2025年生物工程考研生物化学真题试卷（含答案）

2025年生物工程考研生物化学真题试卷（含答案）考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题2分，共10分）1.别构效应2.酶的竞争性抑制3.光合磷酸化4.氨基酸翻译5.代谢物偶联二、填空题（每空1分，共15分）1.组成蛋白质的基本单位是______，其结构通式通常表示为______。2.酶促反应动力学研究表明，酶促反应速率与底物浓度在一定范围内呈______关系。米氏常数(Km)表示______。3.DNA的双螺旋结构模型中，碱基之间的氢键连接了______与______，且存在______配对的规律。4.糖酵解过程中的三个关键酶催化的反应分别是______、______和______。5.三羧酸循环的主要场所是______，其中生成ATP（或GTP）的反应是______。6.光反应产生的ATP主要用于______，而NADPH主要用于______。7.氨基酸在体内代谢的主要去路是______、______和______。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述酶的变构调节的机制及其生物学意义。2.比较糖酵解途径与磷酸戊糖途径的异同点。3.简述真核生物DNA复制过程的主要步骤。4.简述脂肪酸β-氧化的过程及其能量意义。四、论述题（每题10分，共20分）1.论述糖异生途径的生理意义及其主要调控机制。2.结合生物工程的视角，论述代谢工程的基本思路和核心内容，并举例说明如何利用代谢工程改造微生物菌株以生产目标产物。五、计算题（共10分）1.某酶的Km值为0.1mmol/L。当底物浓度[S]分别为0.01mmol/L、0.1mmol/L、1mmol/L和10mmol/L时，计算该酶的催化反应速率(V)。假设酶浓度足够，Vmax=10mmol/(L·min)。试卷答案一、名词解释1.别构效应：某些小分子代谢物与酶的非活性中心结合后，引起酶的空间结构发生改变，从而影响酶对底物的结合能力或催化活性的现象。*解析思路：抓住别构效应的两个核心要素：效应物（小分子代谢物）与酶的非活性中心结合，以及这种结合导致酶构象变化并影响其活性（表现为Vmax改变或Km改变）。2.酶的竞争性抑制：抑制剂与酶的底物结构相似，竞争性与酶的活性中心结合，从而降低酶促反应速率的现象。这种抑制作用可以通过增加底物浓度来解除。*解析思路：强调抑制剂与底物竞争结合活性中心，导致酶活性降低，以及这种抑制作用可通过提高底物浓度来克服的特点。3.光合磷酸化：指在光能驱动下，利用跨膜质子梯度驱动ATP合成酶合成ATP的过程。包括光系统II驱动的氧化磷酸化和光系统I驱动的非氧化磷酸化。*解析思路：突出能量来源（光能）、驱动力（质子梯度）、合成酶（ATP合成酶）和产物（ATP）这五个要素，并区分氧化和非氧化两种类型。4.氨基酸翻译：指在核糖体上，以mRNA为模板，按照遗传密码的规律，合成具有特定氨基酸序列的多肽链的过程。*解析思路：明确翻译的场所（核糖体）、模板（mRNA）、依据（遗传密码）和产物（多肽链）。5.代谢物偶联：指细胞内两种或多种代谢过程在能量或物质上相互联系、协调进行的现象，常涉及高能磷酸化合物的转移，如ATP与代谢反应的偶联。*解析思路：强调代谢过程间的相互联系和协调，特别指出与高能磷酸化合物（如ATP）转移相关的偶联作用。二、填空题1.氨基酸；(CH₂)₂CO2.正相关；酶达到最大反应速率(Vmax)时所需的底物浓度3.腺嘌呤(A)；胸腺嘧啶(T)(或鸟嘌呤(G)；胞嘧啶(C))4.糖酵解磷酸甘油酸；3-磷酸甘油醛脱氢；丙酮酸羧化5.线粒体基质；琥珀酸脱氢酶催化的反应（或琥珀酸→延胡索酸）6.C₃糖的还原；脂肪酸的合成7.蛋白质合成；氧化分解（或能量供应）；其他小分子物质的合成三、简答题1.答：变构调节是指某些小分子代谢物（别构效应物）非共价结合到酶活性中心以外的特定位点（别构位点），引起酶空间结构变化，从而改变酶对底物的亲和力（通常使Km改变）或催化效率（通常使Vmax改变）的现象。这种调节机制通常是可逆的，并具有协同效应（即一种效应物存在时，其他同类效应物更容易结合，反之亦然），使得细胞能够快速响应代谢需求，精细调节代谢途径的流量。例如，柠檬酸是丙酮酸脱氢酶复合物的别构抑制剂，当细胞三羧酸循环产物（如柠檬酸）积累时，会抑制糖酵解，防止能量过度产生。*解析思路：首先定义别构效应，然后说明其机制（结合位点、结构变化、对Km/Vmax的影响），再强调其特点（可逆性、协同效应），最后结合实例（如柠檬酸抑制丙酮酸脱氢酶）说明其生物学意义。2.答：相同点：两者都是糖的代谢途径，起始物质都是葡萄糖（或葡萄糖-6-磷酸），最终都能产生NADH和ATP（或GTP），都发生在细胞质中。不同点：①反应场所：糖酵解在细胞质，磷酸戊糖途径也在细胞质；②终产物：糖酵解的主要产物是丙酮酸，磷酸戊糖途径的主要产物是核糖-5-磷酸和其他五碳糖磷酸；③能量转换：糖酵解产生ATP，磷酸戊糖途径不产生ATP，但消耗ATP（转醛醇酶催化的反应）；④代谢功能：糖酵解是葡萄糖分解的主要途径，提供能量和丙酮酸；磷酸戊糖途径主要提供核糖-5-磷酸（用于核酸和糖原合成），并参与NADP+的还原（维持氧化还原平衡）。*解析思路：先列出两者的共同点，再从反应场所、主要终产物、能量转换（ATP/GTP得失）、主要代谢功能四个方面进行比较。3.答：真核生物DNA复制是半保留复制，主要发生在细胞核内（线粒体和叶绿体也进行）。其主要步骤包括：①复制起始：在复制起点，DNA双螺旋解开，形成复制叉。相关蛋白（如解旋酶、单链结合蛋白）参与并稳定复制叉。②引物合成：RNA聚合酶或引物酶在3'端合成一小段RNA引物，提供起始的3'-OH基团。③链延伸：DNA聚合酶III（主要伸长器）沿着解开的模板链，以dNTP为原料，按照5'→3'方向合成新的DNA链。新合成的链分为前导链（连续合成）和后随链（不连续合成，由DNA聚合酶I或δ/ε聚合酶合成冈崎片段，后由连接酶连接）。④复制终止：在细胞核内，复制发生在多个点，最终在端粒区域完成。RNA引物被去除，留下的空隙由DNA聚合酶I填补，缺口由DNA连接酶sealed。在原核生物中，RNA引物由Primase合成，而在真核生物中，引物合成可能更复杂。*解析思路：按照复制过程的时间顺序（起始、引物、延伸、终止）进行描述，并区分真核与原核（如有比较）的关键特征，提及关键酶和产物。4.答：脂肪酸β-氧化是指脂肪酸在细胞内被逐步分解为乙酰辅酶A的过程，主要发生在线粒体基质（饱和脂肪酸）或过氧化物酶体（不饱和脂肪酸）。其过程包括四个重复的酶促反应步骤：①酰基辅酶A脱氢：脂肪酸的β-碳原子上的氢被辅酶A脱氢酶和FAD氧化，生成烯酰辅酶A，产生FADH₂。②水合：烯酰辅酶A在烯酰辅酶A水合酶作用下，加水分子在α,β位之间加成，生成β-羟基酰基辅酶A。③β-酮脂酰辅酶A脱氢：β-羟基酰基辅酶A在β-酮脂酰辅酶A脱氢酶和NAD+作用下氧化，生成β-酮酰辅酶A，产生NADH。④硫解：β-酮酰辅酶A在硫解酶作用下，裂解生成一个乙酰辅酶A和一个比原来短两个碳原子的酰基辅酶A。这个短链的酰基辅酶A会重新进入第一个循环。能量意义在于，每个循环都将一个长链脂肪酸分解为一个乙酰辅酶A，乙酰辅酶A可进入三羧酸循环被彻底氧化，产生大量ATP，从而为细胞提供能量。*解析思路：首先说明定义、场所和过程循环性，然后按四个步骤详细描述每步的反应物、产物和关键酶，最后强调其能量最终转化为ATP的意义。四、论述题1.答：糖异生途径是指生物体将多种非糖物质（如乳酸、丙酮酸、甘油、生糖氨基酸等）转化为葡萄糖或糖原的过程。其主要生理意义包括：①维持血糖水平稳定：在饥饿或应激状态下，肝细胞通过糖异生将乳酸、丙酮酸等转化为葡萄糖，释放入血，维持血糖恒定，为全身（特别是脑组织）提供必需的能量底物。②补充糖原储备：在饥饿后恢复进食时，肝细胞将部分非糖物质异生为葡萄糖，有助于快速补充肝糖原储备。③提供合成前体：糖异生途径的部分中间产物（如丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酸等）可以作为合成其他重要有机物的原料，如某些氨基酸、核苷酸等。主要调控机制包括：①酶活性调节：关键酶（如磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶PEPCK、果糖-1,6-二磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸酶）的活性受别构效应物（如ATP、柠檬酸抑制；AMP、丙酮酸、果糖-2,6-二磷酸激活）和共价修饰（如磷酸化/去磷酸化）的精细调控。②激素调节：胰高血糖素和肾上腺素通过激活蛋白激酶，使PEPCK和果糖-1,6-二磷酸酶磷酸化而失活，抑制糖异生；胰岛素则通过抑制蛋白激酶或激活蛋白磷酸酶，使上述关键酶去磷酸化而激活，促进糖异生。③底物浓度调节：关键中间代谢物的浓度变化也会反馈调节关键酶的活性。例如，高浓度的葡萄糖会抑制己糖激酶和磷酸果糖激酶-1，间接抑制糖酵解，从而有利于糖异生的进行。*解析思路：先阐述糖异生的定义和主要生理意义（维持血糖、补充储备、提供前体），然后重点论述主要的调控机制，结合关键酶（名称、作用）、别构调节、共价修饰和激素调节（胰高血糖素/胰岛素的作用机制）进行详细说明。2.答：代谢工程是以代谢网络为研究对象，通过基因工程技术手段（如基因重组、基因编辑等）或酶工程手段（如酶的筛选、改造、固定化等），对生物体（通常是微生物）的代谢途径进行修饰或优化，以获得目标产物（如药物、能源、材料等）产量更高、效率更好、成本更低的过程。其基本思路和核心内容包括：①目标产物分析：确定目标产物的化学结构，分析其合成途径在生物体内的位置和关键限速步骤。②代谢途径分析：利用生物信息学、代谢建模等方法，研究目标生物体的代谢网络，识别潜在的代谢瓶颈或冗余途径，寻找可以修饰或改造的位点。③改造策略设计：根据分析结果，设计具体的改造方案。可能包括：过表达目标途径中的关键酶基因，提高途径流量；敲除（基因删除）或抑制（基因沉默、酶抑制）对目标产物合成产生“无效”或“竞争”作用的旁路途径或分解途径的酶基因，将代谢流量导向目标产物合成；引入新的酶基因或途径，构建非天然产物合成途径；通过代谢调控（如改变培养基成分、添加效应物）优化途径条件。④宿主选择与构建：选择合适的生物宿主（如细菌、酵母、真菌），根据改造策略进行基因操作，构建工程菌株。⑤性能评价与优化：对构建的工程菌株进行培养和发酵，检测目标产物的产量，评估改造效果，并根据结果进一步优化改造策略或发酵条件。核心在于通过分