《生物化学学习指南习题与解答改》doc.docx

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第一章蛋白质化学

I主要内容

一、蛋白质的生物学意义

蛋白质是生物体内最为重要的有机化学物质之一，它几乎参与了生物体所有的生命活动，如生物体的构成、机体的运动、化学催化、机体的免疫保护、生物遗传信息的传递与表达等等，可以说蛋白质是一切生命活动的重要支柱，没有蛋白质就没有生命现象的存在，因此，蛋白质化学是生物化学中一个重要的研究方面。

二、蛋白质的元素组成

蛋白质是由C、H、O、N、S等几种元素构成，其中C50-55%、H6-8%、O20-30%、N15-17%、S0-4%，且含量基本相同，因此通过测定蛋白质样品中元素含量就可以推测出样品中蛋白质的含量。

三、蛋白质的氨基酸组成

（一）氨基酸的结构及特点

一般的蛋白质都是由20种氨基酸构成，这些氨基酸都是在蛋白质的合成过程中直接加进去的，并有专门的遗传密码与其对应，这些构成蛋白质的基本氨基酸称为天然氨基酸（通用氨基酸）。

天然氨基酸具有如下特点：

1.20种天然氨基酸均有专门的遗传密码与其对应，它们在蛋白质的合成中是直接加上去的。

2.除甘氨酸外，其它氨基酸至少含有一个手性碳原子。

3.除脯氨酸外，其它氨基酸均为-氨基酸。

4.氨基酸虽有D、L–型之分，但存在于天然蛋白质中的氨基酸均为L-型氨基酸。

（二）天然氨基酸的分类

1.根据氨基酸分子中氨基和羧基的相对数量进行分类

2.根据氨基酸分子结构分类

3.根据氨基酸侧链基团极性分类

氨基酸根据其侧链基团在近中性的pH条件下是否带电荷以及带电荷的种类分成四类：

非极性氨基酸、极性不带电荷氨基酸、极性带正电荷氨基酸、极性带负电荷氨基酸。

（三）稀有蛋白质氨基酸

这部分主要是指虽然在蛋白质中有所存在，含量却较少的一类氨基酸。

蛋白质中的稀有氨基酸是在蛋白质合成后的加工过程中通过化学的方法在天然氨基酸的基础上增加某些基团而形成的。

（四）非蛋白质氨基酸

非蛋白质氨基酸是细胞中不参与天然蛋白质合成的一类氨基酸。

（五）氨基酸的重要理化性质

1.一般理化性质

2.氨基酸的酸碱性质与等电点

3.氨基酸的主要化学性质

（1）茚三酮反应

（2）桑格反应（Sangerreaction）

（3）埃德曼反应（Edmanreaction）

4.氨基酸的光学性质

由于氨基酸分子中除甘氨酸外都有不对称碳原子的存在，因此，天然氨基酸中除甘氨酸外均有旋光现象的存在。

20种天然氨基酸在可见光范围内都没有明显的光吸收现象，但在紫外区有三种氨基酸确有明显的光吸收作用。

五、蛋白质的分子结构

为研究方便，人们将蛋白质结构分成不同的层次，1952年Linderstron-Lang将蛋白质分成三个结构层次，1953年Bernal又提出四级结构，此后人们又在结构与功能的研究中提出了超二级结构及结构域概念，因此，目前，目前人们认为蛋白质可以分成六个结构层次进行研究。

（一）蛋白质的一级结构

根据1969年国际理论化学和应用化学协会（IUPAC）的规定蛋白质的一级结构（Primarystructure）是指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。

氨基酸与氨基酸之间通过酰胺键相连构成的化合物称为肽或蛋白质，通常构成肽链的氨基酸数目在10个以下的称为寡肽，10以上者称为多肽或蛋白质。

蛋白质与多肽链的区别：

（1）氨基酸组成数量。

一般都在100个以上，分子量在10，000以上。

（2）具有特定的空间结构。

（3）结构与功能之间的对应关系。

（二）蛋白质的二级结构

蛋白质多肽链主链本身、局部的、有规则的空间排布方式——蛋白质的二级结构。

蛋白质的二级结构主要包括-螺旋结构、-折叠、-转角、无规则卷曲（自由回转）

1、蛋白质二级结构的主要类型

-螺旋结构是美国麻省理工学院的Pauling、Corey在1953年对动物毛发结构的X-光衍射分析中发现的一种蛋白结构，-螺旋结构有左旋和右旋两种。

①多肽链主链围绕其中心轴盘绕而成的一种螺旋管状结构，螺旋结构每螺旋上升一圈需要3.6个氨基酸残基，垂直上升0.54nm；②螺旋结构中每个氨基酸残基上的氨基氢与其后第四个氨基酸残基的羰基氧形成氢键，其氢键的走向与螺旋轴平行。

-折叠结构也是Pauling和Corey在蚕丝丝心蛋白中发现的一种蛋白结构。

①-折叠结构是由几条多肽链或一条多肽链的几个片段平行折叠形成的一种片层结构；②相邻的主链之间借助于链内或链间氢链相连形成片层，主链中相邻氨基酸残基的侧链基团上下交替排列在片层的上方或下方；③-折叠结构分平行或反平行两种结构。

-转角是指多肽链走向发生180°回折，其转角处的结构。

无规则卷曲（自由回转）

2、超二级结构与结构域

（1）超二级结构（Supersecodarystructure）是指由两个或多个二级结构单元被长度不等，走向不规则的连接肽彼此相连，形成的有规律的、在空间上可以辨认的二级结构组合体称为超二级结构。

超二级结构根据其复杂程度分为简单超二级结构和复杂超二级结构两种类型。

由两个或少数构象单元经连接肽相连形成的超二级结构称简单超二级结构，一般包括-corner）、-发夹（-hairpin）、-发夹（-hairpin）、拱形结构（arch）。

由多个构象单元或由简单的超二级结构进一步组合形成的有规律的在空间上可辩识的结构，具体可分为-螺旋超螺旋、X结构、-迂回、-折叠桶四种形式。

（2）结构域（Structuraldomain）

也叫辖区，是指存在于球状蛋白质分子内部由相邻的多个二级结构单元彼此相连形成的球状亚单位。

结构域是独立的结构单位、功能单位和独立的结构形成单位。

结构域主要包括-结构域、-折叠域、+结构域和/结构域。

结构域作为独立的结构单位，具有内在的稳定性，结构域之间通过柔性肽段相连。

多数蛋白质具有多个结构域，其结构域可能相同，如磷酸丙糖异构酶具有两个相似的结构域，也可能不同，如丙酮酸激酶。

（三）蛋白质的三级结构

在二级结构的基础上，多肽链进一步盘绕折叠形成的球状蛋白质结构称为蛋白质的三级结构。

换言之是指构成球状蛋白质的多肽链中所有原子和基团的空间排布。

它是由不同的二级结构单元按照一定的方式彼此组合而成的一种蛋白质结构。

（四）蛋白质的四级结构

由两个及其以上具有三级结构的多肽链链相互聚集形成的蛋白质空间结构称为蛋白质四级结构。

四级结构形成的意义：

①四级结构赋予蛋白质更加复杂的结构，以便执行更复杂的功能如在酶类中，除功能简单的水解酶，其它酶大多数是寡聚蛋白。

②通过亚基间的相互作用，可以对酶或其它功能蛋白的活性进行调节。

③催化相关代谢的酶形成多酶复合物，可以提高酶促反应的速度。

④可以得用大小、种类有限的亚基组合成结构复杂的大分子蛋白质。

⑤可以降低细胞内的渗透压。

⑥节约编码的信息量。

（五）维持蛋白质空间构象的作用力

在不同蛋白质结构中起主要作用的稳定因素不同，在蛋白质一级结构中起主要稳定作用的因素是共价键；在蛋白质二级结构中起主要作用的稳定因素是氢键；在蛋白质三、四级结构中起最主要作用的因素是疏水力。

五、蛋白质分子结构与功能的关系

（一）蛋白质一级结构与功能的关系

蛋白质一级结构是决定蛋白质空间结构及其生物学功能的重要基础，在细胞内特定的环境条件下，蛋白质一级结构决定蛋白质的空间结构，蛋白质一级结构通过决定蛋白质空间结构的方式间接地决定和影响蛋白质的生物学功能。

蛋白质一级结构与生物进化的关系、蛋白质一级结构与分子病的关系是生物化学中研究较为清楚的两个例子。

（二）蛋白质空间结构与功能的关系

蛋白质空间结构直接决定和影响蛋白质的功能，蛋白质空间结构的变化必然导致蛋白质生物功能的改变，如核糖核酸酶空间结构变化与功能关系、血红蛋白空间结构变化与功能关系以及调节酶结构变化与酶活性变化等。

II习题

一、名词解释

１．Ｎ端与Ｃ端:

２．蛋白质一级结构:

３．氨基酸残基:

４．Ｓn=3.613:

５．肽单位、肽平面:

６．寡聚蛋白:

７．蛋白质变性:

8．超二级结构与结构域:

二、是非题判断下列各句话意思的正确与否，正确的在题后括号内画“√”，错误的画“×”，如果是错误的，请说明其理由

1.组成蛋白质的20种氨基酸，它们至少含有一个不对称碳原子。

2.氨基酸立体异构体虽有Ｄ-型和Ｌ-型之分，但在蛋白质中所发现的氨基酸均为Ｌ－型。

3.等摩尔的Ｄ-Ａla和Ｌ-Ａla混合液，不能引起偏振光平面的偏转。

4.从蛋白质酸水解液中可以得到所有20种天然氨基酸。

5.氨基酸在水溶液或固体状态是以两性离子形式存在的。

6.内部氢键的形成的是驱使蛋白质折叠的主要力量。

7.在外界环境一定的条件下，蛋白质的空间结构主要是由它的一级结构所决定的。

9.天然蛋白质中多肽链的螺旋构象都是右旋的。

11.某一蛋白质样品，当其酸性氨基酸数目等于碱性氨基酸数目时，此蛋白质样品的等电点pH是７。

13.血红蛋白和细胞色素Ｃ都是含铁卟啉的色蛋白，两者的功能虽然不同，但它们的作用机制相同，都是通过铁离子化合价的变化来实现的。

17．蛋白质构象的变化伴随自由能的变化，最稳定的构象自由能最低。

18．刚性平面结构的肽单位是蛋白质主链骨架的重复单位。

19．蛋白质分子的亚基就是蛋白质的结构域。

20．脯氨酸不能维持α—螺旋，凡有脯氨酸的部位肽链都发生弯转。

21．有机溶剂引起蛋白质变性的主要原因之一是降低介质的介电常数。

22．血红蛋白比肌红蛋白携氧能力高，这是因为它有多个亚基。

23．蛋白质和酶原的激活过程说明蛋白质的一级结构变化与蛋白质的功能密切相关。

24．肌红蛋白和血红蛋白的α和β链有共同的三级结构。

三、填空题

１．组成蛋白质的氨基酸有20种，其中，必须氨基酸有种，即。

２．通用氨基酸除外都有旋光性；在稳定许多蛋白质结构中起重要作用，因为它可参与形成链内和链间的共价键。

３．氨基酸结构上的共同点是：

（1）,

（2），（3）。

６．蛋白质的主链构象单元有，，，四种。

８．在典型的α－螺旋结构中，一个氨基酸的氨基氢与其前面第个氨基酸残基的羰基氧形成氢键，在此封闭体系内，共含有个原子。

9．在正常生理条件下（pH＝7），蛋白质分子中和的侧链部分带正电荷。

11．球蛋白分子中基团排列在外部，基团排列在分子的内部。

14．用紫外光吸收法测定蛋白质含量的依据是所有的蛋白质分子中都含有、

和三种氨基酸。

。

15．1965年中国科学家完成了由51个氨基酸残基组成的合成。

16．目前己知的超二级结构有、、和四种基本形式。

l7．维持蛋白质三级结构的作用力是，，和盐键。

19．在pH6.0时将G1y，A1a，G1u，Lys，Arg和Ser的混合物进行纸电泳，向阳极移动快的是；向阴极移动最快的是和；移动很慢接近原点的是，和。

四、选择题

１．在生理ＰH条件下，带正电荷的氨基酸是：

ＡAlaＢTry

ＣTrpＤLys

２．下列哪些氨基酸只含非必须氨基酸：

Ａ芳香族氨基酸Ｂ碱性氨基酸

Ｃ酸性氨基酸Ｄ支链氨基酸

３．下列哪些蛋白质是不溶于水的？

Ａ血红蛋白Ｂ酶

Ｃ抗体Ｄ胶原蛋白

４．细胞色素氧化酶除含有血色素辅基外，还含有：

Ａ铜Ｂ铁

Ｃ镁Ｄ锌

５．蛋白质在280nm有最大光吸收，主要是因为其中含有：

ＡPheＢTyr

ＣHisＤTrp

６．pＩ在pH７附近的ＡＡ是：

ＡSerＢGlu

ＣAsnＤHis

８．维持蛋白质空间结构稳定的主要因素是：

Ａ疏水作用Ｂ氢键

Ｃ范德华作用力Ｄ盐键

10．在效应物作用下，蛋白质产生的变构（或别构）效应是由于蛋白质的

A一级结构发生变化B构型发生变化

C构象发生变化D氨基酸序列发生变化

11．下列具有协同效应的蛋白质是：

A肌红蛋白B血红蛋白

C丝心蛋白D弹性蛋白

12．同源蛋白是指：

A来源相同的各种蛋白质B来源不同的同一种蛋白质

C来源相同的同一种蛋白质D来源不同的各种蛋白质

13．如下哪些叙述是正确的：

Ａ肽键中的Ｃ－Ｎ具有部分双键性质；

Ｂ肽单位中的六个原子处在一个平面上；

Ｃ两个相邻近的α－碳呈反式分布；

Ｄα－Ｃ的二面角在0～180°内可以自由旋转。

15．蛋白质空间结构稳定机制中，包括下列哪种氨基酸与赖氨酸残基的相互作用。

AG1uBArg

CHisDAsp

五、问答与计算

1．什么是蛋白质的一、二、三、四级结构？

主要的稳定因素各是什么？

2．什么是蛋白质的等电点（pI）?

为什么说在等电点时蛋白质的溶解度最低?

3．将固体氨基酸溶于pH7的水中所得的氨基酸溶液，有的pH大于7，有的小于7，这种现象说明什么?

5．指出用电泳技术分离下列物质，pH是多少时最合适?

（1）血清清蛋白（pI＝4.9）和血红蛋白（pI＝6.8）；

（2）肌红蛋白（pI＝7.0）和胰凝乳蛋白梅（pI＝9.5）；

（3）卵清蛋白（pI＝4.6）、血清清蛋白和肽酶（pI＝5.0）。

7．某氨基酸的水溶液pH值为6.0，问此氨基酸的等电点是大于6，等于6，还是小于6？

9．举例说明蛋白质结构与功能的关系？

第二章核酸化学

I主要内容

一、核酸的种类、分布及主要功能

核酸是以核苷酸为基本单位形成的生物大分子。

核酸根据其所含戊糖种类的不同分为核糖核酸（简称RNA）和脱氧核糖核酸（简称DNA）二种类型。

DNA是绝大多数生物体内遗传信息的贮存者和传递者，主要在遗传信息的贮存和传递中发挥作用；大多数为双链，少数为单链；真核细胞中分布在细胞核，原核细胞中存在于拟核区。

RNA一般是线状、单链，少数为环状双链；主要作用是参与蛋白质的生物合成，并根据其功能不同分为mRNA、tRNA和rRNA；主要分布在细胞质中。

另外，RNA在少数生物体内还起着遗传信息载体的作用。

二、核酸的化学组成

核酸是由核苷酸为基本单位构成的一类生物大分子。

部分分解可以形成多核苷酸、核苷酸、核苷，完全水解可以形成磷酸、戊糖和含氮碱基。

参与核酸构成的含氮碱基主要有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶。

戊糖与含氮碱基之间通过C-N相连形成核苷（糖苷），核苷中戊糖基5′-OH与磷酸反应形成核苷酸。

细胞中存在的核苷酸绝大多数均为5′-核苷酸，以3′，5′-磷酸二酯键形成核酸分子。

三、核酸的分子结构

（一）1．DNA或RNA一级结构

DNA或RNA分子中核苷酸的排列顺序称为DNA或RNA的一级结构。

核酸分子中遗传信息就贮存在特定的核苷酸（碱基）排列顺序之中。

（二）DNA的二、三级结构

1．DNA二级结构特点：

（1）该结构由两条反向平行的DNA单链围绕其中心轴向右盘绕而成，其中一条链的方向是从3′-5′，而另一条链的走向是从5′-3′；

（2）由磷酸和脱氧核糖交替排列形成双螺旋结构的主链骨架，位于双螺旋结构的外侧，糖环平面与中心轴的走向相平行，碱基则位于双螺旋结构的内部，其平面与中心轴的走向垂直；（3）每螺旋上升一圈需要10个碱基对，螺距是3.4nm直径2.0nm；（4）DNA双链对应位置碱基之间具有严格的规律性，即A=T，G=C。

2.维持DNA二级结构稳定的因素：

（1）互补碱基对间的氢键；

（2）碱基堆集力；（3）离子键。

3.生物学意义：

（1）揭示了DNA分子上遗传信息的贮存规律；

（2）揭示了DNA分子的可复制性以及DNA分子内遗传信息的传递方式。

DNA的三级结构是指双螺旋的卷曲构象，最常见的是超螺旋结构。

（三）RNA二、三级结构

RNA一般由一条链构成，二级结构的最主要特点是“发夹”结构。

tRNA二级结构呈三叶草形，三级结构呈“倒L形。

四、核酸的主要性质

1．溶解性和旋光性。

2．紫外吸收特性：

核苷酸定量分析（摩尔消光系数）法。

3．碱基、核苷和核苷酸的解离；碱基和磷酸上的可解离基团，核苷和核苷酸的等电点

4．变性、复性及DNA的分子杂交。

II习题

一、名词解释

1.稀有核苷：

_2.DNA二级结构：

3.三叶草模型

4.“线团”转变：

5.分子杂交：

6.增色效应：

7．Tm：

二、是非题:

判断下列各句话意思的正确与否，正确的在题后括号内画“√”，错误的画“×”，如果是错误的，请说明其理由。

1．核苷由碱基和核糖以β-型C-N糖苷键相连。

2．核苷酸是由核苷与磷酸脱水缩合而成，核苷酸是核苷的磷酸酯

3．DNA与RNA一样，在1NKOH溶液中不很稳定，生成2'，3'脱氧核苷酸。

4．DNA碱基配对规律（A＝T,G＝C）仅适用于双链DNA而不适用单链DNA.

5．在DNA变性过程中,总是G＝C对丰富的区段先解链分开。

6．DNA是所有生物的遗传物质。

7．在DNA局部双螺旋区内，两条链之间的方向也是反向平行的。

8．不同来源的DNA单链，在一定条件下能进行分子杂交，是由于它们有共同的碱基组成。

9．当某DNA溶液温度升高到一定程度时，OD260提高30％，说明它是该DNA分子为双链DNA。

10．DNA分子的可复制性主要是由DNA双链对应位置之间碱基的互补性所决定的。

11．DNA变性后由双螺旋结构变成线团结构。

12．Tm值低的DNA分子中（A-T）％高。

13．双链DNA中，一条链上某一区段的核苷酸顺序为：

pCpTpGpGpApC，那么另一条链上相应的区段的核苷酸顺序为:

pGpApCpTpG.

14．由于RNA不是双链，因此所有的RNA分子中都没有双螺旋结构。

15．DNA两条链间的碱基配对原则总是A对T、C对G、而DNA与mRNA之间的碱基配对原则为A对U、T对A以及G对C。

16．DNA的复制和转录都必须根据碱基配对的原则。

17．某氨基酸tRNA反密码子为GUC，在mRNA上相对应的密码子应该是CAG。

18．细胞内DNA的核苷酸顺序都不是随机的而是由遗传性决定的。

三、填空题

1．核苷酸是由、和磷酸基三者组成的。

2．在各种RNA中含稀有碱基最多。

3．DNA双螺旋的直径为__________________，双螺旋每隔___________旋转一圈，约相当于________对，核糖－磷酸主链位于螺旋体______侧，碱基对位于螺旋体________侧。

4．真核生物的DNA存在于，其生物学作用是。

5．所有RNA的核苷酸顺序都是由它们的。

6．将双链DNA放置在pH2以下或pHl2以上，其OD260,在同样条件下单链DNA的OD260。

7．B型DNA双螺旋是由两条链是平行的，螺距每个螺旋的碱基对基数为。

8．DNA抗碱的原因是决定的。

9．将A、U、C和G四种核苷酸溶解在pH3.5的缓冲液中，从负极向正极进行电泳，

跑得最快，跑得最慢。

10．从E.coli中分离的DNA样品内含有20％的腺嘌呤（A），那么T＝％，G十C＝％。

11．某DNA片段的碱基顺序为GCTACTAAGC，它的互补链顺序应为。

12．酵母tRNAAla二级结构模型呈__状；主要包括______、______、___________、和____________五部分组成。

13．当温度逐渐升到一定高度时，DNA双链称为变性。

当温度逐渐降低时，DNA的两条链，称为。

14．DNA的复性速度与、以及DNA片段的大小有关。

15．天然DNA的负超螺旋是由于DNA双螺旋中两条链引起的为手超螺旋，正超螺旋是由于DNA双螺旋中两条链引起的为手超螺旋。

16．tRNA的二级结构呈形，三级结构的形状像。

17．核酸分子含有____________和____________碱，所以对____________nm的波长有强烈吸收。

18．维持DNA双螺旋结构稳定的因素有___________、_______和_____________。

四、选择题

1．在双链DNA中，碱基含量关系错误的是：

AA＝T、G＝C;BA+T＝G＋C;

CG＝C+mC;DA+G＝C＋T;

2．双链DNA的Tm上升是下列哪组碱基高引起的?

AA+G;BC+T;

CA+T;DG+C.

3．Watson-Crick的DNA双螺旋模型表示:

A一个三链结构;B双链走向是反向平行的;

C碱基A与G配对;D碱基之间共价结合;

4．DNA热变性的显著变化是:

A磷酸二酯链断裂;B生成2',3'环核苷酸;

CTm值与GC含量有关;D260nm吸收值增加;

5．绝大多数真核生物的mRNA的5'端有:

APolyA;BCCA－OH;

B帽子结构、起始密码;D终止密码;

6．各类核酸中含稀有核苷最多的是:

AtRNABrRNA;

CmRNA;DDNA.

7．假尿苷中的糖苷键是:

AC－N连接;BC－C连接;

CN－N连接;DO－C连接;

8．与DNA序列5'－pTpApGpA－3'互补的序列是:

A5'－pTpCpTpA－3';B5'－pApTpCpT－3';

C5'－pUpCpUpA－3';D5'－pGpCpGpA－3';

9．下列关于DNA的叙述哪项是错误的?

A不同生物的DNA一级结构不同。

B破坏DNA双螺旋，260nm光吸收增加。

C所有生物的DNA都为双链结构。

D细胞核DNA与线粒体DNA的三级结构不同;

10．下列哪项可说明DNA是生物遗传信息的携带者?

A不同生物的碱基组成应该是相同的；

B病毒感染是通过蛋白质侵入宿主细胞来完成的；

C同一生物体不同组织的DNA通常具有相同的碱基组成。

D生物体的DNA碱基组成随年龄和营养状况的改变而改变。

11．存在于DNA中的bp是:

AA-T;BU-A;CC-G;DG-A.

12．对于细胞中RNA来说:

A含量最多的是rRNA;B含修饰核苷最多的是tRNA;

C所有RNA都在于细胞质中；D寿命最短、含量最少的是mRNA;

13．核酸变性时:

A氢键断裂、双链脱解、碱基堆积破坏；

B分子量不变；

C在退火条件下互补单链可以重新缔合为双链；

D单链核酸增色效应不显著。

14．DNA的Tm与介质的离子强度有关，所以DNA制品应保存在：

A高浓度的缓冲浪中B低浓度的缓冲液中

C纯水中D有机试剂中

15．热变性后的DNA：

A紫外吸收增加B磷酸二酯键断裂

C形成三股螺旋D（G-C）％含量增加

*16．下列过程中与DNA体外重组无关的是：

A用专一性的限制性内切酶在特定的互补位点切割载体DNA和供体DNA

B通过连接酶催化载体DNA与供体DNA接合。

C将重组后的DNA通过结合反应引入寄主细胞。

D常常根据载体所具有的抗药性来