2025年大学《化学生物学》专业题库- 生物大分子的结构与功能关系

2025年大学《化学生物学》专业题库——生物大分子的结构与功能关系考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪种氨基酸的侧链在生理pH下主要带正电荷？A.甘氨酸B.丙氨酸C.赖氨酸D.脯氨酸2.DNA双螺旋结构中，维系两条链主要靠什么作用力？A.疏水作用B.盐桥C.范德华力D.碱基间的氢键3.RNA分子中常见的二级结构是？A.α-螺旋B.β-折叠C.茎环结构D.γ-转角4.蛋白质三级结构的维系主要依靠以下哪类相互作用？A.肽键B.二硫键C.碱基对D.螺旋-螺旋相互作用5.下列哪种生物大分子主要由糖类和蛋白质构成？A.脂质B.核酸C.糖蛋白D.多糖6.DNA复制过程中，确保遗传信息精确传递的关键是？A.DNA聚合酶的5'→3'聚合活性B.DNA的双螺旋结构C.碱基互补配对原则D.DNA拓扑异构酶的作用7.细胞膜的流动镶嵌模型中，磷脂双分子层构成基本骨架，其主要靠什么力维持？A.离子键B.氢键C.疏水作用D.范德华力8.胰岛素是一种激素，其生物学功能需要正确的空间结构，以下哪种变化可能导致其功能丧失？A.氨基酸序列改变B.二硫键形成C.蛋白质变性D.甲基化修饰9.下列哪种物质可以作为遗传信息的载体？A.脂肪酸B.糖原C.DNAD.甘油三酯10.纤维素是植物细胞壁的主要成分，其难以被人体消化吸收的原因是？A.分子量太小B.缺乏必需的酶C.含有大量支链D.具有β-1,4-糖苷键二、填空题（每空1分，共15分）1.组成蛋白质的基本化学单位是________。2.DNA分子中，一条链的碱基序列为ATCG，则其互补链的碱基序列为________。3.维持蛋白质α-螺旋结构的主要化学键是________。4.RNA分子中，含有的碱基种类有A、U、G、C，其中U代表________。5.糖原是动物体内主要的________。6.脂质中的磷脂和鞘脂都属于________。7.蛋白质分子中，氨基酸残基的侧链根据其性质可分为疏水性、极性、________和酸性。8.核酸的一级结构是指其________的排列顺序。9.某蛋白质由两条相同的亚基构成，这种结构称为________。10.细胞膜的外表面通常带有少量糖类，形成________，与细胞识别等功能有关。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述氢键在生物大分子结构中的重要性。2.比较DNA和RNA在结构和功能上的主要异同点。3.解释什么是蛋白质的变构效应，并举例说明。4.简述磷脂双分子层在水性环境中自发形成膜结构的原因。四、论述题（每题10分，共20分）1.以一个具体的酶为例（如己糖激酶），详细阐述其活性位点结构特征与其催化功能之间的结构-功能关系。2.结合染色质的结构，论述DNA高级结构（特别是超螺旋）对其包装、稳定性以及在基因表达调控中的作用。试卷答案一、选择题1.C2.D3.C4.B5.C6.C7.C8.C9.C10.D二、填空题1.氨基酸2.TAGC3.氢键4.胸腺嘧啶5.能量储存6.两性分子7.碱性8.核苷酸9.同源二聚体10.糖被三、简答题1.氢键是生物大分子中常见的非共价键，其形成相对容易，断裂也相对容易，具有动态平衡特征。在蛋白质结构中，氢键对于稳定二级结构（如α-螺旋和β-折叠）的形成至关重要；在蛋白质三级和四级结构中，氢键也参与维持特定的空间构象。在核酸结构中，氢键是维系DNA双螺旋和RNA茎环结构的基本化学键，确保了碱基配对的特异性。此外，氢键也参与调控许多生物大分子的功能，如酶的活性位点构象、蛋白质-配体结合等。2.相同点：都是核酸，都是遗传物质（DNA是主要遗传物质，RNA参与遗传信息的表达），基本组成单位都是核苷酸，都遵循碱基互补配对原则。不同点：化学组成上，DNA含脱氧核糖，RNA含核糖；碱基种类上，DNA含A、T、G、C，RNA含A、U、G、C；结构上，DNA通常是双链螺旋，RNA通常是单链，但可形成局部双螺旋（茎环）；功能上，DNA主要功能是存储遗传信息，RNA功能多样，包括mRNA传递遗传信息、tRNA转运氨基酸、rRNA构成核糖体、调控RNA等。3.蛋白质变构效应是指蛋白质分子在与其他分子（效应物）结合后，其空间结构发生改变，进而导致其生物学活性（通常是其与另一个配体的结合能力）也发生改变的现象。这是一种信号转导和协同调节机制。例如，血红蛋白与氧气的结合具有变构效应：当第一个氧分子结合后，血红蛋白发生构象变化，使得后续氧分子的结合能力显著增强（协同效应）。另一种例子是别构酶，其活性位点被别构效应物结合后，酶的构象改变，从而影响其催化活性。4.磷脂分子具有一个亲水性头部和两个疏水性尾部的两性结构。在水性环境中，疏水性尾部会相互避开水，趋向于聚集在一起，而亲水性头部则朝向水。这种疏水相互作用的驱动力足够强，能够克服磷脂分子间的其他相互作用（如头部与头部、尾部与尾部的相互作用），从而自发形成稳定的脂质双分子层结构，构成细胞膜的基本骨架。这种自组装特性是生物膜形成的基础。四、论述题1.己糖激酶是一种己糖激酶，属于糖酵解途径的第一步酶，催化葡萄糖磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸。其活性位点结构与其功能密切相关：*底物结合口袋：活性位点形成了一个深的结合口袋，能够容纳葡萄糖分子。口袋内壁含有多个极性氨基酸残基（如丝氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、Thr202），它们通过氢键、偶极-偶极相互作用等非共价键与葡萄糖的羟基形成稳定作用，确保底物正确结合且处于催化构象。*催化残基：活性位点中关键catalyticresidue是丝氨酸-202（在哺乳动物中）。该残基的羟基在酶的催化下亲核攻击葡萄糖的1位碳原子。其活性形式依赖于一个丝氨酸激酶催化的磷酸化过程（由己糖激酶自身催化），将丝氨酸残基磷酸化。磷酸化的丝氨酸具有更强的亲核性，使其能够有效地攻击葡萄糖。*变构调节位点：活性位点附近存在ATP结合位点，位于底物结合口袋之外。当ATP结合时，会引起酶构象的变化，这种变化会传递到活性位点，导致活性位点口袋打开或底物结合构象改变，从而抑制己糖激酶的活性。这种变构调节机制使得糖酵解途径能够根据细胞内能量状态（ATP/ADP比值）进行精细调控。*结构-功能关系总结：己糖激酶通过精确的活性位点结构（底物结合口袋、催化残基Ser-202、变构调节位点）来特异性识别葡萄糖、催化其磷酸化反应，并通过ATP介导的变构调节来响应细胞能量需求，确保了糖酵解途径的高效和可调控性。2.染色质是细胞核内DNA与组蛋白等蛋白质共同组成的复合体。DNA高级结构，特别是超螺旋，对其包装、稳定性和基因表达调控起着至关重要的作用：*DNA包装（一级到三级结构）：未经包装的DNA分子长度巨大（例如人类基因组DNA长约2米），无法进入细胞核。通过缠绕组蛋白形成核小体（核小体是由约146bpDNA缠绕组蛋白八聚体形成的），将DNA压缩约7倍。核小体串珠状结构进一步折叠、缠绕形成染色质纤维（30nm纤维），进而形成更高级的结构，如染色单体、染色体。DNA高级结构中的超螺旋（正超螺旋或负超螺旋）是染色质包装过程中的重要驱动力，如同弹簧的压缩，进一步增加了DNA的折叠程度，使其能够紧密地压缩在细胞核内。*DNA稳定性：高级结构中的堆积力（basestackinginteraction）和与其他组蛋白、非组蛋白的相互作用（如盐桥、氢键）共同维持了染色质的整体结构和稳定性，保护DNA链免受物理损伤和化学降解。负超螺旋的存在可以增加DNA链的柔韧性，有助于DNA复制和转录机器的入侵。*基因表达调控：DNA的高级结构直接影响基因的转录活性。染色质结构是动态变化的，特定区域的染色质重塑（如组蛋白修饰、ATP依赖性染