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淘豆网网友近日为您收集整理了关于《生物化学简明教程》第四版杨建雄课后习题答案的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：《生物化学简明教程》第四版杨建雄课后习题答案 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***苯法、Edman 降解法、丹磺酰***法。① 2,4―二硝基***苯(DNFB 或 FDNB)法:多肽或蛋白质的游离末端氨基与 2,4―二硝基***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***(DNS)法:多肽或蛋白质的游离末端氨基与与丹磺酰***(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***酸脂(PITC 或 Edman 降解)法:多肽或蛋白质的游离末端氨基与异硫***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:55.
铁的相对原子质量最低相对分子质量= =铁的百分含量(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。 r2 131.11 M
最低 r3 131.11 M
最低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***)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.Br,异硫***酸苯酯,丹磺酰***,脲,6mol/L HCl β-巯基乙醇,水合茚三***,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***酸苯酯;(2)丹黄酰***;(3)脲;
-巯基乙醇还原二硫键;(4)胰凝乳蛋白酶;(Br;(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***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 A由(3)推出 Val 位于 N 端第四,Arg 为第三,而 Thr 为第二;溴化***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 pH11.4 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)= 0.75.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(2.2×109km)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 ×109nm = 2.176m,人体内所有体细胞的 DNA 的总长度为:2.176m××1011km,这个长度与太阳―地球之间距离(2.2×109km)相比为:2.176 × ×109= 99 倍,每个核苷酸重 1 ×10-18g/1000 = 10-21g,所以,总 DNA 6.4 ×-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 ×103bp8.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 1011,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***)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***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***、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***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,ATCGTTGA-,在 A 处随机中断链的合成,A ATCGTA 两种片段,在 G ATCG ATCGTTG 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,A 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 rRNA1 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。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***化后再水解将得到 2,3,4,6-四氧***-D-吡喃葡糖糖和 1,2,3,6-四氧***-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***化后再水解将得到 2,3,4,6-四氧***-D-吡喃葡糖糖和1,2,3,6-四氧***-D-吡喃葡糖, 糖基上只有自由羟基才能被***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:OHHHCHOCHOCH2OHH NHCOCH3HO COHHHCHOCHOCH2OHHO HHOH(A) (B) (C) (D)(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。(2) B、C、D 均有醛基具还原性,可还原本尼地试剂。A 为***糖,无还原性。(3) 单糖的半缩醛上羟基与非糖物质(醇、酚等)的羟基形成的缩醛结构称为糖苷, B,C,D 均能发生成苷反应。5.透明质酸是细胞基质的主要成分,是一种黏性的多糖,分子量可达 100000,由两单糖衍生物的重复单位构成,请指出该重复单位中两组分的结构名称和糖苷键的结构类型。解答:透明质酸的两个重复单位是由β―D―葡萄糖醛酸和 N-乙酰氨基葡萄糖通过β-1,3 糖苷键连接而成。6.纤维素和淀粉都是由 1→4 糖苷键连接的 D―葡萄糖聚合物,相对分子质量也相当,但它们在物理性质上有很大的不同,请问是什么结构特点造成它们在物理性质上的如此差别? 解释它们各自性质的生物学优点。解答:淀粉是葡萄糖聚合物,既有α→1,4 糖苷键,也有α→1,6 糖苷键,为多分支结构。直链淀粉分子的空间构象是卷曲成螺旋形的,每一回转为 6 个葡萄糖基,淀粉在水溶液中混悬时就形成这种螺旋圈。支链淀粉分子中除有α-(1,4)糖苷键的糖链外,还有α-(1,6)糖苷键连接的分支处,每一分支平均约含 20~30 个葡萄糖基,各分支也都是卷曲成螺旋。螺旋构象是碘显色反应的必要条件。碘分子进入淀粉螺旋圈内,糖游离羟基成为电子供体,碘分子成为电子受体,形成淀粉碘络合物,呈现颜色。其颜色与糖链的长度有关。当链长小于 6 个葡萄糖基时,不能形成一个螺旋圈,因而不能呈色。当平均长度为 20 个葡萄糖基时呈红色,红糊精、无色糊精也因而得名。大于 60 个葡萄糖基的直链淀粉呈蓝色。支链淀粉相对分子质量虽大,但分支单位的长度只有 20~30 个葡萄糖基,故与碘反应呈紫红色。纤维素虽然也是由 D-吡喃葡萄糖基构成,但它是以β-(1,4)糖苷键连接的一种没有分支的线性分子,它不卷曲成螺旋。纤维素分子的链与链间,能以众多氢键像麻绳样拧在一起,构成坚硬的不溶于水的纤维状高分子(也称纤维素微晶束),构成植物的细胞壁。人和哺乳动物体内没有纤维素酶(cellulase),因此不能将纤维素水解成葡萄糖。虽然纤维素不能作为人类的营养物,但人类食品中必须含纤维素。因为它可以促进胃肠蠕动、促进消化和排便。7.说明下列糖所含单糖的种类、糖苷键的类型及有无还原性?(1)纤维二糖(2)麦芽糖(3)龙胆二糖(4)海藻糖(5)蔗糖(6)乳糖解答:(1)纤维二糖含葡萄糖,β→1,4 糖苷键,有还原性。(2)麦芽糖含葡萄糖,α→1,4 糖苷键,有还原性。(3)龙胆二糖含葡萄糖,β→1,6 糖苷键,有还原性。(4)海藻糖含葡萄糖,α→1,1 糖苷键, 无还原性。(5)蔗糖含葡萄糖和果糖,α→1,2 糖苷键,无还原性。(6)乳糖含葡萄糖和半乳糖,α→1,4 糖苷键,有还原性。8.人的红细胞质膜上结合着一个寡糖链,对细胞的识别起重要作用。被称为抗原决定基团。根据不同的抗原组合,人的血型主要分为 A 型、B 型、AB 型和 O 型 4 类。不同血型的血液互相混合将发生凝血,危及生命。1,4 1,2Ac Glc Gal Fuc1,3N
红细胞已知 4 种血型的差异仅在 X 位组成成分的不同。请指出不同血型(A 型、B 型、AB 型、O 型)X 位的糖基名称。解答:A 型 X 位是 N-乙酰氨基-α-D-半乳糖;B 型 X 位是α-D-半乳糖;AB 型 X 位蒹有 A 型和 B 型的糖;O 型 X 位是空的。9.请写出下列结构式:(1) α―L―岩藻糖(2)α―D―半乳糖(3) N―乙酰氨基―α―D―葡萄糖(4) N―乙酰氨基―α―D―半乳糖***解答:略。5 脂类化合物和生物膜1.简述脂质的结构特点和生物学作用。解答:(1)脂质的结构特点:脂质是生物体内一大类不溶于水而易溶于非极性有机溶剂的有机化合物,大多数脂质的化学本质是脂肪酸和醇形成的酯及其衍生物。脂肪酸多为 4 碳以上的长链一元羧酸,醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。脂质的元素组成主要为碳、氢、氧,此外还有氮、磷、硫等。(2)脂质的生物学作用:脂质具有许多重要的生物功能。脂肪是生物体贮存能量的主要形式,脂肪酸是生物体的重要代谢燃料,生物体表面的脂质有防止机械损伤和防止热量散发的作用。磷脂、糖脂、固醇等是构成生物膜的重要物质,它们作为细胞表面的组成成分与细胞的识别、物种的特异性以及组织免疫性等有密切的关系。有些脂质(如萜类化合物和固醇等)还具有重要生物活性,具有维生素、激素等生物功能。脂质在生物体中还常以共价键或通过次级键与其他生物分子结合形成各种复合物,如糖脂、脂蛋白等重要的生物大分子物质。2.概述脂肪酸的结构和性质。解答:(1)脂肪酸的结构:脂肪酸分子为一条长的烃链(“尾”)和一个末端羧基(“头”)组成的羧酸。烃链以线性为主,分枝或环状的为数甚少。根据烃链是否饱和,可将脂肪酸分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。(2)脂肪酸的性质:①脂肪酸的物理性质取决于脂肪酸烃链的长度和不饱和程度。烃链越长,非极性越强,溶解度也就越低。②脂肪酸的熔点也受脂肪酸烃链的长度和不饱和程度的影响。③脂肪酸中的双键极易被强氧化剂,如 H2O2、超氧阴离子自由基( 2O_˙)、羟自由基(OH)等所氧化,因此含不饱和脂肪酸丰富的生物膜容易发生脂质过氧化作用,从而继发引起膜蛋白氧化,严重影响膜的结构和功能。④脂肪酸盐属于极性脂质,具有亲水基(电离的羧基)和疏水基(长的烃链),是典型的两亲性化合物,属于离子型去污剂。⑤必需脂肪酸中的亚油酸和亚麻酸可直接从植物食物中获得,花生四烯酸则可由亚油酸在体内转变而来。它们是前列腺素、血栓噁烷和白三烯等生物活性物质的前体。3.概述磷脂、糖脂和固醇类的结构、性质和生物学作用解答:Ⅰ. 磷脂包括甘油磷脂和鞘磷脂两类,它们主要参与细胞膜系统的组成,少量存在于其他部位。(1)甘油磷脂的结构:甘油磷脂是由 sn-甘油-3-磷酸衍生而来,分子中甘油的两个醇羟基与脂肪酸成酯,第三个醇羟基与磷酸成酯或磷酸再与其他含羟基的物质(如胆碱、乙醇***、丝氨酸等醇类衍生物)结合成酯。(2)甘油磷脂的理化性质:①物理性质:甘油磷脂脂双分子层结构在水中处于热力学的稳定状态,构成生物膜的结构基本特征之一②化学性质:a. 水解作用:在弱碱溶液中,甘油磷脂水解产生脂肪酸的金属盐。如果用强碱水解,甘油磷脂水解生成脂肪酸盐、醇(X―OH)和磷酸甘油。b. 氧化作用:与三酰甘油相似,甘油磷脂中所含的不饱和脂肪酸在空气中能被氧化生成过氧化物,最终形成黑色过氧化物的聚合物。c. 酶解作用:甘油磷脂可被各种磷脂酶(PLA)专一水解。(3)鞘磷脂即鞘氨醇磷脂,在高等动物的脑髓鞘和红细胞膜中特别丰富,也存在于许多植物种子中。鞘磷脂由鞘氨醇、脂肪酸和磷脂酰胆碱(少数磷脂酰乙醇***)组成。Ⅱ. 糖脂是指糖基通过其半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接的化合物。糖脂可分为鞘糖脂、甘油糖脂以及由固醇衍生的糖脂,其中鞘糖脂和甘油糖脂是膜脂的主要成分。(1)鞘糖脂是神经酰***的 1 位羟基被糖基化形成的糖苷化合物。依据糖基是否含有唾液酸或硫酸基成分,鞘糖脂又可分为中性鞘糖脂和酸X性鞘糖脂。①中性鞘糖脂:又称脑苷脂,是由神经酰***的 C1 上的羟基与一单糖分子(半乳糖、葡萄糖等)以糖苷键结合而成,不含唾液酸成分。中性鞘糖脂一般为白色粉状物,不溶于水、***,溶于热乙醇、热***、吡啶及苯等,性质稳定,不被皂化。它们不仅是血型抗原,而且与组织和器官的特异性,细胞之间的识别有关。②酸性鞘糖脂:糖基部分含有唾液酸或硫酸基的鞘糖脂称为酸性鞘糖脂。糖基部分含有唾液酸的鞘糖脂常称神经节苷脂,是最复杂的一类甘油鞘脂,由神经酰***与结构复杂的寡糖结合而成,是大脑灰质细胞膜的组分之一,也存在于脾、肾及其他器官中。(2)甘油糖脂是糖基二酰甘油,它是二酰甘油分子 sn-3 位上的羟基与糖基以糖苷键连接而成。甘油糖脂主要存在于植物和微生物中。植物的叶绿体和微生物的质膜含有大量的甘油糖脂。它可能在神经髓鞘形成中起作用。Ⅲ. 固醇类也称甾类,所有固醇类化合物都是以环戊烷多氢菲为核心结构,因羟基的构型不同,可有α及β两型。胆固醇(也称胆甾醇)是一种重要的甾醇类物质,一种环戊烷多氢菲的衍生物。是动物组织中含量最丰富的固醇类化合物,有游离型和酯型两种形式。存在于一切动物细胞中,以脑、神经组织及肾上腺中含量特别丰富,其次为肝、肾、脾和皮肤及脂肪组织。4.生物膜由哪些脂质化合物组成的?各有何理化性质?解答:组成生物膜的脂质主要包括磷脂、固醇及糖脂。(1)磷脂:①甘油磷脂,是生物膜的主要成分。是由 sn-甘油-3-磷酸分子中甘油的两个醇羟基与脂肪酸成酯,第三个醇羟基与磷酸成酯或磷酸再与其他含羟基的物质(如胆碱、乙醇***、丝氨酸等醇类衍生物)结合成酯。物理性质:纯的甘油磷脂是白色蜡状固体,大多溶于含少量水的非极性溶剂中。用***仿—甲醇混合溶剂很容易将甘油磷脂从组织中提取出来。这类化合物又称为***脂质或称极性脂质,具有极性头和非极性尾两个部分。化学性质:a.水解作用:在弱碱溶液中,甘油磷脂水解产生脂肪酸的金属盐。强碱水解,生成脂肪酸盐、醇(X―OH)和磷酸甘油。b.氧化作用:甘油磷脂中所含的不饱和脂肪酸在空气中能被氧化生成过氧化物,最终形成黑色过氧化物的聚合物。c.酶解作用:甘油磷脂可被各种磷脂酶(PLA)专一水解。②鞘磷脂(SM):鞘磷脂由鞘氨醇、脂肪酸和磷脂酰胆碱(少数为磷脂酰乙醇***)组成。鞘磷脂为白色晶体,性质稳定,不溶于***和***,而溶于热乙醇中,具***解离性质。(2)固醇:高等植物的固醇主要为谷甾醇和豆甾醇。动物细胞膜的固醇最多的是胆固醇。胆固醇分子的一端有一极性头部基团羟基因而亲水,分子的另一端具有羟链及固醇的环状结构而疏水。因此固醇与磷脂类化合物相似也属于***分子。物理性质:胆固醇为白色斜方晶体,无味、无臭,熔点为 148.5℃,高度真空条件下能被蒸馏。胆固醇不溶于水,易溶于***、***仿、苯、***、热乙醇、醋酸乙酯及胆汁酸盐溶液中。介电常数高,不导电。化学性质:胆固醇 C3 上的羟基易与高级脂肪酸(如软脂酸、硬脂酸及油酸等)结合形成胆固醇酯。胆固醇的双键可与氢、溴、碘等发生加成反应。胆固醇可被氧化成一系列衍生物。胆固醇易与毛地黄糖苷结合而沉淀,这一特性可以用于胆固醇的定量测定。胆固醇的***仿溶液与***和浓硫酸反应,产生蓝绿色(Liebermann―Burchard 反应)。(3)糖脂:是指糖基通过其半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接的化合物。鞘糖脂和甘油糖脂是膜脂的主要成分。①鞘糖脂:依据糖基是否含有唾液酸或硫酸基成分,鞘糖脂又可分为中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂。中性鞘糖脂,是非极性的。鞘糖脂的疏水尾部伸入膜的脂双层,极性糖基露在细胞表面,它们不仅是血型抗原,而且与组织和器官的特异性,细胞之间的识别有关。中性鞘糖脂一般为白色粉状物,不溶于水、***.溶于热乙醇、热***、吡啶及苯等,性质稳定,不被皂化。酸性鞘糖脂,糖基部分含有唾液酸或硫酸基的鞘糖脂。糖基部分含有唾液酸的鞘糖脂常称神经节苷脂,不溶于***、***,微溶于乙醇,易溶于***仿和乙醇的混合液。②甘油糖脂:是糖基二酰甘油,它是二酰甘油分子 sn-3 位上的羟基与糖基以糖苷键连接而成。甘油糖脂主要存在于植物和微生物中。植物的叶绿体和微生物的质膜含有大量的甘油糖脂。在哺乳动物组织中也检测出了半乳糖基甘油酯,可能在神经髓鞘形成中起作用。5.何为必需脂肪酸?哺乳动物体内所需的必需脂肪酸都有哪些?解答:哺乳动物体内能够自身合成饱和及单不饱和脂肪酸,但不能合成机体必需的亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸等多不饱和脂肪酸。我们将这些机体生长必需的而自身不能合成,必须由膳食提供的脂肪酸称为必需脂肪酸。6.何为生物膜?主要组成是什么?各有何作用?解答:任何细胞都以一层薄膜将其内容物与环境分开,这层薄膜称为细胞的质膜。此外大多数细胞中还有许多内膜系统,它们组成具有各种特定功能的亚细胞结构和细胞器如细胞核、线粒体、内质网、溶酶体、高尔基体、过氧化酶体等,在植物细胞中还有叶绿体。所有这些膜虽然组分和功能不同,但在电镜下却表现出大体相同的形态、厚度 6~9nm 的 3 片层结构。这样细胞的外周膜和内膜系统称为“生物膜”。(1) 膜脂:其中磷脂、糖脂、固醇等脂质物质都属于***分子。当磷脂分散于水相时,分子的疏水尾部倾向于聚集在一起,避开水相,而亲水头部暴露在水相,形成具有双分子层结构的封闭囊泡,通称为脂质体。脂质体的形成将细胞内外环境分开。膜脂不但是构成生物膜的重要物质。而且与细胞识别、种的特异性、组织免疫性等有密切的关系。(2) 膜蛋白:对物质代谢(酶蛋白)、物质传送、细胞运动、信息的接受与传递、支持与保护均有重要意义。7.一些药物必须在进入活细胞后才能发挥药效,但它们中大多是带电荷或有极性的,因此不能靠被动扩散跨膜。人们发现利用脂质体运输某些药物进入细胞是很有效的办法,试解释脂质体是如何发挥作用的。解答:脂质体是脂双层膜组成的封闭的、内部有空间的囊泡。离子和极性水溶性分子(包括许多药物)被包裹在脂质体的水溶性的内部空间,负载有药物的脂质体可以通过血液运输,然后与细胞的质膜相融合将药物释放入细胞内部。6 酶1.作为生物催化剂,酶最重要的特点是什么?解答:作为生物催化剂,酶最重要的特点是具有很高的催化效率以及高度专一性。2.酶分为哪几大类?每一大类酶催化的化学反应的特点是什么?请指出以下几种酶分别属于哪一大类酶: 磷酸葡糖异构酶(phosphoglucose isomerase) 碱性磷酸酶(alkaline phosphatase) 肌酸激酶(creatine kinase) 甘油醛―3―磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase) 琥珀酰―CoA 合成酶(inyl-CoA synthetase) 柠檬酸合酶(citrate synthase) 葡萄糖氧化酶(glucose oxidase) 谷丙转氨酶(glutamic-pyruvic transaminase) 蔗糖酶(invertase) T4 RNA 连接酶(T4 RNA ligase)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:NAD NADH H
乙醇乙醛(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)v/ (molL-1min-1)[I] = 0 [I] = 10 mmol/L20 5.263 3. 3. 3. 2..333 1..77 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 值抑制剂浓度[I] = 0 [I] = 10 mmol/LKm/(mmolL-1) 1.643 8.244Vmax/(molL-1min-1) 5.64 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:mmax[S][S]VK 其中 = 1+[I]/Ki = 3,则mm mmax max3 33 (3 ) 12V K VK K
所以,υ/Vmax=0.25。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mmax0[S][S]VK
mmax [S][S]iVK I]I[1K因此m mmax max[S] [S]2[S] 2 [S]V VK K 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***素在体内可转化成硫***素焦磷酸,后者作为辅酶参与糖代谢中***酸、―***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―***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***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***,但是去除蛋白的蛋黄,即使放在冰箱内也很快地***。试解释为什么蛋白可以防止蛋黄***?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***。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 EB. 维生素 B1 的辅酶形式为硫***素焦磷酸C. 催化转氨作用的转氨酶所含的辅基是 FMN 与 FADD. 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***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?( )A.—CHO B.CO2 C.CH—D.—CH3 E.—CH NH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 H2O + NAD+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++ H2OGθ=-2×96.49×[+0.82 -(-0.32)]=-220 kJ/mol播放器加载中，请稍候...
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《生物化学简明教程》第四版杨建雄课后习题答案 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***苯法、Edman 降解法、丹磺酰***法。① 2,4―二硝基***苯(DNFB 或 FDNB)法:多肽或蛋白质的游离末端氨基与 2,4―二硝基***苯( 2,4―DNFB)反应(Sanger 反...
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