生物化学学习指导

生物化学学习指导 生 物 化 学 学 习 指

生物秀搜集整理 仅供学习参考 生 物 秀 搜 集 整 仅 供 学 习 参

生物秀论坛

/bbs/

版权所有：辽宁医学院生化教研室

前 言

我们根据全国普通高等教育“十五”国家级规划教材《生物化学》第六版为 蓝本，编写此书。本书可作为医学院校本科生和报考硕士研究生的同志复习生 物化学的参考用书。全书共分为二十二章，本书把正版教材第十八章维生素与 微量元素的内容并入第三章酶。每章分三大部分，即内容提要、测试题和参考 答案，测试题又分选择题、填空题、解释概念和问答题四部分。内容提要完全 按教学大纲要求进行归纳和概述，可帮助学生消化理解和记忆各章重点内容。 选择题主要以 A型题为主，部分为 B 型题和 X型题。A 型题为单选题；B型题 为配伍选择题；X 型题为多项选择题，从 A、B、C、D、E 中选出二个或二个 以上的正确答案。填空题的填空处为一些重要的关键词、术语或基本知识点等。 解释概念为学生必须掌握的一些生化专用名词或术语的英文名称。问答题主要 考核学生对知识的综合运用和概括理解能力。本书的测试题均做参考答案。

本书的复习题无论从题型还是从内容上，基本同本院考试中心和外校的考 题保持同步，以便同学们更好地学习、理解和掌握教学内容，以最佳状态参加 考试。

因编写时间仓促，编者的水平有限，错误在所难免，望广大同仁批评指正。 

目 录

第一章 蛋白质的结构与功能 

第二章 核酸的结构与功能 

第三章 酶 

第四章 糖代谢 

第五章 脂类代谢 

第六章 生物氧化 

第七章 氨基酸代谢 

第八章 核苷酸代谢 

第九章 物质代谢的联系与调节 

第十章 DNA的生物合成（复制） 

第十一章 RNA的生物合成（转录） 

第十二章 蛋白质的生物合成（翻译） 

第十三章 基因表达调控 

第十四章 基因重组与基因工程 

第十五章 细胞信息转导 

第十六章 血液的生物化学 

第十七章 肝的生物化学 

第十八章 糖蛋白、蛋白聚糖和细胞外基质 

第十九章 癌基因、抑癌基因与生长因子 

2006 年 5 月 (1) (10) (16) (29) (46) (64) (75) (88) (96) (108) (117) (125) (133) (143) (150) (161) (166) (172) (176)

第二十章 基因诊断与基因治疗 

第二十一章 常用分子生物学技术的原理及其应用 

第二十二章 基因组学与医学 (180) (184) (189) 

第一章 蛋白质的结构与功能

内 容 提 要

蛋白质是生物体基本组成成分之一，是细胞组分中含量最丰富的高分子物质，约占人体固体成分的 45%。蛋白质种类多，功能大，是一切生命活动的物质基础，离开蛋白质生命将不复存在。

一、蛋白质的分子组成

组成蛋白质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫。有些蛋白质还含少量的磷和金属元素。各种蛋白质的 含氮量很接近，平均为 16%。各种蛋白质的基本组成单位为氨基酸。 

(一)氨基酸

组成人体蛋白质的氨基酸有 20种，除甘氨酸外均属于 L­α­氨基酸。 

1. 氨基酸的分类

根据侧链的结构和理化性质可将 20种氨基酸分成四类：①非极性疏水性氨基酸，侧链具有疏水基团， 如甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、缬氨酸(Val)、亮氨酸(Leu)、异亮氨酸(Ile)、苯丙氨酸(Phe)、脯氨酸(Pro) 七种。②极性中性氨基酸，侧链带有亲水性极性基团，如丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)、半胱氨酸(Cys)、酪 氨酸(Tyr)、色氨酸(Trp)、蛋氨酸(Met)、天冬酰胺(Asn)、谷氨酰胺(Gln)八种。③酸性氨基酸, 侧链有羧基， 如谷氨酸(Glu)、天冬氨酸(Asp)二种。④碱性氨基酸，侧链有氨基、胍基或咪唑基，如赖氨酸(Lys)、精氨 酸(Arg)、组氨酸(His)三种。 

2. 氨基酸的理化性质

①两性解离及等电点：氨基酸属于两性电解质，具有两性解离的特性。在某一 pH的溶液中，氨基酸 解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，呈电中性，此时溶液的 pH称为该氨基酸的等电点。

②紫外吸收性质：色氨酸、酪氨酸在 280nm波长处有最大的吸收峰。

③茚三酮反应：氨基酸与茚三酮水合物共热可产生蓝紫色化合物。 

(二)肽

各种氨基酸通过肽键相连形成肽链，少于 10个氨基酸残基的肽链称为寡肽，大于 10个氨基酸组成的 肽链称为多肽。肽键是由一个氨基酸的 α­羧基与另一个氨基酸的 α­氨基脱水缩合形成的酰胺键。多肽链 中的氨基酸单位称为氨基酸残基。肽键和 α­碳原子形成多肽链骨架。多肽链有两端，有自由 α­氨基的一 端称氨基末端或 N­末端，有自由 α­羧基一端称为羧基末端或 C­末端。

人体内有许多具有生物活性的肽。例如：谷胱甘肽(GSH)，是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三 肽。有重要功能：①解毒功能。SH基可与毒物、药物结合，避免这些物质与 DNA、RNA及蛋白质结合。 ② GSH 是细胞内重要的还原剂。③还原过氧化氢。体内还有许多发挥激素或神经递质作用的多肽。

二、蛋白质的分子结构

体内发挥各种功能的蛋白质都是有序结构，蛋白质分子结构分成一级、二级、三级和四级结构四个层 次。 

(一)蛋白质的一级结构

构成蛋白质分子中的各种氨基酸按一定的数量、 一定的排列顺序构成的多肽链骨架称为蛋白质分子的 一级结构。参与一级结构组成的主要化学键为肽键，有些蛋白质还包含二硫键。蛋白质一级结构是高级结 构的基础，但不是唯一决定因素。在多肽链中与肽键相关的 6个原子(Cα1、C、O、N、H和 Cα2)处于同 一平面构成了所谓的肽单元。肽键具有一定程度双键性能，不能自由旋转，但 Cα分别相连的两个键可以 自由旋转，因此相邻的二个肽单 元可随 Cα所连的二个单键旋转而形成相对的空间位置关系。 

(二)蛋白质的二级结构

蛋白质分子的二级结构主要包括 α­螺旋、β­折叠、β­转角和无规卷曲。α­螺旋为右手螺旋，每 3.6 个 氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距为 0.54nm，氨基酸侧链伸向螺旋外侧，靠氢键维持螺旋稳定。β­折叠呈 折纸状，多肽链充分伸展，每个肽单元以 Cα为旋转点，依次折叠成锯齿状结构，氨基酸残基侧链交替地 位于锯齿状结构的上下方，依靠肽链间形成的氢键维持稳定。

在许多蛋白质分子中，可发现有二个或三个具有二级结构肽段在空间上相互接近，形成一个具有特殊 功能的空间结构，被称为模体（motif）。如锌指结构是典型的模体例子。由一个 α­螺旋和 2个反平行的 β­ 折叠三个肽段组成，形似手指，具有结合锌离子的功能。有些蛋白质的模体仅由几个氨基酸残基组成。模 体是蛋白质发挥特定功能的结构基础。 

(三)蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整 条肽链所有原子在三维空间的排布位置。蛋白质三级结构主要依靠次级键维持稳定。一些分子量大的蛋白 质三级结构常可分割成数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各具有特殊的功能，称为结构域。

蛋白质空间构象的形成，还需要有一类称为分子伴侣的蛋白质参与。分子伴侣是一类帮助新生多肽链 正确折叠的蛋白质。它可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发 生，使肽链正确折叠。分子伴侣对于蛋白质分子中二硫键的正确形成起重要作用。

（四）蛋白质的四级结构

在机体内有许多蛋白质分子由二条以上多肽链组成，每条多肽链都有其完整的三级结构，称为蛋白质 的亚基，亚基与亚基之间以非共价键相连接。这种蛋白质分子中各个亚基之间呈特定的三维空间排布及亚 基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构，主要靠次级键维持稳定。并非所有蛋白质都有四 级结构。含有四结构的蛋白质，单独的亚基一般没有生物活性。 

(五)蛋白质的分类

根据蛋白质组成成分可分成单纯蛋白质和结合蛋白质，前者只含氨基酸，而后者除蛋白质部分外，还 含有非蛋白质部分。根据蛋白质的形状分为纤维状蛋白质和球状蛋白质两大类。纤维状蛋白质形似纤维， 多数为结构蛋白质，较难溶于水。如胶原蛋白就是典型的纤维状蛋白质。球状蛋白质的形状近似于球形或 椭圆形，多数可溶于水，如酶、免疫球蛋白等。

三、蛋白质的结构与功能的关系

体内各种蛋白质都有其特殊的结构和特定的功能， 一级结构相似的蛋白质， 其空间构象和功能也相似。 哺乳动物的胰岛素分子结构都由 A 和 B 两条链组成，且二硫键的配对和空间构象也相似，仅有个别氨基 酸差异， 因而它们都执行着相同的调节糖代谢等生理功能。 若蛋白质一级结构发生改变则影响其正常功能。 这种由于蛋白质分子发生变异所导致的疾病称为“分子病”。镰刀状红细胞贫血症就是一个典型的分子病。 各种蛋白质都有特殊的生理功能，与其空间构象有着密切的关系，可以通过改变各种蛋白质的空间构象调 节其生物活性。 四、蛋白质的理化性质及其分离纯化 

(一)蛋白质的理化性质 

1.蛋白质的两性电离

蛋白质分子中含有多个酸性或碱性游离基团，是两性电解质。在一定的溶液 pH条件下都可解离成带

负电荷或正电荷的基团。当蛋白质溶液处于某一 pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼 性离子，净电荷为零，此时溶液的 pH 称为蛋白质的等电点(pI)。蛋白质溶液的 pH 大于等电点时，该蛋 白质颗粒带负电荷，反之则带正电荷。人体内大多数蛋白质的等电点接近于 pH5，故以负离子形式存在。 

2.蛋白质的胶体性质

蛋白质属于生物分子之一。蛋白质颗粒表面大多为亲水基团，可吸引水分子而形成一层水化膜，从而 阻断蛋白质颗粒的相互聚集，防止溶液中蛋白质沉淀析出。蛋白质颗粒表面带有电荷，也是使蛋白质胶体 溶液稳定的因素。若除去蛋白质胶体颗粒的两个稳定因素，蛋白质极易从溶液中沉淀。 

3.蛋白质的变性、沉淀和凝固

在某些物理和化学因素作用下，蛋白质特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物 活性的丧失，称为蛋白质的变性。一般认为蛋白质的变性主要发生二硫键和非共价键的破坏。蛋白质变性 后，溶解度降低，粘度增加，结晶能力消失，生物活性丧失，易被蛋白酶水解。引起蛋白质变性的因素很 多，常见的有加热、强酸、强碱、乙醇、丙铜、重金属离子及生物碱试剂等。应用：用酒精消毒，高压、 高温灭菌，低温下保存生物活性制剂等。

蛋白质从溶液中析出的现象称为沉淀。沉淀蛋白质的方法很多：①盐析：利用中性盐破坏蛋白质颗粒 周围的水化膜和中和电荷，蛋白质从溶液中析出即为盐析。常用的中性盐有硫酸铵、硫酸钠等。盐析法沉 淀蛋白质不变性。②有机溶剂沉淀：用乙醇、丙酮等有机溶剂破坏蛋白质胶体稳定性，使蛋白质沉淀。③ 酸类沉淀：用三氯醋酸、钨酸等与蛋白质颗粒上正电荷结合，使蛋白质沉淀，一般会使蛋白质变性。④重 金属沉淀：Cu2+、Hg2+ 等重金属离子可与蛋白质阴离子结合，使蛋白质沉淀，一般会使蛋白质变性。

加热使蛋白质变性，疏水基团暴露，形成凝块，此凝块不再溶于强酸或强碱中，称为蛋白质的凝固作 用。

沉淀的蛋白质不一定变性，也不一定凝固；变性的蛋白质易于沉淀,但也不一定沉淀；凝固的蛋白质 一般沉淀，同时变性。 

4.蛋白质的紫外吸收

由于蛋白质分子中含有色氨酸和酪氨酸，在 280nm 波长处有特征性吸收峰。 

5.蛋白质的呈色反应

蛋白质水解后产生氨基酸可发生茚三酮反应。蛋白质分子中含有肽键，可发生双缩脲反应。

（二）蛋白质的分离纯化

分离纯化蛋白质的方法很多，常用的方法有： 

1.透析及超滤法

利用透析袋把分子量大小不同的蛋白质分开的方法。超滤法是利用超滤膜浓缩蛋白质的方法。 

2.丙酮沉淀,盐析及免疫沉淀法

向蛋白质溶液中加入丙酮，使蛋白质沉淀，必须在 0～4℃低温下进行，沉淀后立即分离，否则会使 蛋白质变性。

盐析是向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵或硫酸钠，破坏蛋白质在水溶液中稳定因素，使蛋白质沉淀。 根据各种蛋白质盐析时所需的盐浓度及 pH不同，可以进行分级盐析。

免疫沉淀法是利用特异抗体识别相应的抗原蛋白,并形成抗原抗体复合物的性质,可从蛋白质混合溶液 中分离获得抗原蛋白的方法。 

3.电泳

带电粒子在电场中向所带电荷相反的电极移动的现象称为电泳。蛋白质在高于或低于其 pI 的溶液中 带电荷，在电场中能向电场的正极或负极移动，根据蛋白质所带电荷多少不同，分子量大小不同，移动速 率不同即可被分离。根据支持物不同，有薄膜电泳、凝胶电泳等。 4.层析

是分离纯化蛋白质的重要手段之一。层析种类很多，有离子交换层析、亲和层析，凝胶过滤层析等。 凝胶过滤层析也称分子筛层析，是利用凝胶把分子量大小不同的蛋白质分开的一种方法。 

5.超速离心

根据不同蛋白质密度不同，在高离心力作用下沉降不同，进行分离。 

(三)多肽链中氨基酸序列分析和空间结构测定

蛋白质一级结构分析，一般采用 Edman 降解法。也可利用蛋白质结构基因的碱基序列来推演蛋白质 中的氨基酸序列。蛋白质空间构象的分析，主要应用蛋白质晶体的 X 射线衍射方法或二维核磁共振技术 等。

测 试 题

一、选择题 

A 型 题 

1.已知某蛋白质样品含氮量为 0.5g，该样品中含蛋白质的量为： 

A.12.5g        B.6.25g       C.3.125g       D.1.565g        E.1.25g 

2.构成天然蛋白质的氨基酸有： 

A.12种 B.18种 C.20种 D.22种 E.30种 

3.下面氨基酸属于碱性氨基酸的是： 

A.Pro          B.Tyr         C.Met         D.Glu          E.Lys 

4.下面氨基酸属于酸性氨基酸的是： 

A.Leu          B.Phe        C.Trp          D.Asp          E.Lys 

5.下面氨基酸属于中性氨基酸的是： 

A.Ala          B.Asp        C.Glu          D.Lys          E.Arg 

6.下面氨基酸属于亚氨基酸的是： 

A.丙氨酸 B.脯氨酸 C.蛋氨酸 D.谷氨酸 E.丝氨酸 

7.常出现于肽链转折处的氨基酸是： 

A.脯氨酸 B.苯丙氨酸 C.谷氨酸 D.天冬氨酸 E.蛋氨酸 

8.多肽链中连接氨基酸残基的化学键是： 

A.氢键 B.疏水键 C.离子键 D.肽键 E.酯键 

9.维持蛋白质二级结构稳定的化学键是： 

A.盐键 B.二硫键 C.肽键 D.疏水键 E.氢键 

10.关于蛋白质 α­螺旋的描述不正确的是： 

A.多为右手螺旋 B.螺旋一周为 3.6个氨基酸残基 C.依靠肽键维持稳定 

D.螺旋走向顺时针方向 E.螺距为 0.54nm 

11.下面氨基酸中含有羟基的是： 

A.谷氨酸、苏氨酸 B.丙氨酸、酪氨酸 C.半胱氨酸、蛋氨酸 

D.丝氨酸、苏氨酸 E.亮酸酸、缬氨酸 

12.每种完整的蛋白质分子必定具有： 

A.ɑ­螺旋 B. β­折叠 C.三级结构 D.四级结构 E.辅基 

13.能使 pI为 5.6的蛋白质带负电荷的溶液 pH值为： 

A.pH2.6        B.pH4.7       C.pH5.0       D.pH5.6 E.pH8.6 

14.关于蛋白质变性作用的描述不正确的是： 

A.蛋白质空间结构被破坏 B.蛋白质次级键断裂 C.蛋白质理化性质改变 

D.变性蛋白质一定沉淀 E.沉淀的蛋白质不一定变性 

15.下面能使蛋白质变性的因素是： 

A.硫酸钠 B.硫酸铵 C.层析 D.离心 E.尿素 

16.下面蛋白质具有四级结构的是： 

A.血红蛋白 B.肌红蛋白 C.细胞色素 C  D.胃蛋白酶 E.胰蛋白酶

17.蛋白质有最大紫外吸收的波长是： 

A.200nm      B.260nm       C.280nm      D.300nm        E.340nm 

18.在开链多肽中氨基酸数量与肽键的数量关系是： 

A.相等 B.多一个 C.少一个 D.2倍 E.以上均不是 

19.水溶性蛋白质内部核心的大多数氨基酸为： 

A.酸性的 B.片层结构的 C.螺旋结构的 D.疏水的 E.碱性的 

20.蛋白质分子中尚未发现的氨基酸是： 

A.脯氨酸 B.鸟氨酸 C.精氨酸 D.蛋氨酸 E.半胱氨酸 

B 型题 

A.酸性氨基酸 B.碱性氨基酸 C.亚氨基酸 D.含硫氨基酸 E.芳香族氨基酸 

21.甲硫氨酸是： 

22.色氨酸是： 

23.赖氨酸是： 

24.脯氨酸是： 

25.谷氨酸是： 

A.二级结构 B.结构域 C.模体 D.分子伴侣 E.四级结构 

26.锌指结构是： 

27.无规卷曲是： 

28.能帮助新生肽链正确折叠的蛋白质是： 

29.亚基间的空间排布是： 

30.在纤连蛋白分子中能与 DNA结合的结构是： 

X型题 

31.脯氨酸属于： 

A.亚氨基酸 B.碱性氨基酸 C.极性中性氨基酸 

D.非极性疏水性氨基酸 E.酸性氨基酸 

32.谷胱甘肽是： 

A.由谷、半胱和甘氨酸组成的三肽 B.巯基是主要功能基团 C.体内还原型物质 D.体内传递信 息的物质 E.体内调节代谢的物质 

33. α­螺旋结构的特点是： 

A.为右手螺旋 B.螺旋绕中心轴盘旋上升 C.螺旋一周为 3.6 氨基酸残基 D.螺距为 0.54nm        E.靠盐键维持稳定 

34.蛋白质空间构象包括： 

A.α.­螺旋 B. β­折叠 C.结构域 D.模体 E.亚基聚合 

35.分子伴侣的作用是： 

A.可使肽链正确折叠 B.可维持蛋白质空间构象 

C.在二硫键正确配对中起重要作用 D.在亚基聚合时发挥重要作用 

E.在蛋白质合成时起作用 

36.关于蛋白质三级结构描述正确的是： 

A.疏水基团位于内部 B.亲水基团位于内部 C.属于高级结构 

D.包括模体结构 E.具有三级结构的蛋白质都有生物活性 

37.蛋白质的一级结构： 

A.是空间结构的基础 B.指氨基酸排列顺序 C.与功能无关 

D.主要的化学键是肽键 E.并不包括二硫键 

38.蛋白质变性后的变化有：

A.肽键断裂 B.次级键断裂 C.溶解度增加 D.使生物活性丧失 E.都是不可逆的 

39.蛋白质的结构域： 

A.都有特定的功能 B.属于三级结构 C.折叠得较为紧密的区域 

D.存在于每一种蛋白质中 E.纤连蛋白含有 6个结构域 

40.血红蛋白： 

A.由 4个亚基组成 B.辅基为血红素 C.其亚基间可发生负协同效应 

D.具有四级结构 E.是亲水球状蛋白

二、填空题 

1.人体蛋白质的基本组成单位为___________，共有种___________。 

2.根据其侧链的理化性质，可将氨基酸分为___________、___________、___________和___________ 四类。 

3.组成人体蛋白质的氨基酸均属于___________，除外___________。 

4.蛋白质分子的二级结构包括___________、____________、___________、__________。 

5.蛋白质空间构象的正确形成，除___________为决定因素外，还需要一类称为___________的蛋白质 参与。 

6.某蛋白质的等电点为 5.06，在 pH 为 8.6 的缓冲溶液中带___________电，在电场中向___________ 极移动。 

7.蛋白质颗粒表面大多为___________，可吸引水分子，使颗粒表面形成一层___________。 

8.血浆中大多数蛋白质的等电点接近___________，在生理条件下带___________电。 

9.蛋白质分子中含芳香族氨基酸，在___________nm 波长处有特征性吸收峰。 

10.蛋白质一级结构中主要化学键为___________。维持二级结构稳定的主要化学键为___________。

三、解释概念 

1.肽键 2.结构域 

3. α­螺旋 4.蛋白质一级结构 

5.蛋白质三级结构 6.蛋白质四级结构 

7.盐析 8.电泳 

9.peptideunit(肽单元)               10.motif(模体) 

11.glutathioneGSH(谷胱甘肽)        12.β­pleatedsheet(β­折叠) 

13.chaperon(分子伴侣)              14.proteindenature(蛋白质变性) 

四、问答题 

1.为何蛋白质的含氮量能表示蛋白质相对含量?实验中如何依此原理计算蛋白质含量? 

2.蛋白质的基本组成单位是什么?其结构特征是什么? 

3.什么是蛋白质的二级结构?主要有哪几种?各有何结构特征? 

4.影响蛋白质 α­螺旋结构的稳定因素有哪些? 

5.举例说明蛋白质一级结构、空间结构与功能之间的关系如何? 

6.何谓蛋白质的变性作用?变性与沉淀的关系如何?蛋白质变性原理有何应用价值? 

7.为什么血浆蛋白质多数带负电? 

8.肌红蛋白和血红蛋白结构有什么特点? 

9.常用的蛋白质分离纯化方法有哪些?各自的作用原理是什么? 

10.测定蛋白质空间构象的主要方法是什么?其基本原理是什么? 

参考答案

一、选择题 

1.C  2.C  3.E  4.D  5.A  6.B  7.A  8.D  9.E  10.C  11.D  12.C  13.E  14.D

15.E   16.A  17.C  18.B  19.D  20.B  21.D  22.E  23.B  24.C  25.A  26.C  27.A 28.D  29.E 30.B 

31.AD  32.ABC  33.ABCD  34.ABCDE  35.AC  36.ACD  37.ABD  38.BD  39.ABCE  40.ABDE 

二、填空题 

1.氨基酸 20   2.非极性疏水氨基酸 极性中性氨基酸 酸性氨基酸 碱性氨基酸 

3.L­α­氨基酸 甘氨酸 4. α­螺旋 β­折叠 β­转角 无规卷曲 

5.一级结构 分子伴侣 6. 负 正 

7.亲水基团 水化膜 8. pH5.0 负 

9.280                      10. 肽键 氢键

三、解释概念 

1.一个氨基酸的 α­羧基与另一个氨基酸的 α­氨基脱水缩合形成的酰胺键称为肽键。 

2.蛋白质的三级结构常可分割成 1个和数个球状区域，折叠得较为紧密，各行其功能，称为结构域。 

3. α­螺旋为蛋白质二级结构类型之一。在 α­螺旋中多肽链主链围绕中心轴作顺时钟方向旋转、即所谓 右手螺旋。每 3.6个氨基酸残基上升一圈，氨基酸残基的侧链伸向螺旋的外侧，依靠氢键维持稳定。 

4.构成蛋白质分子中的各种氨基酸按一定的数量、一定的排列顺序构成的多肽链骨架称为蛋白质分子 的一级结构。 

5.蛋白质三级结构是指整条多肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也即整条多肽链所有原子在三 维空间的排布位置。 

6.数个具有三级结构的多肽链在三维空间的特定排布，每一条多肽链称为亚基。这种蛋白质分子中各 个亚基的空间排布及亚基间的相互作用，称为蛋白质的四级结构。 

7.向蛋白质溶液中加入大量中性盐，破坏蛋白质颗粒周围水化膜，并中和了电荷，使蛋白质沉淀析出 

8.带电粒子在电场中向所带电荷相反的电极移动的现象称为电泳。 

9.在多肽链中与肽键相关的 6个原子(Cα1、C、O、N、H、Cα2)位于同一平面称为肽单元。 

10.在蛋白质分子中可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空 间构象，并具有相应的功能，被称为模体。 

11.由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽，巯基是功能基团，是体内重要的还原剂，可保护体内蛋 白质和酶分子中的巯基免遭氧化。 

12.蛋白质分子二级结构的一种形式， 呈折纸状。 在 β­折叠结构中， 多肽链充分伸展， 每个肽单元以 Cα 为旋转点， 依次折叠成锯齿状结构， 氨基酸残基侧链交替地位于锯齿结构的上下方， 两条肽链走向可相同， 也可相反。 

13.是一类帮助新生多肽链正确折叠的蛋白质。它可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如 此重复进行可以防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。分子伴侣对于蛋白质分子中二硫键的正确形成起 重要作用。 

14.在某些物理化学因素作用下，致使蛋白质的空间结构破坏，理化性质改变，生物活性丧失，称为 蛋白质变性。

四、问答题 

1.各种蛋白质的含氮量颇为接近，平均为 16%，因此测定出蛋白质样品的含氮量就可以推算出蛋白质 含量。常用的公式为：蛋白质含量(克%)=每克样品含氮克数×6.25×100。 

2.蛋白质的基本组成单位是氨基酸，均为 L­α­氨基酸，即在 α­碳原子上连有一个氨基，一个羧基、一 个氢原子和一个侧链。每个氨基酸的侧链各不相同，是其表现不同性质的结构特征。 

3.蛋白质的二级结构是指多肽链主链原子的局部空间排布，不包括侧链的构象。主要有 α­螺旋、β­折 叠、β­转角和无规卷曲四种。在 α­螺旋结构中，多肽链主链围绕中心轴以右手螺旋方式螺旋上升，每隔 

3.6 个氨基酸残基上升一圈。氨基酸残基的侧链伸向螺旋外侧。靠氢键维持稳定。在 β­折叠结构中，多肽 链的肽键平面折叠成锯齿状结构，侧链交错位于锯齿状结构上下方，靠氢键维持稳定。在球状蛋白质分子 中，肽链主链常出现 180°的回折，回折部分称 β­转角。无规卷曲是指肽链中没有确定规律的结构。

4.影响蛋白质 α­螺旋结构稳定的因素有：①带有相同电荷的氨基酸残基侧链相邻，互相排斥。②  R 基 团过大，产生位阻效应不利于 α­螺旋的生成。③脯氨酸残基侧链不能形成氢链，不能形成 α­螺旋。 

5.蛋白质一级结构是高级结构的基础。有相似一级结构的蛋白质，其空间构象和功能也有相似之处。 如垂体前叶分泌的促肾上腺皮质激素 ACTH 的第 4至第 10个氨基酸残基与促黑激素 α­MSH、β­MSH 有 相同序列，因此 ACTH有较弱的促黑激素作用。又如广泛存在于生物中的细胞色素 C，在相近的物种间， 其一级结构越相似，空间构象和功能也越相似。在物种上，猕猴和人类很接近，两者的细胞色素 C 只相 差一个氨基酸残基，空间结构和功能也极相似。 

6.在某些物理和化学因素作用下，蛋白质的空间构象受到破坏，使其理化性质改变，生物活性丧失， 这是蛋白质变性作用。蛋白质变性后疏水侧链暴露，肽链可相互缠绕而聚集，易于从溶液中沉淀析出。可 见变性的蛋白质易于沉淀，但变性的蛋白质不一定沉淀，而沉淀的蛋白质也不一定都变性。应用蛋白质变 性作用进行酒精消毒，高压灭菌，低温下保存生物活性制剂等。 

7.血浆蛋白质的等电点多为 pH5.0 左右，正常情况下血浆的 pH 值为 7.35～7.45 之间，大于蛋白质的 等电点，所以血浆蛋白质在生理条件下多数带负电。 

8.肌红蛋白和血红蛋白都是球状蛋白质，含铁卟啉化合物，肌红蛋白由 153个氨基酸残基及一个血红 素组成。血红蛋白由四个亚基组成，α2β2，α­链含 141 个氨基酸残基，β­链含 146个氨基酸残基，每条肽 链都卷曲成球状，有一个空穴容纳一个血红素，一个Hb 分子能与 4分子 O2结合。 

9.常用的分离纯化蛋白质的方法主要有：盐析、丙酮沉淀、透析、电泳、离子交换层析、分子筛层析、 超速离心等方法。盐析是应用中性盐加入蛋白质溶液，破坏蛋白质的水化膜，中和了电荷，使蛋白质聚集 而沉淀析出。丙酮沉淀是向蛋白质溶液中加入丙酮使蛋白质沉淀。透析法是利用仅能通透小分子化合物的 半透膜，使大分子蛋白质和小分子化合物分离，达到浓缩蛋白质或除去小分子化合物的目的。电泳法是根 据蛋白质在一定 pH溶液中可带电荷，成为带电颗粒，在电场中向相反的电极方向移动。由于蛋白质的质 量和电荷量不同，在电场中的泳动速率也不同，从而将蛋白质分离成泳动速率快慢不等的条带。离子交换 层法是利用离子交换树脂或离子交换纤维素将蛋白质分离的方法。在某一 pH条件下，蛋白质颗粒带有电 荷，可与离子交换树脂颗粒表面的相反电荷吸引，然后用盐溶液洗脱，蛋白质带电多少不同，随洗脱液盐 浓度的变化而先后被洗脱，达到分离的目的。分子筛层析是根据蛋白质颗粒大小不同而进行分离的一种方 法。层析柱内填充带网状的凝胶颗粒，小分子蛋白质可进入颗粒内，大分子蛋白质不能进入，因此分子量 不同的蛋白质在层析柱内滞留时间不同，流出层析柱先后不同，可将蛋白质按分子量大小而分离。超速离 心法是利用蛋白质的密度和形态不同，在超速离心力作用下沉降速度不同而分离的方法。 

10.测定蛋白质的空间构象方法主要用 X 射线晶体衍射法。X 射线射至蛋白质晶体上，可发生不同方 向的衍射，X光片可接受衍射光束，形成衍射图，经计算机绘制出三维空间的电子密度图从而得出三维空 间结构。也可用二维核磁共振技术测三维空间结构。 

(王桂忱、王顺) 

第二章 核酸的结构与功能

内容提要

核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子。 天然存在的核酸有两类， 一类为脱氧核糖核酸(DNA)， 另一类为核糖核酸(RNA)。DNA 存在于细胞核和线粒体内，携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型。 RNA存在于细胞质和细胞核内，参与细胞内 DNA遗传信息的表达。

一、核酸的化学组成

核酸的基本组成单位是核苷酸。核苷酸由碱基、戊糖和磷酸三种成分连接而成。

(一)碱基

构成核苷酸的碱基主要有五种：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)和胸腺嘧啶(T)。在 DNA分子中为 A、G、C、和 T 四种，在 RNA分子中为 A、G、C和 U四种。嘌呤环和嘧啶环上有共轭 双键，对 260nm左右波长的紫外光有较强吸收。 

(二)戊糖与核苷 

DNA分子中的戊糖是 β­D­2­脱氧核糖，RNA分子中的戊糖为 β­D­核糖。碱基和核糖或脱氧核糖通过 糖苷键连接形成核苷或脱氧核苷。在核苷中嘌呤碱的N­9或嘧啶碱的 N­1与戊糖上的 C­1′形成糖苷键。 

(三)核苷酸

核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键结合即构成核苷酸或脱氧核苷酸，生物体内多数核苷酸都是 5′­核苷 酸。在组成 RNA 和 DNA的多核苷酸链中都是一磷酸核苷或脱氧核苷，但合成 RNA和 DNA的原料都是 相应的三磷酸核苷或三磷酸脱氧核苷。

细胞内存在一些游离核苷酸，在物质代谢中有重要作用。如 ATP是体内能量的载体，GTP参与蛋白 质的合成，UTP 参与糖原的合成，CTP 参与磷脂的合成。环一磷酸腺苷(cAMP)和环一磷酸鸟苷(cGMP) 在细胞信息转递过程中有重要作用。

二、核酸的一级结构

四种脱氧核苷酸按照一定的数量一定的排列顺序通过磷酸二酯键相连形成的多聚脱氧核苷酸链称为 DNA。这些脱氧核苷酸连接时有严格的方向性，由前一个核苷酸的 3′­OH 与下一个核苷酸的 5′­磷酸间形 成 3′，5′磷酸二酯键，从而构成一个没有分支的线性大分子。它们的两个末端分别称为 5′末端和 3′末端。 DNA分子中的四种核苷酸是：dAMP、dGMP、dCMP、dTMP。 

RNA是另一类核酸分子，它与 DNA的差别是：组成它的核苷酸的戊糖成分不是脱氧核糖而是核糖； RNA分子中的嘧啶成分为胞嘧啶和尿嘧啶而不含胸腺嘧啶，RNA中的四种核苷酸是：AMP 、GMP、CMP 和 UMP。

核酸分子(DNA 或 RNA)中的核苷酸序列也称碱基序列，遗传信息的携带和传递是依靠核酸分子中碱 基排列顺序变化而实现的。

三、DNA的空间结构与功能 

1953 年 Watson和 Crick 提出 DNA 双螺旋结构模型。首先他们提出了 DNA 碱基组成的 Chargaff 规 则：腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等(A=T)，鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等(G=C)；不同生物种属的 DNA 碱基组成不同；同一个体不同器官、不同组织的 DNA具有相同的碱基组成。以后 Franklin提供的 X线衍 射照片显示出 DNA是螺旋形分子，从密度上也揭示了 DNA为双链分子。 

DNA双螺旋结构模型的要点：①  DNA 是一反向平行的双链结构，脱氧核糖基和磷酸基骨架位于双链 的外侧，碱基位于内侧，两条链的碱基之间以氢键相结合。腺嘌呤与胸腺嘧啶配对，形成两个氢键(A=T)， 鸟嘌呤与胞嘧啶配对，形成三个氢键(G=C)。碱基平面与线性分子结构长轴相垂直。一条链的走向是 5′3′， 另一条链的走向是 3′5′。②  DNA 是右手双螺旋结构，螺旋每旋转一周包含了 10对碱基，每个碱基的旋转 角度为 36°，螺距为 3.4nm。③  DNA 双螺旋结构的稳定横向靠两条链间互补碱基的氢键维系，纵向靠碱基 平面间疏水性堆积力维持。这种 DNA右手双螺旋结构称为 B­DNA。另外还有左手螺旋结构称为 Z­DNA。 不同构象 DNA在功能上有所差异，可能参与基因表达和调节。 

DNA 在形成双螺旋结构的基础上，在细胞内进一步折叠成为超级螺旋结构，并且在蛋白质参与下构 成核小体，然后进一步折叠将 DNA紧密压缩于染色体中。 

DNA 的基本功能就是作为生物遗传信息复制的模板和基因转录的模板，它是生命遗传繁殖的物质基 础，也是个体生命活动的基础。所谓基因就是携带遗传信息的 DNA 分子片段。 四、RNA 的空间结 构与功能 

RNA通常以单链存在。RNA 分子比 DNA小。 动物细胞中的 RNA主要有以下几种：mRNA 信使 RNA， tRNA转运 RNA，rRNA核蛋白体 RNA，hnRNA 不均一核 RNA，SnRNA 小核 RNA。 

(一)信使 RNA(mRNA)

mRNA在细胞核内合成，经过剪接，加工成成熟 mRNA移出核外。成熟的 mRNA的结构特点是：① 在 5′­端加上 7­甲基鸟苷，同时第一个核苷酸甲基化，这种 GmPPPNm­结构称为帽子结构。②在 3′­端有 一段多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚 A尾。③  mRNA 的功能是把核内 DNA的碱基顺序(遗传信息)，按 照碱基互补的原则抄录并转至胞质，在蛋白质合成中用以翻译成蛋白质中氨基酸的排列顺序。mRNA 分 子中每三个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸，称为三联体密码。 

(二)转运 RNA(tRNA) 

tRNA是细胞内分子量最小的一类核酸，已知一级结构的有 100多种，都由 70至 90个核苷酸构成。 tRNA的功能是在细胞蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体并将其转呈给 mRNA。tRNA的结构具有 如下特点：①  tRNA 分子中含有 10%～20%的稀有碱基(DHU、ψ×mG、mA 等)。②  tRNA 具有三叶草形 二级结构，反密码环中间的三个碱基称为反密码子，与 mRNA 上相应的三联体密码可形成碱基互补。 ③ tRNA 的 3′­末端有特殊的­CCAOH末端，是结合氨基酸的部位。④  tR NA的三级结构呈倒 L型。 

(三)核糖体 RNA(rRNA) 

rRNA是细胞内含量最多的 RNA。rRNA与核糖体蛋白共同构成核糖体。核糖体由大、小两个亚基组 成。核糖体蛋白有数十种，分布在大小亚基中。原核生物的 rRNA有 5S、16S、23S三种，其中 16SrRNA 和 20多种蛋白质构成小亚基，5S及 23SrRNA和 30多种蛋白质构成大亚基。真核生物的核糖体小亚基由 18SrRNA及 30余种蛋白质构成，大亚基由 5S、5.8S及 28S三种 rRNA加上近 50种蛋白质构成。

除上述三种 RNA外，细胞内还存在小核 RNA，小胞质 RNA等。

某些 RNA 分子本身具有自我催化能力，可以完成 rRNA 的剪接。这种具有催化作用的 RNA 被称为 核酶。

五、核酸的理化性质及其应用 

(一)核酸的一般理化性质

核酸具有较强的酸性，DNA是线性高分子，粘度较大。DNA和 RNA溶液在 260nm波长吸收紫外光。 

(三)DNA的变性 

DNA的最重要特性之一是它的变性与复性现象。在某些理化因素作用下，DNA分子互补碱基对之间 的氢键断裂，使 DNA 双螺旋结构松散，变成单链，称为 DNA 变性。加热可以使 DNA 变性。DNA 变性 后溶液的 A260增加， 称为增色效应。 连续加热 DNA的过程中以温度对 A260的关系作图， 得到解链曲线。 DNA 变性在相当窄的温度内完成。当紫外光吸收值达到最大值 50%时的温度称为 DNA 的变性温度，也 称解链温度，以 Tm表示。在 Tm时，核酸分子内 50%的双链结构被解开。Tm值的大小与 DNA分子中 所含碱基的 G+C比例成正比。 

(四)DNA的复性变性 

DNA在适当条件下，两条互补链可重新恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性。热变性的 DNA 经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火。在 DNA 复性过程中，如果将不同的 DNA 单链放在一起， 或者将 DNA 和 RNA 分子放在一起，具有碱基序列部分互补的不同 DNA 之间或 DNA 与 RNA 之间形成 杂化双链的现象，称为核酸分子杂交。

测 试 题

一、 选择题 

A型题 

1.核酸分子一级结构中连接核苷酸的化学键是： 

A.肽键 B.氢键 C.3′，5′­磷酸二酯键 

2.DNA分子中不存在的核苷酸是： D.盐键 E.疏水键 

A.dAMP      B.dGMP      C.dTMP         D.dUMP         E.dCMP 

3.RNA分子中不存在的核苷酸是： 

A.AMP       B.GMP C.TMP          D.UMP          E.CMP

4.DNA分子中碱基组成的特点是： 

A.A+C=G+TA=GC=T    B.A+G=C+TA=TG=C     C.A+G=C+UA=CG=U 

D.A+G=C+TA=CG=T    E.A+G=T+UA=TG=U 

5.DNA分子中含有的碱基是： 

A.AGCT     B.AGCU      C.AGTU        D.ACTU          E.GCTU 

6.RNA分子中含有的碱基是： 

A.AGCT     B.AGCU C.AGTU        D.ACTU          E.GCTU 

7.DNA和 RNA中共有的成分是： 

A.D­核糖 B.D­2­脱氧核糖 C.尿嘧啶 D.胸腺嘧啶 E.鸟嘌呤 

8.关于 DNA双螺旋结构的描述不正确的是： 

A.右手双螺旋 B.两条链互相平行 C.两条链方向相同 

D.两条链碱基互补 E.氢链和碱基堆积力维持稳定 

9.只出现在 DNA分子中的碱基是： 

A.腺嘌呤 B.鸟嘌呤 C.胞嘧啶 D.尿嘧啶 E.胸腺嘧啶 

10.只出现在 RNA分子中的碱基是： 

A.腺嘌呤 B.鸟嘌呤 C.胞嘧啶 D.尿嘧啶 E.胸腺嘧啶 

11.核苷酸分子中戊糖分子与嘌呤的 N­9形成糖苷键的原子是： 

A.C­1′     B.C­2′       C.C­3′        D.C­4′          E.C­5′ 

12.tRNA分子的二级结构为： 

A.双螺旋 B.直链伸展 C.麻花形 D.三叶草形 E.倒 L 型 

13.mRNA分子中与 20种氨基酸相对应的密码有： 

A.64种 B.63种 C.61种 D.60种 E.20种 

14.DNA的解链温度与： 

A.DNA分子量成正比 B.DNA长度成正比 C.A+C含量成正比 

D.DNA浓度成正比 E.G+C含量成正比 

15.与 pCAGCT互补的 DNA序列是： 

A.pAGCTG     B.pGTCGA     C.pGUCGA    D.pAGCUG    E.pUGCUA 

B 型题 

A.ATP        B.GMP       C.dCTP         D.dTMP       E.cAMP 

16.合成 DNA的原料是： 

17.合成 RNA的原料是： 

18.DNA分子中的组成单位是： 

19.RNA分子中的组成单位是： 

20.激素的第二信使是： 

X型题 

21.下面属于稀有碱基的是： 

A.尿嘧啶 B.假尿嘧啶 C.次黄嘌呤 D.黄嘌呤 E.腺嘌呤 

22.可作为合成 RNA原料的核苷酸是： 

A.ATP       B.UTP         C.TTP D.ITP          E.GTP 

23.tRNA的结构特征有： 

A.有密码环 B.3′­端有­C­C­A结构 C.有氨基酸臂 

D.三级结构为三叶草形 E.有假尿嘧啶核苷酸 

24.反密码子位于： 

A.DNA      B.mRNA       C.rRNA        D.tRNA       E.转运 RNA

25.有关 DNA变性的描述不正确的是： 

A.DNA变性时糖苷键断裂 B.磷酸二酯键断裂 

C.变性温度的最高点称为 Tm D.A260增加 

E.双链间氢链被破坏 

26.有关 DNA分子的描述正确的是： 

A.由两条脱氧核苷酸链组成 

B.每条链的 5′­端是­OH，3′­端是磷酸 

C.脱氧单核苷酸之间靠磷酸二酯键相连 

D.两条链互相平行，方向相同 

E.碱基配对为 A＝T，G≡C 

27.DNA双螺旋稳定的因素有： 

A.大量的氢键 B.碱基平面的堆积力 

C.碱基间的磷酸二酯键 D.磷酸基团的亲水性 

E.脱氧核糖上的羟基 

28.RNA分子： 

A.都是单链 B.主要是单链可有局部双链 

C.具有功能多样性 D.只存在细胞核中 

E.由 AMP、GMP、CMP、TMP四种核苷酸组成 

29.mRNA结构的特点有： 

A.mRNA分子中有三联体密码 B.mRNA分子中有反密码 

C.mRNA5′­端有帽结构 D.mRNA3′­端有聚 A尾巴结构 

E.mRNA的二级结构为三叶草形 

30.DNA水解后得到的产物有： 

A.磷酸 B.核糖 C.腺嘌呤、鸟嘌呤 D.胞嘧啶、尿嘧啶 E.胸腺嘧啶、胞嘧啶

二、填空题 

1.在典型的 DNA 双螺旋结构中，脱氧核糖和磷酸基骨架位于螺旋的___________，而碱基位于 ___________。 

2.嘌呤和嘧啶环中均含有___________，因此对___________有较强吸收。 

3.在核苷分子中嘌呤的___________与戊糖___________形成糖苷键。 

4.在嘧啶核苷分子中嘧啶的___________与戊糖的___________形成糖苷键。 

5.在多核苷酸链中各单核苷酸通过___________相连。 

6.右手螺旋 DNA结构也称___________，左手螺旋 DNA结构也称___________。 

7.mRNA的___________端有帽结构，___________端有尾巴结构。 

8.tRNA分子的二级结构为___________，三级结构为___________。 

9.DNA双螺旋结构稳定的维系横向靠___________维系，纵向靠___________维持。 

10.一种 DNA分子 Tm值的大小与所含碱基中___________成正比。

三、解释概念 

1.核苷酸 2.脱氧核苷酸 3.3′，5′­磷酸二酯键 

4.碱基互补 5.三联体密码 6.核糖体 

7.DNA变性 8.Tm                      9.增色效应 

10.核酶 11.Z­DNA 

四、问答题 

1.DNA双螺旋结构有哪些特点? 

2.细胞内有哪几种主要的 RNA?其主要功能是什么?

3.一种 DNA 分子含 40%的腺嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶核苷酸，另一种 DNA 分子含 30%的鸟嘌呤核苷 酸和胞嘧啶核苷酸，请问哪一种 DNA的 Tm值高?为什么? 

4.简述 RNA与 DNA主要有哪些不同点? 

5.真核生物中 mRNA结构上有哪些特点? 

6.何谓核酶?在医学发展中有什么意义? 

参考答案

一、选择题 

1.C  2.D  3.C  4.B  5.A  6.B  7.E  8.C  9.E  10.D  11.A  12.D  13.C  14.E 

15.A  16.C  17.A  18.D  19.B  20.E  21.BCD  22.ABE  23.BCE  24.DE 25.ABC 

26.ACE  27.AB  28.BC  29.ACD 30.ACE 

二、填空题 

1.外侧 内侧 2.共轭双键 260nm波长紫外线 

3. N­9  C­1′               4. N­1  C­1′ 

5.3′，5′­磷酸二酯键 6. B­DNA  Z­DNA 

7.5′­ 3′­ 8.三叶草形 倒 L型 

9.氢键 碱基平面堆积力 10.G+C的百分含量

三、解释概念 

1.核苷与磷酸通过磷酸酯键结合即为核苷酸。常见的为 5′­核苷酸。 

2.脱氧核苷与磷酸通过磷酸酯键结合即构成脱氧核苷酸。 

3.一个核苷酸的 3′­OH与另一个核苷酸的 5′­磷酸形成的化学键即为 3′，5′­磷酸二酸键。 

4.在 DNA双链结构中两条链的碱基之间以氢键相连，产生了固有的配对方式，即腺嘌呤与胸腺嘧啶、 鸟嘌呤与胞嘧啶配对存在，这种配对方式称为碱基互补。 

5.mRNA 分子上每三个核苷酸为一组，决定蛋白质分子中一个氨基酸，称为三联体密码。6.由 rRNA 和多种核糖体蛋白共同构成，分为大、小两个亚基。核糖体的功能是作为蛋白质合成的场所。 

7.DNA 溶液中加入过量的酸、碱或加热使 DNA 双链之间氢键断裂，两条链解开形成单链即为 DNA 变性。 

8.DNA变性过程中，紫外吸收值达到最大值的 50%时的温度称为 DNA的解链温度(Tm) 

9.DNA变性后使 260nm波长处紫外吸光度增加这种作用称为 DNA增色效应。 

10.具有自身催化作用的 RNA分子可以自身进行剪接，这种具有催化作用的 RNA称为核酶。 

11.左手螺旋 DNA称为 Z­DNA，与右旋 DNA功能有差异。

四、问答题 

1.DNA双螺旋结构的特点：①  DNA 由两条脱氧多核苷酸链组成，两条链互相平行，方 向相反。② 两条链之间碱基互补，碱基之间以氢键相连，A与 T、G与 C互补。③两条链围绕同一轴心盘旋成右手双 螺旋，螺旋一周包含了 10个碱基对，螺距 3.4nm。DNA双螺旋结构稳定的维系横向靠两条链间互补碱基 的氢键维系，纵向靠碱基平面间的疏水性堆积力维持。 

2.细胞内主要的 RNA 有三种：mRNA，蛋白质合成的模板；tRNA，转运氨基酸，rRNA，与多种蛋 白质构成核糖体，是蛋白质合成的场所。此外还有 HnRNA、SnRNA等。 

3.第一种 DNA的 Tm值高于第二种。因为第一种 DNA含腺嘌呤核苷酸 40%(包括胸腺嘧啶核苷酸)， 含鸟嘌呤核苷酸和胞嘧啶核苷酸配对为 60%，因而碱基互补所形成的氢键多于第二种 DNA，所以 Tm值 较高。

4.RNA 与 DNA 的差别主要有以下三点：①组成它的核苷酸中的戊糖成分不是脱氧核糖而是核糖； ② RNA 中的嘧啶成分为胞嘧啶和尿嘧啶，而不含胸腺嘧啶，即 U 代替了 DNA 中的 T。③  RNA 中的基本 核苷酸为 AMP、GMP、CMP和 UMP，而 DNA中为 dAMP、dGMP、dCMP和 dTMP。④  RNA 分子结

构以单链为主，而非双螺旋结构。 

5.真核生物 mRNA结构特点：① 大多数真核 mRNA在 5′­端以 7­甲基鸟嘌呤及三磷酸鸟苷为分子的起 始结构，称为帽子结构(m7GpppG­)。②真核生物 mRNA 的 3′­端有一段长短不一的多聚腺苷酸结构，通 常称为多聚 A尾。③  mRNA 分子从 5′­向 3′­方向阅读每三个核苷酸为一组代表一个氨基酸为遗传三联体密 码。 

6.具有催化作用的 RNA 被称为核酶。核酶的发现推动了对于生命活动多样性的理解，在医学上有特 殊用途。核酶被广泛用来尝试作为新的肿瘤和病毒治疗技术。 

(王桂忱、王顺) 

第三章 酶

内 容 提 要

生物体内各种化学反应几乎都是在生物催化剂——酶的催化下进行的。 酶是由活体细胞合成的对特异 底物起高效催化作用的蛋白质，是机体内催化各种代谢反应最主要的催化剂。近年来又发现一类新的生化 催化剂，主要参与 RNA的剪接，即核酶，不在本章讨论。

一、 酶的分子结构与功能

酶是蛋白质，具有一、二、三及四级结构。由一条多肽链组成的酶称为单体酶；由多个相同或不同亚 基构成的酶称为寡聚酶。在细胞内由几种不同催化功能的酶组成的聚合体称为多酶体系。还有的酶，虽然 由一条多肽链组成，但具有多种不同催化功能的酶称为多功能酶。 (一)酶的分子组成

按其酶分子组成可分为单纯酶和结合酶。仅由氨基酸残基构成的酶称为单纯酶。脲酶、一些消化蛋白 酶、淀粉酶、脂酶、核糖核酸酶等均属单纯酶。分子中除含蛋白质外，还含有非蛋白质部分的酶称为结合 酶。结合酶的蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白质部分称为辅助因子。酶蛋白和辅助因子形成的复合物称为 全酶，只有全酶才有催化反应。辅助因子是金属离子或小分子有机化合物。金属离子的作用：①可以是酶 活性中心的催化基团参与催化反应，传递电子；②作为连接酶和底物的桥梁，便于酶对底物起作用；③稳 定酶的构象；④中和阴离子，减少静电斥力。小分子有机化合物的作用，主要是参与酶的催化过程，在反 应中传递电子、 质子或化学基团。 小分子有机化合物分子中多含有 B 族维生素成分。 如：①  NAD ＋或 NADP ＋中含尼克酰胺(VPP)，②  FAD 或 FMN 中含核黄素(VB2)，③  TPP 中含硫胺素(VB1)，④辅酶 A(CoA)中 含泛酸，⑤四氢叶酸(FH4)中含叶酸，⑥磷酸吡哆醛中含吡哆醛(VB6)，⑦羧化酶的辅酶中含生物素，⑧钴 胺素类辅酶中含钴胺素(VB12)等。酶蛋白决定反应的特异性，小分子有机化合物决定反应的种类和性质。 根据小分子有机化合物与酶蛋白结合的紧密程度和反应特点可将其分为辅酶和辅基。与酶蛋白结合疏松， 可以用透析或超滤方法除去的辅助因子称辅酶。与酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤方法除去的辅助 因子称为辅基，在反应中不离开酶蛋白。 

(二)酶的活性中心

酶分子中与酶活性密切相关的基团称为酶的必需基团。在酶分子中，有一些必需基团在一级结构上可 能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异的结合并将底物转 化为产物，这一区域被称为酶的活性中心。酶活性中心的必需基团有两种：即结合基团和催化基团。与底 物结合，使底物与酶形成复合物的基团为结合基团。影响底物中某些化学键的稳定，使底物发生化学反应 转变成产物的化学基团称为催化基团。能做为酶活性中心的必需基团的化学基团主要有：羧基(­COOH)、 氨基(­NH2)、羟基(­OH)、巯基(­SH)和咪唑基等。还有活性中心以外的必需基团，对于维持酶分子活性中 心的空间构象起重要作用。

二、酶促反应的特点与机制

酶与一般催化剂一样，其催化反应都遵从化学反应的热力学定律，都能降低反应的活化能。但是，酶 是蛋白质，又具有与一般催化剂不同的酶促反应的特点：①酶促反应具有极高的效率。②酶促反应有高度 的特异性，即一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应，得到一定的产 物，称为酶的特异性，即酶对催化的底物有严格的选择性。又根据酶对其底物选择的程度不同，酶的特异 性又分为绝对特异性、相对特异性和立体异构特异性。③酶促反应的可调性。

酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合，这一过程称为酶—— 底物结合的诱导契合学说。酶的构象改变有利于与底物结合；底物在酶诱导下发生变形，处于不稳定过渡 态，易受酶的催化攻击。过渡态的底物与酶活性中心结构最相吻合，从而降低反应的活化能。

酶促反应机制很复杂， 在酶的活性中心酶与底物之间可发生邻近效应和定向排列， 酶对底物可进行酸、 碱多元催化，底物在酶活性中心的疏水口袋中发生表面效应等。

三、酶促反应动力学

酶促反应的动力学研究表明酶促反应速度受多种因素影响，这些因素包括酶浓度、底物浓度、pH、 温度、抑制剂及激活剂等。 

(一)底物浓度对反应速度的影响

在其它因素不变的情况下，底物浓度的变化对反应速度影响的作图呈现矩形双曲线。当底物浓度较低 时，反应速度与底物浓度成正比。随着底物浓度的进一步增加，反应速度不再成正比增加。当底物浓度增 高到一定值后，反应速度不再随底物浓度增加而增加，达到最大反应速度 Vmax。这种关系可用米氏方程 式表示，即 V=max 〔S〕Km＋〔S〕，式中 V 为在不同〔S〕时的速度，Vmax 为最大反应速度，〔S〕为 底物浓度，Km为米氏常数。Km值等于当反应速度为最大速度一半时的底物浓度。Km=K2＋K3K1，当 产物生成速度很小时，Km值近似的等于酶与底物复合物的解离常数，所以 Km可以近似地代表酶与底物 的亲和力，Km值愈大，酶与底物亲和力愈小。Km是酶的特征性常数，只与酶的结构、酶所催化的底物 和反应条件(如温度、pH、离子强度)有关，与酶的浓度无关。各种酶的 Km 值范围很广，大致在 10­6～ 10­2mol/L 之间。Vmax是酶被底物饱和时的反应速度。Vmax=K3〔E〕，动力学常数 K3称为酶的转换数， 其定义是：当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子(或活性中心)催化底物转变为产物的分子数。 对于生理性底物，大多数酶的转换数在 1～104/秒之间。 

Vmax和 Km的测定可采用林——贝氏作图法，其中横轴截距为－1/Km，纵轴截距为 1/Vmax。 

(二)酶浓度对反应速度的影响

在酶促反应中， 当底物浓度大大超过酶浓度时， 酶被底物饱和， 反应速度与酶的浓度变化成正比关系。 

(三)温度对反应速度的影响

酶是生物催化剂，温度对酶促反应速度具有双重影响。升高温度一方面可以加快酶促反应速度，同时 也增加酶的变性。温度较低时，随温度升高反应速度加快；当温度升高一定程度时，由于酶的热变性作用， 反应速度下降。酶促反应速度最高时的环境温度称为酶促反应的最适温度。酶的最适温度不是酶的特征性 常数，它与反应进行的时间有关。

（四）pH对反应速度的影响 

pH 可以影响酶分子、底物、辅酶或辅基等的解离状态，从而影响酶促反应速度。酶促反应速度最大 时的环境 pH 称为酶促反应的最适 pH。最适 pH 不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓冲液的种类与 浓度、以及酶的纯度等因素的影响。

（五） 抑制剂对反应速度的影响

凡是能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称做酶的抑制剂。 抑制剂多与酶的活性中心 内、外必需基团相结合，从而抑制酶的催化活性。酶的抑制作用可分为不可逆性抑制和可逆性抑制两类。 

1.不可逆性抑制作用：不可逆性抑制作用的抑制剂与酶活性中心的必需基团以共价键相结合，使酶失 活。此种抑制剂不能用透析、超滤等方法除去。如有机磷化合物能特异地与胆碱酯酶活性中心丝氨酸残基 的羟基结合，使酶失活，低浓度的重金属离子可与酶分子的巯基结合，使酶失活。解磷定可解除有机磷化 合物对羟基酶的抑制作用，二巯基丙醇可解除重金属离子对巯基酶的抑制作用，使酶恢复活性。

2.可逆性抑制作用：可逆性抑制作用的抑制剂通常以非共价键与酶或酶—底物复合物可逆性结合，使 酶活性降低或消失。采用透析或超滤的方法可将抑制剂除去，使酶恢复活性。可逆性抑制作用的类型可分 为三种：①竞争性抑制作用：抑制剂与酶的底物结构相似，可与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶与底 物结合形成中间产物，抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力和与底物浓度的相对比例，这种抑制作用 称为竞争性抑制作用。竞争性抑制作用中酶的 Vmax不变，Km值增大。丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制属 于竞争性抑制。磺胺类药物的抑菌作用与竞争性抑制有关。此种抑制作用可以通过透析、超滤和加大底物 浓度的办法解除抑制。②非竞争性抑制作用：有些抑制剂与酶活性中心以外的必需基团结合，不影响酶与 底物的结合，底物与抑制剂之间无竞争关系，但酶—底物—抑制剂复合物(ESI)不能进一步释放出产物。 这种抑制作用称做非竞争性抑制作用。在非竞争性抑制作用中酶的最大速度 Vmax下降，Km不变。③反 竞争性抑制作用：此类抑制剂与上述两种抑制剂作用不同，仅与酶和底物形成的中间产物(ES)结合，使中 间产物量下降，既减少从中间产物转化为产物的量，也同时减少从中间产物解离出游离酶和底物的量。这 种抑制称为反竞争性抑制作用。反竞争性抑制中酶促反应的 Vmax下降，Km值下降。 

(六)激活剂对反应速度的影响

使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂。激活剂大多数为金属离子，如 Mg2 ＋、K＋、M2+n等，少数为阴离子，如 CL－等，也有许多有机化合物激活剂。 

(七)酶活性测定与酶活性单位

酶的活性是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度的大小。酶促反应速度可在适宜 的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。通常测定酶促反应初速度。反应初速 度是指反应刚刚开始时， 各种干扰因素尚未发挥作用， 时间进程与产物的生成量呈直线关系时的反应速度。

酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它反映在规定条件下，酶促反应在单位时间内生成一定量的 产物所需要的酶量。国际生化学会酶学委员会于 1976 年规定：在特定的条件下，每分钟催化 1μmol 底物 转化为产物所需的酶量为一个国际单位(IU)。1999 年该学会又推荐以催量单位(katal)表示酶活性。1 催量 (1kat)是指在特定条件下，每秒钟使 1mol底物转化产物所需要的酶量。1IU=16.67×10－9kat。

四、酶的调节

体内各种代谢途径的调节主要是对代谢途径中关键酶的调节。在长期进化过程中发生基因分化，使不 同的组织细胞具有其不同的独特的代谢特征。主要有两方面。 

(一)酶活性的调节 

1.酶原与酶原的激活：有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，必须在一定条件下水解 掉一个或几个特定的肽键，致使构象发生改变，表现出酶的活性。这种无活性酶的前体称做酶原。酶原向 活性酶的转化过程称为酶原的激活。酶原的激活实际上是酶的活性中心形成或暴露的过程。消化蛋白酶以 酶原形式合成与分泌，不仅保护消化器官本身不遭酶的水解破坏，而且保证酶在其特定的部位与环境发挥 其催化作用。 

2.变构酶：一些代谢物可以与酶分子活性中心以外的某一部位可逆地结合，使酶分子构象改变，催化 活性改变，这种调节称为变构调节，也称别构调节。受变构调节的酶称为变构酶。变构酶分子中常含多个 亚基，亚基之间在效应剂的影响下表现出协同效应。效应剂与酶结合后，通过酶亚基之间构象改变的相互 影响，增强酶对后续效应剂的亲和力，称为正协同效应；反之称为负协同效应。如果效应剂是底物本身， 则正协同效应的底物浓度曲线为 S形曲线。增强变构酶对底物亲和力的效应剂称为变构激活剂；反之，减 低酶对底物亲和力的效应剂称为变构抑制剂。变构调节是体内快速调节的一种重要方式。 

3.酶的共价修饰调节

酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，这一过程称为 酶的共价修饰。在共价修饰过程中，酶发生无活性(或低活性)与有活性(或高活性)两种形式的互变。这种 互变由不同的酶所催化，这些酶又受激素的调控。酶的共价修饰以磷酸化修饰在代谢调节中最为常见。酶 的共价修饰是体内快速调节的另一种重要方式。 

(二)酶含量的调节

1.酶蛋白合成的诱导与阻遏，某些底物、产物、激素、药物等可以在转录水平上影响一些酶的生物合 成。一般在转录水平上促进酶生物合成的化合物称为诱导剂，诱导剂诱发酶蛋白生物合成的作用称为诱导 作用；在转录水平上减少酶生物合成的物质称为辅阻遏剂，辅阻遏剂与无活性的阻遏蛋白结合，影响基因 转录，此过程称为阻遏作用。酶的诱导与阻遏作用是对代谢的缓慢而长效的调节。 

2.酶降解的调控：通过改变酶分子的降解速度来调节细胞内酶的含量。 

(三)同工酶

同工酶是长期进化过程中基因分化的产物。同工酶是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、 理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。同工酶是由不同基因或等位基因编码的多肽链，或由同一基因转 录生成的不同 mRNA 翻译的不同多肽链组成的蛋白质。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或 同一细胞的不同亚细胞结构中，它在调节代谢上起着重要作用。乳酸脱氢酶是四聚体，该酶的亚基有 M 型和 H 型两种。这两种亚基以不同的比例组成五种同工酶：LDH1(H4)、LDH2(H3M)、LDH3(H2M2)、 LDH4(HM3)、LDH5(M4)。由于分子结构上的差异，这五种同工酶具有不同的电泳速度，对同一底物表 现不同的 Km值。LDH同工酶中这两种不同肽链的合成受不同基因的控制。

五、酶的命名与分类

有两种命名法。系统命名法标明酶的底物与反应性质，底物名称之间以“∶ 分隔。推荐名称是从习惯 ” 

名称中挑选出来的，简单、实用。

按照酶促反应的性质，酶可分为六类：氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类、 合成酶类。

六、酶与医学的关系 

(一)酶与疾病的关系密切。遗传性因素均可引起酶的质和量的异常及酶活性的改变，可以引发许多疾 病。许多疾病也可以引起酶的异常，使病情加重。在临床上常通过测定血液中酶的活性来协助诊断某些疾 病。许多药物可通过改变人体内或病菌体内酶的活性达到治疗目的。 

(二)酶在医学上应用很广。酶作为药物不断地扩大应用范围，酶还做为试剂用于临床检验，作为工具 用于科学研究和生产，工具酶、固定化酶、抗体酶等已被广泛应用。

测 试 题

一、 选择题 

A型题 

1.下面关于酶的论述正确的是： 

A.体内所有具有催化活性的物质都是酶 B.酶在体内不能更新 

C.所有的酶都是由酶蛋白和辅助因子组成 D.酶能改变反应的平衡点 

E.酶能降低反应的活化能 

2.下列关于酶蛋白和辅助因子的论述错误的是： 

A.酶蛋白和辅助因子单独存在时无催化活性 

B.一种酶只能与一种辅助因子结合形成全酶 

C.一种辅助因子只能与一种酶结合形成全酶 

D.酶蛋白决定酶促反应特异性 

E.辅助因子可以作用底物直接参加反应 

3.下面关于辅酶和辅基的论述错误的是： 

A.辅酶和辅基都是酶的辅助因子 B.辅酶与酶蛋白结合的疏松 

C.辅基与酶蛋白结合的牢固 D.辅酶和辅基都可以用透析方法除去 

E.辅酶和辅基都不决定酶的特异性 

4.含有维生素 B1的辅酶是： 

A.NAD＋ B.FAD       C.TPP       D.CoAE.          FMN

5.酶的特异性是指： 

A.酶与辅酶特异结合 B.酶对所催化的底物有严格的选择性 

C.酶存在于细胞的特异性位置 D.酶催化反应机制不同 

E.酶的分类不同 

6.有关酶活性中心的论述不正确的是： 

A.酶的活性中心是由一级结构相互邻近的基团组成 

B.酶的活性中心有结合基团和催化基团 

C.酶的活性中心是底物结合的部位 

D.酶的活性中心由必需基团组成 

E.催化相同反应的酶有相同的活性中心 

7.关于 Km值的叙述错误的是： 

A.Km是酶的特征性常数 

B.Km值与酶的结构无关 

C.Km值与酶的浓度无关 

D.Km值等于反应速度为最大速度一半时的底物浓度 

E.Km可近似地表示酶与底物的亲和力 

8.竞争性抑制的动力学特征是： 

A.Vmax不变，Km值增加 B.Vmax不变，Km值下降 

C.Vmax下降，Km值不变 D.Vmax下降，Km值增加 

E.Vmax下降，Km值下降 

9.非竞争性抑制作用的动力学特征是： 

A.Km值增加，Vmax不变 B.Km值不变，Vmax不变 

C.Km值下降，Vmax下降 D.Km值不变，Vmax下降 

E.Km值增加，Vmax下降 

10.竞争性抑制剂与酶催化的底物的关系： 

A.理化性质相同 B.功能相同 C.分子大小相同 

D.溶解度相同 E.结构相似 

11.丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制属于： 

A.竞争性抑制 B.非竞争性抑制 C.反竞争性抑制 

D.不可逆性抑制 E.混合性抑制 

12.关于竞争性抑制剂的论述错误的是： 

A.抑制剂结构与底物结构相似 B.抑制剂与酶的活性中心相结合

C.抑制剂与酶的结合是不可逆的 D.抑制程度与抑制剂浓度有关 

E.抑制剂与酶结合使酶与底物亲和力下降 

13.有关温度对酶促反应速度的影响是： 

A.温度越高反应速度越大 B.温度越低反应速度越大 

C.在最适温度下酶活性最大 D.最适温度是酶的特征性常数 

E.酶制剂不能在低温下保存 

14.与酶 Km值大小无关的因素是： 

A.酶的结构 B.酶的浓度 C.酶反应温度 

D.酶作用底物 E.酶反应的 pH 

15.同工酶是指： 

A.催化相同化学反应的酶 B.有相同分子结构的酶 

C.有相同理化性质的酶 D.相同免疫特性的酶

E.电泳时有相同迁移率的酶 

16.有关变构酶的描述错误的是： 

A.由多个亚基组成 B.变构剂与酶以非共价结合 

C.变构剂与酶的结合是可逆的 D.变构剂与酶的活性中心结合 

E.变构酶通常为代谢途径的关键酶 

17.关于酶的共价修饰的描述错误的是： 

A.酶与某种化学基团共价结合 B.酶的共价修饰属于快速调节 

C.共价修饰消耗 ATP               D.磷酸化是常见的共价修饰 

E.一种酶磷酸化修饰后活性增加 

18.有关乳酸脱氢酶同工酶的描述错误的是： 

A.乳酸脱氢酶有五种同工酶 B.乳酸脱氢酶含 M和 H两种亚基 

C.五种同工酶有不同的电泳速度 D.同工酶对同一底物有相同的 Km值 

E.两种亚基肽链的合成受不同基因控制 

19.有机磷中毒的机制是： 

A.与胆碱酯酶活性中心羟基结合 B.与酶活性中心以外必需基团结合 

C.与酶以非共价键结合 D.可以用透析法除去 

E.此种抑制属于可逆性抑制 

20.下面属于竞争性抑制作用的是： 

A.砷化合物对巯基酶的抑制作用 

B.有机磷对胆碱酯酶的抑制作用 

C.磺胺类药物对细菌二氢叶酸合成酶的抑制作用 

D.氰化物对细胞色素氧化酶的抑制作用 

E.重金属盐对酶的抑制作用 

B 型题 

A.吡哆醛 B.核黄素 C.泛酸 D.尼克酰胺 E.生物素 

21.NAD＋成分中所含的维生素是： 

22.FAD成分中所含的维生素是： 

23.辅酶 A成分中所含的维生素是： 

24.羧化酶的辅酶成分中所含的维生素是： 

25.转氨酶的辅酶成分中所含的维生素是： 

A.TPP        B.NAD＋ C.FAD         D.FH4          E.CoA 

26.α­酮酸氧化脱羧酶的辅酶是： 

27.苹果酸脱氢酶的辅酶是： 

28.一碳单位代谢的辅酶是： 

29.酰基转移酶的辅酶是： 

30.琥珀酸脱氢酶的辅基是： 

A.四氢叶酸 B.尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 C.黄素单核苷酸 

D.黄素腺嘌呤二核苷酸 E.焦磷酸硫胺素 

31.NAD＋代表： 

32.FAD代表： 

33.TPP代表： 

34.FH4 代表： 

35.FMN代表： 

X型题

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mb71.html