生物化学试题及答案

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,使得碳骨架可形成线性、分支以及环状的多

O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：

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

（2）酶：

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?131.11?100Mr?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，

解答：前两个问题参考本章第3节内容。 ? 异构酶类； ? 水解酶类； ? 转移酶类；

? 氧化还原酶类中的脱氢酶； ? 合成酶类； ? 裂合酶类；

? 氧化还原酶类中的氧化酶； ? 转移酶类； ? 水解酶类；

? 合成酶类（又称连接酶类）。

3．什么是诱导契合学说，该学说如何解释酶的专一性？

解答：―诱导契合‖学说认为酶分子的结构并非与底物分子正好互补，而是具有一定的柔性，当酶分子与底物分子靠近时，酶受底物分子诱导，其构象发生有利于与底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补契合进行反应。根据诱导契合学说，经过诱导之后，酶与底物在结构上的互补性是酶催化底物反应的前提条件，酶只能与对应的化合物契合，从而排斥了那些形状、大小等不适合的化合物，因此酶对底物具有严格的选择性，即酶具有高度专一性。

4．阐述酶活性部位的概念、组成与特点。 解答：参考本章第5节内容。

5．经过多年的探索，你终于从一噬热菌中纯化得到一种蛋白水解酶，可用作洗衣粉的添加剂。接下来，你用定点诱变的方法研究了组成该酶的某些氨基酸残基对酶活性的影响作用：

（1）你将第65位的精氨酸突变为谷氨酸，发现该酶的底物专一性发生了较大的改变，试解释原因；

（2）你将第108位的丝氨酸突变为丙氨酸，发现酶活力完全失去，试解释原因； （3）你认为第65位的精氨酸与第108位的丝氨酸在酶的空间结构中是否相互靠近，为什么？

解答：（1）第65位的氨基酸残基可能位于酶活性部位中的底物结合部位，对酶的专一性有较大影响，当该氨基酸残基由精氨酸突变为谷氨酸后，其带电性质发生了改变，不再具有与原底物之间的互补性，导致酶的专一性发生改变。

（2）第108位的丝氨酸残基应位于酶活性部位的催化部位，是决定酶是否有活力的关键氨基酸，通常它通过侧链上的羟基起到共价催化的功能，当该残基突变为丙氨酸后，侧链羟基被氢取代，不能再起原有的共价催化作用，因此酶活力完全失去。

（3）第65位的精氨酸与第108位的丝氨酸在酶的空间结构中应相互靠近，因为这两个

氨基酸残基都位于酶的活性部位，根据酶活性部位的特点，参与组成酶活性部位的氨基酸残基在酶的空间结构中是相互靠近的。

6．酶具有高催化效率的分子机理是什么？

解答：酶具有高催化效率的分子机理是：酶分子的活性部位结合底物形成酶―底物复合物，在酶的帮助作用下（包括共价作用与非共价作用），底物进入特定的过渡态，由于形成此过渡态所需要的活化能远小于非酶促反应所需要的活化能，因而反应能够顺利进行，形成产物并释放出游离的酶，使其能够参与其余底物的反应。

7．利用底物形变和诱导契合的原理，解释酶催化底物反应时，酶与底物的相互作用。 解答：当酶与底物互相接近时，在底物的诱导作用下，酶的构象发生有利于底物结合的变化，与此同时，酶中某些基团或离子可以使底物分子中围绕其敏感键发生形变。酶与底物同时发生变化的结果是酶与底物形成一个互相契合的复合物，并进一步转换成过渡态形式，在过渡态形式中，酶活性部位的构象与底物过渡态构象十分吻合，从而降低活化能，增加底物的反应速率。

8．简述酶促反应酸碱催化与共价催化的分子机理。

解答：在酶促反应酸碱催化中，酶活性部位的一些功能基团可以作为广义酸给出质子（例如谷氨酸残基不带电荷的侧链羧基、赖氨酸残基带正电荷的侧链氨基等），底物结合质子，形成特定的过渡态，由于形成该过渡态所需活化能相比于非酶促反应更低，因此反应速率加快；另外一些功能基团可以作为广义碱从底物接受质子（例如谷氨酸残基带负电荷的侧链羧基、赖氨酸残基不带电荷的侧链氨基等），底物失去质子后，形成过渡态所需的活化能比非酶促反应低，因此反应速率加快。

在酶促反应共价催化中，酶活性部位的一些功能基团作为亲核试剂作用于底物的缺电子中心，或者作为亲电试剂作用于底物的负电中心，导致酶―底物共价复合物的形成，该共价复合物随后被第二种底物（在水解反应中通常是水分子）攻击，形成产物与游离酶。由于该共价复合物形成与分解的反应所需活化能均比非酶促反应低，因此反应速率被加快。

9．解释中间络合物学说和稳态理论，并推导修正后的米氏方程。 解答：参考本章第6节内容。 10．乙醇脱氢酶催化如下反应：

???乙醛?NADH?H? 乙醇?NAD????（1）已知反应体系中NADH在340nm有吸收峰，其他物质在该波长处的吸光度均接近于零，请设计一种测定酶活力的方法。

（2）如何确定在实验中测得的酶促反应速率是真正的初速率？

（3）在实验中使用了一种抑制剂，下表中是在分别存在与不存在抑制剂I的情况下测定的对应不同底物浓度的酶促反应速率，请利用表中的数据计算其各自对应的Km与Vmax值，并判断抑制剂的类型。

[S]/(mmol/L) 20 15 10 5 2.5 1.6

[I] = 0 5.263 5.001 4.762 4.264 3.333 2.77

v/ (?mol?L-1?min-1)

[I] = 10 mmol/L

3.999 3.636 3.222 2.115 1.316 0.926

解答：（1）选择合适的底物浓度（NAD+与乙醇）与缓冲体系，取一定体积的底物溶液（如1ml）加入石英比色杯，加入适量酶，迅速混合后，放入紫外/可见光分光光度计的样品室内，测定反应体系在340 nm吸光度随时间的变化曲线。利用NADH的摩尔吸光系数（可从相关文献查到，或用已知浓度的NADH溶液自行测定），计算出单位时间内NADH的增加量，用于表示酶活力。

（2）如果在选取的测量时间范围内，反应体系在340 nm吸光度随时间的变化曲线接近一条直线的形状，则表明反应速率在此时间段内保持不变，可用来代表反应初速率。

（3）用Lineweaver-Burk双倒数作图法，结果如下：

Km与Vmax值 Km/(mmol?L-1) Vmax/(?mol?L-1?min-1)

抑制剂浓度 [I] = 0 1.643 5.64 [I] = 10 mmol/L 8.244 5.64 抑制剂的类型：竞争性可逆抑制剂。

11．对于一个符合米氏方程的酶，当[S]=3Km，[I]=2KI时（I为非竞争性抑制剂），则υ/Vmax的数值是多少（此处Vmax指[I]=0时对应的最大反应速率）？

解答：利用非竞争性抑制剂的动力学方程计算：

??其中? = 1+[I]/Ki = 3，则

Vmax[S]?[S]??Km

??所以，υ/Vmax＝0.25。

Vmax3Km3V?max3?(3Km?Km)12

12．试通过一种反竞争性抑制剂的动力学分析解释其抑制常数KI在数值上是否可能等于该抑制剂的IC50（IC50即酶的活力被抑制一半时的抑制剂浓度，假设酶浓度与底物浓度均固定不变）。

解答：令v0为不存在抑制剂时的酶促反应速率，vi是存在反竞争性抑制剂时的反应速率，则当[I]=IC50时，酶活力被抑制一半，vi=v0/2。

由于

?0?因此

Vmax [S][S]?Km?i?

Vma[x S]?[S]?Km

??1?[I]KI

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．

—CHNH D．—CH3

E．

解答：（1）A；（2）E；（3）B；（4）B；（5）B、D；（6）A、D；（7）D；（8）B。

8 新陈代谢总论与生物氧化

1．已知NADH+H+经呼吸链传递遇O2生成水的过程可以用下式表示：

NADH + H+ + 1/2O2

试计算反应的?E、?G。

解答：在呼吸链中各电子对标准氧化还原电位E的不同,实质上也就是能级的不同。自由能的变化可以由反应物与反应产物的氧化还原电位计算。氧化还原电位和自由能的关系可

'?'?'? H2O + NAD+

由以下公式计算:

?G'???nF?E'?

'??G'?代表反应的自由能,n为电子转移数 ,F为Farady常数，值为96.49kJ/V, ?E为

电位差值。?G以kJ/mol计。

NADH+H+ + 1/2O2 → NAD+ + H2O

'?G?θ=-2×96.49×[+0.82 -(-0.32)]

=-220 kJ/mol

2．在呼吸链传递电子的系列氧化还原反应中，请指出下列反应中哪些是电子供体，哪些是电子受体，哪些是氧化剂，哪些是还原剂（E-FMN为NADH脱氢酶复合物含铁硫蛋白，辅基为FMN）？

（1）NADH+H++E-FMN

（2）E-FMNH2+2Fe3+

NAD++E-FMNH2

E-FMN+2Fe2++2H+ 2Fe3++QH2

(3) 2Fe2++2H++Q

解答：在氧化―还原反应中,如果反应物失去电子,则该物质称为还原剂；如果反应物得到电子, 则该反应物称为氧化剂。所以得出如下结论：

反应 （1） （2） （3） 电子供体 电子受体 还原剂 氧化剂 NADH E-FMN NADH E-FMN E-FMNH2 Fe3+ E-FMNH2 Fe3+ Fe2+ Q Fe2+ Q 3．组成原电池的两个半电池，半电池A含有1mol/L的甘油酸–3–磷酸和1mol/L的甘油醛–3–磷酸，而另外的一个半电池B含有1mol/L NAD+和1mol/L NADH。回答下列问题：

（1）哪个半电池中发生的是氧化反应？

（2）在半电池B中，哪种物质的浓度逐渐减少？ (3）电子流动的方向如何？

（4）总反应（半电池A+半电池B）的ΔE是多少？

解答：氧化还原电位ΔE?θ的数值愈低,即供电子的倾向愈大, 本身易被氧化成为还原剂, 另一种物质则作为氧化剂易得到电子被还原。根据该理论判断： （1）半电池A中发生的是氧化反应； (2) 当甘油醛–3–磷酸被氧化后NAD+减少； (3) 电子由半电池A流向半电池B； (4) 总反应的ΔE?θ是+0.23V。

4．鱼藤酮是一种的极强的杀虫剂，它可以阻断电子从NADH脱氢酶上的FMN向CoQ

的传递。

（1）为什么昆虫吃了鱼藤酮会死去? （2）鱼藤酮对人和动物是否有潜在的威胁?

(3)鱼藤酮存在时,理论上1mol琥珀酰CoA将净生成多少ATP?

解答：电子由NADH或FADH2经电子传递呼吸链传递给氧，最终形成水的过程中伴有ADP磷酸化为ATP，这一过程称电子传递体系磷酸化。体内95%的ATP是经电子传递体系磷酸化途径产生的。

(1) 鱼藤酮阻断了电子从NADH脱氢酶上的FMN向CoQ的传递，还原辅酶不能再氧化, 氧化放能被破坏，昆虫将不能从食物中获得足够的维持生命活动需要的ATP。

(2)所有需氧生物电子传递系统十分相似，都包含有FMN和CoQ这种共同的环节，因此鱼藤酮对人体和所有的动物都有潜在的毒性。

(3) 当鱼藤酮存在时, NADH 呼吸链的电子传递中断，但不影响FADH2呼吸链和底物水平磷酸化的进行，理论上1mol琥珀酰辅酶A还将生成5molATP。

5．2, 4―二硝基苯酚(DNP)是一种对人体毒性很大的物质。它会显著地加速代谢速率，使体温上升、出汗过多，严重时可导致虚脱和死亡。20世纪40年代曾试图用DNP作为减肥药物。

(1)为什么DNP的消耗会使体温上升,出汗过多? (2)DNP作为减肥药物的设想为何不能实现?

解答：(1)因DNP是解偶联剂,电子传递释放的自由能不能以ATP的形式捕获而是以热的形式散失,从而使体温升高，大量出汗。

(2)因DNP可促进细胞代谢速率而增加能量的消耗起到减轻体重的作用,但是DNP有明显的副作用，使其不能作为减肥药物。

6．某女教师24h需从膳食中获得能量8?360kJ(2?000kcal)，其中糖类供能占60%，假如食物转化为ATP的效率是50%，则膳食糖类可转化为多少摩尔ATP？

解答：略。

7．标准条件下,下述反应是否能按箭头反应方向进行?（假定每个反应都有各自的酶催化）

(1) FADH2 + NAD+ (2) 琥珀酸 + FAD(3) β-羟丁酸 + NAD+

FAD + NADH + H+ 延胡索酸 + FADH2 乙酰乙酸 + NADH + H+

解答：（3）可按反应方向进行。

FAD+2H++2e-→FADH2 延胡索酸+2H++2e-→琥珀酸

-0.18 -0.031

理。

解答：因为双脱氧次黄嘌呤可以转换为相应的双脱氧次黄嘌呤核苷三磷酸，在DNA复制时，它可以作为dGTP的类似物，将双脱氧次黄嘌呤核苷酸掺入到新合成的DNA链中，但由于它没有3?-OH，所以可以阻断核苷酸链的进一步延伸，因此HIV基因组的复制被抑制。

14．概述PCR的基本过程。

解答：聚合酶链反应（polymerase chain reaction,PCR）的基本过程是在试管内加入含有待扩增DNA片段的双链DNA，分别能与待扩增DNA片段两侧的特定序列互补的两个寡核苷酸引物，4种dNTP，含有一定浓度Mg2+的缓冲液，和耐热的DNA聚合酶，通过加热到95℃左右使DNA变性，降温到55℃左右使引物与模板结合，升温到72℃左右合成新链3个步骤的循环，可以使DNA扩增。若扩增效率为100%，每循环1次，DNA可增加1倍，若循环30次，则DNA增加230倍，若扩增效率为x（用小数表示，如80%表示为0.8），扩增的次数为n，得到产物的量为目的基因加入量的y倍，则可用下列公式计算扩增产物的量：

y = ( 1 + x )n

15．概述基因克隆的基本步骤。

解答：基因克隆的基本步骤有：① 用相互配套的1～2种限制酶切割含目的基因的DNA和载体DNA（切）；② 连接目的基因和载体DNA得到重组载体（接）；③ 将重组载体导入宿主细胞（转），若使用的是质粒载体，称转化，噬菌体载体称转导，病毒载体称转染；④ 将经过转化（或转导，转染）的细菌或细胞稀释，在加有选择性培养基的平皿培养基或细胞培养板上培养，选择含目的基因的阳性克隆，并用其它方法进一步鉴定（筛）；⑤ 扩大培养选出的阳性克隆（扩）。随后可分离目的基因，或在一定的条件下表达目的基因。

14 RNA的生物合成

1．原核生物的RNA聚合酶由哪些亚基组成？各个亚基的主要功能是什么？

解答：原核生物的转录作用，不论其产物是mRNA，rRNA，还是tRNA，都是由同一种RNA聚合酶催化合成的。用SDS-PAGE分离大肠杆菌RNA聚合酶可得几个大小不等的亚基：β、β?亚基的Mr分别为1.5×105和1.6×105，α和ζ的Mr分别为4.0×104和7.0×104。用磷酸纤维素柱层析分离出由各个亚基组成的全酶（holoenzyme），其亚基组成为α2ββ?ζ，Mr约为4.65×105。其中的ζ因子易于从全酶上解离，其他的亚基则比较牢固地结合成为核心酶（core enzyme），当ζ因子与核心酶结合成全酶时，即能起始转录，当ζ因子从转录起始复合物中释放后，核心酶沿DNA模板移动并延伸RNA链。可见ζ因子为转录起始所必需，但对转录延伸并不需要。全酶以4种核苷三磷酸为原料，以DNA为模板，在37℃下，以40nt/s的速度从5?→3?合成RNA。一个大肠杆菌约含7000个RNA聚合酶分子，大约2 000～5 000个聚合酶同时催化RNA的合成。

α亚基由rpo A基因编码，为核心酶的组装所必需，需责识别和结合启动子。α亚基在

全酶与某些转录因子相互作用时也发挥重要作用。

β和β?亚基分别由基因rpo B和rpo C编码。β亚基是催化部位的主体，研究表明，β亚基有两个结构域，分别负责转录的起始和延伸，β?亚基上结合的两个Zn2+参与催化过程。β?亚基可能是RNA聚合酶与模板DNA的结合部位。

大肠杆菌的ζ因子由基因rpo D编码，在对启动子识别中起关键作用。ζ因子与核心酶结合后，全酶对启动子特异性结合能力是对其他DNA序列结合能力的107倍。

2．真核细胞中有几种RNA聚合酶？它们各自的主要功能是什么？

解答：真核生物的RNA聚合酶，按照对α-鹅膏蕈碱的敏感性不同进行分类：RNA聚合酶Ⅰ基本不受α-鹅膏蕈碱的抑制，在大于10-3mol/L时才有轻微的抑制。RNA聚合酶Ⅱ对α-鹅膏蕈碱最为敏感，在10-8mol/L以下就会被抑制。RNA聚合酶Ⅲ对α-鹅膏蕈碱的敏感性介于聚合酶Ⅰ和聚合酶Ⅱ之间，在10-5mol/L到10-4mol/L才会有抑制现象。RNA聚合酶Ⅰ存在于核仁中，其功能是合成5.8S rRNA、18 S rRNA和28 S rRNA。RNA聚合酶Ⅱ存在于核质中，其功能是合成mRNA、snRNA。RNA聚合酶Ⅲ也存在于核质中，其功能是合成tRNA和5 S rRNA及转录Alu序列。

3．下面是单链DNA模板的碱基序列，将它与RNA聚合酶、GTP、CTP、UTP和[α-32P]ATP混合物一起保温，再用脾磷酸二酯酶水解RNA产物，试问可得到哪些3′-32P标记的NMP？

5′ATCTTCGTATGCATGTCT 3′

解答：根据DNA模板的碱基序列先写出RNA产物的碱基序列，每个A的5?端为32p：

5′32pApG32pApC32pApUpGpC32pApU32pApCpG32pA32pApG32pAp U 3′

脾磷酸二酯酶从RNA的5?–末端开始依次水解生成3?–NMP，得到3?–32p[GMP]∶3?–

32

p[CMP]∶3?– 32p[UMP]∶3?–32p[AMP]=3∶2∶1∶1。

4．原核生物的启动子和真核生物的三类启动子各有何结构特点？

解答：原核生物的启动子在-10区有一共有序列（consensus sequence）TATAAT，以发

现者的名字命名为Pribnow框(Pribnow box)，或被称作-10序列。在-35区还有一个共有序列TTGACA，被称作识别区域，或-35序列。在不同基因的启动子中，这两个共有序列的位置和序列略有区别。对上述共有序列进行化学修饰和定位诱变证明，-35序列与聚合酶对启动子的特异性识别有关，-10区富含A-T对，有利于DNA局部解链，-10区与-35区之间的距离，明显影响转录的效率。

真核生物三类启动子分别起始RNA聚合酶I、II、III的转录。类别I启动子包括核心启动子和上游控制元件两部分，需要UBF1和SL1因子参与作用。类别II启动子包括四类控制元件：基本启动子、起始子、上游元件和应答元件。识别这些元件的反式作用因子有通用转录因子、上游转录因子和可诱导的因子。类别III启动子有两类：上游启动子和基因内启

动子，分别由装配因子和起始因子促进转录起始复合物的形成和转录。

5．简要说明原核生物和真核生物转录调控的主要特点

解答：原核生物与真核生物基因转录调控的共同之处主要有两个方面。其一，调控的关键步骤均在转录的起始阶段。其二，DNA上均包括参与转录调控的顺式作用元件，细胞中均含有可以同顺式作用元件相互作用的反式作用因子。

原核生物基因转录调控的特点可归纳为3个方面：①?σ因子决定RNA聚合酶的识别特异性。原核生物只有一种RNA聚合酶，核心酶催化转录的延长，σ因子识别特异的启动序列，即不同的σ因子协助启动不同基因的转录。②?操纵子模型的普遍性。除个别基因外，原核生物的绝大多数基因按功能相关性成簇地连续排列在DNA分子上，共同组成一个转录单位即操纵子（operon），如乳糖操纵子等。一个操纵子含一个启动序列及数个编码基因。在同一个启动序列控制下，转录出多顺反子mRNA。③?阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性。在原核生物中特异的阻遏蛋白是控制启动序列活性的重要因素。当阻遏蛋白与操纵基因结合或解离时，结构基因的转录被阻遏或去阻遏。

真核生物基因转录调控的特点可归纳为6个方面：①?真核生物有复杂的染色体结构，染色体结构的变化对基因转录的调控有重要作用。②?与原核生物相比，真核生物有更多种类的顺式作用元件和反式作用因子，基因转录调控的机制更加复杂。③?原核生物的反式作用因子对基因表达的调控既有正调控，又有负调控，其中负调控的作用较普遍。真核生物的反式作用因子对基因表达的调控主要是正调控，通常需要多个反式作用因子协同作用，使基因表达的调控更加精确。④?迄今为止，在真核生物中尚未发现操纵子结构，功能相关基因的协调表达比原核生物更加复杂。⑤?原核生物的转录产物通常不需要加工，即可用于指导蛋白质合成，真核生物的转录产物通常需要经过复杂的加工，才可用于指导蛋白质合成。⑥?真核生物大多为多细胞生物，在细胞分化和个体发育过程中，基因表达除受细胞内调控因子的影响外，还受一些细胞外因子（如激素和细胞因子）的影响。

6．简要说明四类内含子剪接作用的特点。

解答：第一类内含子的剪接反应需要一个鸟嘌呤核苷或核苷酸辅因子，这一辅因子并不是被作为能源使用，而是直接参与反应的催化。剪接反应是第一步中鸟苷的3?-羟基作为亲核基团，与内含子5?-末端形成一个正常的3?,5? -磷酸二酯键。这一步中5?外显子的3?-羟基被释放出来，然后作为亲核基团在内含子的3?末端进行同样的反应。导致内含子的切除，及外显子的连接。

第二类内含子的剪接模式与第一类剪接反应的差别，是在第一步中的亲核基团是内含子内部的一个腺苷酸残基的2?-羟基，而不是外源的辅因子。这步反应中产生一种不寻常的分叉套索样中间体。

第三类也是最大的一类内含子，通过同样的套索机制进行剪接。然而，它们的剪接需要特殊的叫做剪接体（spliceosome）的RNA-蛋白复合物发挥作用。

在一些tRNA中发现的第四类内含子与第一、二类不同，它们的剪接需要ATP提供能量，由内切核酸酶水解内含子两端的磷酸二酯键，两个外显子随即被连接起来，连接反应与DNA连接酶的连接机制相同。

7．设计一个实验确定体内基因转录时，RNA链延伸的平均速率，即每一条RNA链每分钟掺入的核苷酸数目。

解答：用放射性标记的NTP脉冲标记细胞，然后杀死细胞，提取其RNA，再使用弱碱水解。RNA链延伸的平均速率可通过水解物中被标记核苷酸的量除以脉冲标记的时间计算得出。

8．为什么野生型的大肠杆菌细胞内得不到rRNA基因的初级转录物？

解答：大肠杆菌rRNA后加工并非绝对发生在转录以后，一些后加工反应在转录还没有完成的时候就已开始，其中包括某些剪切反应，因此在野生型的大肠杆菌细胞内，等转录结束以后得到的并不是原始的初级转录产物。只有当大肠杆菌某些参加后加工的酶有缺陷时，才有可能得到真正的初级转录物。

9．HIV的什么性质使得研制艾滋病的疫苗非常困难？

解答：HIV是一种逆转录病毒，负责逆转录病毒RNA复制的逆转录酶没有校对功能，这使得该病毒的基因突变率比DNA病毒要高许多，作为疫苗靶子的抗原基因更容易突变，这就增加了额外的难度。

10．如果一种突变菌株合成的ζ因子与核心酶不易解离，对RNA合成可能产生什么影响？

解答：RNA聚合酶全酶与DNA模板的结合比核心酶紧密得多。RNA合成起始之后，突变的σ因子不能及时解离，极大地降低了RNA聚合酶沿模板移动的速度。因此该突变株的RNA合成比野生型慢得多。

11．一个正在旺盛生长的大肠杆菌细胞内约含15?000个核糖体。① 如果rRNA前体的基因共含有5000对核苷酸残基，若转录反应从5′–NMP和ATP开始，生成这么多rRNA共需消耗多少分子ATP？② 如果这些能量由葡萄糖的有氧氧化提供，共需消耗多少分子葡萄糖？

解答：① 15?000×5000×2=1.5×108个ATP分子；

② （1.5×108）/32=4.69×106个葡萄糖分子。

12．鸡卵清蛋白基因为7700 bp，经转录后加工从前体分子中剪去内含子，拼接成1872 nt的成熟mRNA，其中卵清蛋白的编码序列含1164 nt(包括一个终止密码子)。如果戴帽和内部修饰消耗的能量忽略不计，计算从转录出mRNA前体到最后加工成一个成熟的卵清蛋白mRNA(假定3′端还有200个腺苷酸残基组成的尾巴)需要消耗多少分子ATP？

解答：从卵白蛋清基因转录出的前体mRNA应含7700个核苷酸残基，另外有200个腺苷酸残基组成的尾巴，因为dNMP + 2ATP → dNTP + 2ADP，所以每掺入一个残基相当于

消耗两分子ATP。如果戴帽和内部修饰消耗的能量忽略不计，这个基因转录和加工共需消耗的ATP数为：（7700 + 200）× 2 = 1.58 × 104个ATP分子。

13．与DNA聚合酶不同，RNA聚合酶没有校正活性，试解释为什么RNA聚合酶缺少校正功能对细胞并无很大害处。

解答：RNA聚合酶缺少校正活性，从而使转录错误率远远高于DNA复制的错误率，但是因为从一个基因合成的RNA的绝大多数的拷贝是正常的，错误的RNA分子将不可能影响到细胞的生存。就mRNA分子来说，按照含有错误的mRNA翻译的错误的蛋白质数量只占所合成蛋白总数的很小百分比。另外，在转录过程中生成的错误可以很快去除，因为大多数的mRNA分子的半衰期很短。

14．自我拼接反应和RNA作为催化剂的反应之间的区别是什么？

解答：四膜虫的rRNA的初始转录产物经过一个自剪切反应失去了它的间插序列。因为在这一反应中转录物被永久的修饰了，因此它不是一个真正的催化剂。核糖核酸酶P的RNA组分能够切割tRNA前体分子，并且在反应结束时仍旧保持不变，因而它称得上是一个真正的催化剂。

15．DNA和RNA各有几种合成方式，各由什么酶催化新链的合成？

解答：① DNA → DNA， 其中DNA半不连续复制需要DNA聚合酶III、DNA聚合酶I和DNA连接酶；DNA修复合成需要DNA聚合酶I、DNA连接酶。② RNA → DNA，需要逆转录酶。③ RNA合成包括：DNA → RNA，需要RNA聚合酶；RNA → RNA，需要RNA复制酶； RNA → DNA → RNA需要RNA转录酶和RNA聚合酶。

15 蛋白质的生物合成

1．一个编码蛋白质的基因，由于插入一段4个核苷酸序列而被破坏的功能，是否可被一个核苷酸的缺失所恢复？解释原因。

解答：一个编码蛋白质的基因，如果插入4个核苷酸序列，就会发生移码突变，即从插入处开始此蛋白质的氨基酸顺序都发生了变化，导致此蛋白质功能的丧失。但如果在此插入段相邻处缺失一个核苷酸，此蛋白质仅在插入处的几个氨基酸发生了改变，如果此变异不是蛋白质发挥功能必需的部位，那么此蛋白质可能恢复其功能。

2．一个双螺旋DNA片段的模板链含有顺序：

5?GTTAACACCCCTGACTTCGCGCCGTCG 3?

(a)写出从这条链转录产生的mRNA的碱基顺序；

(b)从(a)中的mRNA的5?-末端开始翻译产生的肽链的氨基酸顺序是什么（?参考密码表）

(c)合成此多肽需消耗多少ATP

解答：（a）转录产生mRNA的碱基顺序为：

5?-CGACGGCGCGAAGUCAGGGGUGUUAAC-3?

(b) Arg-Arg-Arg-Glu-Val-Arg-Gly-Val-Lys（不考虑起始密码和终止密码）

(c) 在蛋白质合成过程中，每个氨基酸活化消耗2个高能键（ATP→AMP），进位和转肽各需要1个GTP，每往肽链中加入1个氨基酸要消耗4个ATP，所以以上肽链合成需要9×4=36个ATP （不考虑起始和终止）。

3．原核生物是如何区分AUG是起始密码还是多肽链内部Met的密码的?

解答：原核生物在起始密码上游约10个核苷酸处(即-10区)通常有一段富含嘌呤的序列，称为SD序列（Shine-Dalgain sequence）。SD序列可以与小亚基16S rRNA 3′-末端的序列互补，使mRNA与小亚基结合，使得核糖体能够识别正确的起始密码AUG。而多肽链内部Met的密码前没有SD序列。

4．原核生物蛋白质合成体系由哪些物质组成？各起什么作用？ 解答：原核生物蛋白质合成体系的物质组成和作用。详见15.1。 5．简述蛋白质合成的起始、延长和终止过程。 解答：详见15.2.3，15.2.4，15.2.5。

6．试比较原核生物与真核生物在蛋白质合成上的差异。

解答：（1）原核生物转录和翻译同步进行，真核生物转录产物要加工后才进行翻译。 （2）原核生物核糖体为70S，由50S与30S两个亚基组成；真核生物核糖体为80S，由60S与40S两个亚基组成。

（3）原核生物的蛋白质合成起始于甲酰甲硫氨酸，需起始因子IF-1、IF-2、 IF-3及GTP、Mg2+参加。真核生物的蛋白质合成起始于甲硫氨酸，起始因子为 eIF-1、eIF-2、eIF-3、eIF-4、eIF-5和eIF-6。

（4）原核生物在起始密码上游的SD序列可以与小亚基16S rRNA 3′-末端的序列互补，从而确定起始密码的位置。真核生物核糖体与mRNA 5′-末端的帽子结构结合之后，通过消耗ATP的扫描机制向3? 端移动来寻找起始密码。

（5）原核生物的延长因子有EF-Ts、EF-Tu和EF-G。真核生物的延长因子是eEF-1和eEF-2。

（6）肽链合成的终止需要有肽链释放因子。原核生物释放因子有3种：RF-1、RF-2、RF-3。RF-1识别终止密码UAA、UAG，RF-2识别终止密码UAA、UGA，RF-3是一种与GTP形成复合体的GTP结合蛋白，它不参与终止密码的识别，但是可促进核糖体与RF-1、RF-2的结合。在真核生物中，仅1种释放因子eRF，它可以识别3种终止密码。

7．何谓信号肽理论?

解答：蛋白质的定向转运机制，普遍被人接受的是D.Salatini和G.Blobel提出的信号肽理论。此理论认为多肽链中的信号序列控制蛋白质在细胞内的转移与定位。详见15.5。

8．密码子的简并性和摆动性有何生物学意义？

解答：tRNA上的反密码子与mRNA的密码子配对时，密码子的第一位、第二位碱基是严格按照碱基配对原则进行的，而第三位碱基配对则可以不按照碱基配对原则进行，这种现象称为摆动性（wobble）。详见15.1.1.2。由于摆动性的存在，合理的解释了密码子的简并性，同时也使基因突变造成的危害程度降至最低。

9．蛋白质合成后的加工有哪些方式？

解答：蛋白质合成后要经历下述加工过程才能成为有生物活性的蛋白质。① N端甲酰基或N端氨基酸的切除； ② 信号肽的切除； ③ 氨基酸的修饰； ④ 二硫键的形成； ⑤ 糖链的连接； ⑥ 蛋白质的剪切； ⑦ 辅基的附加； ⑧ 多肽链的正确折叠。详见15.3。

16 物质代谢的调节控制

1．哪些化合物是联系糖类、脂质、蛋白质和核酸代谢的重要物质?为什么? 解答：详见本章引言和图16-1，并结合各代谢章节的内容加以总结归纳。 2．举例说明代谢途径的反馈调节。

解答：反馈调节主要是指在酶促反应系统中的最终产物对起始步骤的酶活性的调节作用。凡最终产物抑制起始步骤酶的活性的作用称为负反馈或反馈抑制；凡最终产物激活起始步骤酶的活性的作用称为正反馈。详见16.1.1.1“反馈调节”。

3．何谓酶活性的共价修饰调节。

解答：共价调节酶可通过其他酶对其肽链上某些基团进行共价修饰，使酶处于活性与无活性的互变状态，从而调节酶的活性，这种调节方式称为共价修饰调节作用。目前已知有6种类型的可逆共价修饰作用，(1)磷酸化／脱磷酸化；(2)乙酰化／脱乙酰化；(3)腺苷酰化／脱腺苷酰化；(4)尿苷酰化／脱尿苷酰化；(5) 甲基化／脱甲基化；(6) S—S／SH相互转变。详见16.1.1.3 “共价修饰调节作用”。

4．何谓操纵子?根据操纵子模型说明酶合成的诱导和阻遏。

解答：所谓操纵子是原核细胞基因表达的协调单位。操纵子由一组在功能上相关的结构基因和控制位点所组成。控制位点包括启动基因和操纵基因。此控制位点可受调节基因产物的调节。详见16.1.2.1“原核生物基因表达调节乳糖操纵子和色氨酸操纵子模型”。

5．说明衰减子的作用机制和生物学意义。

解答：色氨酸合成途径中除了阻遏蛋白对操纵基因的阻遏调节外，还存在色氨酸操纵子中衰减子所引起的衰减调节。衰减调节是在转录水平调节基因表达，它可使转录终止或减弱，衰减调节比阻遏作用是更为精细的调节。阻遏作用是控制转录的起始。衰减调节控制转录不能继续进行下去。转录衰减作用是转录能正常开始，但是转录过程可因细胞内氨基酸浓度升高而使转录中止的一种调节机制。细节见16.1.2.1“原核生物基因表达调节”。

6．为什么说阻遏蛋白对乳糖操纵子起负调节作用，而在降解物阻遏中的调节蛋白CAP起正调节作用?

解答：当无诱导物乳糖存在时，调节基因编码的阻遏蛋白处于活性状态，阻遏蛋白可与操纵基因相结合，阻止了RNA聚合酶与启动基因的结合，使结构基因(Z、Y、A)不能编码参与乳糖分解代谢的3种酶，既乳糖操纵子关闭，因此阻遏蛋白为负调控因子。但在大肠杆菌中含有一个称为代谢产物活化蛋白(CAP)，又称cAMP受体蛋白(CRP)，CAP及cAMP，都是lac mRNA合成所必需的， CAP能够与cAMP形成复合物，cAMP-CAP复合物结合在乳糖操纵子的启动基因上，可促进转录的进行。因此cAMP-CAP是一个不同于阻遏蛋白的正调控因子。

7．简述真核生物的基因表达调控。

解答：真核生物基因表达，在多层次并受多种因子协同调节控制，是一种多级调控方式。包括：①转录前调节；②转录调节；③转录后加工的调节；④转运调节；⑤翻译调节；⑥mRNA降解的调节；⑦翻译后加工的调节。详见16.1.2.2。

8．举例说明激素与细胞代谢调节的关系。

解答：详见16.3.1激素对代谢的调节和各物质代谢章节中有关激素调节的相关例子。 9．生物体内的代谢调节可在哪3个水平上进行？各通过什么方式进行调节的？ 解答：代谢的调节是在3个不同水平上进行的。即：分子水平的调节、细胞水平的调节、多细胞整体水平的调节。

①分子水平的调节即酶水平的调节。生物体内的代谢过程绝大多数是由酶催化的化学反应组成的，这些反应又是在精致的调节机制控制下进行的。酶水平的调节是代谢最基本的调节。根据调节作用的性质和时间的快慢、酶水平的调节可以分成两大类：即酶活性的调节和酶浓度的调节。酶活性的调节包括酶的别构效应和共价修饰两种方式，它属于快速调节。而酶浓度的调节合成则属于基因表达调节，是慢速调节。

②细胞具有精细的结构。各类酶在细胞中有各自的空间分布，因而使不同代谢途径分别在细胞的不同部位进行。

③多细胞整体水平的调节是随着生物进化而发展起来的调节机制，植物出现了激素水平的调节，而动物不但有激素水平的调节而且还出现了更加完善的神经水平的调节，但高级水平的神经和激素的调节仍然是以分子水平和细胞水平的原始调节为基础的。

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