2025年蛋白质的结构试题和答案

2025年蛋白质的结构试题和答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列关于蛋白质α-螺旋结构的描述，错误的是（）A.主链骨架形成右手螺旋B.侧链基团分布在螺旋外侧C.每圈包含3.6个氨基酸残基D.螺距为0.48nm2.维持蛋白质三级结构的主要作用力不包括（）A.二硫键B.氢键C.离子键D.肽键3.下列哪种结构属于蛋白质的超二级结构（）A.结构域B.β-转角C.αα模体D.亚基4.关于β-折叠的特征，正确的是（）A.肽链呈严格的螺旋状B.相邻肽链的走向必须相同C.链间通过侧链基团形成氢键D.肽链主链呈锯齿状排列5.蛋白质变性时，未被破坏的结构是（）A.一级结构B.二级结构C.三级结构D.四级结构6.下列氨基酸中，最不易出现在α-螺旋中的是（）A.丙氨酸B.脯氨酸C.亮氨酸D.谷氨酸7.利用X射线晶体学解析蛋白质结构时，关键步骤是（）A.获得高分辨率的电镜图像B.制备高质量的蛋白质晶体C.测定氨基酸序列D.分析核磁共振波谱8.蛋白质的四级结构指的是（）A.多肽链中氨基酸的排列顺序B.多肽链的局部空间结构C.各亚基间的空间排布及相互作用D.单个多肽链的整体三维结构9.下列关于蛋白质模体（motif）的描述，正确的是（）A.是独立折叠的功能单位B.通常由200个以上氨基酸残基组成C.包含特定的二级结构组合D.仅存在于球状蛋白质中10.冷冻电镜技术解析蛋白质结构的优势不包括（）A.无需制备晶体B.适合解析动态复合物C.分辨率可达到原子水平D.对样品纯度要求低二、填空题（每空1分，共20分）1.蛋白质二级结构的主要形式包括α-螺旋、β-折叠、______和无规卷曲。2.维持蛋白质一级结构的主要化学键是______。3.α-螺旋中，第n个氨基酸的酰胺氢与第n+______个氨基酸的羰基氧形成氢键。4.β-折叠的相邻肽链可以是平行的或______的，其中______排列的氢键键长更短，稳定性更高。5.结构域是蛋白质______结构中的独立折叠单位，通常由______个氨基酸残基组成。6.蛋白质变性时，其理化性质改变的表现包括溶解度______、黏度______、生物活性______。7.核磁共振（NMR）解析蛋白质结构的优势在于可研究______状态下的结构，而X射线晶体学主要分析______状态的结构。8.超二级结构是指相邻的二级结构单元通过______相互作用组合形成的规则结构，常见类型有αα、βββ和______。9.蛋白质的三级结构主要由氨基酸残基的______性质决定，其中疏水氨基酸倾向于分布在分子______（内部/外部）。10.近年来，AI驱动的蛋白质结构预测工具（如AlphaFold）主要基于______数据库和______算法，可高效预测蛋白质的三维结构。三、简答题（每题8分，共40分）1.比较α-螺旋与β-折叠在结构特征上的主要差异。2.简述蛋白质三级结构与功能的关系，并举例说明。3.什么是蛋白质的变性与复性？二者的本质区别是什么？4.列举三种解析蛋白质三维结构的实验方法，并说明各自的适用范围。5.解释“结构域”的概念，并说明其在蛋白质功能中的作用。四、论述题（每题10分，共20分）1.某蛋白质的第50位氨基酸（原为谷氨酸）发生突变，变为缬氨酸。请从蛋白质结构层次分析该突变可能对其结构和功能产生的影响。2.结合当前技术进展，论述冷冻电镜技术在蛋白质结构研究中的突破及对结构生物学的推动作用。答案一、单项选择题1.D（α-螺旋螺距为0.54nm）2.D（肽键维持一级结构）3.C（αα模体是超二级结构）4.D（β-折叠主链呈锯齿状）5.A（变性不破坏一级结构）6.B（脯氨酸是α-螺旋的破坏者）7.B（晶体质量是X射线解析的关键）8.C（四级结构指亚基间作用）9.C（模体是二级结构的组合）10.D（冷冻电镜对样品纯度要求高）二、填空题1.β-转角2.肽键3.44.反平行；反平行5.三级；100-200（或50-300）6.降低；增加；丧失7.溶液；晶体8.非共价；βαβ9.侧链；内部10.蛋白质结构；深度学习三、简答题1.主要差异：①空间形态：α-螺旋为右手螺旋状，β-折叠为锯齿状延伸；②氢键方向：α-螺旋氢键平行于螺旋长轴（链内），β-折叠氢键垂直于肽链走向（链间或链内）；③残基分布：α-螺旋侧链伸向外侧，β-折叠侧链交替分布于折叠片两侧；④螺距与残基数：α-螺旋每圈3.6个残基，螺距0.54nm；β-折叠相邻残基间距0.35nm（反平行）或0.325nm（平行）。2.三级结构是蛋白质功能的基础，其三维构象直接决定活性位点的空间排布。例如：①酶的活性中心由特定三级结构形成，如溶菌酶的底物结合口袋；②血红蛋白的三级结构变化（T态→R态）影响氧结合能力；③抗体的可变区通过三级结构形成抗原结合位点。若三级结构破坏（如变性），蛋白质功能随之丧失。3.变性：在理化因素（如高温、强酸、尿素）作用下，蛋白质空间结构破坏（二、三、四级结构），生物活性丧失，但一级结构完整。复性：变性蛋白质在适当条件下恢复原有空间结构和功能的过程。本质区别：变性是空间结构破坏，复性是空间结构的正确重建；能否复性取决于一级结构是否保留及环境是否允许正确折叠（如牛胰核糖核酸酶的变性复性实验）。4.①X射线晶体学：适用于可结晶的蛋白质（包括单体、复合物），分辨率高（可达原子水平），但需高质量晶体；②核磁共振（NMR）：适用于小分子量（<50kDa）蛋白质，可研究溶液状态下的动态结构；③冷冻电镜（Cryo-EM）：适用于大复合物（如病毒颗粒、膜蛋白复合体）、难以结晶的样品，可解析动态中间态结构，分辨率已突破1.5Å；④小角X射线散射（SAXS）：研究溶液中蛋白质的低分辨率整体形状。5.结构域是三级结构中独立折叠的紧密球状区域，通常由50-300个残基组成，通过柔性连接肽与其他结构域相连。作用：①功能模块化：不同结构域负责结合、催化、调控等不同功能（如蛋白激酶的催化域与调节域）；②进化保守性：结构域可在不同蛋白质中重复出现（如SH2结构域结合磷酸酪氨酸）；③折叠独立性：结构域可单独折叠，降低全链折叠复杂度。四、论述题1.突变影响分析：①一级结构：谷氨酸（Glu，带负电、极性）→缬氨酸（Val，疏水、非极性），改变了该位置的化学性质；②二级结构：Glu侧链含羧基，易参与氢键或离子键，可能稳定α-螺旋或β-转角；Val为疏水残基，若原位置处于α-螺旋，可能因侧链体积小（相对于Glu）或疏水性改变螺旋稳定性（如破坏局部氢键）；若原位置在β-折叠，Val的疏水性可能增强链间疏水作用，但需看其位置是否在折叠片内侧；③三级结构：Glu通常分布在分子表面（极性），Val倾向于埋入内部（疏水）。若突变导致Val被迫暴露于表面，可能破坏分子表面极性环境，引起局部结构扭曲；若原Glu参与活性中心（如酶的催化残基），突变可能直接破坏活性位点；若Glu参与亚基间离子键（如血红蛋白α亚基与β亚基的盐桥），突变可能影响四级结构稳定性（如导致亚基解离）；④功能影响：若突变破坏活性中心或关键相互作用，可能导致酶失活、受体无法结合配体等；若仅影响非功能区结构，可能无显著表型（如某些沉默突变）。2.冷冻电镜突破及推动作用：①技术突破：冷冻制样技术（如Vitrobot自动plunge）提升样品均匀性；直接电子探测器（如GatanK3）提高信号采集效率；计算算法（如RELION、CryoSPARC）实现高分辨率三维重构（分辨率已达1.2Å）；②解决传统难题：无需晶体（突破X射线晶体学对难结晶蛋白的限制），适用于膜蛋白（如GPCR）、动态复合物（如核糖体翻译中间态）、大分子量组装体（如病毒衣壳）；③推动动态结构研究：可捕获同一蛋白的不同构象（如离子通道的开放/关闭态），揭示“结构-动态-功能”关系；④与其他技术互补：结合X射线晶体学（验证高分辨率局部结构）、NMR（分析溶液动态）、