由遗传密码直接编码的,而是在肽链合成 后,由专门的酶修饰形成的。如某些蛋白质的一些丝氨酸、苏氨酸及酪氨酸残基中的羟基,可 通过酶促磷酸化作用,生成磷酸丝氨酸、磷酸苏氨酸及磷酸酪氨酸残基。某些酶的活性就是 通过酶分子中特定丝氨酸羟基的磷酸化和去磷酸化而得以调节。 二硫键的形成二硫键的形成： 信使 RNA 中没有胱氨酸的密码子,二硫键是通过两个半胱氨酸的巯 基氧化形成的。二硫键在蛋白质空间构象的形成中起极大的作用。 糖链的连接：糖链的连接：在多肽链合成时或合成后,在酶的催化下,糖链可通过 N-糖苷键与肽 链中的天冬酰胺或谷氨酰胺的酰胺N相连,也可通过O-糖苷键与丝氨酸或苏氨酸的羟基O相 连,形成糖蛋白或蛋白聚糖。 陕西师范大学生物化学答案解析 11 蛋白质的剪切：蛋白质的剪切： 有些新生的多肽链要在专一性的蛋白酶作用下水解掉部分肽段后, 才能转变成有功能的蛋白质。如前胰岛素转变为胰岛素,前胶原转变为胶原,蛋白酶原转变为 蛋白酶等。 有些动物病毒的信使 RNA 则先翻译成很长的多肽链,然后再水解成许多个有功能 的蛋白质分子。 辅基的附加：辅基的附加：许多蛋白质的活性需要共价结合的辅基。这些辅基是在多肽链离开 核糖体后才与多肽链结合的。如乙酰 CoA 羧化酶与生物素的共价结合,以及细胞色素与血红 素的共价结合等。 多肽链的正确折叠多肽链的正确折叠：蛋白质的一级结构决定高级结构,即多肽链氨基酸顺序包含着 蛋白质高级结构的全部信息,所以合成后的蛋白质能自动折叠。然而细胞中不是所有的蛋白 质合成后