现代生物化学复习题及答案

第一章蛋白质

一、知识要点

（一）氨基酸的结构

蛋白质是重要的生物大分子，其组成单位是氨基酸。组成蛋白质的氨基酸有20种，均为α-氨基酸。每个氨基酸的α-碳上连接一个羧基，一个氨基，一个氢原子和一个侧链R基团。20种氨基酸结构的差别就在于它们的R基团结构的不同。

根据20种氨基酸侧链R基团的极性，可将其分为四大类：非极性R基氨基酸（8种）；不带电荷的极性R基氨基酸（7种）；带负电荷的R基氨基酸（2种）；带正电荷的R基氨基酸（3种）。

（二）氨基酸的性质

氨基酸是两性电解质。由于氨基酸含有酸性的羧基和碱性的氨基，所以既是酸又是碱，是两性电解质。有些氨基酸的侧链还含有可解离的基团，其带电状况取决于它们的pK值。由于不同氨基酸所带的可解离基团不同，所以等电点不同。

除甘氨酸外，其它都有不对称碳原子，所以具有D-型和L-型2种构型，具有旋光性，天然蛋白质中存在的氨基酸都是L-型的。酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸具有紫外吸收特性，在280nm处有最大吸收值，大多数蛋白质都具有这些氨基酸，所以蛋白质在280nm处也有特征吸收，这是紫外吸收法定量测定蛋白质的基础。

氨基酸的α-羧基和α-氨基具有化学反应性，另外，许多氨基酸的侧链还含有羟基、氨基、羧基等可解离基团，也具有化学反应性。较重要的化学反应有：（1）茚三酮反应，除脯氨酸外，所有的α-氨基酸都能与茚三酮发生颜色反应，生成蓝紫色化合物，脯氨酸与茚三酮生成黄色化合物。（2）Sanger反应，α-NH2与2,4-二硝基氟苯作用产生相应的DNB-氨基酸。（3）Edman反应，α-NH2与苯异硫氰酸酯作用产生相应的氨基酸的苯氨基硫甲酰衍生物（PIT-氨基酸）。Sanger反应和Edmen反应均可用于蛋白质多肽链N端氨基酸的测定。

氨基酸通过肽键相互连接而成的化合物称为肽，由2个氨基酸组成的肽称为二肽，由3个氨基酸组成的肽称为三肽，少于10个氨基酸肽称为寡肽，由10个以上氨基酸组成的肽称为多肽。

（三）蛋白质的结构

蛋白质是具有特定构象的大分子，为研究方便，将蛋白质结构分为四个结构水平，包括一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。一般将二级结构、三级结构和四级结构称为三维构象或高级结构。

一级结构指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序。肽键是蛋白质中氨基酸之间的主要连接方式，即由一个氨基酸的α-氨基和另一个氨基酸的α-之间脱去一分子水相互连接。肽键具有部分双键的性质，所以整个肽单位是一个刚性的平面结构。在多肽链的含有游离氨基的一端称为肽链的氨基端或N端，而另一端含有一个游离羧基的一端称为肽链的羧基端或C端。

蛋白质的二级结构是指多肽链骨架盘绕折叠所形成的有规律性的结构。最基本的二级结构类型有α-螺旋结构和β-折叠结构，此外还有β-转角和自由回转。右手α-螺旋结构是在纤维蛋白和球蛋白中发现的最常见的二级结构,每圈螺旋含有3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm,螺旋中的每个肽键均参与氢键的形成以维持螺旋的稳定。β-折叠结构也是一种常见的二级结构，在此结构中，多肽链以较伸展的曲折形式存在，肽链（或肽段）的排列可以有平行和反平行两种方式。氨基酸之间的轴心距为0.35nm,相邻肽链之间借助氢键彼此连成片层结构。

蛋白质的三级结构是整个多肽链的三维构象，它是在二级结构的基础上，多肽链进一步折叠卷曲形成复杂的球状分子结构。具有三级结构的蛋白质一般都是球蛋白，这类蛋白质的多肽链在三维空间中沿多个方向进行盘绕折叠，形成十分紧密的近似球形的结构，分子内部的空间只能容纳少数水分子，几乎所有的极性R基都分布在分子外表面，形成亲水的分子外壳，而非极性的基团则被埋在分子内部，不与水接触。蛋白质分子中侧链R基团的相互作用对稳定球状蛋白质的三级结构起着重要作用。

蛋白质的四级结构指数条具有独立的三级结构的多肽链通过非共价键相互连接而成的聚合体结构。在具有四级结构的蛋白质中，每一条具有三级结构的皑链称为亚基或亚单位，缺少一个亚基或亚基单独存在都不具有活性。四级结构涉及亚基在整个分子中的空间排布以及亚基之间的相互关系。

维持蛋白质空间结构的作用力主要是氢键、离子键、疏水作用力和范德华力等非共价键，又称次级键。此外，在某些蛋白质中还有二硫键，二硫键在维持蛋白质构象方面也起着重要作用。

蛋白质的空间结构取决于它的一级结构，多肽离岸主链上的氨基酸排列顺序包含了形成复杂的三维结构（即正确的空间结构）所需要的全部信息。

（四）蛋白质结构与功能的关系

1

不同的蛋白质，由于结构不同而具有不同的生物学功能。蛋白质的生物学功能是蛋白质分子的天然构象所具有的性质，功能与结构密切相关。

1．一级结构与功能的关系

蛋白质的一级结构与蛋白质功能有相适应性和统一性，可从以下几个方面说明：

（1）一级结构的变异与分子病

蛋白质中的氨基酸序列与生物功能密切相关，一级结构的变化往往导致蛋白质生物功能的变化。如镰刀型细胞贫血症，其病因是血红蛋白基因中的一个核苷酸的突变导致该蛋白分子中β-链第6位谷氨酸被缬氨酸取代。这个一级结构上的细微差别使患者的血红蛋白分子容易发生凝聚，导致红细胞变成镰刀状，容易破裂引起贫血，即血红蛋白的功能发生了变化。

（2）一级结构与生物进化

研究发现，同源蛋白质中有许多位置的氨基酸是相同的，而其它氨基酸差异较大。如比较不同生物的细胞色素C的一级结构，发现与人类亲缘关系接近，其氨基酸组成的差异越小，亲缘关系越远差异越大。

（3）蛋白质的激活作用

在生物体内，有些蛋白质常以前体的形式合成，只有按一定方式裂解除去部分肽链之后才具有生物活性，如酶原的激活。

2．蛋白质空间结构与功能的关系

蛋白质的空间结构与功能之间有密切相关性，其特定的空间结构是行使生物功能的基础。以下两方面均可说明这种相关性。

（1）.核糖核酸酶的变性与复性及其功能的丧失与恢复

核糖核酸酶是由124个氨基酸组成的一条多肽链，含有四对二硫键，空间构象为球状分子。将天然核糖核酸酶在8mol/L脲中用β-巯基乙醇处理，则分子内的四对二硫键断裂，分子变成一条松散的肽链，此时酶活性完全丧失。但用透析法除去β-巯基乙醇和脲后，此酶经氧化又自发地折叠成原有的天然构象，同时酶活性又恢复。

（2）血红蛋白的变构现象

血红蛋白是一个四聚体蛋白质，具有氧合功能，可在血液中运输氧。研究发现，脱氧血红蛋白与氧的亲和力很低，不易与氧结合。一旦血红蛋白分子中的一个亚基与O2结合，就会引起该亚基构象发生改变，并引起其它三个亚基的构象相继发生变化，使它们易于和氧结合，说明变化后的构象最适合与氧结合。

从以上例子可以看出，只有当蛋白质以特定的适当空间构象存在时才具有生物活性。

（五）蛋白质的重要性质

蛋白质是两性电解质，它的酸碱性质取决于肽链上的可解离的R基团。不同蛋白质所含有的氨基酸的种类、数目不同，所以具有不同的等电点。当蛋白质所处环境的pH大于pI时，蛋白质分子带负电荷，pH小于pI时，蛋白质带正电荷，pH等于pI时，蛋白质所带净电荷为零，此时溶解度最小。

蛋白质分子表面带有许多亲水基团，使蛋白质成为亲水的胶体溶液。蛋白质颗粒周围的水化膜（水化层）以及非等电状态时蛋白质颗粒所带的同性电荷的互相排斥是使蛋白质胶体系统稳定的主要因素。当这些稳定因素被破坏时，蛋白质会产生沉淀。高浓度中性盐可使蛋白质分子脱水并中和其所带电荷，从而降低蛋白质的溶解度并沉淀析出，即盐析。但这种作用并不引起蛋白质的变性。这个性质可用于蛋白质的分离。

蛋白质受到某些物理或化学因素作用时，引起生物活性的丧失，溶解度的降低以及其它性质的改变，这种现象称为蛋白质的变性作用。变性作用的实质是由于维持蛋白质高级结构的次级键遭到破坏而造成天然构象的解体，但未涉及共价键的断裂。有些变性是可逆的，有些变性是不可逆的。当变性条件不剧烈时，变性是可逆的，除去变性因素后，变性蛋白又可从新回复到原有的天然构象，恢复或部分恢复其原有的生物活性，这种现象称为蛋白质的复性。

二、习题

（一）名词解释

1．必需氨基酸（essential amino acid）

2．等电点(isoelectric point,pI)

3．蛋白质的一级结构(protein primary structure)

4．构象(conformation)

5．蛋白质的二级结构(protein secondary structure)

2

6．盐析(salting out)

7．蛋白质的变性(denaturation)

8．蛋白质的复性(renaturation)

(二) 填空题

1．蛋白质多肽链中的肽键是通过一个氨基酸的_____基和另一氨基酸的_____基连接而形成的。

2．大多数蛋白质中氮的含量较恒定，平均为___%，如测得1克样品含氮量为10mg,则蛋白质含量为____%。

3．在20种氨基酸中，酸性氨基酸有_________和________2种，具有羟基的氨基酸是________和_________，能形成二硫键的氨基酸是__________.

4．蛋白质中的_________、___________和__________3种氨基酸具有紫外吸收特性，因而使蛋白质在280nm处有最大吸收值。

5．精氨酸的pI值为10.76,将其溶于pH7的缓冲液中，并置于电场中，则精氨酸应向电场的_______方向移动。

6．组成蛋白质的20种氨基酸中，含有咪唑环的氨基酸是________，含硫的氨基酸有_________和___________。

7．蛋白质的二级结构最基本的有两种类型，它们是_____________和______________。

8．α-螺旋结构是由同一肽链的_______和________间的___键维持的，螺距为______,每圈螺旋含_______个氨基酸残基，每个氨基酸残基沿轴上升高度为_________。天然蛋白质分子中的α-螺旋大都属于___手螺旋。

9．在蛋白质的α-螺旋结构中，在环状氨基酸________存在处局部螺旋结构中断。

10．球状蛋白质中有_____侧链的氨基酸残基常位于分子表面而与水结合，而有_______侧链的氨基酸位于分子的内部。

11．氨基酸与茚三酮发生氧化脱羧脱氨反应生成______色化合物，而________与茚三酮反应生成黄色化合物。

12．维持蛋白质的一级结构的化学键有_______和_______；维持二级结构靠________键；维持三级结构和四级结构靠_________键，其中包括________、________、________和_________.

13．稳定蛋白质胶体的因素是__________________和______________________。

14．GSH的中文名称是____________，它的活性基团是__________，它的生化功能是____________________。

15．加入低浓度的中性盐可使蛋白质溶解度________，这种现象称为________，而加入高浓度的中性盐，当达到一定的盐饱和度时，可使蛋白质的溶解度______并__________,这种现象称为_______,蛋白质的这种性质常用于_____________。

16．用电泳方法分离蛋白质的原理，是在一定的pH条件下，不同蛋白质的________、_________和___________不同，因而在电场中移动的_______和_______不同，从而使蛋白质得到分离。

17．氨基酸处于等电状态时，主要是以________形式存在，此时它的溶解度最小。

18．鉴定蛋白质多肽链氨基末端常用的方法有__________和_______________。

19．今有甲、乙、丙三种蛋白质，它们的等电点分别为8.0、4.5和10.0,当在pH8.0缓冲液中，它们在电场中电泳的情况为：甲_______，乙_______，丙________。

20．当氨基酸溶液的pH=pI时，氨基酸以_____离子形式存在，当pH>pI时，氨基酸以_______离子形式存在。

21．谷氨酸的pK1(α-COOH)＝2.19, pK2 (α-NH+3) = 9.67, pK R(R基)= 4.25,谷氨酸的等电点为__________。

22．天然蛋白质中的α—螺旋结构，其主链上所有的羰基氧与亚氨基氢都参与了链内_____键的形成，因此构象相当稳定。

23．一个α-螺旋片段含有180个氨基酸残基，该片段中有_____圈螺旋？该α-螺旋片段的轴长为_____.

(三) 选择题

1．在生理pH条件下，下列哪种氨基酸带正电荷？

A．丙氨酸B．酪氨酸C．赖氨酸

D．蛋氨酸E．异亮氨酸

2．下列氨基酸中哪一种是非必需氨基酸？

3

A．亮氨酸B．酪氨酸C．赖氨酸

D．蛋氨酸E．苏氨酸

3．蛋白质的组成成分中，在280nm处有最大吸收值的最主要成分是：A．酪氨酸的酚环B．半胱氨酸的硫原子

C．肽键D．苯丙氨酸

5．下列哪种氨基酸属于亚氨基酸？

A．丝氨酸B．脯氨酸C．亮氨酸D．组氨酸

6．下列哪一项不是蛋白质α-螺旋结构的特点？

A．天然蛋白质多为右手螺旋

B．肽链平面充分伸展

C．每隔3.6个氨基酸螺旋上升一圈。

D．每个氨基酸残基上升高度为0.15nm.

7．下列哪一项不是蛋白质的性质之一？

A．处于等电状态时溶解度最小B．加入少量中性盐溶解度增加

C．变性蛋白质的溶解度增加D．有紫外吸收特性

8．下列氨基酸中哪一种不具有旋光性？

A．Leu B．Ala C．Gly D．Ser E．Val

9．下列有关蛋白质的叙述哪项是正确的？

A．蛋白质分子的净电荷为零时的pH值是它的等电点

B．大多数蛋白质在含有中性盐的溶液中会沉淀析出

C．由于蛋白质在等电点时溶解度最大，所以沉淀蛋白质时应远离等电点D．以上各项均不正确

10．下列关于蛋白质结构的叙述，哪一项是错误的？

A．氨基酸的疏水侧链很少埋在分子的中心部位

B．电荷的氨基酸侧链常在分子的外侧，面向水相

C．白质的一级结构在决定高级结构方面是重要因素之一

D．白质的空间结构主要靠次级键维持

11．列哪些因素妨碍蛋白质形成α-螺旋结构？

A．脯氨酸的存在B．氨基酸残基的大的支链

C．性氨基酸的相邻存在D．性氨基酸的相邻存在

E．以上各项都是

12．于β-折叠片的叙述，下列哪项是错误的？

A．β-折叠片的肽链处于曲折的伸展状态

B．的结构是借助于链内氢键稳定的

C．有的β-折叠片结构都是通过几段肽链平行排列而形成的

D．基酸之间的轴距为0.35nm

15. 下列哪项与蛋白质的变性无关？

A. 肽键断裂B．氢键被破坏

C．离子键被破坏D．疏水键被破坏

16．蛋白质空间构象的特征主要取决于下列哪一项？

A．多肽链中氨基酸的排列顺序B．次级键

C．链内及链间的二硫键D．温度及pH

17．下列哪个性质是氨基酸和蛋白质所共有的？

A．胶体性质B．两性性质

C．沉淀反应D．变性性质

E．双缩脲反应

18．氨基酸在等电点时具有的特点是：

A．不带正电荷B．不带负电荷

C．A和B D．溶解度最大

E．在电场中不泳动

19．蛋白质的一级结构是指：

A．蛋白质氨基酸的种类和数目B．蛋白质中氨基酸的排列顺序

4

C．蛋白质分子中多肽链的折叠和盘绕D．包括A,B和C

(四) 是非判断题

( ) 1．氨基酸与茚三酮反应都产生蓝紫色化合物。

( ) 2．因为羧基碳和亚氨基氮之间的部分双键性质，所以肽键不能自由旋转。

( ) 3．所有的蛋白质都有酶活性。

( ) 4．α-碳和羧基碳之间的键不能自由旋转。

( ) 5．多数氨基酸有D-和L-两种不同构型，而构型的改变涉及共价键的破裂。

( ) 6．所有氨基酸都具有旋光性。

( ) 7．构成蛋白质的20种氨基酸都是必需氨基酸。

( ) 8．蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序在很大程度上决定了它的构象。

( ) 9．一氨基一羧基氨基酸的pI为中性，因为-COOH和-NH2的解离度相同。

( ) 10．蛋白质的变性是蛋白质立体结构的破坏，因此涉及肽键的断裂。

( ) 11．蛋白质是生物大分子，但并不都具有四级结构。

( ) 12.．用FDNB法和Edman降解法测定蛋白质多肽链N-端氨基酸的原理是相同的。

( ) 13．并非所有构成蛋白质的20种氨基酸的α-碳原子上都有一个自由羧基和一个自由氨基。

( ) 14．蛋白质是两性电解质，它的酸碱性质主要取决于肽链上可解离的R基团。

( ) 15．在具有四级结构的蛋白质分子中，每个具有三级结构的多肽链是一个亚基。

( ) 16．所有的肽和蛋白质都能和硫酸铜的碱性溶液发生双缩尿反应。

( ) 17．一个蛋白质分子中有两个半胱氨酸存在时，它们之间可以形成两个二硫键。

( ) 18．盐析法可使蛋白质沉淀，但不引起变性，所以盐析法常用于蛋白质的分离制备。

( )19．蛋白质的空间结构就是它的三级结构。

( )20．具有四级结构的蛋白质，它的每个亚基单独存在时仍能保存蛋白质原有的生物活性。

( )21．变性蛋白质的溶解度降低，是由于中和了蛋白质分子表面的电荷及破坏了外层的水膜所引起的。( )22．蛋白质二级结构的稳定性是靠链内氢键维持的，肽链上每个肽键都参与氢键的形成。

（五）问答题

1．什么是蛋白质的一级结构？为什么说蛋白质的一级结构决定其空间结构？

2．什么是蛋白质的空间结构？蛋白质的空间结构与其生物功能有何关系？

3．蛋白质的α—螺旋结构有何特点？

4．什么是蛋白质的变性作用和复性作用？蛋白质变性后哪些性质会发生改变？

5．简述蛋白质变性作用的机制。

6．蛋白质有哪些重要功能

第一章蛋白质化学

习题解答

（一）名词解释

1．必需氨基酸：指人体（和其它哺乳动物）自身不能合成，机体又必需，需要从饮食中获得的氨基酸。

2. 氨基酸的等电点：指氨基酸的正离子浓度和负离子浓度相等时的pH值，用符号pI表示。

3．蛋白质的一级结构：指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，以及二硫键的位置。

4．构象：指有机分子中，不改变共价键结构，仅单键周围的原子旋转所产生的原子的空间排布。一种构象改变为另一种构象时，不涉及共价键的断裂和重新形成。构象改变不会改变分子的光学活性。5．蛋白质的二级结构：指在蛋白质分子中的局部区域内，多肽链沿一定方向盘绕和折叠的方式。6．盐析：在蛋白质溶液中加入一定量的高浓度中性盐（如硫酸氨），使蛋白质溶解度降低并沉淀析出的现象称为盐析。

7．蛋白质的变性作用：蛋白质分子的天然构象遭到破坏导致其生物活性丧失的现象。蛋白质在受到光照、热、有机溶剂以及一些变性剂的作用时，次级键遭到破坏导致天然构象的破坏，但其一级结构不发生改变。

8．蛋白质的复性：指在一定条件下，变性的蛋白质分子恢复其原有的天然构象并恢复生物活性的现象。（二）填空题

1．氨；羧基；

2．16 ；6.25

5

3．谷氨酸；天冬氨酸；丝氨酸；苏氨酸

4．苯丙氨酸；酪氨酸；色氨酸；紫外吸收

5．负极

6．组氨酸；半胱氨酸；蛋氨酸

7．α-螺旋结构；β-折叠结构

8．C=O；N=H；氢；0.54nm；3.6；0.15nm；右

9．脯氨酸；羟脯氨酸

10．极性；疏水性

11．蓝紫色；脯氨酸

12．肽键；二硫键；氢键；次级键；氢键；离子键；疏水键；范德华力

13．表面的水化膜；同性电荷

14．谷胱甘肽；巯基

15．增加；盐溶；减小；沉淀析出；盐析；蛋白质分离

16．带电荷量；分子大小；分子形状；方向；速率

17．两性离子；最小

18．FDNB法（2,4-二硝基氟苯法）；Edman降解法（苯异硫氢酸酯法）

19．不动；向正极移动；向负极移动；

20．两性离子；负；

21．3.22

22．氢键；

23．50圈；27nm

（三）选择题

1．B：人（或哺乳动物）的必需氨基酸包括赖氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸8种，酪氨酸不是必需氨基酸。

2．A：酪氨酸和苯丙氨酸在280nm处的克分子消光系数分别为540何120,所以酪氨酸比苯丙氨酸有较大吸收，而且大多数蛋白质中都含有酪氨酸。肽键的最大吸收在215nm,半胱氨酸的硫原子在280nm 和215nm均无明显吸收。

3．D：在此4种氨基酸中，只有赖氨酸的R基团可接受氢质子，作为碱，而其它3种氨基酸均无可解离的R侧链。

4．B：氨基酸的α-碳上连接的是亚氨基而不是氨基，所以实际上属于一种亚氨基酸，而其它氨基酸的α-碳上都连接有氨基，是氨基酸。

5．B：天然蛋白质的α-螺旋结构的特点是，肽链围绕中心轴旋转形成螺旋结构，而不是充分伸展的结构。另外在每个螺旋中含有3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm,每个氨基酸残基上升高度为0.15nm,所以B不是α-螺旋结构的特点。

6．C：蛋白质处于等电点时，净电荷为零，失去蛋白质分子表面的同性电荷互相排斥的稳定因素，此时溶解度最小；加入少量中性盐可增加蛋白质的溶解度，即盐溶现象；因为蛋白质中含有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸，所以具有紫外吸收特性；变性蛋白质的溶解度减小而不是增加，因为蛋白质变性后，近似于球状的空间构象被破坏，变成松散的结构，原来处于分子内部的疏水性氨基酸侧链暴露于分子表面，减小了与水分子的作用，从而使蛋白质溶解度减小并沉淀。

7．C：甘氨酸的α-碳原子连接的4个原子和基团中有2个是氢原子，所以不是不对称碳原子，没有立体异构体，所以不具有旋光性。

8．A：蛋白质的等电点是指蛋白质分子内的正电荷桌能总数与负电荷总数相等时的pH值。蛋白质盐析的条件是加入足量的中性盐，如果加入少量中性盐不但不会使蛋白质沉淀析出反而会增加其溶解度，即盐溶。在等电点时，蛋白质的净电荷为零，分子间的净电斥力最小，所以溶解度最小，在溶液中易于沉淀，所以通常沉淀蛋白质应调pH至等电点。

9．A：在蛋白质的空间结构中，通常是疏水性氨基酸的侧链存在于分子的内部，因为疏水性基团避开水相而聚集在一起，而亲水侧链分布在分子的表面以充分地与水作用；蛋白质的一级结构是多肽链中氨基酸的排列顺序，此顺序即决定了肽链形成二级结构的类型以及更高层次的结构；维持蛋白质空间结构的作用力主要是次级键。

10．E：脯氨酸是亚氨基酸,参与形成肽键后不能再与C=O氧形成氢键，因此不能形成α-螺旋结构;氨基酸残基的支链大时，空间位阻大，妨碍螺旋结构的形成；连续出现多个酸性氨基酸或碱性氨基酸时，同性电荷会互相排斥，所以不能形成稳定的螺旋结构。

6

11．C：β-折叠结构是一种常见的蛋白质二级结构的类型，分为平行和反平行两种排列方式，所以题中C项的说法是错误的。在β-折叠结构中肽链处于曲折的伸展状态，氨基酸残基之间的轴心距离为

0.35nm, 相邻肽链（或同一肽链中的几个肽段）之间形成氢键而使结构稳定。

12．A：蛋白质的变性是其空间结构被破坏，从而引起理化性质的改变以及生物活性的丧失，但其一级结构不发生改变，所以肽键没有断裂。蛋白质变性的机理是维持其空间结构稳定的作用力被破坏，氢键、离子键和疏水键都是维持蛋白质空间结构的作用力，当这些作用力被破坏时空间结构就被破坏并引起变性，所以与变性有关。

13．A：蛋白质的一级结构即蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序决定蛋白质的空间构象，因为一级结构中包含着形成空间结构所需要的所有信息，氨基酸残基的结构和化学性质决定了所组成的蛋白质的二级结构的类型以及三级、四级结构的构象；二硫键和次级键都是维持蛋白质空间构象稳定的作用力，但不决定蛋白质的构象；温度及pH影响蛋白质的溶解度、解离状态、生物活性等性质，但不决定蛋白质的构象。

14．B：氨基酸即有羧基又有氨基，可以提供氢质子也可以接受氢质子，所以即是酸又是碱，是两性电解质。由氨基酸组成的蛋白质分子上也有可解离基团，如谷氨酸和天冬氨酸侧链基团的羧基以及赖氨酸的侧链氨基，所以也是两性电解质，这是氨基酸和蛋白质所共有的性质；胶体性质是蛋白质所具有的性质，沉淀反应是蛋白质的胶体性质被破坏产生的现象；变性是蛋白质的空间结构被破坏后性质发生改变并丧失生物活性的现象，这三种现象均与氨基酸无关。

15．E：氨基酸分子上的正电荷数和负电荷数相等时的pH值是其等电点，即净电荷为零，此时在电场中不泳动。由于净电荷为零，分子间的净电斥力最小，所以溶解度最小。

16．B：蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，蛋白质中所含氨基酸的种类和数目相同但排列顺序不同时，其一级结构以及在此基础上形成的空间结构均有很大不同。蛋白质分子中多肽链的折叠和盘绕是蛋白质二级结构的内容，所以B项是正确的。

（四）是非判断题

1．错：脯氨酸与茚三酮反应产生黄色化合物，其它氨基酸与茚三酮反应产生蓝色化合物。

2．对：在肽平面中，羧基碳和亚氨基氮之间的键长为0.132nm，介于C—N 单键和C＝N 双键之间，具有部分双键的性质，不能自由旋转。

3．错：蛋白质具有重要的生物功能，有些蛋白质是酶，可催化特定的生化反应，有些蛋白质则具有其它的生物功能而不具有催化活性，所以不是所有的蛋白质都具有酶的活性。

4．错：α-碳和羧基碳之间的键是C—C单键，可以自由旋转。

5．对：在20种氨基酸中，除甘氨酸外都具有不对称碳原子，所以具有L-型和D-型2种不同构型，这两种不同构型的转变涉及到共价键的断裂和从新形成。

6．错：由于甘氨酸的α-碳上连接有2个氢原子，所以不是不对称碳原子，没有2种不同的立体异构体，所以不具有旋光性。其它常见的氨基酸都具有不对称碳原子，因此具有旋光性。

7．错：必需氨基酸是指人（或哺乳动物）自身不能合成机体又必需的氨基酸，包括8种氨基酸。其它氨基酸人体自身可以合成，称为非必需氨基酸。

8．对：蛋白质的一级结构是蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，不同氨基酸的结构和化学性质不同，因而决定了多肽链形成二级结构的类型以及不同类型之间的比例以及在此基础上形成的更高层次的空间结构。如在脯氨酸存在的地方α-螺旋中断，R侧链具有大的支链的氨基酸聚集的地方妨碍螺旋结构的形成，所以一级结构在很大程度上决定了蛋白质的空间构象。

9．错：一氨基一羧基氨基酸为中性氨基酸，其等电点为中性或接近中性，但氨基和羧基的解离度，即pK值不同。

10．错：蛋白质的变性是蛋白质空间结构的破坏，这是由于维持蛋白质构象稳定的作用力次级键被破坏所造成的，但变性不引起多肽链的降解，即肽链不断裂。

11．对：有些蛋白质是由一条多肽链构成的，只具有三级结构，不具有四级结构，如肌红蛋白。12．错：Edman降解法是多肽链N端氨基酸残基被苯异硫氢酸酯修饰，然后从多肽链上切下修饰的残基，经层析鉴定可知N端氨基酸的种类，而余下的多肽链仍为一条完整的多肽链，被回收后可继续进行下一轮Edman反应，测定N末端第二个氨基酸。反应重复多次就可连续测出多肽链的氨基酸顺序。

FDNB法（Sanger反应）是多肽链N末端氨基酸与FDNB（2,4-二硝基氟苯）反应生成二硝基苯衍生物（DNP-蛋白），然后将其进行酸水解，打断所有肽键，N末端氨基酸与二硝基苯基结合牢固，不易被酸水解。水解产物为黄色的N端DNP-氨基酸和各种游离氨基酸。将DNP-氨基酸抽提出来并进行鉴定可知N端氨基酸的种类，但不能测出其后氨基酸的序列。

7

13．对：大多数氨基酸的α-碳原子上都有一个自由氨基和一个自由羧基，但脯氨酸和羟脯氨酸的α-碳原子上连接的氨基氮与侧链的末端碳共价结合形成环式结构，所以不是自由氨基。

14．对：蛋白质是由氨基酸组成的大分子，有些氨基酸的R侧链具有可解离基团，如羧基、氨基、咪唑基等等。这些基团有的可释放H+ ,有的可接受H+,所以使得蛋白质分子即是酸又是碱，是两性电解质。蛋白质分子中可解离R基团的种类和数量决定了蛋白质提供和接受H+的能力，即决定了它的酸碱性质。

15．对：在具有四级结构的蛋白质分子中，每个具有三级结构的多肽链是一个亚基。

16．错：具有两个或两个以上肽键的物质才具有类似于双缩脲的结构，具有双缩脲反应，而二肽只具有一个肽键，所以不具有双缩脲反应。

17．错：二硫键是由两个半胱氨酸的巯基脱氢氧化而形成的，所以两个半胱氨酸只能形成一个二硫键。18．对：盐析引起的蛋白质沉淀是由于大量的中性盐破坏了蛋白质胶体的稳定因素（蛋白质分子表面的水化膜及所带同性电荷互相排斥），从而使蛋白质溶解度降低并沉淀，但并未破坏蛋白质的空间结构，所以不引起变性。根据不同蛋白质盐析所需的盐饱和度分段盐析可将蛋白质进行分离和纯化。19．错：蛋白质的空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构三个层次，三级结构只是其中一个层次。20．错：具有四级结构的蛋白质，只有所有的亚基以特定的适当方式组装在一起时才具有生物活性，缺少一个亚基或单独一个亚基存在时都不具有生物活性。

21．错：蛋白质变性是由于维持蛋白质构象稳定的作用力（次级键和而硫键）被破坏从而使蛋白质空间结构被破坏并山个丧失生物活性的现象。次级键被破坏以后，蛋白质结构松散，原来聚集在分子内部的疏水性氨基酸侧链伸向外部，减弱了蛋白质分子与水分子的相互作用，因而使溶解度将低。22．错：蛋白质二级结构的稳定性是由链内氢键维持的，如α-螺旋结构和β-折叠结构中的氢键均起到稳定结构的作用。但并非肽链中所有的肽键都参与氢键的形成，如脯氨酸与相邻氨基酸形成的肽键，以及自由回转中的有些肽键不能形成链内氢键。

（五）问答题（解题要点）

1．答：蛋白质一级结构指蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序。因为蛋白质分子肽链的排列顺序包含了自动形成复杂的三维结构（即正确的空间构象）所需要的全部信息，所以一级结构决定其高级结构。

2．答：蛋白质的空间结构是指蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列、分布及肽链走向。蛋白质的空间结构决定蛋白质的功能。空间结构与蛋白质各自的功能是相适应的。

3．答：（1）多肽链主链绕中心轴旋转，形成棒状螺旋结构，每个螺旋含有3.6个氨基酸残基，螺距为

0.54nm,氨基酸之间的轴心距为0.15nm.。

（2）α-螺旋结构的稳定主要靠链内氢键，每个氨基酸的N—H与前面第四个氨基酸的C＝O形成氢键。（3）天然蛋白质的α-螺旋结构大都为右手螺旋。

4．答：蛋白质变性作用是指在某些因素的影响下，蛋白质分子的空间构象被破坏，并导致其性质和生物活性改变的现象。蛋白质变性后会发生以下几方面的变化：

（1）生物活性丧失；

（2）理化性质的改变，包括：溶解度降低，因为疏水侧链基团暴露；结晶能力丧失；分子形状改变，由球状分子变成松散结构，分子不对称性加大；粘度增加；光学性质发生改变，如旋光性、紫外吸收光谱等均有所改变。

（3）生物化学性质的改变，分子结构伸展松散，易被蛋白酶分解。

5．答：维持蛋白质空间构象稳定的作用力是次级键，此外，二硫键也起一定的作用。当某些因素破坏了这些作用力时，蛋白质的空间构象即遭到破坏，引起变性。

6．答：蛋白质的重要作用主要有以下几方面：

（1）生物催化作用酶是蛋白质，具有催化能力，新陈代谢的所有化学反应几乎都是在酶的催化下进行的。

（2）结构蛋白有些蛋白质的功能是参与细胞和组织的建成。

（3）运输功能如血红蛋白具有运输氧的功能。

（4）收缩运动收缩蛋白（如肌动蛋白和肌球蛋白）与肌肉收缩和细胞运动密切相关。

（5）激素功能动物体内的激素许多是蛋白质或多肽，是调节新陈代谢的生理活性物质。

（6）免疫保护功能抗体是蛋白质，能与特异抗原结合以清除抗原的作用，具有免疫功能。

（7）贮藏蛋白有些蛋白质具有贮藏功能，如植物种子的谷蛋白可供种子萌发时利用。

（8）接受和传递信息生物体中的受体蛋白能专一地接受和传递外界的信息。

（9）控制生长与分化有些蛋白参与细胞生长与分化的调控。

8

（10）毒蛋白能引起机体中毒症状和死亡的异体蛋白，如细菌毒素、蛇毒、蝎毒、蓖麻毒素等。

第五章酶与辅酶

一、知识要点

在生物体的活细胞中每分每秒都进行着成千上万的大量生物化学反应，而这些反应却能有条不紊地进行且速度非常快，使细胞能同时进行各种降解代谢及合成代谢，以满足生命活动的需要。生物细胞之所以能在常温常压下以极高的速度和很大的专一性进行化学反应，这是由于生物细胞中存在着生物催化剂——酶。酶是生物体活细胞产生的具有特殊催化能力的蛋白质。

酶作为一种生物催化剂不同于一般的催化剂，它具有条件温和、催化效率高、高度专一性和酶活可调控性等催化特点。酶可分为氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类和合成酶类六大类。酶的专一性可分为相对专一性、绝对专一性和立体异构专一性，其中相对专一性又分为基团专一性和键专一性，立体异构专一性又分为旋光异构专一性、几何异构专一性和潜手性专一性。

影响酶促反应速度的因素有底物浓度（S）、酶液浓度（E）、反应温度（T）、反应pH值、激活剂（A）和抑制剂（I）等。其中底物浓度与酶反应速度之间有一个重要的关系为米氏方程，米氏常数（K m）是酶的特征性常数，它的物理意义是当酶反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。竞争性抑制作用、非竞争性抑制作用和反竞争性抑制作用分别对Km值与V max的影响是各不相同的。

酶的活性中心有两个功能部位，即结合部位和催化部位。酶的催化机理包括过渡态学说、邻近和定向效应、锁钥学说、诱导楔合学说、酸碱催化和共价催化等，每个学说都有其各自的理论依据，其中过渡态学说或中间产物学说为大家所公认，诱导楔合学说也为对酶的研究做了大量贡献。

同工酶和变构酶是两种重要的酶。同工酶是指有机体内能催化相同的化学反应，但其酶蛋白本身的理化性质及生物学功能不完全相同的一组酶；变构酶是利用构象的改变来调节其催化活性的酶，是一个关键酶，催化限速步骤。

酶技术是近年来发展起来的，现在的基因工程、遗传工程、细胞工程、酶工程、生化工程和生物工程等领域都有酶技术的参与。

维生素是生物生长和生命活动中所必需的微量有机物，在天然食物中含量极少，人体自身不能合成，必须从食物中摄取。这些维生素既不是构成各种组织的主要原料，也不是体内能量的来源，它们的生理功能主要是在物质代谢过程中起着非常重要的作用，因代谢过程离不开酶，而结合蛋白酶中的辅酶和辅基绝大多数都含有维生素成份。机体缺乏某种维生素时，代谢受阻，表现出维生素缺乏症，而植物体内能合成维生素。

第五章酶和辅酶习题

（一）名词解释

1．米氏常数（K m值）

2．酶的比活力（enzymatic compare energy）

3．活性中心（active center）

（二）英文缩写符号

1．NAD+（nicotinamide adenine dinucleotide）

2．FAD（flavin adenine dinucleotide）

4．NADP+（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate）

5．FMN（flavin mononucleotide）

6．CoA（coenzyme A）

7．ACP（acyl carrier protein）

（三）填空题

1．酶是产生的，具有催化活性的。

2．酶具有、、和等催化特点。

3．影响酶促反应速度的因素有、、、、和。5．与酶催化的高效率有关的因素有、、、

、等。

6．丙二酸和戊二酸都是琥珀酸脱氢酶的抑制剂。

7．变构酶的特点是：（1），（2），它不符合一般的，当以V对[S]作图时，它表现出型曲线，而非曲线。它是酶。

8．转氨酶的辅因子为即维生素。其有三种形式，分别为、、，其

9

中在氨基酸代谢中非常重要，是、和的辅酶。

9．叶酸以其起辅酶的作用，它有和两种还原形式，后者的功能作为载体。10．一条多肽链Asn-His-Lys-Asp-Phe-Glu-Ile-Arg-Glu-Tyr-Gly-Arg经胰蛋白酶水解可得到个多肽。11．全酶由和组成，在催化反应时，二者所起的作用不同，其中决定酶的专一性和高效率，起传递电子、原子或化学基团的作用。

12．辅助因子包括、和等。其中与酶蛋白结合紧密，需要除去，与酶蛋白结合疏松，可以用除去。

13．根据酶的专一性程度不同，酶的专一性可以分为、、和。

14．酶的活性中心包括和两个功能部位，其中直接与底物结合，决定酶的专一性，是发生化学变化的部位，决定催化反应的性质。

15．酶活力是指，一般用表示。

16．通常讨论酶促反应的反应速度时，指的是反应的速度，即时测得的反应速度。17．pH值影响酶活力的原因可能有以下几方面：影响，影响，影响。18．温度对酶活力影响有以下两方面：一方面，另一方面。19．脲酶只作用于尿素，而不作用于其他任何底物，因此它具有专一性；甘油激酶可以催化甘油磷酸化，仅生成甘油-1-磷酸一种底物，因此它具有专一性。

20．酶促动力学的双倒数作图（Lineweaver-Burk作图法），得到的直线在横轴的截距为，纵轴上的截距为。

21．维生素是维持生物体正常生长所必需的一类_________有机物质。主要作用是作为_________的组分参与体内代谢。

22．根据维生素的____________性质，可将维生素分为两类，即____________和____________。23．维生素B1主要功能是以__________形式，作为____________和____________的辅酶，转移二碳单位。

24．维生素C是____________的辅酶，另外还具有____________作用等。

（四）选择题

1．酶的活性中心是指：

A．酶分子上含有必需基团的肽段B．酶分子与底物结合的部位

C．酶分子与辅酶结合的部位D．酶分子发挥催化作用的关键性结构区

E．酶分子有丝氨酸残基、二硫键存在的区域

2．酶催化作用对能量的影响在于：

A．增加产物能量水平B．降低活化能C．降低反应物能量水平

D．降低反应的自由能E．增加活化能

3．竞争性抑制剂作用特点是：

A．与酶的底物竞争激活剂B．与酶的底物竞争酶的活性中心

C．与酶的底物竞争酶的辅基D．与酶的底物竞争酶的必需基团；

E．与酶的底物竞争酶的变构剂

4．竞争性可逆抑制剂抑制程度与下列那种因素无关：

A．作用时间B．抑制剂浓度C．底物浓度

D．酶与抑制剂的亲和力的大小E．酶与底物的亲和力的大小

5．哪一种情况可用增加[S]的方法减轻抑制程度：

A．不可逆抑制作用B．竞争性可逆抑制作用C．非竞争性可逆抑制作用

D．反竞争性可逆抑制作用E．无法确定

6．酶的竞争性可逆抑制剂可以使：

A．V max减小，K m减小B．V max增加，K m增加

C．V max不变，K m增加D．V max不变，K m减小

E．V max减小，K m增加

7．下列常见抑制剂中，除哪个外都是不可逆抑制剂：

A 有机磷化合物

B 有机汞化合物

C 有机砷化合物

D 氰化物

E 磺胺类药物

8．对于下列哪种抑制作用，抑制程度为50%时，[I]=Ki ：

A．不可逆抑制作用B．竞争性可逆抑制作用

10

C．非竞争性可逆抑制作用D．反竞争性可逆抑制作用E．无法确定

9．下列辅酶中的哪个不是来自于维生素：

A．CoA B．CoQ C．PLP D．FH2E．FMN

10．下列叙述中哪一种是正确的：

A．所有的辅酶都包含维生素组分

B．所有的维生素都可以作为辅酶或辅酶的组分

C．所有的B族维生素都可以作为辅酶或辅酶的组分

D．只有B族维生素可以作为辅酶或辅酶的组分

11．多食糖类需补充：

A．维生素B1 B．维生素B2 C．维生素B5

D．维生素B6E．维生素B7

12．多食肉类，需补充：

A．维生素B1B．维生素B2C．维生素B5

D．维生素B6E．维生素B7

13．以玉米为主食，容易导致下列哪种维生素的缺乏：

A．维生素B1 B．维生素B2C．维生素B5

D．维生素B6E．维生素B7

14．下列化合物中除哪个外，常作为能量合剂使用：

A．CoA B．ATP C．胰岛素D．生物素

15．下列化合物中哪个不含环状结构：

A．叶酸B．泛酸C．烟酸D．生物素E．核黄素

16．下列化合物中哪个不含腺苷酸组分：

A．CoA B．FMN C．FAD D．NAD+E．NADP+

17．需要维生素B6作为辅酶的氨基酸反应有：

A．成盐、成酯和转氨B．成酰氯反应C．烷基化反应

D．成酯、转氨和脱羧E．转氨、脱羧和消旋

（五）是非判断题

（）1．酶促反应的初速度与底物浓度无关。

（）2．当底物处于饱和水平时，酶促反应的速度与酶浓度成正比。

（）3．某些酶的Km由于代谢产物存在而发生改变，而这些代谢产物在结构上与底物无关。

（）4．某些调节酶的V-[S]的S形曲线表明，酶与少量底物的结合增加了酶对后续底物分子的亲和力。（）5．在非竞争性抑制剂存在下，加入足量的底物，酶促的反应能够达到正常Vmax。

（）6．酶可以促成化学反应向正反应方向转移。

（）7．对于可逆反应而言，酶既可以改变正反应速度，也可以改变逆反应速度。

（）8．酶只能改变化学反应的活化能而不能改变化学反应的平衡常数。

（）9．酶活力的测定实际上就是酶的定量测定。

（）10．从鼠脑分离的己糖激酶可以作用于葡萄糖（K m=6×10-6mol/L）或果糖（K m=2×10-3mol/L），则己糖激酶对果糖的亲和力更高。

（）11．一种酶有几种底物就有几种K m值。

（）12．当[S]>>K m时，V趋向于V max，此时只有通过增加[E]来增加V。

（）13．酶的最适温度与酶的作用时间有关，作用时间长，则最适温度高，作用时间短，则最适温度低。

（）14．增加不可逆抑制剂的浓度，可以实现酶活性的完全抑制。

（）15．竞争性可逆抑制剂一定与酶的底物结合在酶的同一部位。

（）16．酶反应的最适pH值只取决于酶蛋白本身的结构。

（）17．所有B族维生素都是杂环化合物。

（）18．脂溶性维生素都不能作为辅酶参与代谢。

（）19．植物的某些器官可以自行合成某些维生素，并供给植物整体生长所需。

（）20．维生素E不容易被氧化，因此可做抗氧化剂。

（六）问答题及计算题

1．怎样证明酶是蛋白质？

2．简述酶作为生物催化剂与一般化学催化剂的共性及其个性？

11

3．（1）为什么某些肠道寄生虫如蛔虫在体内不会被消化道内的胃蛋白酶、胰蛋白酶消化？

（2）为什么蚕豆必须煮熟后食用，否则容易引起不适？

4．对活细胞的实验测定表明，酶的底物浓度通常就在这种底物的K m值附近，请解释其生理意义？为什么底物浓度不是大大高于K m或大大低于K m呢？

5．有时别构酶的活性可以被低浓度的竞争性抑制剂激活，请解释？

6．（1）对于一个遵循米氏动力学的酶而言，当[S]=K m时，若V=35μmol/min，V max是多少μmol/min？

（2）当[S]=2×10 -5mo/L，V=40μmol/min，这个酶的K m是多少？

（3）若I表示竞争性抑制剂，K I=4×10-5mol/L，当[S]=3×10-2mol/L和[I]=3×10-5mol/L时，V是多少？

（4）若I是非竞争性抑制剂，在K I、[S]和[I]条件与（3）中相同时，V是多少？

第五章酶及辅酶习题解答

（一）名词解释

1．米氏常数（K m值）：用Ｋm值表示，是酶的一个重要参数。Ｋm值是酶反应速度（V）达到最大反应速度（V max）一半时底物的浓度（单位M或mM）。米氏常数是酶的特征常数，只与酶的性质有关，不受底物浓度和酶浓度的影响。

2．酶的比活力：比活力是指每毫克蛋白质所具有的活力单位数，可以用下式表示：

比活力=

活力单位数

蛋白质量（mg）

3．活性中心：酶分子中直接与底物结合，并催化底物发生化学反应的部位，称为酶的活性中心。（二）英文缩写符号

1．NAD+（nicotinamide adenine dinucleotide）：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；辅酶Ⅰ。

2．FAD（flavin adenine dinucleotide）：黄素腺嘌呤二核苷酸。

4．NADP+（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate）：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸；辅酶Ⅱ。5．FMN（flavin mononucleotide）：黄素单核苷酸。

6．CoA（coenzyme A）：辅酶A。

7．ACP（acyl carrier protein）：酰基载体蛋白。

（三）填空题

1．活细胞；蛋白质

2．高效性；专一性；作用条件温和；受调控

3．[E]；[S]；pH；T（温度）；I（抑制剂）；A（激活剂）

5．邻近效应；定向效应；诱导应变；共价催化；活性中心酸碱催化

6．竞争性

7．由多个亚基组成；除活性中心外还有变构中心；米氏方程；S；双；寡聚酶

8．磷酸吡哆醛；V B6；磷酸吡哆醛；磷酸吡哆胺；磷酸吡哆醇；磷酸吡哆醛；转氨酶；脱羧酶；消旋酶9．还原性产物；DHFA；THFA；一碳单位

10．三

11．酶蛋白；辅助因子；酶蛋白；辅助因子

12．辅酶；辅基；金属离子；辅基；化学方法处理；辅酶；透析法

13．绝对专一性；相对专一性；立体专一性

14．结合部位；催化部位；结合部位；催化部位

15．酶催化化学反应的能力；一定条件下，酶催化某一化学反应的反应速度

16．初；底物消耗量<5%

17．底物分子的解离状态；酶分子的解离状态；中间复合物的解离状态

18．温度升高，可使反应速度加快；温度太高，会使酶蛋白变性而失活

19．绝对；立体

20．-1/K m；1/V max

21．微量；辅酶

22．溶解；水溶性维生素；脂溶性维生素

23．嘧啶；噻唑；亚甲基；TPP；脱羧酶；转酮酶

24．羟化；解毒

12

（四）选择题

1．D：酶活性中心有一个结合部位和一个催化部位，分别决定专一性和催化效率，是酶分子发挥作用的一个关键性小区域。

2．B：酶是生物催化剂，在反应前后没有发生变化，酶之所以能使反应快速进行，就是它降低了反应的活化能。

3．B：酶的竞争性抑制剂与酶作用的底物的结构基本相似，所以它与底物竞争酶的活性中心，从而抑制酶的活性，阻止酶与底物反应。

4．A：竞争性可逆抑制剂抑制程度与底物浓度、抑制剂浓度、酶与抑制剂的亲和力、酶与底物的亲和力有关，与作用时间无关。

5．B：竞争性可逆抑制作用可用增加[S]的方法减轻抑制程度。

6．C：酶的竞争性可逆抑制剂可以使Vmax不变，Km增加。

7．E：磺胺类药物是竞争性可逆抑制剂。

8．C：对于非竞争性可逆抑制作用，抑制程度为50%时，[I]=Ki。

9．B：CoQ不属于维生素，CoA是维生素B3的衍生物，PLP是维生素B6的衍生物，FH2是维生素B11的衍生物，FMN是维生素B2的衍生物。

10．C：很多辅酶不包含维生素组分，如CoQ等；有些维生素不可以作为辅酶或辅酶的组分，如维生素E等；所有的B族维生素都可以作为辅酶或辅酶的组分，但并不是只有B族维生素可以作为辅酶或辅酶的组分，如维生素K也可以作为γ-羧化酶的辅酶。

11．A：维生素B1以辅酶TPP的形式参与代谢，TPP是丙酮酸脱氢酶系、α-酮戊二酸脱氢酶系、转酮酶等的辅酶，因此与糖代谢关系密切。多食糖类食物消耗的维生素B1增加，需要补充。

12．D：维生素B6以辅酶PLP，PMP的形式参与氨基酸代谢，是氨基酸转氨酶、脱羧酶和消旋酶的辅酶，因此多食用蛋白质类食物消耗的维生素B6增加，需要补充。

13．C：玉米中缺少合成维生素B5的前体—色氨酸，因此以玉米为主食，容易导致维生素B5的缺乏。14．D：CoA、ATP和胰岛素常作为能量合剂使用。

15．B：泛酸是B族维生素中唯一不含环状结构的化合物。

16．B：FMN是黄素单核苷酸，不含腺苷酸组分。

17．E：VB6以辅酶PLP，PMP的形式参与氨基酸代谢，是氨基酸转氨酶、脱羧酶和消旋酶的辅酶。（五）是非判断题

1．错：酶促反应的初速度与底物浓度是有关的，当其它反应条件满足时，酶促反应的初速度与底物浓度成正比。

2．对：当底物足够时，酶浓度增加，酶促反应速度也加快，成正比。

3．对：Km是酶的特征性常数，反应的代谢产物可能影响酶性质的改变从而影响Km的变化，而这些代谢产物在结构上并不与底物一致。

4．对：调节酶大多数为变构酶，变构酶是利用构象的改变来调节其催化活性的酶，是一个关键酶，催化限速步骤，当少量底物与酶结合后，使酶的构象发生改变从而能结合更多的底物分子。

5．错：非竞争性抑制剂只和酶与底物反应的中间产物结合，酶促反应的Vmax是减小的，不能通过增加底物来达到正常的Vmax。而竞争性抑制剂可以通过增加底物的浓度来达到V max。

6．错：对于可逆反应而言，酶既可以改变正反应速度，也可以改变逆反应速度，但不改变化学反应的平衡点。

7．对。

8．对：酶通过降低化学反应的活化能加快化学的反应速度，但不改变化学反应的平衡常数。

9．对：检查酶的含量及存在，不能直接用重量或体积来表示，常用它催化某一特定反应的能力来表示，即用酶的活力来表示，因此酶活力的测定实际上就是酶的定量测定。

10．错：K m值可以近似地反应酶与底物亲和力，K m越低，亲和力越高，因此已糖激酶对葡萄糖的亲和力更高。

11．对。

12．对：当[S]>>K m时，V趋向于V max，因此v=K3[E]，所以可以通过增加[E]来增加V。

13．错：酶最适温度与酶的作用时间有关，作用时间越长，则最适温度低，作用时间短，则最适温度高。14．对：不可逆抑制剂通常以比较牢固的共价键与酶结合，而使酶失活，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而恢复酶的活性，因此增加不可逆抑制剂的浓度，可以实现酶活性的完全抑制。15．错：竞争性可逆抑制剂可以与酶的底物结合在酶的同一部位，也可以与酶的底物结合在酶的不同部位，由于空间位阻或构象改变的原因而不能同时结合。

13

16．错：酶反应的最适pH值不仅取决于酶蛋白本身的结构，还与底物种类、浓度及缓冲液成分有关。17．错：B族维生素中维生素B3不含环状结构，其余都是杂环化合物。

18．错：维生素K可以作为γ-羟化酶的辅酶，促进凝血。

19．对：如豌豆子叶可以合成维生素C，供整体使用；去除子叶后，则豌豆子叶生长不良。

20．错：维生素E极易被氧化，因此可做抗氧化剂。

（六）问答题及计算题（解题要点）

1．答：（1）酶能被酸、碱及蛋白酶水解，水解的最终产物都是氨基酸，证明酶是由氨基酸组成的。（2）酶具有蛋白质所具有的颜色反应，如双缩脲反应、茚三酮反应、米伦反应、乙醛酸反应。

（3）一切能使蛋白质变性的因素，如热、酸碱、紫外线等，同样可以使酶变性失活。

（4）酶同样具有蛋白质所具有的大分子性质，如不能通过半透膜、可以电泳等。

（5）酶同其他蛋白质一样是两性电解质，并有一定的等电点。

总之，酶是由氨基酸组成的，与其他已知的蛋白质有着相同的理化性质，所以酶的化学本质是蛋白质。

2．答：（1）共性：用量少而催化效率高；仅能改变化学反应的速度，不改变化学反应的平衡点，酶本身在化学反应前后也不改变；可降低化学反应的活化能。

（2）个性：酶作为生物催化剂的特点是催化效率更高，具有高度的专一性，容易失活，活力受条件的调节控制，活力与辅助因子有关。

3．答：（1）一些肠道寄生虫如蛔虫等可以产生胃蛋白酶和胰蛋白酶的抑制剂，使它在动物体内不致被消化。

（2）蚕豆等某些植物种子含有胰蛋白酶抑制剂，煮熟后胰蛋白酶抑制剂被破坏，否则食用后抑制胰蛋白酶活性，影响消化，引起不适。

4．答：据V~[S]的米氏曲线，当底物浓度大大低于K m值时，酶不能被底物饱和，从酶的利用角度而言，很不经济；当底物浓度大大高于K m值时，酶趋于被饱和，随底物浓度改变，反应速度变化不大，不利于反应速度的调节；当底物浓度在Km值附近时，反应速度对底物浓度的变化较为敏感，有利于反应速度的调节。

5．答：底物与别构酶的结合，可以促进随后的底物分子与酶的结合，同样竞争性抑制剂与酶的底物结合位点结合，也可以促进底物分子与酶的其它亚基的进一步结合，因此低浓度的抑制剂可以激活某些别构酶。

6．答：（1）当[S]=K m时，V=1/2V max，则V max=2×35=70μmol/min；

（2）因为V=V max/(1+K m/[s]),所以K m=(V max/V-1)[s]=1.5×10 -5mol/L；

（3）因为[S]>>K m,[I],所以V=V max=70μmol/min；

（4）V=V max/(1+[I]/Ki)=40μmol/min。

第二章核酸

一、知识要点

核酸分两大类：DNA和RNA。所有生物细胞都含有这两类核酸。但病毒不同，DNA病毒只含有DNA，RNA病毒只含RNA。

核酸的基本结构单位是核苷酸。核苷酸由一个含氮碱基（嘌呤或嘧啶），一个戊糖（核糖或脱氧核糖）和一个或几个磷酸组成。核酸是一种多聚核苷酸，核苷酸靠磷酸二酯键彼此连接在一起。核酸中还有少量的稀有碱基。RNA中的核苷酸残基含有核糖，其嘧啶碱基一般是尿嘧啶和胞嘧啶，而DNA中其核苷酸含有2′-脱氧核糖，其嘧啶碱基一般是胸腺嘧啶和胞嘧啶。在RNA和DNA中所含的嘌呤基本上都是鸟嘌呤和腺嘌呤。核苷酸在细胞内有许多重要功能：它们用于合成核酸以携带遗传信息；它们还是细胞中主要的化学能载体；是许多种酶的辅因子的结构成分，而且有些（如cAMP、cGMP）还是细胞的第二信使。

DNA的空间结构模型是在1953年由Watson和Crick两个人提出的。建立DNA空间结构模型的依据主要有两方面：一是由Chargaff发现的DNA中碱基的等价性，提示A=T、G≡C间碱基互补的可能性；二是DNA纤维的X-射线衍射分析资料，提示了双螺旋结构的可能性。DNA是由两条反向直线型多核苷酸组成的双螺旋分子。单链多核苷酸中两个核苷酸之间的唯一连键是3′,5′-磷酸二酯键。按Watson-Crick模型，DNA的结构特点有：两条反相平行的多核苷酸链围绕同一中心轴互绕；碱基位于结构的内侧，而亲水的糖磷酸主链位于螺旋的外侧，通过磷酸二酯键相连，形成核酸的骨架；碱基平面与轴垂直，糖环平面则与轴平行。两条链皆为右手螺旋；双螺旋的直径为2nm，碱基堆积距离为0.34nm，两核酸之间的夹角是36°，每对螺旋由10对碱基组成；碱基按A=T，G≡C配对互补，彼此以氢键相

14

连系。维持DNA结构稳定的力量主要是碱基堆积力；双螺旋结构表面有两条螺形凹沟，一大一小。

不同类型的RNA分子可自身回折形成发卡、局部双螺旋区，形成二级结构，并折叠产生三级结构，RNA与蛋白质复合物则是四级结构。tRNA的二级结构为三叶草形，三级结构为倒L形。mRNA则是把遗传信息从DNA转移到核糖体以进行蛋白质合成的载体。

核酸的糖苷键和磷酸二酯键可被酸、碱和酶水解，产生碱基、核苷、核苷酸和寡核苷酸。酸水解时，糖苷键比磷酸酯键易于水解；嘌呤碱的糖苷键比嘧啶碱的糖苷键易于水解；嘌呤碱与脱氧核糖的糖苷键最不稳定。RNA易被稀碱水解，产生2’-和3’-核苷酸，DNA对碱比较稳定。细胞内有各种核酸酶可以分解核酸。其中限制性内切酶是基因工程的重要工具酶。

核酸的碱基和磷酸基均能解离，因此核酸具有酸碱性。碱基杂环中的氮具有结合和释放质子的能力。核苷和核苷酸的碱基与游离碱基的解离性质相近，它们是兼性离子。

核酸的碱基具有共轭双键，因而有紫外吸收的性质。各种碱基、核苷和核苷酸的吸收光谱略有区别。核酸的紫外吸收峰在260nm附近，可用于测定核酸。根据260nm与280nm的吸收光度（A260）可判断核酸纯度。

变性作用是指核酸双螺旋结构被破坏，双链解开，但共价键并未断裂。引起变性的因素很多，升高温度、过酸、过碱、纯水以及加入变性剂等都能造成核酸变性。核酸变性时，物理化学性质将发生改变，表现出增色效应。热变性一半时的温度称为熔点或变性温度，以T m来表示。DNA的G+C含量影响T m 值。由于G≡C比A＝T碱基对更稳定，因此富含G≡C的DNA比富含A＝T的DNA具有更高的熔解温度。根据经验公式x G+C =（T m - 69.3）×2.44可以由DNA的T m值计算G+C含量，或由G+C含量计算T m值。

变性DNA在适当条件下可以复性，物化性质得到恢复，具有减色效应。用不同来源的DNA进行退火，可得到杂交分子。也可以由DNA链与互补RNA链得到杂交分子。杂交的程度依赖于序列同源性。分子杂交是用于研究和分离特殊基因和RNA的重要分子生物学技术。

第二章核酸的化学习题

(一)名词解释

1．退火（annealing）

2．增色效应（hyper chromic effect）

3．DNA的熔解温度（melting temperature T m）

（二）填空题

1．DNA双螺旋结构模型是_________于____年提出的。

2．核酸的基本结构单位是___ __。

3．两类核酸在细胞中的分布不同，DNA主要位于____中，RNA主要位于____中。

4．核酸分子中的糖苷键均为_____型糖苷键。糖环与碱基之间的连键为_____键。核苷与核苷之间通过_____键连接成多聚体。

5．DNA双螺旋的两股链的顺序是______关系。

6．给动物食用3H标记的_______，可使DNA带有放射性，而RNA不带放射性。

7．在DNA分子中，一般来说G-C含量高时，比重___，T m（熔解温度）则___，分子比较稳定。8．DNA变性后，紫外吸收__ _，粘度_ __、浮力密度_ __，生物活性将__ _。

9．因为核酸分子具有_ __、__ _，所以在___nm处有吸收峰，可用紫外分光光度计测定。10．DNA样品的均一性愈高，其熔解过程的温度范围愈______。

11．DNA所在介质的离子强度越低，其熔解过程的温度范围愈___，熔解温度愈___，所以DNA应保存在较_____浓度的盐溶液中，通常为_____mol/L的NaCI溶液。

12．变性DNA 的复性与许多因素有关，包括____，____，____，____，_____，等。

13．维持DNA双螺旋结构稳定的主要因素是_____，其次，大量存在于DNA分子中的弱作用力如_____，______和_____也起一定作用。

14．tRNA的二级结构呈___形，三级结构呈___形，其3＇末端有一共同碱基序列___其功能是___。15．DNA在水溶解中热变性之后，如果将溶液迅速冷却，则DNA保持____状态；若使溶液缓慢冷却，则DNA重新形成___。

（三）选择题

1．A TP分子中各组分的连接方式是：

A．R-A-P-P-P B．A-R-P-P-P C．P-A-R-P-P D．P-R-A-P-P

2．hnRNA是下列哪种RNA的前体？

15

A．tRNA B．rRNA C．mRNA D．SnRNA

3．决定tRNA携带氨基酸特异性的关键部位是：

A．–XCCA3`末端B．TψC环；

C．DHU环D．额外环E．反密码子环

4．根据Watson-Crick模型，求得每一微米DNA双螺旋含核苷酸对的平均数为：: A．25400B．2540 C．29411 D．2941 E．3505

5．构成多核苷酸链骨架的关键是：

A．2′3′-磷酸二酯键B．2′4′-磷酸二酯键

C．2′5′-磷酸二酯键D．3′4′-磷酸二酯键E．3′5′-磷酸二酯键

6．与片段TAGAp互补的片段为：

A．AGA Tp B．A TCTp C．TCTAp D．UAUAp

7．含有稀有碱基比例较多的核酸是：

A．胞核DNA B．线粒体DNA C．tRNA D．mRNA

8．真核细胞mRNA帽子结构最多见的是：

A．m7A PPP N mP N mP B．m7G PPP N mP N mP

C．m7U PPP N mP N mP D．m7C PPP N mP N mP E．m7T PPP N mP N mP

9．9．DNA变性后理化性质有下述改变：

A．对260nm紫外吸收减少B．溶液粘度下降

C．磷酸二酯键断裂D．核苷酸断裂

10．双链DNA的T m较高是由于下列哪组核苷酸含量较高所致：

A．A+G B．C+T C．A+T D．G+C E．A+C

11．在pH3.5的缓冲液中带正电荷最多的是：

A．AMP B．GMP C．CMP D．UMP

（四）是非判断题

（）1．DNA是生物遗传物质，RNA则不是。

（）2．脱氧核糖核苷中的糖环3’位没有羟基。

（）3．原核生物和真核生物的染色体均为DNA与组蛋白的复合体。

（）4．核酸的紫外吸收与溶液的pH值无关。

（）5．生物体的不同组织中的DNA，其碱基组成也不同。

（）6．核酸中的修饰成分（也叫稀有成分）大部分是在tRNA中发现的。

（）7．真核生物mRNA的5`端有一个多聚A的结构。

（）8．用碱水解核酸时，可以得到2’和3’-核苷酸的混合物。

（）9．mRNA是细胞内种类最多、含量最丰富的RNA。

（）10．基因表达的最终产物都是蛋白质。

（）11．毫无例外，从结构基因中DNA序列可以推出相应的蛋白质序列。

（五）简答题

1．将核酸完全水解后可得到哪些组分?DNA和RNA的水解产物有何不同？

2．计算下列各题：

（1）T7噬菌体DNA，其双螺旋链的相对分子质量为2.5×107。计算DNA链的长度（设核苷酸的平均相对分子质量为650）。

（2）相对分子质量为130×106的病毒DNA分子，每微米的质量是多少？

（3）编码88个核苷酸的tRNA的基因有多长？

（4）编码细胞色素C（104个氨基酸）的基因有多长（不考虑起始和终止序列）？

（5）编码相对分子质量为9.6万的蛋白质的mRNA，相对分子质量为多少（设每个氨基酸的平均相对分子量为120）？

3．对一双链DNA而言，若一条链中（A+G）/（T+C）= 0.7，则：

（1）互补链中（A+G）/（T+C）= ？

（2）在整个DNA分子中（A+G）/（T+C）= ？

（3）若一条链中（A+ T）/（G +C）= 0.7，则互补链中（A+ T）/（G +C）= ？

（4）在整个DNA分子中（A+ T）/（G +C）= ？

4．DNA热变性有何特点？Tm值表示什么？

5．在pH7.0，0.165mol/L NaCl条件下，测得某一DNA样品的Tm为89.3℃。求出四种碱基百分组成。

16

6．述下列因素如何影响DNA的复性过程：

（1）阳离子的存在；（2）低于Tm的温度；（2）高浓度的DNA链。

7．DNA分子二级结构有哪些特点？

8．用1mol/L的KOH溶液水解核酸，两类核酸（DNA及RNA）的水解有何不同？

9．如果人体有1014个细胞，每个体细胞的DNA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公里）的多少倍？

第二章核酸的化学习题解答

（一）名词解释

1.退火（annealing）：当将双股链呈分散状态的DNA溶液缓慢冷却时，它们可以发生不同程度的重新结合而形成双链螺旋结构，这现象称为“退火”。

2.增色效应（hyper chromic effect）：当DNA从双螺旋结构变为单链的无规则卷曲状态时，它在260nm 处的吸收便增加，这叫“增色效应”。

3..DNA的熔解温度（T m值）：引起DNA发生“熔解”的温度变化范围只不过几度，这个温度变化范围的中点称为熔解温度（T m）。

（二）填空题

1.Watson-Crick; 1953

2.核苷酸

3.细胞核；细胞质

4.β；糖苷；磷酸二酯键

5.反向平行、互补

6.胸腺嘧啶

7大；高

8.增加；下降；升高；丧失

9.嘌呤；嘧啶；260

10.增加；不变

11.窄

12.样品的均一度；DNA的浓度；DNA片段大小；温度的影响；溶液离子强度

13.碱基堆积力；氢键；离子键；范德华力

14.三叶草；倒L型；CCA；携带活化了的氨基酸

15.单链；双链

（三）选择题

1．B：ATP分子中各组分的连接方式为：腺嘌呤-核糖-三磷酸，既A-R-P-P-P。

2．C：hnRNA是核不均一RNA，在真核生物细胞核中，为真核mRNA的前体。

3．E：tRNA的功能是以它的反密码子区与mRNA的密码子碱基互补配对，来决定携带氨基酸的特异性。4．D：根据Watson-Crick模型，每对碱基间的距离为0.34nm，那么1μmDNA双螺旋平均含有1000nm/0.34nm个核苷酸对数，即2941对。

5．E：核苷酸是通过3`5`-磷酸二酯键连结成多核苷酸链的。

6．C：核酸是具有极性的分子，习惯上以5’→3’的方向表示核酸片段，TAGAp互补的片段也要按5’→3’的方向书写，即TCTAp。

7．C：tRNA含有稀有碱基比例较多的核酸。

8．B：真核细胞mRNA帽子结构最多见的是通过5’,5’-磷酸二酯键连接的甲基鸟嘌呤核苷酸，即m7G PPP N m P。

9．B：核酸的变性指核酸双螺旋区的氢键断裂，变成单链的无规则的线团，并不涉及共价键的断裂。一系列物化性质也随之发生改变：粘度降低，浮力密度升高等，同时改变二级结构，有时可以失去部分或全部生物活性。DNA变性后，由于双螺旋解体，碱基堆积已不存在，藏于螺旋内部的碱基暴露出来，这样就使得变性后的DNA对260nm紫外光的吸光率比变性前明显升高（增加），这种现象称为增色效应。因此判断只有B对。

10．D：因为G≡C对比A=T对更为稳定，故G≡C含量越高的DNA的变性是T m值越高，它们成正比关系。

11．C：在pH3.5的缓冲液中，C是四种碱基中获得正电荷最多的碱基。

（四）是非判断题

17

1．错：RNA也是生命的遗传物质。

2．错：脱氧核糖核苷中的糖环2’位没有羟基。

3．错：真核生物的染色体为DNA与组蛋白的复合体，原核生物的染色体为DNA与碱性精胺、亚精胺结合。

4．错：核酸的紫外吸收与溶液的pH值有关。

5．错：生物体的不同组织中的DNA，其碱基组成也不同。

6．对：核酸中的修饰成分（也叫稀有成分）大部分是在tRNA中发现的。

7．错：真核生物mRNA的3`端有一个多聚A的结构。

8．对：用碱水解核酸时，先生成2’,3’-环核苷酸，再水解为2’或3’-核苷酸。

9．错：mRNA是细胞内种类最多、但含量很低的RNA。细胞中含量最丰富的RNA是rRNA。10．错：基因表达的最终产物可以是蛋白质或RNA。

11．错：真核生物的结构基因中包括内含子和外显子部分，经转录、加工后只有外显子部分翻译成蛋白质，与蛋白质氨基酸序列相对应。

（五）问答题及计算题（解题要点）

1．答：核酸完全水解后可得到碱基、戊糖、磷酸三种组分。DNA和RNA的水解产物戊糖、嘧啶碱基不同。

2．答：（1）(2.5×107/650) × 0.34 = 1.3× 104nm = 13μm。

（2）650/ 0.34 =1.9×106/μm。

（3）88 × 0.34 nm = 30nm =0.3μm。

（4）104 × 3 × 0.34 =106nm ≈0.11μm。

（5）(96000/120) × 3 × 320 = 76800。

3．答：（1）设DNA的两条链分别为α和β，那么：

A =βT，Tα=Aβ，Gα=Cβ，：Cα=Gβ，

因为，(Aα+ Gα)/（Tβ+ Cβ）= (Aα+ Gα)/（Aβ+ Gβ）= 0.7

所以，互补链中（Aβ+ Gβ）/（Tβ+ Cβ）= 1/0.7 =1.43

（2）在整个DNA分子中，因为A = T，G = C，

所以，A+G = T+C，（A+G）/（T+C）= 1

（3）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

（4）在整个DNA分子中

（Aα+ Tα+ Aβ+ Tβ）/（Gα+Cα+ Gβ+Cβ）= 2（Aα+ Tα）/2（Gα+Cα）= 0.7

4．答：将DNA的稀盐溶液加热到70～100℃几分钟后，双螺旋结构即发生破坏，氢键断裂，两条链彼此分开，形成无规则线团状，此过程为DNA的热变性，有以下特点：变性温度范围很窄，260nm 处的紫外吸收增加；粘度下降；生物活性丧失；比旋度下降；酸碱滴定曲线改变。Tm值代表核酸的变性温度（熔解温度、熔点）。在数值上等于DNA变性时摩尔磷消光值（紫外吸收）达到最大变化值半数时所对应的温度。

5．答：为（G + C）% = (Tm – 69.3) × 2.44 ×%

= (89.3-69.3) × 2.44 ×%

=48.8%

G = C = 24.4%

(A + T)% = 1－48.8% =51.2%

A = T = 25.6%

6．答：（1）阳离子的存在可中和DNA中带负电荷的磷酸基团，减弱DNA链间的静电作用，促进DNA 的复性；

（2）低于Tm的温度可以促进DNA复性；

（3）DNA链浓度增高可以加快互补链随机碰撞的速度、机会，从而促进DNA复性。

7．答：按Watson-Crick模型，DNA的结构特点有：两条反相平行的多核苷酸链围绕同一中心轴互绕；

碱基位于结构的内侧，而亲水的糖磷酸主链位于螺旋的外侧，通过磷酸二酯键相连，形成核酸的骨架；碱基平面与轴垂直，糖环平面则与轴平行。两条链皆为右手螺旋；双螺旋的直径为2nm，碱基

18

19 堆积距离为0.34nm ，两核酸之间的夹角是36°，每对螺旋由10对碱基组成；碱基按A=T ，G ≡C 配对互补，彼此以氢键相连系。维持DNA 结构稳定的力量主要是碱基堆积力；双螺旋结构表面有两条螺形凹沟，一大一小。

8．答：不同。RNA 可以被水解成单核苷酸，而DNA 分子中的脱氧核糖2’碳原子上没有羟基，所以DNA

不能被碱水解。

9．答：（1）每个体细胞的DNA 的总长度为：

6.4×109×0.34nm = 2.176×109 nm= 2.176m

（2）人体内所有体细胞的DNA 的总长度为：

2.176m ×1014 = 2.176×1011km

（3）这个长度与太阳-地球之间距离（2.2×109公里）相比为：

2.176×1011/2.2×109 = 99倍

第七章 新陈代谢与生物氧化

一、知识要点

生物氧化的实质是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧生成CO 2和H 2O ，与体外有机物的化学氧化（如燃烧）相同，释放总能量都相同。生物氧化的特点是：作用条件温和，通常在常温、常压、近中性pH 及有水环境下进行；有酶、辅酶、电子传递体参与，在氧化还原过程中逐步放能；放出能量大多转换为ATP 分子中活跃化学能，供生物体利用。体外燃烧则是在高温、干燥条件下进行的剧烈游离基反应，能量爆发释放，并且释放的能量转为光、热散失于环境中。

（一）氧化还原电势和自由能变化

1．自由能

生物氧化过程中发生的生化反应的能量变化与一般化学反应一样可用热力学上的自由能变化来描述。自由能（free energy ）是指一个体系的总能量中，在恒温恒压条件下能够做功的那一部分能量，又称为Gibbs 自由能，用符号G 表示。物质中的自由能（G ）含量是不易测定的，但化学反应的自由能变化（ΔG ）是可以测定的。ΔG 很有用，它表示从某反应可以得到多少有用功，也是衡量化学反应的自发性的标准。例如，物质A 转变为物质B 的反应：

B A ?→← ΔG ＝G B —G A

当ΔG 为负值时，是放能反应，可以产生有用功，反应可自发进行；若ΔG 为正值时，是吸能反应，为非自发反应，必须供给能量反应才可进行，其逆反应是自发的。

][][ln B A RT G G o +?=? 如果ΔG ＝0时，表明反应体系处于动态平衡状态。此时，平衡常数为K eq ，由已知的K eq

可求得ΔG °：

ΔG °＝－RT ln K eq

2．氧化还原电势

在氧化还原反应中，失去电子的物质称为还原剂，得到电子的物质称为氧化剂。还原剂失去电子的倾向（或氧化剂得到电子的倾向）的大小，则称为氧化还原电势。将任何一对氧化还原物质的氧化还原对连在一起，都有氧化还原电位的产生。如果将氧化还原物质与标准氢电极组成原电池，即可测出氧化还原电势。标准氧还原电势用E °表示。E °值愈大，获得电子的倾向愈大；E °愈小，失去电子的倾向愈大。

3．氧化还原电势与自由能的关系

在一个氧化还原反应中，可从反应物的氧还电势E 0＇，计算出这个氧化还原反应的自由能变化（ΔG ）。ΔG °与氧化还原电势的关系如下：

ΔG °= － nF ΔE °

n 表示转移的电子数，F 为法拉第常数（1法拉第＝96485库仑／摩尔）。ΔE °的单位为伏特，ΔG °的单位为焦耳／摩尔。当ΔE °为正值时，ΔG °为负值，是放能反应，反应能自发进行。ΔE °为负值时，ΔG °为正值，是吸能反应，反应不能自发进行。

（二）高能磷酸化合物

生物体内有许多磷酸化合物，其磷酸基团水解时可释放出20.92kJ ／mol 以上自由能的化合物称为高能磷酸化合物。按键型的特点可分为：

1．磷氧键型：焦磷酸化合物如腺三磷（ATP）是高能磷酸化合物的典型代表。ATP磷酸酐键水解时，释放出30.54kJ／mol能量，它有两个高能磷酸键，在能量转换中极为重要；酰基磷酸化合物如1,3二磷酸甘油酸以及烯醇式磷酸化合物如磷酸烯醇式丙酮酸都属此类。

2．磷键型化合物如磷酸肌酸、磷酸精氨酸。

3．酯键型化合物如乙酰辅酶A。

4．甲硫健型化合物如S-腺苷甲硫氨酸。

此外，脊椎动物中的磷酸肌酸和无脊椎动物中的磷酸精氨酸，是ATP的能量贮存库，作为贮能物质又称为磷酸原。

（三）电子传递链

电子传递链是在生物氧化中，底物脱下的氢（H+ + eˉ），经过一系列传递体传递，最后与氧结合生成H2O的电子传递系统，又称呼吸链。呼吸链上电子传递载体的排列是有一定顺序和方向的，电子传递的方向是从氧还电势较负的化合物流向氧化还原电势较正的化合物，直到氧。氧是氧化还原电势最高的受体，最后氧被还原成水。

电子传递链在原核细胞存在于质膜上，在真核细胞存在于线粒体的内膜上。线粒体内膜上的呼吸链有NADH呼吸链和FADH2呼吸链。

1．构成电子传递链的电子传递体成员分五类：

（1）烟酰胺核苷酸（NAD＋）多种底物脱氢酶以NAD＋为辅酶，接受底物上脱下的氢成为还原态的NADH+ ＋H＋，是氢（H＋和eˉ）传递体。

（2）黄素蛋白黄素蛋白以FAD和FMN为辅基，接受NADH+ ＋H＋或底物（如琥珀酸）上的质子和电子，形成FADH2或FMNH2，传递质子和电子。

（3）铁硫蛋白或铁硫中心也称非血红素蛋白，是单电子传递体，氧化态为Fe3＋，还原态为Fe2＋。

（4）辅酶Q又称泛醌，是脂溶性化合物。它不仅能接受脱氢酶的氢，还能接受琥珀酸脱氢酶等的氢（H＋＋eˉ）。是处于电子传递链中心地位的载氢体。

（5）细胞色素类是含铁的单电子传递载体。铁原子处于卟啉的中心，构成血红素。它是细胞色素类的辅基。细胞色素类是呼吸链中将电子从辅酶Q传递到氧的专一酶类。线粒体的电子至少含有5种不同的细胞色素（即b、c、c1、a、a3）。通过实验证明，它们在电子传递链上电于传递的顺序是b→c1→c→aa3，细胞色素aa3以复合物形式存在，称为细胞色素氧化酶。是电子传递链中最末端的载体，所以又称末端氧化酶。

2．电子传递抑制剂

能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂。常用的抑制剂有：

（1）鱼藤酮：阻断电子由NADH向CoQ的传递。它是一种极毒的植物物质，常用作杀虫剂。

（2）抗霉素A：能阻断电子从Cytb到Cytc1的传递。

（3）氰化物、硫化氢、叠氮化物、CO能阻断电子由Cytaa3到氧的传递。

由于这三个部位的电子流被阻断，因此，也抑制了磷酸化的进行，即不能形成ATP。（四）氧化磷酸化作用

氧化磷酸化作用是需氧细胞生命活动的基础，是主要的能量来源。真核细胞是在线粒体内膜上进行。

1．氧化磷酸化作用

高势能电子从NADH或FADH2沿呼吸链传递给氧的过程中，所释放的能量转移给ADP形成ATP，即ATP的形成与电子传递相偶联，称为氧化磷酸化作用，其特点是需要氧分子参与。

氧化磷酸化作用与底物水平磷酸化作用是有区别的：底物水平磷酸化作用是指代谢底物由于脱氢或脱水，造成其分子内部能量重新分布，产生的高能键所携带的能量转移给ADP生成ATP，即ATP的形成直接与一个代谢中间高能磷酸化合物（如磷酸烯醇式丙酮酸、1,3-二磷酸甘油酸等）上的磷酸基团的转移相偶联，其特点是不需要分子氧参加。

2．P／O比和磷酸化部位

磷氧比（P／O）是指一对电子通过呼吸链传递到氧所产生ATP的分子数。由NADH开始氧化脱氢脱电子，电子经过呼吸链传递给氧，生成3分子ATP，则P／O比为3。这3分子ATP 是在三个部位上生成的，第一个部位是在NADH和CoQ之间，第二个部位是在Cytb与Cytc1之间；第三个部位是在Cytaa3和氧之间。如果从FADH2开始氧化脱氢脱电子，电子经过呼吸链传递给氧，只能生成2分子ATP，其P／O比为2。

20

3．氧化磷酸化的解偶联作用

（1）氧化磷酸化的解偶联作用在完整线粒体内，电子传递与磷酸化是紧密偶联的，当使用某些试剂而导致的电子传递与ATP形成这两个过程分开，只进行电子传递而不能形成ATP 的作用，称为解偶联作用。

（2）氧化磷酸化的解偶联剂能引起解偶联作用的试剂称为解偶联剂，解偶联作用的实质是解偶联剂消除电子传递中所产生的跨膜质子浓度或电位梯度，只有电子传递而不产生ATP。

（3）解偶联剂种类典型的解偶联剂是化学物质2,4-二硝基苯酚（DNP），DNP具弱酸性，在不同pH环境可结合H+ 或释放H+；并且DNP具脂溶性，能透过磷脂双分子层，使线粒体内膜外侧的H+ 转移到内侧，从而消除H+ 梯度。此外，离子载体如由链霉素产生的抗菌素——缬氨霉素，具脂溶性，能与K+ 离子配位结合，使线粒体膜外的K+ 转运到膜内而消除跨膜电位梯度。另外还有存在于某些生物细胞线粒体内膜上的天然解偶联蛋白，该蛋白构成的质子通道可以让膜外质子经其通道返回膜内而消除跨膜的质子浓度梯度，不能生成ATP而产生热量使体温增加。

解偶联剂与电子传递抑制剂是不同的，解偶联剂只消除内膜两侧质子或电位梯度，不抑制呼吸链的电子传递，甚至加速电子传递，促进呼吸底物和分子氧的消耗，但不形成ATP，只产生热量。

4．氧化磷酸化的作用机理

与电子传递相偶联的氧化磷酸化作用机理虽研究多年，但仍不清楚。曾有三种假说试图解释其机理。这三种假说为：化学偶联假说、构象偶联假说、化学渗透假说。

（1）化学偶联假说认为电子传递中所释放的自由能以一个高能共价中间物形式暂时存在，随后裂解将其能量转给ADP以形成ATP。但不能从呼吸链中找到高能中间物的实例。

（2）构象偶联假说认为电子沿呼吸链传递释放的自由能使线粒体内膜蛋白质发生构象变化而形成一种高能形式暂时存在。这种高能形式将能量转给F0F1-ATP酶分子使之发生构象变化，F0F1-ATP酶复原时将能量转给ADP形成ATP。

（3）化学渗透假说该假说由英国生物化学家Peter Mitchell提出的。他认为电子传递的结果将H+ 从线粒体内膜上的内侧“泵”到内膜的外侧，于是在内膜内外两侧产生了H+ 的浓度梯度。即内膜的外侧与内膜的内侧之间含有一种势能，该势能是H+ 返回内膜内侧的一种动力。H+ 通过F0F1-ATP酶分子上的特殊通道又流回内膜的内侧。当H+ 返回内膜内侧时，释放出自由能的反应和ATP的合成反应相偶联。该假说目前得到较多人的支持。

实验证明氧化磷酸化作用的进行需要完全的线粒体内膜存在。当用超声波处理线粒体时，可将线粒体内膜嵴打成片段：有些片段的嵴膜又重新封闭起来形成泡状体，称为亚线粒体泡（内膜变为翻转朝外）。这些亚线粒体泡仍具有进行氧化磷酸化作用的功能。在囊泡的外面可看到F1球状体。用尿素或胰蛋白酶处理这些囊泡时，内膜上的球体F1脱下，F0留在膜上。这种处理过的囊泡仍具有电子传递链的功能，但失去合成ATP的功能。当将F1球状体再加回到只有F0的囊泡时，氧化磷酸化作用又恢复。这一实验说明线粒体内膜嵴上的酶（F0）起电子传递的作用，而其上的F1是形成ATP的重要成分，F0和F1是一种酶的复合体。

5、线粒体的穿梭系统

真核生物在细胞质中进行糖酵解时所生成的NADH是不能直接透过线粒体内膜被氧化的，但是NADH＋H+上的质子可以通过一个穿梭的间接途径而进入电子传递链。3-磷酸甘油的穿梭过程是最早发现的。其过程是胞质中NADH十H+ 在3-磷酸甘油脱氢酶作用下与磷酸二羟丙酮反应生成3-磷酸甘油。3-磷酸甘油可进入线粒体，在线粒体内膜上的3-磷酸甘油脱氢酶（辅基为FAD）作用下，生成磷酸二羟丙酮和FADH2。磷酸二羟丙酮透出线粒体，继续作为氢的受体，FADH2将氢传递给CoQ进入呼吸链氧化，这样只能产生2分于ATP。

在动物的肝、肾及心脏的线粒体存在另一种穿梭方式，即草酰乙酸-苹果酸穿梭。这种方式在胞液及线粒体内的脱氢酶辅酶都是NAD＋，所以胞液中的NADH+H+ 到达线粒体内又生成NADH＋H+。从能量产生来看，草酰乙酸-苹果酸穿梭优于α- 磷酸甘油穿梭机制；但α-磷酸甘油穿梭机制比草酰乙酸-苹果酸穿梭速度要快很多。

第七章新陈代谢与生物氧化

习题

（一）名词解释

1．呼吸链（respiratory chain）

21

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ua4e.html