生物化学简明教程（第四版）课后习题及答案

1 绪论

1．生物化学研究的对象和内容是什么？ 解答：生物化学主要研究:

（1）生物机体的化学组成、生物分子的结构、性质及功能； （2）生物分子分解与合成及反应过程中的能量变化； （3）生物遗传信息的储存、传递和表达； （4）生物体新陈代谢的调节与控制。

2．你已经学过的课程中哪些内容与生物化学有关。

提示：生物化学是生命科学的基础学科，注意从不同的角度，去理解并运用生物化学的知识。 3．说明生物分子的元素组成和分子组成有哪些相似的规侓。

解答：生物大分子在元素组成上有相似的规侓性。碳、氢、氧、氮、磷、硫等6种是蛋白质、核酸、糖和脂的主要组成元素。碳原子具有特殊的成键性质，即碳原子最外层的4个电子可使碳与自身形成共价单键、共价双键和共价三键，碳还可与氮、氧和氢原子形成共价键。碳与被键合原子形成4个共价键的性质,使得碳骨架

O可形成线性、分支以及环状的多种多性的化合物。特殊的成键性质适应了生物大分子多样性的需要。氮、氧、

硫、磷元素构成了生物分子碳骨架上的氨基（—NH2）、羟基（—OH）、羰基（

C）、羧基（—COOH）、巯基（—SH）、

磷酸基（—PO4 ）等功能基团。这些功能基团因氮、硫和磷有着可变的氧化数及氮和氧有着较强的电负性而与生命物质的许多关键作用密切相关。

生物大分子在结构上也有着共同的规律性。生物大分子均由相同类型的构件通过一定的共价键聚合成链状，其主链骨架呈现周期性重复。构成蛋白质的构件是20种基本氨基酸。氨基酸之间通过肽键相连。肽链具有方向性（N 端→C端）,蛋白质主链骨架呈“肽单位”重复；核酸的构件是核苷酸,核苷酸通过3′, 5′-磷酸二酯键相连，核酸链也具有方向性(5′、→3′ ),核酸的主链骨架呈“磷酸-核糖（或脱氧核糖）”重复；构成脂质的构件是甘油、脂肪酸和胆碱，其非极性烃长链也是一种重复结构；构成多糖的构件是单糖，单糖间通过

糖苷键相连，淀粉、纤维素、糖原的糖链骨架均呈葡萄糖基的重复。

2 蛋白质化学

1．用于测定蛋白质多肽链N端、C端的常用方法有哪些？基本原理是什么？

解答：（1） N-末端测定法：常采用2,4―二硝基氟苯法、Edman降解法、丹磺酰氯法。

①2,4―二硝基氟苯(DNFB或FDNB)法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与2,4―二硝基氟苯（2,4―DNFB）反应（Sanger反应），生成DNP―多肽或DNP―蛋白质。由于DNFB与氨基形成的键对酸水解远比肽键稳定，因此DNP―多肽经酸水解后，只有N―末端氨基酸为黄色DNP―氨基酸衍生物，其余的都是游离氨基酸。

② 丹磺酰氯(DNS)法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与与丹磺酰氯（DNS―Cl）反应生成DNS―多肽或DNS―蛋白质。由于DNS与氨基形成的键对酸水解远比肽键稳定，因此DNS―多肽经酸水解后，只有N―末端氨基酸为强烈的荧光物质DNS―氨基酸，其余的都是游离氨基酸。

③ 苯异硫氰酸脂（PITC或Edman降解）法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与异硫氰酸苯酯（PITC）反应（Edman反应），生成苯氨基硫甲酰多肽或蛋白质。在酸性有机溶剂中加热时，N―末端的PTC―氨基酸发生环化，生成苯乙内酰硫脲的衍生物并从肽链上掉下来，除去N―末端氨基酸后剩下的肽链仍然是完整的。

④ 氨肽酶法：氨肽酶是一类肽链外切酶或叫外肽酶，能从多肽链的N端逐个地向里切。根据不同的反应时间测出酶水解释放的氨基酸种类和数量，按反应时间和残基释放量作动力学曲线，就能知道该蛋白质的N端残基序列。

（2）C―末端测定法：常采用肼解法、还原法、羧肽酶法。

肼解法：蛋白质或多肽与无水肼加热发生肼解，反应中除C端氨基酸以游离形式存 在外，其他氨基酸都转变为相应的氨基酸酰肼化物。

② 还原法：肽链C端氨基酸可用硼氢化锂还原成相应的α―氨基醇。肽链完全水解后，代表原来C―末端氨基酸的α―氨基醇，可用层析法加以鉴别。

③ 羧肽酶法：是一类肽链外切酶，专一的从肽链的C―末端开始逐个降解，释放出游离的氨基酸。被释放的氨基酸数目与种类随反应时间的而变化。根据释放的氨基酸量（摩尔数）与反应时间的关系，便可以知道该肽链的C―末端氨基酸序列。

2．测得一种血红蛋白含铁0.426%，计算其最低相对分子质量。一种纯酶按质量计算含亮氨酸1.65%和异亮氨酸2.48%，问其最低相对分子质量是多少？

解答：

（1）血红蛋白：

（2）酶：

最低相对分子质量＝铁的相对原子质量55.8?100＝?100?13100铁的百分含量0.426

因为亮氨酸和异亮氨酸的相对分子质量相等，所以亮氨酸和异亮氨酸的残基数之比为：1.65%:2.48%=2:3，因此，该酶分子中至少含有2?个亮氨酸，3个异亮氨酸。 2?131.11100Mr?最低???159001.65 3?131.11?100Mr?最低???159002.48

3．指出下面pH条件下，各蛋白质在电场中向哪个方向移动，即正极，负极，还是保持原点？ （1）胃蛋白酶（pI 1.0），在pH 5.0； （2）血清清蛋白（pI 4.9），在pH 6.0； （3）α-脂蛋白（pI 5.8），在pH 5.0和pH 9.0；

解答：（1）胃蛋白酶pI 1.0＜环境pH 5.0，带负电荷，向正极移动； （2）血清清蛋白pI 4.9＜环境pH 6.0，带负电荷，向正极移动； （3）α-脂蛋白pI 5.8＞环境pH 5.0，带正电荷，向负极移动； α-脂蛋白pI 5.8＜环境pH 9.0，带负电荷，向正极移动。 4．何谓蛋白质的变性与沉淀？二者在本质上有何区别？

解答：蛋白质变性的概念：天然蛋白质受物理或化学因素的影响后，使其失去原有的生物活性，并伴随着物理化学性质的改变，这种作用称为蛋白质的变性。

变性的本质：分子中各种次级键断裂，使其空间构象从紧密有序的状态变成松散无序的状态，一级结构不破坏。

蛋白质变性后的表现：①?生物学活性消失； ②?理化性质改变：溶解度下降，黏度增加，紫外吸收增加，侧链反应增强，对酶的作用敏感，易被水解。

蛋白质由于带有电荷和水膜，因此在水溶液中形成稳定的胶体。如果在蛋白质溶液中加入适当的试剂，破坏了蛋白质的水膜或中和了蛋白质的电荷，则蛋白质胶体溶液就不稳定而出现沉淀现象。沉淀机理：破坏蛋白质的水化膜，中和表面的净电荷。

蛋白质的沉淀可以分为两类：

（1）可逆的沉淀：蛋白质的结构未发生显著的变化，除去引起沉淀的因素，蛋白质仍能溶于原来的溶剂中，并保持天然性质。如盐析或低温下的乙醇（或丙酮）短时间作用蛋白质。

（2）不可逆沉淀：蛋白质分子内部结构发生重大改变，蛋白质变性而沉淀，不再能溶于原溶剂。如加热引起蛋白质沉淀，与重金属或某些酸类的反应都属于此类。

蛋白质变性后，有时由于维持溶液稳定的条件仍然存在，并不析出。因此变性蛋白质并不一定都表现为沉淀，而沉淀的蛋白质也未必都已经变性。

5．下列试剂和酶常用于蛋白质化学的研究中：CNBr，异硫氰酸苯酯，丹磺酰氯，脲，6mol/L HCl β-巯基乙醇，水合茚三酮，过甲酸，胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶，其中哪一个最适合完成以下各项任务？

（1）测定小肽的氨基酸序列。 （2）鉴定肽的氨基末端残基。

（3）不含二硫键的蛋白质的可逆变性。若有二硫键存在时还需加什么试剂？

（4）在芳香族氨基酸残基羧基侧水解肽键。 （5）在甲硫氨酸残基羧基侧水解肽键。 （6）在赖氨酸和精氨酸残基侧水解肽键。

解答：（1）异硫氰酸苯酯；（2）丹黄酰氯；（3）脲；?-巯基乙醇还原二硫键；（4）胰凝乳蛋白酶；（5）CNBr；（6）胰蛋白酶。

6．由下列信息求八肽的序列。

（1）酸水解得 Ala，Arg，Leu，Met，Phe，Thr，2Val。

（2）Sanger试剂处理得DNP-Ala。

（3）胰蛋白酶处理得Ala，Arg，Thr 和 Leu，Met，Phe，2Val。当以Sanger试剂处理时分别得到DNP-Ala和DNP-Val。

（4）溴化氰处理得 Ala，Arg，高丝氨酸内酯，Thr，2Val，和 Leu，Phe，当用Sanger试剂处理时，分别得DNP-Ala和DNP-Leu。

解答：由（2）推出N末端为Ala；由（3）推出Val位于N端第四，Arg为第三，而Thr为第二；溴化氰裂解，得出N端第六位是Met，由于第七位是Leu，所以Phe为第八；由（4），第五为Val。所以八肽为：Ala-Thr-Arg-Val-Val-Met-Leu-Phe。

7．一个α螺旋片段含有180个氨基酸残基，该片段中有多少圈螺旋？计算该α-螺旋片段的轴长。 解答：180/3.6=50圈，50×0.54=27nm，该片段中含有50圈螺旋，其轴长为27nm。

8．当一种四肽与FDNB反应后，用5.7mol/LHCl水解得到DNP-Val及其他3种氨基酸；当这四肽用胰蛋白酶水解时发现两种碎片段；其中一片用LiBH4（下标）还原后再进行酸水解，水解液内有氨基乙醇和一种在浓硫酸条件下能与乙醛酸反应产生紫（红）色产物的氨基酸。试问这四肽的一级结构是由哪几种氨基酸组成的？

解答：（1）四肽与FDNB反应后，用5.7mol/LHCl水解得到DNP-Val，证明N端为Val。 （2）LiBH4还原后再水解，水解液中有氨基乙醇，证明肽的C端为Gly。

（3）水解液中有在浓H2SO4条件下能与乙醛酸反应产生紫红色产物的氨基酸，说明此氨基酸为Trp。说明C端为Gly－Trp…

（4）根据胰蛋白酶的专一性，得知N端片段为Val－Arg（Lys）…，以（1）、（2）、（3）结果可知道四肽的顺序：N－Val－Arg（Lys）－Trp－Gly－C。

9．概述测定蛋白质一级结构的基本步骤。

解答：（1）测定蛋白质中氨基酸组成。 （2）蛋白质的N端和C端的测定。

（3）应用两种或两种以上不同的水解方法将所要测定的蛋白质肽链断裂，各自得到一系列大小不同的肽段。

（4）分离提纯所产生的肽，并测定出它们的序列。

（5）从有重叠结构的各个肽的序列中推断出蛋白质中全部氨基酸排列顺序。

如果蛋白质含有一条以上的肽链，则需先拆开成单个肽链再按上述原则确定其一级结构。如是含二硫键的

蛋白质，也必须在测定其氨基酸排列顺序前，拆开二硫键，使肽链分开，并确定二硫键的位置。拆开二硫键可用过甲酸氧化，使胱氨酸部分氧化成两个半胱氨磺酸。

3 核酸

1．① 电泳分离四种核苷酸时，通常将缓冲液调到什么pH？此时它们是向哪极移动？移动的快慢顺序如何? ② 将四种核苷酸吸附于阴离子交换柱上时，应将溶液调到什么pH？③ 如果用逐渐降低pH的洗脱液对阴离子交换树脂上的四种核苷酸进行洗脱分离，其洗脱顺序如何？为什么？

解答：① 电泳分离4种核苷酸时应取pH3.5 的缓冲液，在该pH时，这4种单核苷酸之间所带负电荷差异较大，它们都向正极移动，但移动的速度不同，依次为：UMP>GMP>AMP>CMP；② 应取pH8.0，这样可使核苷酸带较多负电荷，利于吸附于阴离子交换树脂柱。虽然pH 11.4时核苷酸带有更多的负电荷，但pH过高对分离不利。③ 当不考虑树脂的非极性吸附时，根据核苷酸负电荷的多少来决定洗脱速度，则洗脱顺序为CMP>AMP> GMP > UMP，但实际上核苷酸和聚苯乙烯阴离子交换树脂之间存在着非极性吸附，嘌呤碱基的非极性吸附是嘧啶碱基的3倍。静电吸附与非极性吸附共同作用的结果使洗脱顺序为：CMP> AMP > UMP >GMP。

2．为什么DNA不易被碱水解，而RNA容易被碱水解?

解答：因为RNA的核糖上有2?-OH基，在碱作用下形成2?,3?-环磷酸酯，继续水解产生2?-核苷酸和3?-核苷酸。DNA的脱氧核糖上无2?-OH基，不能形成碱水解的中间产物，故对碱有一定抗性。

3．一个双螺旋DNA分子中有一条链的成分[A] = 0.30，[G] = 0.24，① 请推测这一条链上的[T]和[C]的情况。② 互补链的[A]，[G]，[T]和[C]的情况。

解答： ① [T] + [C] = 1–0.30–0.24 = 0.46；② [T] = 0.30，[C] = 0.24，[A] + [G] = 0.46。

4．对双链DNA而言，① 若一条链中(A + G)/(T + C)= 0.7，则互补链中和整个DNA分子中(A+G)/(T+C)分别等于多少？② 若一条链中(A + T)/(G + C)= 0.7，则互补链中和整个DNA分子中(A + T)/(G + C)分别等于多少 ？

解答：① 设DNA的两条链分别为α和β则： Aα= Tβ，Tα= Aβ，Gα= Cβ，Cα= Gβ，因为：(Aα+ Gα)/（Tα+ Cα）= (Tβ+ Cβ)/（Aβ+ Gβ）= 0.7， 所以互补链中（Aβ+ Gβ）/（Tβ+ Cβ）= 1/0.7 =1.43；在整个DNA分子中，因为A = T， G = C，所以，A + G = T + C，（A + G）/（T + C）= 1；② 假设同（1），则Aα+ Tα= Tβ+ Aβ，Gα+ Cα= Cβ+ Gβ，所以，（Aα+ Tα）/（Gα+ Cα）=（Aβ+ Tβ）/（Gβ+ Cβ）= 0.7 ；在整个DNA分子中，（Aα+ Tα+ Aβ+ Tβ）/（Gα+Cα+ Gβ+Cβ）= 2（Aα+ Tα）/2（Gα+Cα）= 0.7

5．T7噬菌体DNA(双链B-DNA)的相对分子质量为2.5×107，计算DNA链的长度(设核苷酸对的平均相对分子质量为640)。

解答：0.34 ×（2.5×107/640）= 1.3 × 104nm = 13μm。

6．如果人体有1014个细胞，每个体细胞的DNA含量为6.4 × 109个碱基对。试计算人体DNA的总长度是多少？是太阳―地球之间距离(2.2 × 109 km)的多少倍？已知双链DNA每1000个核苷酸重1 ×10-18g，求人体DNA的总质量。

解答：每个体细胞的DNA的总长度为：6.4 × 109 × 0.34nm = 2.176 × 109 nm = 2.176m，人体内所有体细胞的DNA的总长度为：2.176m×1014 = 2.176×1011km，这个长度与太阳―地球之间距离（2.2×109 km）相比为：2.176 × 1011/2.2 × 109 = 99倍，每个核苷酸重1 × 10-18g/1000 = 10-21g，所以，总DNA 6.4 × 1023 × 10-21 = 6.4 × 102 = 640g。

7．有一个X噬菌体突变体的DNA长度是15μm，而正常X噬菌体DNA的长度为17μm，计算突变体DNA中丢失掉多少碱基对？

解答：（17–15）× 103/0.34 = 5.88 × 103bp 8．概述超螺旋DNA的生物学意义。

解答： ① 超螺旋DNA比松弛型DNA更紧密，使DNA分子的体积更小，得以包装在细胞内；② 超螺旋会影响双螺旋分子的解旋能力,从而影响到DNA与其他分子之间的相互作用；③ 超螺旋有利于DNA的转录、复制及表达调控。

9．为什么自然界的超螺旋DNA多为负超螺旋？

解答：环状DNA自身双螺旋的过度旋转或旋转不足都会导致超螺旋，这是因为超螺旋将使分子能够释放由于自身旋转带来的应力。双螺旋过度旋转导致正超螺旋，而旋转不足将导致负超螺旋。虽然两种超螺旋都能释放应力，但是负超螺旋时，如果发生DNA解链（即氢链断开，部分双螺旋分开）就能进一步释放应力，而DNA转录和复制需要解链。因此自然界环状DNA采取负超螺旋，这可以通过拓扑异构酶的操作实现。

10．真核生物基因组和原核生物基因组各有哪些特点?

解答： 不同点: ① 真核生物DNA含量高，碱基对总数可达10 ，且与组蛋白稳定结合形成染色体，具有多个复制起点。原核生物DNA含量低，不含组蛋白，称为类核体，只有一个复制起点。 ② 真核生物有多个呈线形的染色体；原核生物只有一条环形染色体。③ 真核生物DNA中含有大量重复序列，原核生物细胞中无重复序列。④ 真核生物中为蛋白质编码的大多数基因都含有内含子(有断裂基因)；原核生物中不含内含子。⑤ 真核生物的RNA是细胞核内合成的，它必须运输穿过核膜到细胞质才能翻译，这样严格的空间间隔在原核生物内是不存在的。⑥ 原核生物功能上密切相关的基因相互靠近，形成一个转录单位，称操纵子，真核生物不存在操纵子。⑦ 病毒基因组中普遍存在重叠基因，但近年发现这种情况在真核生物也不少见。相同点:都是由相同种类的核苷酸构成的的双螺旋结构，均是遗传信息的载体，均含有多个基因。

11．如何看待RNA功能的多样性?它的核心作用是什么?

解答：RNA的功能主要有: ① 控制蛋白质合成；② 作用于RNA转录后加工与修饰；③ 参与细胞功能的调节；④ 生物催化与其他细胞持家功能；⑤遗传信息的加工；⑥可能是生物进化时比蛋白质和DNA更早出现的生物大分子。其核心作用是既可以作为信息分子又可以作为功能分子发挥作用。

12．什么是DNA变性？DNA变性后理化性质有何变化？

解答：DNA双链转化成单链的过程称变性。引起DNA变性的因素很多，如高温、超声波、强酸、强碱、有机溶剂和某些化学试剂（如尿素，酰胺)等都能引起变性。 DNA变性后的理化性质变化主要有：① 天然DNA分子的双螺旋结构解链变成单链的无规则线团，生物学活性丧失；② 天然的线型DNA分子直径与长度之比可达1∶10，其水溶液具有很大的黏度。变性后，发生了螺旋-线团转变，黏度显著降低；③ 在氯化铯溶液中进行密度梯度离心，变性后的DNA浮力密度大大增加，故沉降系数S增加；④ DNA变性后，碱基的有序堆积被破坏，碱

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基被暴露出来，因此，紫外吸收值明显增加，产生所谓增色效应。⑤ DNA分子具旋光性，旋光方向为右旋。由于DNA分子的高度不对称性，因此旋光性很强，其[a] = 150。当DNA分子变性时，比旋光值就大大下降。

13．哪些因素影响Tm值的大小？

解答：影响Tm的因素主要有：① G-C对含量。G-C对含3个氢键，A-T对含2个氢键，故G-C对相对含量愈高，Tm亦越高（图3-29）。在0.15mol/L NaCl,0.015mol/L柠檬酸钠溶液(1×SSC)中，经验公式为：（G+C）% =（Tm - 69.3）× 2.44。② 溶液的离子强度。离子强度较低的介质中，Tm较低。在纯水中，DNA在室温下即可变性。分子生物学研究工作中需核酸变性时，常采用离子强度较低的溶液。③ 溶液的pH。高pH下，碱基广泛去质子而丧失形成氢键的有力，pH大于11.3时，DNA完全变性。pH低于5.0时，DNA易脱嘌呤，对单链DNA进行电泳时，常在凝胶中加入NaOH以维持变性关态。④ 变性剂。甲酰胺、尿素、甲醛等可破坏氢键，妨碍碱堆积，使Tm下降。对单链DNA进行电泳时，常使用上述变性剂。

14．哪些因素影响DNA复性的速度？

解答：影响复性速度的因素主要有：① 复性的温度，复性时单链随机碰撞，不能形成碱基配对或只形成局部碱基配对时，在较高的温度下两链重又分离，经过多次试探性碰撞才能形成正确的互补区。所以，核酸复性时温度不宜过低，Tm-25℃是较合适的复性温度。② 单链片段的浓度，单链片段浓度越高，随机碰撞的频率越高，复性速度越快。③ 单链片段的长度，单链片段越大，扩散速度越慢，链间错配的概率也越高。因面复性速度也越慢，即DNA的核苷酸对数越多，复性的速度越慢，若以 C0为单链的初始浓度，t为复性的时间，复性达一半时的C0t值称C0t1/2，该数值越小，复性的速度越快。④ 单链片段的复杂度，在片段大小相似的情况下，片段内重复序列的重复次数越多，或者说复杂度越小，越容易形成互补区，复性的速度就越快。真核生物DNA的重复序列就是复生动力学的研究发现的，DNA的复杂度越小，复性速度越快。

15．概述分子杂交的概念和应用领域。

解答：在退火条件下，不同来源的DNA互补区形成双链，或DNA单链和RNA单链的互补区形成DNA-RNA杂合双链的过程称分子杂交。通常对天然或人工合成的DNA或RNA片段进行放射性同位素或荧光标记，做成探针，经杂交后，检测放射性同位素或荧光物质的位置，寻找与探针有互补关系的DNA或RNA。直接用探针与菌落或组织细胞中的核酸杂交，因未改变核酸所在的位置，称原位杂交技术。将核酸直接点在膜上，再与探针杂交称点杂交，使用狭缝点样器时，称狭缝印迹杂交。该技术主要用于分析基因拷贝数和转录水平的变化，亦可用于检测病原微生物和生物制品中的核酸污染状况。杂交技术较广泛的应用是将样品DNA切割成大小不等的片段，经凝胶电泳分离后，用杂交技术寻找与探针互补的DNA片段。由于凝胶机械强度差，不适合于杂交过程中较高温度和较长时间的处理，Southern 提出一种方法，将电泳分离的DNA片段从凝胶转移到适当的膜（如硝酸纤维素膜或尼龙膜）上，在进行杂交操作，称Southern印迹法，或Southern杂交技术。随后，Alwine等提出将电泳分离后的变性RNA吸印到适当的膜上再进行分子杂交的技术，被戏称为 Northern印迹法，或Northern杂交。分子杂交广泛用于测定基因拷贝数、基因定位、确定生物的遗传进化关系等。Southern杂交和Northern杂交还可用于研究基因变异，基因重排，DNA多态性分析和疾病诊断。杂交技术和PCR技术的结合，使检出含量极少的DNA成为可能。促进了杂交技术在分子生物学和医学领域的广泛应用。DNA芯片技术也是以核酸的分子杂交为基础的。

16．概述核酸序列测定的方法和应用领域。

解答：DNA的序列测定目前多采用Sanger提出的链终止法，和Gilbert提出的化学法。其中链终止法经不断改进，使用日益广泛。链终止法测序的技术基础主要有：① 用凝胶电泳分离DNA单链片段时，小片段移动，大片段移动慢，用适当的方法可分离分子大小仅差一个核苷酸的DNA片段。② 用合适的聚合酶可以在试管内合成单链DNA模板的互补链。反应体系中除单链模板外，还应包括合适的引物，4种脱氧核苷三磷酸和若干种适量的无机离子。如果在4个试管中分别进行合成反应，每个试管的反应体系能在一种核苷酸处随机中断链的合成，就可以得到4套分子大小不等的片段，如新合成的片段序列为-CCATCGTTGA-，在A处随机中断链的合成，可得到-CCA和-CCATCGTA两种片段，在G处中断合成可得到-CCATCG和-CCATCGTTG两种片段。在C和T处中断又可以得到相应的2套片段。用同位素或荧光物质标记这4套新合成的链，在凝胶中置于4个泳道中电泳，检测这4套片段的位置，即可直接读出核苷酸的序列。 在特定碱基处中断新链合成最有效的办法，是在上述4个试管中按一定比例分别加入一种相应的2?,3?-双脱氧核苷三磷酸（ddNTP），由于ddNTP的3?位无-OH，不可能形成磷酸二酯键，故合成自然中断。如上述在A处中断的试管内，既有dATP，又有少量的ddATP，新合成的-CCA链中的A如果是ddAMP,则链的合成中断，如果是dAMP，则链仍可延伸。因此，链中有几个A，就能得到几种大小不等的以A为末端的片段。如果用放射性同位素标记新合成的链，则4个试管中新合成的链在凝胶的4个泳道电泳后，经放射自显影可检测带子的位置，由带子的位置可以直接读出核苷酸的序列。采用T7测序酶时，一次可读出400多个核苷酸的序列。近年采用4种射波长不同的荧光物质分别标记4种不同的双脱氧核苷酸，终止反应后4管反应物可在同一泳道电泳，用激光扫描收集电泳信号，经计算机处理 可将序列直接打印出来。采用毛细管电泳法测序时，这种技术一次可测定700个左右核苷酸的序列，一台仪器可以有几十根毛细管同时进行测序，且电泳时间大大缩短，自动测序技术的进步加快了核酸测序的步伐，现已完成了包括人类在内的几十个物种的基因组测序。

RNA序列测定最早采用的是类似蛋白质序列测定的片段重叠法，Holley用此法测定酵母丙氨酸tRNA序列耗时达数年之久。随后发展了与DNA测序类似的直读法，但仍不如DNA测序容易，因此，常将RNA反转录成互补DNA（cDNA），测定cDNA序列后推断RNA的序列，目前16S rRNA 1 542 b的全序列测定，23S rRNA 2 904 b的全序列测定，噬菌体MS2 RNA 3 569 b的全序列测定均已完成。

4 糖类的结构与功能

1．书写?-D-吡喃葡萄糖，L- (-)葡萄糖，?-D- (+)吡喃葡萄糖的结构式，并说明D、 L；+、-；?、?各符号代表的意义。

解答：书写单糖的结构常用D、L；d 或(+)、l或(-)；?、?表示。D-、L-是人为规定的单糖的构型。是以D-、L-甘油醛为参照物,以距醛基最远的不对称碳原子为准, 羟基在左面的为L构型, 羟基在右的为D构型。单糖由于具有不对称碳原子,可使平面偏振光的偏振面发生一定角度的旋转，这种性质称为旋光性。其旋转角度称为旋光度,偏振面向左旋转称为左旋,向右则称为右旋。d 或(+)表示单糖的右旋光性,l或(-)表示单糖的左旋光性。

2．写出下列糖的结构式：?-D-葡萄糖-1-磷酸，2-脱氧-?-D-呋喃核糖，?-D-呋喃果糖，D-甘油醛-3-磷酸，蔗糖，葡萄糖醛酸。 解答：略。

3．已知某双糖能使本尼地(Benedict)试剂中的Cu2+氧化成Cu2O的砖红色沉淀,用?-葡糖糖苷酶可将其水解为两分子?-D-吡喃葡糖糖,将此双糖甲基化后再水解将得到2,3,4,6-四氧甲基-D-吡喃葡糖糖和1,2,3,6-四氧甲基-D-吡喃葡糖糖,试写出此双糖的名称和结构式。

解答：蔗糖双糖能使本尼地(Benedict)试剂中的Cu2+氧化成Cu2O的砖红色沉淀,说明该双糖具还原性，含有半缩醛羟基。用β―葡糖苷酶可将其水解为两分子β-D-吡喃葡糖, 说明该双糖是由β-糖苷键构成的。将此双糖甲基化后再水解将得到2,3,4,6-四氧甲基-D-吡喃葡糖糖和1,2,3,6-四氧甲基-D-吡喃葡糖, 糖基上只有自由羟基才能被甲基化，说明β-葡糖(1→4)葡糖构成的为纤维二糖。 4．根据下列单糖和单糖衍生物的结构：

CH2OHCHOHHCCCOHOHOHCHOHCOHHOHHCCCHOHOHCHOCHOHCNHCOCH3HOCHHOHOHCCCHHOHHHHOCCCOHOHHCH2OH

(A) (B) (C) (D)

CH2OH CH2OH

CH2OH(1)写出其构型(D或L)和名称；(2)指出它们能否还原本尼地试剂；(3) 指出哪些能发生成苷反应。

解答：(1) 构型是以D-,L-甘油醛为参照物,以距醛基最远的不对称碳原子为准, 羟基在左面的为L构型, 羟基在右的为D构型。A、B、C为D构型，D为L构型。

因此

Vmax [S]Vmax [S]?2[S]?2Km?[S]?Km

Km = (?-2)[S]

如果KI在数值上等于IC50，则? = 2，?-2 = 0，Km = 0，而实际上，Km并不为零。因此KI在数值上不可能等于IC50。

13．在生物体内存在很多通过改变酶的结构从而调节其活性的方法，请列举这些方法并分别举例说明。 解答：（1）别构调控：寡聚酶分子与底物或非底物效应物可逆地非共价结合后发生构象的改变，进而改变酶活性状态，从而使酶活性受到调节。例如天冬氨酸转氨甲酰酶的部分催化肽链结合底物后，使酶的整体构象发生改变，提高了其他催化肽链与底物的亲和性，CTP可以与该酶的调节肽链结合，导致酶构象发生改变，降低了催化肽链与底物的亲和性，使酶活力降低，起别构抑制剂的作用。

（2）酶原的激活：在蛋白水解酶的专一作用下，没有活性的酶原通过其一级结构的改变，导致其构象发生改变，形成酶的活性部位，变成有活性的酶，这是一种使酶获得活性的不可逆调节方法。例如在小肠内，无催化活性的胰凝乳蛋白酶原在胰蛋白酶的作用下，特定肽键被断裂，由一条完整的肽链被水解为三段肽链，并发生构象的改变，形成活性部位，产生蛋白水解酶活性。

（3）可逆的共价修饰：由其他的酶（如激酶、磷酸酶等）催化共价调节酶进行共价修饰或去除修饰基团，使其结构发生改变，从而在活性形式和非活性形式之间相互转变，以调节酶的活性。例如糖原磷酸化酶可以两种形式存在，一种是Ser14被磷酸化的、高活力的糖原磷酸化酶a，一种是非磷酸化的、低活力的糖原磷酸化酶b，在磷酸化酶激酶的催化作用下，糖原磷酸化酶b的Ser14被磷酸化，形成高活力的糖原磷酸化酶a；在磷酸化酶磷酸酶的催化作用下，糖原磷酸化酶a的Ser14-PO32-被脱磷酸化，形成低活力的糖原磷酸化酶b。

（4）对寡聚酶活性的调节可以通过改变其四级结构来进行，这种作用既包括使无活性的寡聚体解离，使部分亚基获得催化活性，也包括使无活性的单体聚合形成有催化活性的寡聚体。前者的例子是蛋白激酶A，该酶由2个调节亚基与2个催化亚基组成，是没有酶活性的寡聚酶，胞内信使cAMP与调节亚基结合可导致寡聚酶解离成一个调节亚基复合体和两个催化亚基，此时自由的催化亚基可获得酶活性。后者的例子是表皮生长因子受体，其在细胞膜上通常以无活性的单体存在，当作为信使的表皮生长因子结合到受体的胞外部分之后，两个单体结合形成二聚体，从而使酶被激活。

14．以天冬氨酸转氨甲酰酶为例解释蛋白质功能的别构调控。

解答：天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）的调控属于酶的别构调控。ATCase是寡聚酶，由多个催化亚基和调节亚基构成。催化亚基可结合底物，具有催化作用，调节亚基可结合非底物分子效应物。ATCase以及该酶的每个亚基、每个活性部位具有两种构象状态，一种与底物有高亲和力（T态），一种与底物有低亲和力（R态）。

当位于ATCase催化亚基的某个活性部位结合底物分子后，其构象发生改变，构象改变的信息通过各亚基内和亚基之间的相互作用传递到其他活性部位，使其构象改变，增加了它与其他底物分子的亲和力，并最终影响了酶的总活性状态。这种别构调控使ATCase的[S]对v的动力学曲线不是双曲线，而是S型曲线。

当位于ATCase调节亚基的调节部位结合非底物效应物CTP后，CTP的结合引起ATCase构象的变化，使

ATCase构象向对底物有低亲和力的T态改变，降低了ATCase与底物的亲和力，导致酶活性降低，CTP是别构抑制剂（负效应物）。

当位于ATCase调节亚基的调节部位结合非底物效应物ATP后，ATP的结合引起ATCase构象的变化，使ATCase构象向对底物有低亲和力的R态改变，增加了ATCase与底物的亲和力，导致酶活性升高，CTP是别构激活剂（正效应物）。

ATP和CTP对ATCase的别构调控均具有一定的生理意义，可用于对生物的新陈代谢、基因表达等进行调节。

15．当加入较低浓度的竞争性抑制剂于别构酶的反应体系中时，往往观察到酶被激活的现象，请解释这种现象产生的原因。

解答：在有少量竞争性抑制剂存在时，抑制剂与别构酶（通常为寡聚酶）的部分活性部位结合，引起酶构象变化，此作用等同于底物的正协同同促效应，从而使酶的整体活性提高。

16．酶原激活的机制是什么？该机制如何体现“蛋白质一级结构决定高级结构”的原理？

解答：酶原激活的机制是在相应的蛋白水解酶的作用下，原本没有催化功能的酶原在特定肽键处断裂，一级结构发生变化，从而导致其高级结构变化，形成活性部位，具备了特定的催化功能。这种变化是一种不可逆的过程。

在酶原激活的机制中，由于高级结构的改变是由于一级结构的改变造成的，因此这说明了不同的一级结构可导致不同高级结构的产生，这是“蛋白质一级结构决定高级结构”原理的体现。

7 维生素

1．什么是维生素？列举脂溶性维生素与水溶性维生素的成员。

解答：维生素的科学定义是参与生物生长发育与代谢所必需的一类微量小分子有机化合物。脂溶性维生素主要包括维生素A、维生素D、维生素E、维生素K等，水溶性维生素主要包括维生素B族（维生素B1、维生素B2、维生素PP、维生素B6、维生素B12、叶酸、泛酸、生物素）、硫辛酸和维生素C。

2．为什么维生素D可数个星期补充一次，而维生素C必须经常补充？

解答：维生素D是脂溶性的维生素，可以贮存在肝等器官中。维生素C是水溶性的，不能贮存，所以必须经常补充。

3．维生素A主要存在于肉类食物中，为什么素食者并不缺乏维生素A？ 解答：维生素A可在人体内由植物性食物中的?―胡萝卜素转化而成。 4．将下面列出的酶、辅酶与维生素以短线连接。 解答：

5．在生物体内起到传递电子作用的辅酶是什么？ 解答：NAD+、NADP+、FMN、FAD。

6．试述与缺乏维生素相关的夜盲症的发病机理。

解答：视网膜上负责感受光线的视觉细胞分两种：一种是圆锥形的视锥细胞，一种是圆柱形的视杆细胞。视锥细胞感受强光线，而视杆细胞则感受弱光的刺激，使人在光线较暗的情况下也能看清物体。在视杆细胞中，11―顺视黄醛与视蛋白组成视紫红质。当杆状细胞感光时，视紫红质中的11―顺视黄醛在光的作用下转变成全反视黄醛，并与视蛋白分离，视黄醛分子构型的改变可导致视蛋白分子构型发生变化，最终诱导杆状细胞产生

与视觉相关的感受器电位。全反式视黄醛通过特定的途径可重新成为11―顺视黄醛，与视蛋白组合成为视紫红质，但是在该视循环中部分全反视黄醛会分解损耗，因此需要经常补充维生素A。当食物中缺乏维生素A时，必然引起11―顺视黄醛的补充不足，视紫红质合成量减少，导致视杆细胞对弱光敏感度下降，暗适应时间延长，出现夜盲症状。

7．试述与缺乏维生素相关的脚气病的发病机理，为什么常吃粗粮的人不容易得脚气病？

解答：脚气病是一种由于体内维生素B1不足所引起的以多发性周围神经炎为主要症状的营养缺乏病，硫胺素在体内可转化成硫胺素焦磷酸，后者作为辅酶参与糖代谢中丙酮酸、?―酮戊二酸的氧化脱羧作用，所以，缺乏维生素B1时，糖代谢受阻，一方面导致神经组织的供能不足，另一方面使糖代谢过程中产生的?―酮酸、乳酸等在血、尿和组织中堆积，从而引起多发性神经炎等症状。维生素B1在谷物的外皮和胚芽中含量很丰富，谷物中的硫胺素约90%存在于该部分，而粗粮由于加工时保留了部分谷物外皮，因此维生素B1含量充足，常吃粗粮的人不容易缺乏维生素B1，因此不易得脚气病。

8．试述与缺乏维生素相关的坏血病的发病机理。

解答：坏血病是一种人体在缺乏维生素C的情况下所产生的疾病。 维生素C参与体内多种羟化反应，是胶原脯氨酸羟化酶及胶原赖氨酸羟化酶维持活性所必需的辅助因子，可促进胶原蛋白的合成。当人体缺乏维生素C时，胶原蛋白合成产生障碍，胶原蛋白数量不足致使毛细血管管壁不健全，通透性和脆性增加，结缔组织形成不良，导致皮下、骨膜下、肌肉和关节腔内出血，这些均为坏血病的主要症状。

9．完整的鸡蛋可保持4到6周仍不会腐败，但是去除蛋白的蛋黄，即使放在冰箱内也很快地腐败。试解释为什么蛋白可以防止蛋黄腐败？

解答： 蛋清中含有抗生物素蛋白，它能与生物素结合使其失活，抑制细菌生长，使鸡蛋不容易腐败。 10．多选题：

（1）下列哪一个辅酶不是来自维生素（ ）

A．CoQ B．FAD C．NAD+ D．pLp E．Tpp （2）分子中具有醌式结构的是（ ）

A．维生素A B．维生素B1 C．维生素C D．维生素E E．维生素K （3）具有抗氧化作用的脂溶性维生素是（ ）

A．维生素C B．维生素E C．维生素A D．维生素B1 E．维生素D （4）下列维生素中含有噻唑环的是（ ）

A．维生素B2 B．维生素B1 C．维生素PP D．叶酸 E．维生素B6 （5）下列关于维生素与辅酶的描述中，哪几项是正确的（ ）

A. 脂溶性维生素包括维生素A、维生素C、维生素D和维生素E B. 维生素B1的辅酶形式为硫胺素焦磷酸

C. 催化转氨作用的转氨酶所含的辅基是FMN与FAD D. 维生素C又名抗坏血酸，是一种强的还原剂

（6）下列关于维生素与辅酶的描述中，哪几项是错误的（ ）

A. 维生素A的活性形式是全反式视黄醛，它与暗视觉有关 B. 辅酶I是维生素PP的辅酶形式 C. FMN与FAD是氧化还原酶的辅基 D. 硫胺素焦磷酸是水解酶的辅酶

（7）转氨酶的辅酶含有下列哪种维生素?（ ）

A．维生素Bl B．维生素B2 C．维生素PP D．维生素B6 E．维生素Bl2 （8）四氢叶酸不是下列哪种基团或化合物的载体?（ ）

—CH A．—CHO B．CO2 C． D．—CH3 解答：（1）A；（2）E；（3）B；（4）B；（5）B、D；（6）A、D；（7）D；（8）B。

—CHNHE．

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