生物物理课后作业

1、生物物理（作业一）1. 什么是生物物理学？答：“生物物理学就是生命的物理学，或活体的物理学” 英国大百科全书，1973 “生物物理学是研究生命物质的物理性质、生命过程的物理和物理化学规律以及物理因素对生物系统作用机制的科学。” 自然科学学科发展战略调研报告-1995生物物理学是物理学与生物学相结合的一门交叉学科，是生命科学的重要分支学科和领域之一。 生物物理学是应用物理学的概念和方法研究生物各层次结构与功能的关系、生命活动的物理、物理化学过程和物质在生命活动过程中表现的物理特性的生物学分支学科。生物物理学旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的运动规律。本门课中讲述了分子、膜、电

2、磁、神经、辐射等生物物理的特性本质应用等。我相信，通过一个学期的学习我会真正的明白生物物理的含义，不是字面上的定义的理解，而是真正的了解这门学科。2. 为何蛋白质的含氮量能表示蛋白质相对量？实验中又是如何依此原理计算蛋白质含量的？答：蛋白质的种类很多，结构各异，但各种蛋白质的含氮量颇为接近，平均为16，因此测定蛋白质的含氮量就可推算出蛋白质含量。常用的公式为：蛋白质含量(克)=每克样品含氮克数6.25100。 3. 解释 “氨基酸等电点不是中性点”这句话的含义。答：氨基酸是两性电解质，氨基酸处于静电荷为零时的pH为该氨基酸的等电点。不同氨基酸的等电点不一样，中性氨基酸的酸性比它的碱性稍强些。在

3、纯水溶液中，中性氨基酸 呈微酸性，负离子浓度大于正离子浓度。故使其到等电点，需加酸，降低pH值。中性氨基酸等电点5.66.3，酸性氨基酸等电点为2.83.2；碱性氨基酸等电点为7.610.8。4. 组成蛋白质的氨基酸有多少种？如何分类？答：组成蛋白质的氨基酸有20种。根据氨基酸的相对位置，可以分为氨基酸、氨基酸、氨基酸等等；根据酸碱性可以分为中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。 生物物理（作业二）1. 举例说明蛋白质的四级结构。答：蛋白质四级结构是指蛋白质分子中具有完整三级结构的各亚基在空间排布的相对位置。例如血红蛋白质。它是由两个由141个氨基酸残基组成的亚基和两个由146个氨基酸残基组成的

4、亚基。四个亚基间共有8个非共价键，维系其四级结构的稳定性。各个亚基间相互作用与接触部位的布局所形成的立体排布，二个单体呈对角排列，形成特定的空间位置关系。它们之间以非共价键（包括氢键、疏水作用和盐键等）相连结。2. 举例说明蛋白质的变构效应。答：T型Hb分子第一个亚基与O2结合，引起构象变化，并引起第二、三、四个亚基与O2的亲和力依次增高，H b分子构象由T型变为R型。Hb随红细胞有血循环中往返肺（氧分压高，T型转变为R型）及其它组织（氧分压低，R型转变为T型）之间，H b的T型与R型不断变化。3. 什么是超二级结构和结构域？答：在蛋白质结构中，常常发现两个或几个二级结构单元被连接多肽连接起来

5、，进一步组合成有特殊的几何排列的局部空间结构，这些局域空间结构称为超二级结构。 结构域：由几个motifs结合排列或由一条长的多肽链折叠形成蛋白质亚基结构中的紧密球状的结构区域，它也是蛋白质的一个功能单位。4. 下载至少一种蛋白质（如：血红蛋白）的PDB。使用PDB Viewer等软件观察蛋白质结构特点。答：两种球蛋白（Glubulin)生物物理作业三一、常用的蛋白质分离纯化方法有哪几种？各自的原理是什么？答:常用的方法有：透析和超过滤、等电点沉淀、有机溶剂提取法、电泳、离子交换层析等。 1、透析和超过滤：透析是利用蛋白质分子不能透 过半透膜地性质,使蛋白质和其他小分子物质如无机盐,单糖,等分

6、开. 超过滤是利用压力或离 心力,强行使水和其他小分子溶质通过半透膜,而蛋白质被截留在膜上,以达到浓缩和脱盐的作用。 2、等电点沉淀：每种蛋白质都有自己的等电点, 而且在等电点时溶解度最低。3、有机溶剂提取法:与水互溶的有机溶剂(如甲醇、乙醇)能使一些蛋白质在水中的溶 解度显著降低;而且在一定温度、 值和离子强度下,引起蛋白质沉淀的有机溶剂的浓度不同, pH 因此,控制有机溶剂的浓度可以分离纯化蛋白质。4、电泳：在外电场的作用下,带电颗粒(如不处于等电点状态的蛋白 质分子)将向着与其电性相反的电极移动,这种现象称为电泳。 聚丙烯酰胺电泳是一种以聚。5、离子交换层析是以离子交换剂为固定相,依据流

7、动相中的组分离子与 交换剂上的平衡离子进行可逆交换时结合力大小的差别而进行分离的一种层析方法。 二、什么是核酸？怎样分类？各类中包括哪些类型？答: 核酸是由许多核苷酸单元所构成的高分子化合物.基本结构单位是核苷酸. 核酸的分类就是根据所含戊糖种类不同而分为核糖核酸和脱氧核糖核酸. 核糖核酸（RNA）含有的戊糖是核糖，含有的杂环碱有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧 啶. 脱氧核糖核酸（DNA）含有的戊糖是 2-脱氧核糖，含有的杂环碱有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞 嘧啶和尿嘧啶。三、DNA双螺旋结构模型的主要特点是什么？答:主要特点： 1、两条反向平行的 DNA 链，沿着一个轴向右盘旋成双螺旋体。 2、嘌呤与

8、嘧啶碱位于双螺旋的内侧. 磷酸与核酸在外侧, 彼此通过磷酸二酯键相连接, 形成 DNA 分子骨架。 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, 即碱基堆积距离为 0.34nm 两个核苷酸之间的夹角为 36 度 d 两条核苷酸链依靠彼此碱基之间形成的氢键相连系而结合在一起 e 碱基在一条链上的排列顺序不受任何限制。 4、双螺旋体一般不单独存在，而是与蛋白质以更复杂的形式结合，形成具有各种生理活性的核蛋白。四、维持DNA分子双螺旋结构的力是什么？答:主要是碱基堆积力，还有氢键，疏水作用，离子键。5、 为什么DNA制品应保存在较高浓度的缓冲液或溶液中？答: 高浓度的溶液离子强度

9、越低，一般来说离子强度较低的介质中，DNA 的熔解温度较低， 熔解温度范围较宽。所以 DNA 应该保存到较高浓度的缓冲液或溶液中。 生物物理作业四一、稳定蛋白质分子三维结构的作用力主要有哪些？答：氢键、范德华力、疏水作用、静电作用、二、根据蛋白质荧光特性，可将其分为哪几类?各有何特点？答：可分为三类：（1）、只含酪氨酸，不含色氨酸，荧光特性与酪氨酸相同。 （2）、含酪氨酸和色氨酸，荧光特性与色氨酸相似。 （3）、只含苯丙氨酸，荧光特性与苯丙氨酸相同。三、球蛋白分子运动类型主要有哪些？答：（1）、局部运动：生物大分子中原子涨落，氨基酸残基侧链运动，环与臂位移。 （2）、刚体运动：螺旋、结构域、亚

10、基的运动。 （3）、大尺度运动：蛋白质分子开闭的涨落、折叠与去折叠运动。 （4）、集体运动：弹性体方式、偶联的原子涨落、孤子与其它非线性运动。四、简述免疫球蛋白结构域之间绕铰链作刚性运动特性。 答：多域蛋白质中，结构域之间通过空间结构松散灵活的伸展肽连接。由于化学上牢固结合，空间结构松散，每个结构域可作为刚性的单位，作较大幅度相对自由运动。铰链连接肽的构象变化不大。五、什么是蛋白质工程？其研究主要内容是什么？答：根据蛋白质结构研究结果，设计一个新蛋白质的氨基酸序列，通过修饰编码原蛋白质DNA序列，最后创造出新的蛋白质叫做蛋白质工程。 研究主要 内容包括在体外改造已有的蛋白质， 化学合成新的蛋白

11、质， 通过基因工程手段改造已有的或 创建新的编码蛋白质的基因去合成蛋白质等。为获得的新蛋白具备有意义的新性质或新功能，常对已知的其他蛋白质进行模式分析或采取分子进化等手段。对现有蛋白质的改造，蛋白质构象预测，新蛋白质设计，以蛋白质为靶的药物设计等。主要分为两部分：分子设计和分子工程。六、简述PCR基本原理。答：1、双链DNA热变性产生两条单链，作为酶促合成的模板。 2、在较低温度下与两个人工合成的寡聚脱氧核糖核苷酸引物退火。 3、通过DNA聚合酶进行扩增反应，合成模板的互补链。 4、扩增结束后再经热变性、退火和扩增反应，使上轮扩增产物DNA成为追加模板再合成新的互补链。 5、循环往复，经过20

12、-30个反应周期，可使微量DNA模板经过扩增2n倍，（n为反应周期数）。 6、获得足够量的产物，产物长度根据引物设计的部位不同而不同，从几十到数千个碱基对。七、什么是分子伴娘？简述分子伴娘的主要功能和作用模型。答：在动物、植物 、细菌以及人类体内存在，分布广泛的蛋白质称为分子伴娘。主要功能：1、 蛋白质的生物合成：蛋白质N端在C端之前合成，如果合成的速度比折叠速度慢，N端在C端合成之前会与其本身或其它分子发生相互作用，在分子伴娘的作用下，可避免错误的快速折叠发生。2、 蛋白质的转运：新合成蛋白质出入各种细胞器的跨膜转运，通常以非折叠状态运输，定位后再折叠，在膜两侧必须有介导折叠和非折叠的分子伴

13、娘协助。 3、蛋白质功能的发挥：各种多聚体蛋白复合物正常功能发挥涉及亚基与亚基的相互作用变化，亚基接触区常会短暂暴露，在分子伴娘帮助下才能形成正常功能的多聚体结构。4、细胞器的发生：有些多肽由胞浆核糖体合成后再进入细胞器，再与细胞器内合成的其它多肽相互作用形成有活性的多聚体结构。新合成的蛋白亚基定位于某一细胞器之前，它们的结合倾向必须依靠分子伴娘的调节。5、应激反应：环境的压力常导致细胞内蛋白质变性形成失活的不溶性凝聚物。分子伴娘在动物细胞中防止凝聚物的出现或促进凝聚物解离。作用模型：分子伴娘作用于组装前的单体的折叠，组装过程本身并不依赖分子伴娘。与分子伴娘结合后自由能会发生变化，严格的自装配

14、不需要分子伴娘，辅助的自装配需要分子伴娘与装配。 生物物理作业五1、生物膜的基本结构特征是是什么？这些特征与它的生理功能有什么联系？答：基本结构特征：膜脂（磷脂、糖脂和固醇）、膜蛋白（整合蛋白、外周蛋白）、膜糖类（中性糖、氨基糖）。 磷脂双分子层：细胞的主体架构，将细胞内外分开，维持个体独立性 膜蛋白：一部分作为运输通道用于运送离子（K,Na等），另一部分作为支撑用（与磷脂一起构成骨架结构） 膜糖类：用于细胞识别，常用于免疫过程中吞噬细胞识别异己物质2、 简述内在蛋白和外在蛋白的定义、特点以及与膜脂作用的方式。答：整合蛋白（内在蛋白）1、定义：以不同深度镶嵌在脂质双分子层中，有些还横跨全膜的跨

15、膜蛋白叫作整合蛋白。2、特点：整合蛋白与膜结合牢固，只有用剧烈条件：如表面活性剂或有机溶剂破坏膜结构时，才能从膜上分离。但分离后常失去正常构型。去掉有机溶剂或表面活性剂时，整合蛋白能再聚合为水不溶性或与脂类形成膜结构。3、作用方式：大多数整合蛋白不溶于水，其疏水区域与脂双层中脂类分子疏水尾部相互作用亲水区域暴露在膜一侧或两侧表面。外在蛋白（外周蛋白）1、定义：大多数为水溶性的，通过与整合蛋白或脂类分子极性头部静电相互作用，而结合于膜内、外表面的蛋白质叫作外周蛋白。2、特点：外周蛋白与膜结合比较疏松，用温和方法在不破坏膜结构情况下可将其分离（如：增加pH，或离子强度）。3、作用方式：外周蛋白并不

16、直接嵌入到细胞膜内，而是作为一种可溶性蛋白通过盐键，二硫键等于内在蛋白、脂和糖相连接。3、从生物膜结构模型的演化说明人类对生物膜结构的认识过程？答：一共经过了5个阶段 1、脂质双分子层模型：1895年，Overton发现易溶于脂肪的物质容易穿透膜，1902年提出质膜由一层连续的脂类物质组成。1917年，Langmuir通过展层实验，提出脂单层设想。1925年，Gorter和Grendel研究红细胞质膜，首次提出质膜的基本结构是双脂分子层。 2、Davson-Danielli模型：1935年提出“蛋白质-脂质-蛋白质”三明治式细胞膜分子模型。1954年Danielli加以修改。 3、单位膜模型：

17、50年代末60年代初，英国伦敦大学Robertson在电镜下对各种生物膜进行观察，发现这些膜都呈三层式结构，中央为明线，两侧为暗线，明线厚约3.5nm，暗线厚约2nm，总厚约7.5 nm。 4、流动镶嵌模型：1972 年 Singer和 Nicolson提出。强调膜结构流动性生物膜中各种化学组分是高度不对称的。膜蛋白分子以镶嵌形式不同程度地与脂双层相结合，象一群孤岛一样无规则分散在脂质的海洋中，表面出分布的不对称性。脂双层中的内外两层脂类分子在分布上也是不对称的。 5、脂筏模型：由鞘磷脂和胆固醇构成，非离子去垢剂不溶解。4、简述细胞融合实验及现象。答：将人细胞用红色荧光标记 将小鼠细胞用绿色荧

18、光标记； 然后通过某种方法（如可以用电流刺激或用灭活的仙台病毒处理）使2个细胞融合为1个杂交细胞； 刚融合时 杂交细胞是一半红（来自人的细胞膜）一半绿（来自小鼠的细胞膜）的； 在37下培养40分钟后 再观察会发现红色和绿色的荧光混杂在一起无法区分。 细胞膜上的膜蛋白在膜脂分子双层内可以水平侧向运动。 生物物理作业（六）一、细胞的跨膜物质运输有哪些方式？答：（一）被动运输：指物质从高浓度一侧向低浓度放向的跨膜转运，这是一个不需要外界供给能量的自发过程。分为简单扩散和协助扩散。 1、简单扩散：小分子物质沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散，不需要提供能量，没有膜蛋白的协助。 2、协助扩散：指各种极性分子

19、和无机离子顺浓度梯度或电化学梯度减小放向的跨膜转运。不需要细胞提供能量，但在特异的膜蛋白的协助下，可使转运效率增加，转运的特异性增强。（二）主动运输：有载体蛋白所介导的物质逆着浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向浓度高的一侧进行跨膜转运的方式。需要能量，有钠钾泵、钙泵、质子泵、ABC转换器。（三）协同运输：协同运输是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。物质跨膜运输所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，二维持这种电化学势的是钠钾泵和质子泵。 1、同向运输：指物质运输方向与离子转移方向相同。 2、对向运输：指物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反。 （四）内吞与外排作用，需要能量。 1、内

20、吞作用：当细胞提取大分子或颗粒时，首先被摄入附着细胞表面，被一小部分质膜逐渐的包围，质膜凹陷然后分离形成细胞内的小囊，其中包含有被摄入的物质。内吞物质为固体称为吞噬作用：内吞物质为液体或溶质，称为胞饮作用。 2、外排作用：大分子物质通过形成小囊泡从细胞内部逐步移至细胞表面，小囊泡的膜与质膜融合，将物质排出细胞。 二、比较主动运输与被动运输的特点及其生物学意义？答：主动运输是又载体蛋白质所介导的物质逆着浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向浓度高的一侧进行跨膜转运的方式，其特点：1、逆浓度梯度（或化学梯度）扩散，2、需要提供能量（由ATP直接供能）或与释放能量的过程偶联（协同运输），并对代谢毒物敏

21、感3、都有载体蛋白，依赖于膜运输蛋白，4、具有选择性和特异性。被动运输是指物质从高浓度一侧向低浓度一侧的跨膜转运，分为简单扩散和协助扩散，特点是：1、沿浓度梯度（或化学梯度）扩散，2、不需要提供能量，3、在简单扩散方式下不需要膜蛋白协助，在协助扩散方式下，存在特异的膜蛋白协助，但不需要细胞提供能量。生物学意义：主动运输这种物质出入细胞的方式，能够保证活细胞按照生命活动的需要，主动的选择呼吸所需要的营养物质，排出新陈代谢产生的废物和对细胞有害的物质。被动运输的方式，虽然转运速度慢，但是不消耗能量，在细胞活动中节约大量能量。这两种方式分工合作，对于维持细胞内正常的生命活动，各项生命活动都有重要意义

22、。三、说明泵的工作原理和生物学意义？答：钠钾泵就是钠钾ATP酶，是膜中的内在蛋白，它将细胞中的钠离子泵出细胞外，同时又将细胞外的钾离子泵入细胞内。钠钾ATP酶是通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的改变，导致钠离子、钾离子的亲和力发生变化，在膜内侧钠离子与酶结合，激活ATP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化，构象发生变化，于是钠离子结合的部位专向膜外侧。这种磷酸化的酶对钠离子的亲和力低，对钾离子的亲和力高，因此在莫外侧释放钠离子而与钾离子结合。钾离子与磷酸化的酶结合后促使酶去磷酸化，酶的构象恢复原状，于是与钾离子结合的部位转向膜内侧，钾离子与酶的亲和力降低，使钾离子在膜内被释放，而又与钠离子结合，其

23、总的结果是每一循环消耗一个ATP，转运出三个钠离子，转进两个钾离子。生物学意义：钠钾泵的一个特性是它对离子子的转运循环依赖磷酸化过程，ATP上的一个磷酸基团转移到钠钾泵的一个天冬氨酸残基上，导致构象的变化，通过磷酸化来转运离子的离子泵就叫做P-lype。它在维持细胞的渗透压、保持细胞的体积和正常生理形态低钠高钾的细胞内环境，尤其是在神经中维持静息电位等过程中有重要意义。生物物理作业七1、 细胞的电学模型有哪些？答：并联电导模型、中心导体模型。2、 叙述生物组织的阻抗特性。答：在低频电流下，生物组织具有复杂的电阻性质。有的表现为欧姆电阻，即在一定范围内，其电压、电流呈线性关系；有的呈非线性关系，

24、其中还有对称性和非对称性。如细胞的变阻 作用等效为对称元件，细胞的整流作用则为非对称元件。 生物阻抗与生物机体或组织的体积变化有关。人体各组织和器官电阻率各不相同，同一组织器官的机能状态不同，电阻抗也不同。生物器官、组织因生命活动而伴有容积变化时，在生物体表可测得生物阻抗相对变化，称为生物器官和组织的阻抗图，如脑阻抗图、心阻抗图、肺阻抗图、肾阻抗图、肝阻抗图等。各阻抗图均可定义各自的特定参数，可用于临床判断正常与病变器官组织。三、叙述生物水的介电特性。答：生物体内，水不仅提供细胞的生存环境，还很大程度上决定着生物大分子构象和功能，影响生命活动中物质输运、能量转换和信息传递过程。 1、水的偶极矩

25、为1.84 D。（1D=3.33810-30Cm） 2、水分子OH键角为104.5，氢和氧原子平均间距0.0957nm。 3、水分子具有质子施主的能力，能与其它水分子、离子或生物大分子极性基团间形成氢键。 4、液态水氢键能为18.83 KJ/mol。氢键平均寿命10-11秒。5、水分子与其它离子或生物大分子之间以氢键相联系形成某种结构，这种状态的水为结构水。生物物理作业八1、 叙述电压钳的技术原理。答：控制跨膜电位，用负反馈线路将膜电位固定在实验希望的标定值，同时测量膜电流变化，再以电压与电流之比求出电导变化，用离子通道电导特性变化来描述生物膜电导的变化。 根据简化电缆模型，一小片膜的等效电路

26、如 图所示，因为 所以 令，即得出 只要固定膜电位不变，使膜电容电位为0，则膜总电流等于离子电流。2、 叙述离子置换法分离离子电流的原理。答：用胆碱离子置换细胞外液中的以排除与，果然得到了纯净的流，然后将总电流减去流，即可得到纯流。即 三、什么是Nernst方程？其符号代表的意义是什么？答： 离子扩散通量；离子浓度梯度；电场强度；离子带电量；扩散系数 ；Faraday 常数；绝对温度；普适气体常数；离子浓度。四、什么是Goldman方程？其符号代表的意义是什么？答： 为静息电位，表示相应离子的跨膜通透能力，为Faraday常熟，为绝对温度，为普适气体常数，为细胞内，为细胞外。五、叙述产生静息电

27、位的离子机制。答：（1）、细胞内、外离子的分布不均衡； （2）、膜上离子通道对离子具有不同的通透性； （3）、生电性钠泵的作用。六、叙述动作电位产生的离子机制。答：静息时，由于细胞内液和外液中存在有各种离子的浓度差，且膜对这些离子的通透性不同。当轴突膜受到电刺激时，膜产生去极化，使得膜对K+、Na+的通透性和电导发生变化。首先是Na+通道激活，膜产生去极化，Na+离子开始进入膜内，同时膜进一步去极化，大量Na+离子涌入膜内，膜电位骤增，由负变正，逼近Na+的平衡电位，出现了超射，构成了动作电位的上升相。随后Na+通道在峰值时失活，同时K+通道激活，钾离子外流逐渐超过钠离子内流。膜电位下降使膜复

28、极化，构成了动作电位的下降相。 最后，依靠膜上的钠钾泵来完成排Na+摄K+的任务，维持膜内外离子的浓度差，从而使膜电位恢复到静息水平。 生物物理作业九一、试画出神经动作电位图，指出静息期和动作期、钠电流居主导期和钾电流居主导期。答：图中上升段前面的水平段是静息期，上升段和下降段是动作期，上升段为钠电流居主导期，下降段为钾电流居主导期。2、 海兔巨神经细胞的内外主要离子浓度（m mol/L）为K+。 10 Na+。 485 Cl-。 485K+i 280 Na+i 61 Cl-i 51求：（1）K+、Na+和Cl-的Nernst平衡电位。 （2）是否有一跨膜电位可使所有离子均处于平衡中。 （3）

29、如细胞的静息电位为49mV，哪些离子处于平衡中，哪些离子未处于平衡且向哪个方向运动？为什么?答：（1） （2）没有一跨膜电位使所有离子处于平衡状态。 （3）都不处于平衡状态。钾离子内流，钠离子外流，氯离子外流。3、 蛙肌肉神经细胞的内外离子浓度（m mol/L）为K+。 2.2 Na+。 109 Cl-。 77K+i 124 Na+i 4 Cl-i 1.5假设Cl-的通透率为K+的10%，Na+的通透率为K+的1%，试使用Goldman方程计算其平衡电位。答：4、 海兔巨神经细胞的内外主要离子浓度（m mol/L）为K+。 12 Na+。 480 Cl-。 490K+i 280 Na+i 61

30、 Cl-i 51对于静息膜，它们间的通透率之比为。试利用Goldman方程导出细胞静息电位适合的数学表达式。答：利用Goldman方程： 和在静息时，这三种离子的通透系数之比为。代入恒场方程求得的静息电位值与试验值一致。 所以将上式改为： 因为的值很小，钠离子和氯离子对静息电位的贡献很小仅几毫伏，同常忽略不计，因此，Nernst式便成为计算静息电位的基本公式。又因为细胞两侧离子浓度是由于膜上钠钾泵作用的结果，钠钾泵不断的将细胞外的钾离子泵入膜内，同时又将钠离子从膜内泵出膜外，从而维持了细胞膜两侧离子的浓度差，保持了钾离子浓度的动态平衡。可以将上式改写为： 即细胞静息电位适合的数学表达式。5、

31、磁场的生物效应有哪些特点？答：非特异性、温和性、可逆性、双相性。 生物物理作业十一、神经元的主要结构是什么？答：神经元的主要结构是细胞体和突起。细胞体表面有细胞膜，内有细胞质和细胞核。突起 有树突和轴突。二、什么是受体、配体、神经受体？受体有什么基本特性？答：受体：在胞膜、胞浆及核中对特定生物活性物质具有识别、能与之结合并产 生生物效应的分子 被称为受体。配体：与受体有选择性结合的生物活性物质称为配体。神经受体：神经元上的受体称为神经受体。 受体的基本性质：高亲和性、高特异性、饱和性、可逆性、竞争性。三、简述离子通道的功能特征和分子的结构特征。答：离子通道的功能特征： 离子通道的功能部分由孔道

32、、门和受体组成。在神经细胞膜上至少有5种钾离子通道、3种钠离子通道和3种钙离子通道。钠离子通道在传导神经动作电位中起关键作用。它是所有各类通道中第一个被确定其氨基酸顺序的。具有功能作用的钠离子通道是一个蛋白质分子，长度约为nAchR亚单位链长的4倍。通常认为闸控机制有三种方式：1、孔道内的一处被闸住（如电压门控Na离子和K离子通道）。2、全孔道发生结构变化封住孔道（如缝隙连接通道）。3、由特殊的抑制粒子将孔道口塞住（如电压门控K离子通道）。离子通道的分子结构特征：根据已有关于离子通道一级结构的资料，可将其编码它们的基因分为3个家族：1、编码电压门控Na离子、K离子和钙离子通道基因家族2、编码配

33、基门控离子通道基因家族，由Ach，GABA，甘氨酸或谷氨酸激活的离子通道3、编码缝隙连接通道的基因家族。生物物理作业十一1、 简述视网膜组成及结构特点。简述视杆细胞与视锥细胞的差异。脊椎动物视网膜内有几 种主要类型的细胞，以蝾螈视网膜各种细胞为例，简要说明这些细胞对光点、250m和500 m光环的刺激反应。答：1、视网膜组成及结构特点：视网膜是半透明组织，紧贴眼球后壁，厚度只有 0.5mm 左右。由三层细胞或神经元组 成: 最外层（与脉络膜相邻）视细胞或感受细胞层 RC，为视觉系统的第一级神经元。 中间层双极细胞层 BC，为视觉系统的第二级神经元。 最内层神经节细胞层 GC，为视觉系统的第三级

34、神经元。 第一与第二，以及第二与第三级神经元之间，还有两种中间神经元水平细胞 HC 和无长 突细胞 AC，它们的突起在细胞层之间水平延伸，把相邻的神经元联系起来。2、 视杆细胞与视锥细胞的差异：视杆细胞视锥细胞细胞细而长细胞细而长能感受极其微弱的光线但不能分辨辨色对较强的光线产生反应能感受不同的颜色视网膜上共有约 600-700 万个1.1-1.3 亿个3、主要的细胞类型：感受细胞、水平细胞、双极细胞、无长突细胞 和神经节细胞4、 光环的刺激反应蝾螈视网膜各种细胞对三种光刺激反应： 感受细胞：光刺激产生超极化反应，呈分级电位，不出现全或无的峰电位，感受细胞的感受 野或接受域是指一个感受细胞能够

35、接受视网膜上光刺激范围的区域，感受野狭窄，单个感受细胞不存在中心和周边的对比组构，因而只对光点起反应，光环作用不明显。水平细胞：对光点和光环的作用均产生明显的超极化负电位，不是全或无式的，也称为S电位。感受野较宽，其直径一般超过 1mm。一方面在第一突触起空间整合作用（颜色和亮度），另一方面对感受细胞起负反馈作用。来自于感受细胞的信息，经水平细胞传递，往往使与感受细胞纵向连接的双极细胞受抑制。水平细胞对加强视觉中对比很重要。 双极细胞：双极细胞是信息纵向传递的中间神经元，它在视感受细胞将视觉信息向神经节细胞传递的过程中起重要的中间环节作用。双极细胞和水平细胞对刺激只产生分级慢反应，是分级慢电位

36、，不是峰电位。当光点作用于感受野中心时，出现超极化电位，当用光环刺激时，双极细胞电位有对立的极性，中心和周围的反应明显不同，当中心是超极化时，外周是去极化。用小光点与500m大光环结合进行刺激，则光环亮点抵消原光点的中心刺激，原有的基线下移，出现去极化反应。 无长突细胞（或无足细胞）：感受野呈同心圆组构方式，对光点刺激有较大的给光反应，对500m 的光环刺激呈撤光反应，对250 m的光环刺激既有给光又有撤光反应，无长突细 胞对分辨光强度变化的反应特别明显。 神经节细胞：光刺激产生大的动作电位，其频率正比于膜去极化程度，这与其作为付出传神 经元的作用一致。存在给光、撤光和给-撤光三种不同类型的细

37、胞。神经节细胞G2对给光 和撤光的刺激显示暂时反应，属瞬变型的脉冲。这种反应类型主要是协调有关移动的刺激信 息，此性质可看作是由于突触回路的结果，并主要是通过无长突细胞 复杂的相互作用。神经节细胞G1当光点刺激时，一直有脉冲发放，如用大光环刺激，则抑制脉冲发放，小光环刺激给光引起一个短暂的去极化，撤光时出现超极化，并抑制脉冲发放，它的感受野与无长突细胞相似，一般呈圆形，在中心显示兴奋，在周围显示抑制，反之亦然，这表明神经节 细胞感受野的组构有中心-周边相拮抗的基本特征。这种拮抗效应是由视网膜回路内突触相 互作用的结果。二、色觉三种特性的心理物理学概念和心理概念名称分别是什么？简述Young-H

38、elmholtz 三色理论。答：色觉有三种特性：明度、色调和饱和度。第一个特性的心理物理学概念是亮度，与亮度 对应的心理学概念是明度。 第二个特性的心理物理学概念是主波长，与主波长相对应的心理 学概念是色调。第三个特性的心理物理学概念是颜色纯度，对应的心理学概念是饱和度。 Young-Helmholtz 三色理论：1807年，杨(T.Young)和赫姆霍尔兹(H.L.F.von Helmholtz)根据 红、绿、蓝三原色可以产生各种色调及灰色的颜色混合规律，假设在视网膜上有三种神经纤维，每种神经纤维的兴奋都引起一种原色的感觉。光作用于视网膜上别然能同时引起三种 纤信的兴压奋，但由于光的波长特性

39、，其中一种纤维的兴奋特别强烈。例如，光谱长波端 的光同时刺激“红”“绿”“蓝”三种纤维，但“红”纤维的兴奋最强烈，而有红色感觉。中间波段的光引起“绿”纤 维最强烈的兴奋，而有绿色感觉。依同理，短波端的光引起蓝 色感觉。光刺激同时引三种纤 维强烈兴奋的时候，就产生白色感觉。当发生某一颜色感觉 时，虽然一种纤维兴奋强烈，但另外两种纤维也同时兴奋，也就是有三种纤维的活动，所以 每种颜色都有白光成份，即有明度感觉。1860 年赫姆霍尔兹补充杨的学说，认为光谱的不同部分引起三种纤维不同比例的兴奋。赫给霍尔兹对这个学说作了一个图解。图中给出三种 神经纤维的兴奋曲线，对光谱的每一波长，三种纤维都有其特有的兴

40、奋水平，三种纤维不同 程度的同时活动就产生相应的色觉。“红” “绿”和纤维的兴奋引起橙黄色感觉，“绿”“蓝”和纤维的兴奋引起蓝紫色感觉。 这个学说现在通常称为杨-赫姆霍尔兹学说，也叫做三色学说。三、简述光感受器水平的色编码机制。答：单一色素（对绿色最敏感的G）使感受器对不同波长有不同的敏感性，但感受器不能区分反射波长为450nm和600nm之间的物体，因它们有相同的敏感性。如果发光度下降，感受器不能区分发光度的变化和波长的变化。 三色素系统可能独立的辨别波长的强度。色素必定有重叠的光谱。两个物体以不同的量 刺激三种光感受器。每个物体刺激感受器达不同的程度，因而对每一物体颜色编码是独特的。 通过

41、比较来自三组感受器的信息，中枢神经系统就可不管亮度水平如何， 而区分哪种波长有信号传来。色觉的感受取决于中枢神经系统对三种视锥细胞传递不同信息的比较和整合。4、 什么是色盲？为什么会出现色盲？答：色盲：有极少数人对颜色辨认出现异常，这就是色觉缺陷，也称色盲。 原因：色盲可因视感受器先天性遗传缺陷或后天因素如视网膜病变造成。健康人分辨颜色需要完整的三组视锥细胞视色素，即都能用三原色（红、绿、蓝）匹配出光 谱上所有颜色，而且在匹配同一颜色时所用的三原色比例也相似，这些人称为正常三色觉者。如果由于缺乏三种视锥细胞中的一种或一种以上，或者说是这些视锥细胞中的一种或一种以上视色素的吸收光谱发生改变，都会

42、导致二色性色盲、单色性色盲或全色盲。第一原色盲基 因（红色盲基因）、第二原色盲基因（绿色盲基因）和第三原色盲基因（蓝色盲基因）分别对应于红、绿、蓝感受器功能缺陷，患全色盲的人，即使对某些波长的光可能很敏感，但不能区分这些光的波长，整个世界成为没有颜色的黑白世界。生物物理作业十二1、 什么是电离辐射和非电离辐射？什么是直接电离辐射和间接电离辐射？答：电离辐射：能够通过初级和次级过程引起的电离事件的带电粒子或不带电粒子总称为电离辐射， 简称辐射。 非电离辐：射是指能量比较低，并不能使物质原子或分子产生电离的辐射。 直接电离辐射：高速运动的带电粒子：电子、质子、a 粒子，直接引起分子或原子的电离，可

43、直接破坏介质的原子结构，引起化学或生物变化。 间接电离辐射：不带电粒子： X 射线、射线、中子，与物质相互作用时产生致电离粒子 或引起核转变。二、粒子辐射主要有哪些？基本性质如何？答：粒子辐射主要有高速运动的基本粒子或由它们组成的原子核： 电子、质子、a 粒子、中子、负介子及各种带电重离子。性质： 1、 电子：带一最小单位负电荷的粒子。 静质量： 9.1110-31kg， 电荷： 1.6010-19C ， 利用电子感应加速器可将其加速到高能，接近光速。或+射线是高能负或正电子流。2、 粒子：即氦原子核，由两个质子和两个中子构成。带两个正电荷。3、 质子：即氢原子核。带一正电荷。宇宙射线中 79

44、%带电粒子为质子。 4、 中子：与质子质量相同，不带电荷。根据中子能量高低可分为六类：高能中子、快中子、中能中子、慢中子、超热中子、热中子 10MeV 10KeV-10MeV 100eV-10KeV 0.025-100eV 1eV 0.5eV 5、 负介子：介子质量介于电子与质子之间。负介子质量是电子质量的273倍，带负 电荷。直线或回旋加速器加速质子，高能质子束轰击重金属靶产生负介子，其能量接近 140MeV。因此，反应所需质子能量必须高于此值。质子能量越高，负介子产额越高。6、 重离子：指原子序数大于氦的被剥离轨道电子的原子核，带正电荷。三、什么是吸收剂量？什么是传能线密度？答：吸收剂量：

45、授予单位质量物质（或被单位质量物质吸收）的任何致电离辐射的平均能量。 定义式为，单位为 J/kg， 戈瑞，符号为 Gy. 曾用单位为 rad. 。传能线密度：是指直接电离粒子在其单位长度径迹上损失的平均能量。 单位： J/m 指带电粒子在介质中穿行距离为dl， 能量转移小于某一特定值的历次碰撞造成的能量损失为dE。四、简述X射线、射线、中子和带电粒子进行辐射能量转移原发过程。答：X 射线（产生于原子核外部辐射）和射线（原子核内辐射）通过生物组织或其它介质 时，它和原子体系的电子相互作用而被吸收的过程，主要通过三种基本机制： 1、光电效应。2、康普顿效应。3、电子对生成。 三种过程相对频率与受照

46、射物质原子序数Z具有以下近似关系：光电效应： Z4 。康普顿效应 Z。 电子对产生 Z2 。X射线和射线通过物质时，因光电效应、康普顿效应和电子对生成而逐渐损失能量，并最 终被物质吸收。通过物质强度减弱服从指数规律。 中子是非带电粒子， 不能产生如带电粒子具有的典型库仑相互作用， 它与物质相互作用主要 通过与原子核碰撞产生。 因此， 与具有相同质量和能量的带电粒子相比， 中子的穿透力更强。 中子通过生物组织时，可能与组织的原子核发生以下五种相互作用中的一种或多种：1、 弹性散射 2、非弹性散射 3、伴随其它粒子发射的非弹性散射 4、中子俘获 5、散裂反应 各种过程或相互作用的重要性取决于中子的

47、能量。若中子能量足够，上述过程均有可能发生。在生物组织内的散裂反应只有当中子能量高于20MeV时才能发生。带电粒子在物质中的电离和激发所致能量损失率：1、与NZ成正比，即物质密度越大，原子序数越高，能量损失率越大。2、粒子净电荷ze大，能量损失率也大。3、与粒子速度成反比。 除直接电离与激发过程损失能量外，对于高速电子或射线， 还有一部分能量以韧致辐射形式损失，称为辐射损失。韧致辐射所致的辐射能量损失率为： 韧致辐射能量损失率随粒子能量和吸收物质Z值升高而迅速上升，随粒子质量的增大而迅速下降。五、什么是水自由基？它们是如何形成的？各有何特性？答：射线直接作用于水，引起水分子的电离和激发。激发和

48、电离的原初反应产生生物学上有重要意义的射解产物，统称为水自由基，形成过程如下： 特性： 羟自由基OH-：放射化学产额高，达 2.6-2.7，扩散系数为 2.310-5cm2/s,是氧化性自由基。也是水辐解自由基中致伤能力最强的一种。 生物系统中，OH-主要攻击多酚类化合物的邻-二羟基位置，生成稳定的半醌。由水辐解自由基的间接作用引起的有氧细胞失活中，OH的贡献约占60%。 水合电子e-aq ：放射化学产额也OH-相似，但扩散速度比OH-快，同生物分子的反应能力也很强。在中性水中，T1/2 = 2.3 10-4s. e-aq是还原性自由基，在酸性条件下可与H+或H2O反应形成H-，在有氧条件下易

49、被氧捕获形成超氧阴离子超氧阴离子与生物分子反应速率比OH-和e-aq低几个数量级，扩散距离较长，有利于通过超氧歧化酶除去，因此直接损伤可能不重要，但体内产生的H2O2可能会与超氧阴离子反应形成OH-，致伤作用比超氧阴离子大得多。六、水自由基与生物分子的主要反应有哪些？答：1、加成反应OH和H+都对DNA分子碱基具有较大亲和力，对嘧啶碱基，它们主要加合于C5和C6双键，对嘌呤碱基，OH主要加在咪唑杂环的7，8位双键，先打开双键， 与C8结合，然后使咪唑开环。OH和H+与核酸碱基的加成反应是造成碱基损伤的主要原因。 2、抽氢反应OH因强氧化性，容易从生物分子上抽取一个氢原子，例如：DNA的脱氧戊糖

50、C4上抽去H，造成C3或C5上的磷酸脂断裂。这是辐射引起DNA链断裂的重要原因之一。3、电子俘获反应水合电子因其强还原性，能攻击-S-S-。水合电子被二硫化物俘获后， 形成不稳定的阴离子自由基，最后导致-S-S-断裂，这是电离辐射引起蛋白质、酶失活的一个重要化学过程。七、简述单靶单击，单靶多击和多靶单击模型。答：以生物大分子失活为例，规定辐射剂D用单位体积内受照射物质的失活事件或击中数表示，靶体积V，则每靶的平均击中数VD。靶子遭受n次击中的概率为： 根据能量吸收的随机性得到的简单物理表达。生物学上，靶的失活只需一次击中就可发生，则靶存活的概率就是靶击中数为0（n=0)的概率。靶学说最基本表达

51、式或指数存活方程或单靶单击存活方程。设D0为每靶平均发生一次击中的剂量，VD0=1。此时S= e-1 = 0.37即：D0就是使存活由1降至0.37的剂量，在此情况下（单击存活），D0=D37D37意义：在此剂量时，平均每靶发生一次击中。实际上只有63%的靶被击中，有37%的靶未被击中。若必须发生n次击中靶的事件，才能导致分子或个体失活，那么，等于或小于（n-1)次击中的个体仍可存活，因此存活率为：8、 举例说明如何计算靶体积与靶分子量。答：靶学说和击中学说可估算生物系统的靶体积和靶分子量。 由单次单击方程可得： 一个以半对数坐标绘制的单次击中曲线，V的大小等于曲线斜率。因此，给定一定剂量，并

52、测出相应的存活率，可求得V值。 D37小则V大，靶越大，被击中的几率越大。进行靶体积计算时，需要给定两个条件： 将辐射剂量单位换算成“击中/cm3”或“击中/克”。 对发生一次击中事件所需的平均能量沉积值作出估计。平均能量沉积值通常为50-200eV。 以60eV为例。 生物物理作业十三1、 辐射剂量效应曲线通常有几种类型，各有什么特点？答：剂量效应曲线主要有四种类型：指数型：在半对数坐标图上为直线 S型：在低剂量区有肩，在高剂量区呈直线 连续下弯型：线性平方模型 双相型： 受照样品中含有两种辐射敏感性不同的亚群。将曲线两个指数部分外推可得各亚群相对辐射敏感性。斜率大，较敏感，斜率小较不敏感。

53、二、分别列出简单多靶单击、修正后的多靶单击、线性平方方程，并给出对应的曲线示意图。答：简单多靶单击方程：修正后的多靶单击方程：线性平方方程： 三、重离子束有哪些重要特点？答：重离子与X或射线及电子束等低LET辐射相比具有以下特点：1、传能线密度LET高，能在生物介质中产生高密度的电离和激发事件或能量沉积事件。2、在能量沉积过程中，其射程末端存在一个尖锐的能量损失峰，称为布拉格峰，在布拉格峰后剂量基本上趋于0，使剂量主要集中于组织的特定深度。因此重离子与机体相互作用产生明显效应的区域是局部的和可选择的。3、相对生物效应RBE较大。氧增强比较小（OER)，组织中含氧量对辐射效应影响较小，在应用方面

54、能降低癌组织因缺氧引起的辐射抗拒问题。4、射程歧离与横向散射小。5、辐射敏感性不依赖细胞周期时相，对DNA损伤的可修复性较小。6、可利用重离子电性，在磁场诱导下三维扫描，利用正电子发射断层照相技术，实时在线监测。四、重离子辐射对生物体的作用基础是什么？答：1、特殊的深度剂量分布 2、相对生物效应高3、氧效应小4、小的射程岐离与横向射散5、细胞周期各时相辐射敏感性差别小6、修复效应减小5、 为什么能根据布拉格峰治疗肿瘤？答：重离子贯穿靶物质时，通过与靶原子核外电子碰撞损失能量，随能量降低，碰撞几率增大，从而使离子接近其射程末端时损失其大部分初始动能，形成一高剂量能量损失峰，即布拉格峰，在布拉格峰后剂量吸收趋于0。 重离子最重要的优点在于它的深度剂量分布（Bragg峰），能使癌组织安置在剂量高的布拉格峰