《环境生物化学》考试试题.docx
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《环境生物化学》考试试题
《环境生物化学》考试试题
专业：
环境工程
学号：
*****
******
西安建筑科技大学环境与市政工程学院
2004年5月
一、名词解释
1、碱基配对：
在DNA形成双螺旋结构的过程中，由于各种碱基的大小与结构的不同使得碱基之间的互补配对只能在G…C（或C…G）和A…T（或T…A）之间进行，这种碱基的配对规律称为碱基配对。
它是DNA结构、DNA复制以及DNA控制蛋白质合成过程中遵循的重要原则，是分析有关DNA题目的重要依据。
两条链上的碱基以氢键相连。
G:
C和A:
T配对的同时也使得碱基间形成氢键的数目达到最大；G:
C之间有三个氢键，A:
T之间有两个氢键。
所以G:
C和A:
T配对无论从立体效应考虑还是从形成最多的氢键考虑都是最稳固的构型。
2、EMP途径：
即糖酵解途径或葡萄糖酵解途径。
由于这一图式的先驱者是EMbden,Meyerhof等人，所以也称EMP途径。
这条途径几乎是所有具有细胞结构的生物所共有的主要代谢途径。
它表明了，当微生物细胞吸收葡萄糖后，葡萄糖经己糖激酶、磷酸已糖异构酶、磷酸己糖激酶的作用，生成1，6—二磷酸果糖，1，6—二磷酸果糖再经过一系列酶的作用，降解生成丙酮酸为主要特征的一系列生物化学过程。
反应发生于细胞质中。
3、乙醛酸循环：
乙醛酸循环是一个有机酸代谢环，它存在于植物和微生物（如醋酸杆菌、大肠杆菌、固氮菌）中，在动物组织中尚未发现。
其图示如下：
乙醛酸循环反应可分为如下五步：
（1）在柠檬酸合成酶作用下，乙酰CoA与草酰乙酸缩合为柠檬酸。
乙酰CoA＋草酰乙酸柠檬酸
（2）在顺乌头酸酶作用下，柠檬酸转变为异柠檬酸。
柠檬酸异柠檬酸
（3）在异柠檬酸裂解酶作用下，将异柠檬酸分裂为乙醛酸和琥珀酸。
异柠檬酸乙醛酸＋琥珀酸
（4）在苹果酸合成酶作用下，乙醛酸与乙酰CoA合成苹果酸。
乙醛酸＋乙酰CoA苹果酸
（5）在苹果酸脱氢酶作用下，将苹果酸转变为草酰乙酸。
苹果酸＋NAD+草酰乙酸＋NADH+H＋
综合以上五步反应，可将乙醛酸循环的总反应写成如下形式：
2CH3CO～CoA+2H2O+NAD+2CoASH+NADH+H+
总反应说明，循环每转1圈需要消耗2分子2CH3CO～CoA，同时产生1分子琥珀酸。
琥珀酸产生后，可进入三羧酸循环代谢，或者转变为葡萄糖（经糖异生途径进行）。
由于乙醛酸循环与三羧酸循环代谢有一些共同的酶系和反应，因此人们将其看作是三羧酸循环的一个支路。
乙醛酸循环的生理意义有如下几点：
（1）乙酰CoA经乙醛酸循环可合成琥珀酸等有机酸，这些有机酸可作为三羧酸循环中的基质。
（2）乙醛酸循环是微生物利用乙酸作为碳源建造自身机体的途径之一。
（3）乙醛酸循环是油料植物将脂肪酸转变为糖的途径。
4、脱氨作用：
氨基酸在酶催化下脱掉和生成相应酮酸的反应称为氨基酸的脱氨基作用，简称脱氨作用。
生物体内氨基酸脱氨作用的方式有如下四类：
一是氨基转移作用（亦称转氨作用），二是氧化脱氨作用，三是联合脱氨作用，四是脱酰氨基作用。
（1）氨基转移作用：
即一种氨基酸的氨基经转氨酶催化转移给α－酮酸的反应，也叫氨基移换作用。
例如：
1）L－谷氨酸的氨基经谷丙转氨酶（GPT）催化，可转给丙酮酸。
2）L－谷氨酸的氨基经谷草转氨酶（COT）催化，可将氨基转移给草酰乙酸。
转氨作用在生物体内极为普遍，其酶活性强，但专一性也强。
通过转氨作用，一个氨基酸（称给氨基体）失去氨基生成相应的酮酸，而一个酮酸（称为氨基受体）获得氨基，生成相应的氨基酸，在这一过程中没有脱掉氨基。
这也是生物体内一种主要的脱氨方式。
（2）氧化脱氨作用：
即氨基酸经L－氨基酸氧化酶（或称脱氢酶）催化产生氨和酮酸的反应。
此反应分两步进行，第一步脱氢，第二步加水和脱氨。
氧化脱氨方式在动物、植物体内分布不广，活性低，所以不占重要地位。
微生物体内还有非氧化脱氨作用，例如：
还原脱氨和水解脱氨。
（3）联合脱氨作用：
即通过转氨与脱氨偶联反应来进行脱氨的方式。
这是一种有效的脱氨方式。
实验发现这个反应的关键酶谷氨酸脱氨酶在体内分布广，活性也高。
联合脱氨的逆反应也是合成非必须氨基酸的重要途径。
（4）脱酰氨基作用：
天冬酰氨和谷酰氨在酰胺酶的催化下，脱掉酰胺基的反应也可看作为一种脱氨类型。
5、酮体：
酮体是由乙酰CoA形成的乙酰乙酸，D－β－羟丁酸及丙酮等三种物质的总称。
医学上常称为酮体。
它是肝脏内脂肪代谢的正常产物。
肝脏线粒体是酮体合成的主要场所。
正常情况下，肝内生成的酮体氧化分解成二氧化碳和水。
酮体生成途径如下：
（1）乙酰CoA在硫解酶作用下，生成乙酰乙酰CoA。
（2）乙酰CoA与乙酰乙酰CoA在β－羟基－β´－甲基戊二酰CoA合成酶作用下，生成β－羟基－β´－甲基戊二酰CoA。
（3）β－羟基－β´－甲基戊二酰CoA在β－羟基－β′－甲基戊二酰CoA裂解酶催化下，裂解为乙酰乙酸和乙酰CoA。
（4）乙酰乙酸在D－β－羟丁酸脱氢酶催化下加氢产生D（－）－β－羟丁酸。
（5）丙酮可由乙酰乙酸缓慢自发脱羧，或由乙酰乙酸脱羧酶催化脱羧形成。
在正常生理条件下，乙酰CoA顺利进入三羧酸循环氧化，肝脏中乙酰CoA浓度不会增加，形成酮体很少。
只有在糖代谢与脂代谢紊乱时（如糖尿病人）肝脏中的酮体会显著上升，尿和血中酮体的含量也会显著增加，形成酮尿症和酮血症，机体有发生酸中毒的危险。
6、胆结石：
胆固醇不溶于水而易溶于胆汁酸盐水溶液中，在某种情况下（如胆石囊），胆粘膜对胆中的水和胆汁酸盐进行强烈地重吸收，使胆固醇自胆汁中结晶析出，而胆道中形成胆固醇结石。
一般认为是胆囊或胆管系统感染发生病变，在胆囊或胆管内形成一种坚硬如石的物质，即胆结石。
总的来说，有以下几个方面的因素：
（1）与生活习惯有关。
如爱静不爱动、肥胖等。
据有关资料统计，体重超过正常标准15％以上者，患胆结石的可能性比正常人增加五倍。
（2）与胆囊的慢性炎症有关。
胆囊黏膜因受浓缩的胆汁或返流的胰液刺激而发生炎症，其坏死脱落的黏膜和细菌、病毒等构成一个核心，促使胆固醇、胆红素沉积，久之形成结石。
（3）盲目节食减肥。
英国医学研究发现，90％以上的胆结石患者都有吃甜食的习惯。
（4）与某些物理因素有关。
作胃手术易损伤支配胆囊运动的神经，使胆囊功能降低，胆汁淤积，久之形成结石。
（5）胆固醇的代谢失调。
（6）有不良卫生习惯，感染肠道寄生虫者。
日本学者对手术取出的胆红素钙结石进行分析，发现55％的结石是以蛔虫卵为核心的。
我国胆结石的成分中虫卵占20％－84％不等，高发地区占70％以上。
另外，居住地区、营养条件及工作环境、情绪性格都与结石形成有关。
因此，要预防胆结石的产生，日常生活中就要养成良好的生活习惯，不偏食，不盲目节食，平时应多吃新鲜蔬菜及姜葱类食物，少食高脂肪及油腻类食物，以促使胆汁流畅，促进胆固醇代谢，减少胆结石的形成。
7、同工酶：
是指能催化同一种化学反应，而酶蛋白本身的分子结构组成都有所不同的一组酶。
例如，大肠杆菌的天冬氨酸激酶有三种同工酶AK1、AK2、AK3。
这类酶一般由两个或两个以上的亚基聚合而成，它们虽能催化同一种化学反应，但它们的理化性质和免疫性能方面都有明显差异。
同工酶存在于同一个体的同一组织或不同组织中。
它们对细胞的发育及代谢的调节都很重要。
在同工酶的研究中，乳酸脱氢酶研究得最清楚。
同工酶不仅存在于动物中，还存在于植物及微生物中，所以研究同工酶有重要的理论意义和实践意义，它与生物的生长发育、代谢调控、细胞分化、形态遗传等都有密切关系。
8、高能化合物：
在标准条件下（PH＝7，25℃，1mol/L）分子发生水解时，释放的自由能达到20.92kJ/mol以上的化合物称为高能化合物。
该化合物中高能的键称为高能键，常用“～”符合表示。
在生物化学反应中，由于高能键的水解或基团的转移，高能键可释放出大量的自由能。
生物体内常见的高能化合物有以下几种类型：
（1）磷氧键型（－O～P）
1）酰基磷酸化合物：
属于这类的有1，3－二磷酸甘油酸、乙酰磷酸、氨甲酰磷酸、酰基腺苷酸、氨酰腺苷酸等。
2）焦磷酸化合物：
有无机焦磷酸、ATP、ADP及其它各种二磷酸、三磷酸核苷酸。
3）烯醇式磷酸化合物：
如磷酸烯醇式丙酮酸。
（2）氮磷键型（－NH～P）：
如胍基磷酸化合物、磷酸肌酸核磷酸精氨酸。
（3）硫脂键型：
如3´－磷酸腺苷－5´磷酰硫酸核酰基辅酶A。
（4）甲硫键型：
有S－腺苷蛋氨酸。
9、三联体密码：
实验证明，在mRNA链上相邻的三个碱基为一组，称为密码子或三联体密码。
每个密码子代表一个特定氨基酸或肽链合成的起始、终止信息。
密码子的阅读方向和mRNA编码方向一致，都是5´→3´。
密码子具有通用性、简并性、变偶性、无标点性、无重叠性等特点。
10、转录：
指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程,即根据DNA核苷酸顺序决定RNA的核苷酸顺序的过程。
二、联系糖、脂肪、蛋白质和核酸四种物资代谢的是哪些产物？
用图说明。
答：
联系糖、脂肪、蛋白质和核酸四种物资代谢的是TCA循环中的产物，如草酰乙酸、柠檬酸、α－酮戊酸。
四大物质代谢如下图所示：
三、什么叫操纵子，用图说明酶量生成的分子学机理。
答：
1961年，F．Jacob和J．Monod根据酶合成的诱导和阻遏现象，提出了操纵子学说，用来说明酶合成的调节。
所谓操纵子是指染色体上控制蛋白质（酶）合成的功能单位，它是由一个或多个功能相关的结构基因和控制基因组成的。
这些基因串连排列在染色体上参与转录过程。
结构基因是作为转录成mRNA的模板，以后由mRNA翻译成相应的酶蛋白；控制基因是由操纵基因和启动基因组成的，操纵基因在结构基因旁边,是被激活阻遏物的结合位点,由它来开动和关闭合成相应酶的结构基因，启动基因在操纵基因旁边，是RNA聚合酶结合的位点。
在操纵子的前边是产生阻遏蛋白的调节基因。
当操纵基因“开动”时，它管辖的结构基因能通过转录和翻译而合成某种酶蛋白；当操纵基因“关闭”时，结构基因不能合成这种酶蛋白。
而操纵基因的“开”与“关”受调节基因产生的阻遏蛋白的控制，阻遏蛋白可以感受来自外界环境的变化，即受一些小分子诱导物或辅阻遏物的控制。
通常酶合成的诱导物就是酶作用的底物，而辅阻遏物是酶作用的最终产物。
这些小分子能以某种方式与阻遏蛋白分子结合，使阻遏蛋白产生构象变化，从而决定它是否处于活性状态。
其原理图如下：
操纵子与其调节基因组分控制酶的合成可用下边两组图解说明：
（教材P81图）
四、为什么说脂肪酸分解氧化比糖产生的能量多？
答：
脂肪酸的氧化分解如下：
现以棕榈酸（即软脂酸或十六烷酸）为例分析产能，当完全燃烧时，放出大量能量：
C16H32O2+23O216CO2+16H2O+2340千卡
当棕榈酸进行β－氧化时（即被酶降解）可发生下列反应：
（1）C15H31COOH+8CoASH+ATP+7FAD+7NAD+7H2O8CH3CO~ScoA+AMP+PPi+7FADH2+7NADH2
（2）8CH3CO~ScoA+16O216CO2+16H2O
+8CoASH
计算产能量如下：
1）活化阶段：
消耗1个ATP
2）β－氧化阶段：
即步骤
（1）共形成7分子FADH2和7分子NADH2。
而这两种还原性辅酶经呼吸链将其中的氢传递给氧形成水，放出能量。
即
7分子FADH2=14个ATP
7分子NADH2=21个TAP
总共＝14＋21＝35个TAP
减去活化阶段消耗的1个TAP，则
净＝35－1＝34个TAP
3）TCA阶段：
即步骤
（2）中耗用32个氧原子与氢形成水，产生3个TAP。
则：
32×3＝96个TAP
因此1分子棕榈酸经酶解氧化产生的能量为：
34＋96＝130TAP
由此可见，脂肪酸产生的能量是很多的，比同一单位重量的葡萄糖产能高三倍多，主要原因是它含的碳原子数多，所以氢也多，则生成的水就多，因而产生的TAP也多。
糖的氧化分解如下：
在糖的有氧氧化过程中，除底物磷酸化产生ATP外，各步骤脱出的氢通过电子传递体系与氧化合成水，同时放出能量，以ATP形式贮存备用，每一分子NADH2或NADPH2中的氢与氧化合成水时产生3个ATP；每分子FADH2产生2个TAP。
由此来计算有氧氧化过程中形成的ATP的数量如下表所示：
阶段
反应
净增ATP数
EMP途径
葡萄糖→2丙酮酸（2ATP,2NADH2）
8
丙酮酸氧化脱羧
2丙酮酸→2α乙酰CoA＋2CO2（2NADH2）
6
TCA循环
2异柠檬酸→2α－酮戊二酸（2NADH2）
6
2α－酮戊二酸→2琥珀酰CoA（2GTP）
6
2琥珀酰CoA→2琥珀酸
2
2琥珀酸→2延胡索酸（2FADH2）
4
2苹果酸→2草酰乙酸（2NADH2）
6
共计
38
五、什么叫可生化性，从生化角度论述有毒有机物的处理工艺。
答：
生物处理在废水中主要的用途是去除废水中溶解性有机物（SOM）。
微生物以SOM作为食物来源，将部分碳转化为新细胞物质，而将其余的碳转化为二氧化碳，二氧化碳以气体形式逸出，细胞物质通过沉淀分离被去除，使废水不再含有有机污染物。
好氧微生物特别适合去除可降解COD浓度为50～100mg/L的有机物。
在浓度较低时，生物吸附常常更为经济。
厌氧微生物适合处理一些高浓度的废水，但厌氧处理之后通常需要再进行好氧处理。
对于不溶性有机物先进行物理沉淀，再应用去除SOM的生化工艺进行处理，在此过程中，许多胶体性有机物质被微生物捕获利用，并最终转化为不再受微生物活动影响的稳定物，稳定化过程可以在去除溶解性有机物的生化处理中同时进行。
根据微生物在反应器中生长方式的不同，废水生物处理反应器分为两种主要类型：
悬浮于水中的和附着于固体支撑物的。
在应用悬浮生长式生物反应器时，需要搅拌以便使微生物始终处于悬浮状态，而且需要用物理单元操作如沉淀，将细胞从处理水中分离，再排放出水。
与之相反，附着生长式的微生物在固体支撑物上以生物膜形式生长，需要处理的废水流过生物膜。
然而，由于微生物能从支撑物上脱落，通常也要求在处理出水排放前采用物理单元进行分离。
悬浮生长式反应器主要有以下几种：
活性污泥、生物法去除营养物、好氧消化、厌氧消化、氧化塘。
1）活性污泥法：
是应用最广的废水生物处理工艺，其典型工艺如下：
之后在此基础上不断改进，又产生如下几种工艺流程：
完全混合活性污泥法（CMAS）工艺：
用来处理高负荷工业废水。
由于进水均匀分布于整个反应器中，使反应器内各点的可生物降解的有机物浓度比较低，因此，有机物毒性降低，使生物降解得以顺利进行，其工艺如下：
延时曝气活性污泥法：
通过延长污泥停留时间来稳定有机物降解产生的污泥。
其工艺如下：
选择器活性污泥法：
这是最近针对丝状菌对废水处理不利而开发的，用以控制过多的丝状菌。
选择器提供了絮状菌生长所需的环境条件，同时抑制了丝状菌，从而改善了污泥的沉淀性能。
其工艺如下：
2）生物法去除营养物，即生物脱氮除磷：
生物脱氮工艺：
生物除磷工艺：
A/O工艺：
A2/O工艺：
3）好氧消化：
主要处理初沉池和废水生物处理中的颗粒态有机物（污泥）。
传统工艺如下：
4）厌氧工艺：
最初用于废水处理系统产生的污泥的稳定化处理，后用于高强度工业废水处理，现在一个新的方向为：
用于市政污水污泥病原菌的灭活。
其工艺如下:
5）氧化塘：
是最古老的废水生物处理工艺，其出水水质较差。
近年来开发出了曝气氧化塘，使出水水质明显提高。
氧化塘除磷工艺如下：
附着生长式生物反应器：
主要有三种类型反应器：
填充塔、生物转盘、流化床。
1）填充塔：
将废水注入到充满空气的填充塔中的固定介质上，通过附着在介质上的微生物的生长来完成废水处理。
1）生物转盘：
指在水平轴上装一圆形的好氧附着生长式生物反应器，一部分淹没于水中，微生物生长在介质上。
生物转盘与传统活性污泥法、生物滤池组合在一起成为一种新型脱氮工艺。
几种流程如下：
①
②
③
3）流化床：
一般用于处理低浓度有机废水，其单位容积生物量大，占地面积小，处理效率比较高。
六、回答下列问题：
1、α－1，6糖苷键为什么比α－1，4糖苷键难降解？
答：
2、DNA与RNA有何区别？
答：
根据核酸分子所含戊糖不同，可把核酸分为两大类，含有核糖的称核糖核酸（简称RNA），含有脱氧核糖的称脱氧核糖核酸（简称DNA）。
RNA分子是由A、G、C、U4种核苷酸连接而成的多核苷酸单链。
RNA由于部分和功能不同又分为mRNA,tRNA和rRNA三种。
DNA和RNA在细胞内的分布不同，DNA大约98％以上存在于细胞核中，是染色体的主要成分。
其它如线粒体，叶绿体和质粒，甚至细胞膜上也有少量存在。
RNA90％存在于细胞质中，约10％存在于细胞核中，唯有rRNA存在于核糖体内。
DNA和RNA都是由核苷酸经3´，5´－磷酸二脂键连接而成的线性大分子。
下面对DNA和RNA分别作一介绍：
关于DNA：
1）化学组成：
DNA分子是由多个脱氧核苷酸聚合而成的长链，脱氧核苷酸共分4种，如下图：
2）DNA的空间结构即双螺旋结构有三个特点：
①从总体上看，是由两条平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的，成为规则的双螺旋结构。
②脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架排列在外侧，碱基在内侧。
③内部：
连接两条链的碱基通过氢键形成碱基对，配对遵循碱基互补配对规律：
A一定与T配对，C一定与G配对。
DNA分子具有三个特性：
多样性、特异性及稳定性。
3）关于“DNA分子的复制”的几个问题:
①、概念：
以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程。
②、时间：
有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期
③、条件：
④、过程：
边解旋边复制
⑤、特点：
半保留复制，即新形成的DNA分子的两条脱氧核苷酸链中，一条单链为原DNA分子的，一条为新形成的子链。
⑥、原则：
碱基互补配对原则，即A与T，G与C配对。
⑦、结果：
一个DNA分子经复制形成两个DNA分子。
⑧、意义：
实现遗传信息的传递。
关于RNA：
RNA分子是由A、G、C、U4种核苷酸连接而成的多核苷酸单链。
在细胞里，RNA由于部位和功能的不同，分为3种类型，它们的结构也有所不同。
①信使RNA（mRNA）：
是单链结构，它是以DNA双链中的一条链为模板，在细胞核内合成，然后进入细胞质。
由于它传达了DNA上的遗传信息，所以叫做信使RNA。
②转运（或转移）RNA（tRNA）：
这是分子量较小的RNA，它基本上也是单链，但是常常部分地扭曲成双链螺旋状，它的平面形状如三叶草（一种豆科植物）的叶。
tRNA也是以DNA分子中的某些部分作为模板，按照碱基互补原则合成的。
在蛋白质合成的过程，tRNA起着搬运各种氨基酸的作用。
③核糖体RNA（rRNA）：
也是单链结构，它也是以DNA分子中某些部分作为模板会成的。
rRNA与蛋白质结合在一起，形成核糖体，是核糖体结构的一部分。
3、糖原与淀粉有何区别？
答：
1）存贮方式不同：
糖元又称动物淀粉或肝脏，是由许多葡萄糖脱水缩合而成，是动物贮存葡萄糖的形式；淀粉是高等植物贮存的多糖。
2）结构不同：
淀粉分直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉是由200～300个葡萄糖以α－1，4糖苷键链接而成，是不带支链的高聚物。
支链淀粉是一种具有分支多糖类物质，大约有1300个葡萄糖基组成，先由24～30个葡萄糖单位按α－1，4糖苷键连接起来两个短链之间的连接为α－1，6糖苷键；糖原的结构与支链淀粉相似，由D-葡萄糖组成，主链为α－1，4糖苷键连接，支链与主链的连接为α－1，6糖苷键，但是糖原含的支链较多。
糖原的每个直链部分形成开放的螺旋构象增加它对糖原代谢酶的易接近性。
3）分子量大小不同：
直链淀粉的分子量较小，约为4千～40万，支链淀粉的分子量比直链的大，约为50万～100万，而糖原的分子量大约在100万～1000万之间。
4）性质不同：
直链淀粉是一种可溶性淀粉颗粒，遇碘呈兰色，淀粉可酸解成葡萄糖：
经酶水解产生麦芽糖。
水解过程如下：
淀粉→红糊精→无色糊精→麦芽糖
红糊精与碘作用呈红色，无色糊精则与碘作用不显色；糖原性质与红糊精相似，溶于沸水，遇碘呈红色。
无还原性和脎作用。
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