生物物理名词解释

转录因子(Transcriptionfactors)：转录因子是一种具有特殊结构、行使调控基因表达功能的蛋白质分子。

RNA 合成酶(RNApolymerase)：一条DNA 链或RNA 为模板催化由核苷-5′-三磷酸合成RNA 的酶。在细胞内与基因DNA 的遗传信息转录为RNA 有关，所以也称转录酶。

核糖体（Ribosome）：是细胞中的一种细胞器，在细胞中负责完成“中心法则”里由RNA 到蛋白质这一过程，此过程在生物学中被称为“翻译”。

氨基酸转移酶：也称为转氨酶。是催化把α-氨基酸上的氨基转移给α-酮酸形成新的酮酸和氨基酸反应的酶类之总称。

tRNAs：是具有携带并转运氨基酸功能的类小分子核糖核酸。

DNA 聚合酶：是细胞复制DNA 的重要作用酶。

限制性内切酶：限制性核酸内切酶是可以识别特定的核苷酸序列，并在每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键进行切割的一类酶，简称限制酶。

PCR：是一种用于放大扩增特定的DNA 片段的分子生物学技术，它可看作是生物体外的特殊DNA 复制，PCR的最大特点，是能将微量的DNA 大幅增加。

分子克隆：在分子水平上提供一种纯化和扩增特定DNA 片段的方法。常含有目的基因，用体外重组方法将它们插入克隆载体，形成重组克隆载体，通过转化与转导的方式，引入适合的寄主体内得到复制与扩增，然后再从筛选的寄主细胞内分离提纯所需的克隆载体，可以得到插入DNA 的许多拷贝，从而获得目的基因的扩增。

DNA 测序：是指分析特定DNA 片段的碱基序列，也就是腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）与鸟嘌呤的（G）排列方式。

一级结构决定空间结构:一级结构是指蛋白质分子中氨基酸排列顺序。

二级结构:蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键。

超二级结构：在许多蛋白质分子中，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，被称为模体。

三级结构：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。三级结构是蛋白质功能的基础。

对于单一多肽链的蛋白质，三级结构是它的最高级结构，只有具有完整的三级结构，才具有全部的生物学功能。

结构域：大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使

其功能，称为结构域(domain)。

四级结构：蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局，称为蛋白质的四级结构。

为什么说蛋白质是生命活动最重要的物质基础？蛋白质元素组成有何特点？

①蛋白质约占细胞干重的50%以上。

②蛋白质与核酸共同构成了生命现象的物质基础，是细胞原生质的主要成分。

③催化生物体内几乎所有化学反应（酶）。

④抵抗外源性异物侵害而产生免疫反应（抗体）。

⑤调节物质代谢（肽类激素）。

⑥肌肉收缩、物质的运输、结缔保护、病毒对宿主的感染等都是蛋白质在起作用。

⑦胚胎发育、生长、分化和繁殖等都有蛋白质参与。

蛋白质主要含有C、H、O、N以及S 元素。N元素是蛋白质的特征性元素，根据对大多数蛋白质的N 元素分析，其含量相近，一般在15—17%，平均为16%

什么是肽、肽链和肽键？

氨基酸与氨基酸之间可以通过α-氨基和α-羧基在适当的条件下经脱水缩合形成的酰胺键共价地结合在一起,这样形成的产物叫做肽（Peptide）。在蛋白质化学中，这种酰胺键称为肽键（Peptidebond）。由氨基酸借肽键所形成的一条线性的链状分子就叫做肽链(peptidechain) 。在肽链结构中,每个氨基酸不再是完整的，因此叫做氨基酸残基（residue）。

什么是蛋白质等电点（pI）？聚赖氨酸（polyLys）在pH 7时呈无规则线团，在pH 10时则呈α-螺旋；聚谷氨酸（polyGlu），在pH 7时呈无规则线团，在pH 4时则呈α-螺旋，为什么？

在某一PH 时，蛋白质所带的正电荷和负电荷恰好相等，这一PH 值称为它的等电点。

聚赖氨酸（polyLys）在pH7时带正电荷呈无规则线团，在pH10时接近等电点则呈α-螺旋。聚谷氨酸（polyGlu）在pH7时带负电荷呈无规则线团，在pH4时接近等电点则呈α-螺旋。

举例说明几个主要分离纯化蛋白质方法的原理？

1）透析：

原理：利用蛋白质分子不能透过半透膜的性质，使蛋白质和其他小分子物质如无机盐、单糖、水等分开。

方法：将待提纯蛋白质放在透析袋中放在蒸馏水中进行

2）超过滤：原理：利用压力和离心力，强行使其他小分子和水通过半透膜，而蛋

白质留在膜上

3）等电点沉淀：原理：不同蛋白质具有不同的等电点，当蛋白质混合物调到其中

一种蛋白质的等电点时，这种蛋白质大部分和全部被沉淀下来.

4）盐析与盐溶：原理：低浓度时，中性盐可以增加蛋白质溶解度这种现象称为盐

溶.当离子强度增加，足够高时，例如饱和或半饱和程度，很多蛋白质可以从水中沉淀出来，这种现象称为盐析

超速离心机的转速为58000r/min时，

（1）计算角速度，以每秒的弧度表示，

ω=2pi*58000/60

（2）计算距离旋转中心6.2cm 处的离心力。

F=mωR 2

（3）此离心力相当于重力“g”的多少倍？

蛋白质的一级结构包含哪些内容？了解蛋白质一级结构对于认识其高级结构有什

么意义？

蛋白质的一级结构是指蛋白质分子中氨基酸排列顺序。

内容包括：链的数目；每条链的起始与末端组分；每条链中组分的数目、种类及顺序；链内和链间相互作用的性质、位置和数目

意义：一级结构决定空间结构。从一级结构的测定预测出高级结构，还有助于对大分子聚集体结构的预测。

7. 蛋白质的二级结构是如何产生的？研究二级结构的意义？

二级结构是指多聚体分子主链（也称骨架）空间排布的规律性。

二级结构的产生源于骨架中基团围绕共价键旋转而获得的非刚性。二级结构是生物大分子空间结构的一个重要方面，生物大分子在不同状态，不同环境条件或与其他分子相互作用时，常常反应在二级结构的变化上，因此通过对二级结构的研究有助于对分子环境和作用的了解。

8. 说明X 射线用于解析蛋白质空间结构的原理。

X-射线晶体衍射可用来研究处在晶体状态下的蛋白质的空间结构。将晶体进行x 射线衍射，收集衍射图谱，通过一系列的计算，很快就能得到蛋白质的原子结构。

9. 简述Anfinsen 实验主要内容及说明的问题。

模型3：先形成了热力模型1：空间障碍，只允许一种构象（二硫键配对）模型2：生物合成的结果

学稳定构象，然后形成二硫键加固

实验一：

1.

2.2.

3. 脲变性。RNAase+8M 脲+巯基乙醇脲使得肽链展开，酶失活透析除脲和巯基乙醇，pH~8弱碱性条件，溶液暴露于空气中，重新氧化复性，酶活力重新获得

实验二

1.

2. 脲变性。RNAase+8M 脲+巯基乙醇脲使得肽链展开，酶失活结果：酶活性恢复到~0.01透析除巯基乙醇，然后通O2，再透析除脲

1. 由实验一可知，模型2（生物合成的结果）

不成立，因为离体条件下复性的蛋白具有全部酶活性（后来又有实验证明体外解折叠是完全的，全人工合成）

2. 由实验二可知，模型1（空间障碍，只允许一种构象（二硫键配对））不成立，否则，复性的蛋白应该具有几乎全部酶活性

3. 模型3（先形成了热力学稳定构象，然后形成二硫键加固）能够解释上述两个结果

结论：蛋白质一级结构决定三级结构

形成三级结构所需要的所有信息包含在一级结构中

10. 蛋白质折叠问题为什么受到重视？它与疾病有什么关系？

生命是从折叠开几乎所有的生命活动都是蛋白质完成的，而蛋白质链只有折叠成天然结构才有活性。

始的。蛋白质折叠被称为第二套遗传密码。很多疾病，比如疯牛病、克鲁病等都与蛋白质的错误折叠有关。

11. 生物分子间的作用力主要有哪些，各有什么特点?蛋白质相互作用的主要特点?

非共价键的作用；离子键、氢键、范德华力、疏水键。信息的传递及利用极大地依赖弱的非共价键。它们不仅决定着生物大分子的三维结构，还决定着这些结构如何与其它结构相互作用。

生物分子作用力特点：分子的结合与解离

为什么说蛋白质折叠的研究完善了生物中心法则（第二遗传密码）？

按照生物中心法则得到的只是一串肽链，而非具有生物活性的蛋白质。只有在经过一系列折叠之后，形成天然结构才具有活性，从而完成人体内一系列复杂的工作，所以说他是对生物中心法则的补充。蛋白质链的盘曲折叠的规律并没有体现在遗传密码DNA 中，而分析研究蛋白质链如何折叠成具有活性的天然结构就像之前破解dna 密码一样，都包含了组成人体基本结构的重要信息，所以称它为第二套遗传密码。液态镶嵌模型的主要内容是什么，主要强调了哪两个特性？

基本内容：磷脂双分子层构成膜的基本支架。蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层（体现了膜结构内外的不对称性）。磷脂分子是可以运动的，具有流动性。大多数的蛋白质分子也是可以运动的。大多数的蛋白质分子也是可以运动的。流动性和不对称性

如果Na+-K+pump 被抑制(e.g用箭毒ouabain 处理),细胞会如何？

Burst!当Na+进入细胞时，水也进入细胞以保持水势的平衡。Na+-K+pump 将Na 泵出细胞以保持渗透压的平衡。当Na+–K+pump 停止工作时，Na+将在细胞内积累。胞浆的溶质浓度升高，水势随之升高。胞外水沿浓度梯度进入细胞，最终导致细胞胀破。

1、生物膜的基本结构特征是什么？这些特征与它的生理功能有什么联系？

生物膜的组成和特点：

膜主要是由脂类(lipid)和蛋白质以非共价键相互作用结合而成的二维流动体系。

脂类分子呈连续的双分子层(bilayer)排列。

膜具有双亲性。

蛋白质相对于脂双层具有不同镶嵌方式。

生物膜中各种组分的分布是高度不对称的。

生物膜的基本功能：

它们是把细胞分割成一个个“小室”(compartment)的物理屏障。

它们具有选择通透性。

它们是“小室”间传递化学信息和能量的介面。

它们为蛋白质的合成、加工与修饰、分选与定位，提供了工作平台和输运载体。

2、从生物膜结构模型的演化谈谈人们对生物膜结构的认识过程。

(1)片层结构模型

此模型的主要内容为：细胞膜是由双层脂分子及内外表面附着的蛋白质所构成的。即蛋白质-脂-蛋白质的三层结构，脂质分子平行排列并垂直于膜平面。

双层脂质分子的非极性端相对，极性端向着膜的内外表面，在内外表面各有一层蛋白质。膜上有一些二维伸展的孔，孔的表面也是由蛋白质包被的,这样使孔具有极性，可提高水对膜的通透性。

这一模型将膜结构同所观察到的生物学理化性质联系起来,对后来的研究有很大的启发。

缺少必要的细节，是对膜结构的一个较粗浅的认识。

(2)单位膜模型

此模型是由J.D.Robertson 于1959年提出的。

单位膜模型是在片层结构模型的基础上发展起来的另一个重要模型。它与片层结构模型有许多相同之处，最重要的修改是膜脂双分子层内外两侧蛋白质存在的方式不同。

单位膜模型强调的是蛋白质为单层伸展的β折叠片状,而不是球形蛋白。

单位膜模型还认为膜的外侧表面的膜蛋白是糖蛋白,而且膜蛋白在两侧的分布是不对称的。

这一模型的直接证据来自电子显微镜的观察。但这一模型将生物膜描述为三明治式的静态统一结构，解释不了膜的许多生理功能。

把膜看成是静止的无法说明膜如何适应细胞生命活动的变化。不同的膜其厚度不都是7.5nm,一般在5～10nm 之间。

如果蛋白质是伸展的,则不能解释酶的活性同构象的关系。

该模型也不能解释为什么有的膜蛋白很容易被分离，有些则很难。

(3)流动镶嵌模型

1970年，LarryFrye 等将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布。提出假说：细胞膜具有流动性

认为生物膜是一种流动的、嵌有各种蛋白质的脂质双分子层结构，其中蛋白质犹如一座座冰山漂移在流动脂质的海洋中。

基本内容：磷脂双分子层构成膜的基本支架。蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层（体现了膜结构内外的不对称性）。磷脂分子是可以运动的，具有流动性。大多数的蛋白质分子也是可以运动的。大多数的蛋白质分子也是可以运动的。强调了膜的流动性。强调了膜的不对称性。

忽视了膜蛋白对脂质分子的控制作用。忽视了膜各部分流动的不均一性。

3、何谓膜内在蛋白？膜内在蛋白以什么方式与膜脂相结合？

根据蛋白分离的难易及在膜中分布的位置，膜蛋白基本可分为两大类：膜外在蛋白和膜内在蛋白。膜内在蛋白通过一段疏水肽链插入脂双层中，从而抛锚在膜上。

膜内在蛋白露出膜外的部分含较多的极性氨基酸，属亲水性，与磷脂分子的亲水头部邻近；嵌入脂双层内部的膜蛋白由一些非极性的氨基酸组成，与脂质分子的疏水尾部相互结合，因此与膜结合非常紧密。

4、比较主动输运与被动输运的特点及其生物学意义。

被动运输方向是沿电化学梯度方向，不需要能量，有的需要载体蛋白介导（协助扩散），有的不需要（简单扩散）。主动运输方向是逆电化学梯度方向，需要能量，需要载体蛋白介导。

被动运输意义：保证细胞或细胞器从周围环境中或表面摄取必要的营养物质及将分泌物、代谢物以及一些离子排到细胞外。

主动运输意义：（1）保证细胞或细胞器从周围环境中或表面摄取必要的营养物质，即使这些营养物质在周围环境中或表面的浓度低；（2）能够将细胞内的各种物质，如分泌物、代谢物以及一些离子排到细胞外，即使这些营养物质在细胞外的浓度比细胞内的浓度高得多；（3）能够维持一些无机离子在细胞内恒定和最适的浓度，特别是K+、Ca2+和H+的浓度。

5、说明Na＋－K＋泵的工作原理及其生物学意义。

细胞内K+比细胞外高10-20倍，细胞外Na+比细胞内高10-20倍，这些浓度梯度是由质膜Na-K 泵（Na+-K+pump）来维持的

Na+-K+pump 是一个antiporter, 将K+泵入，将Na+泵出。

工作机制：

输运循环依赖于蛋白的自身磷酸化，ATP末端磷酸转移到一个aspartic acid 残基上

自身磷酸化的泵称为P-型输运ATP 酶(P-typetransport ATPases)

质膜Na+-K+pump 致电（electrogenic）：Na+-K+pump 导致跨膜电位(membranepotential)的产生。原因:每一循环泵出3Na+泵入2K+，导致细胞电位内负外正

意义：

a. 形成跨膜电势。由于K+由内向外泄露建立跨膜电势，对电压门通道，神经冲动起传递作用。b.维持渗透压。细胞内生物大分子物质水解，产生电离，带负电荷，从而吸引胞外Na+进入；细胞内Na+升高后，使水分进入细胞，由此引起细胞的膨胀，然后再通过Na+-K+泵，泵出Na+，维持渗透压。c. 可以协助其它物质运输。

(对调节细胞的渗透性（tonicity）起关键作用。水通过渗透作用可沿浓度梯度慢慢进入细胞(osmosis)

1、荧光产生的机理是什么？

原子中电子吸收能量跃迁到激发态，然后由激发态跃迁到第一激发态的最低振动能级，然后跃迁到基态时产生光子辐射，即为荧光

2、荧光技术用于研究生物医学样品的主要参数有哪些？量子产率与荧光强度的区别及关

系是什么？荧光偏振的意义是什么？

（1）荧光光谱、荧光寿命、荧光偏振、荧光强度、荧光探针

（2）荧光强度：在一定激发波长λex作用下，发射的荧光强弱F=Ia?量子产率?=发射光子数/吸收光子数

（3）荧光偏振度的物理意义：

A ：I//=I?，P=0，自然光，荧光分子运动很快，取向随机。（稀溶液中的荧光分子）B：I//或I?为0，P=±1，平面偏振光，荧光分子运动很慢或取向有序的情况。

C：I//?I?? 0，0

3、举例说明荧光技术的应用？

(一)物质的检测

（二）蛋白质的荧光分析

（三）核酸的荧光分析

（四）利用荧光技术检测分子间结合程度

（五）大分子内基团间或分子间距离的测定

（六）膜生物物理研究

4、荧光蛋白

GFP 荧光蛋白作用：

? 蛋白质定位

? 作为报告基因

? 药物筛选

? 融合抗体

? 生物传感器

? 其他方面

分子振动光谱

1、液态红外光谱是否需要水作溶剂?为什么?

试样中不应含有游离水。在溶液中测定光谱时，由于溶剂的种类、溶剂的浓度和测定时的温度不同，同一种物质所测得的光谱也不同。通常在极性溶剂中，溶质分子的极性基团的伸缩振动随溶剂极性的增加而向

低波数方向移动，并且强度增大。水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且会侵蚀吸收池的盐窗。因此，在红外光谱测定中，应尽量采用非极性的溶剂。

2、线性分子的振动自由度为什么是3N-5?红外光谱中是否能够观察到所有振动自由度对应

的红外吸收峰?为什么?

（1）分子的运动由平动、转动、和振动三部分组成。平动可视为分子的质心在空间

的位置变化。转动可视为分子在空间取向的变化，振动可看成分子在其质心和

空间取向不变时，分子中原子相对位置的变化。对于一个原子数为N 的分子来

说，总共具有3N 个运动自由度，需要3个空间坐标来确定这个分子质心的位置。

如果是直线分子，2个坐标就可以确定分子在空间的取向，因此5个坐标确定线

性分子的平动和转动自由度。在确定分子的平动和转动自由度数量后，剩下的

就是分子的振动自由度。故线性分子振动自由度=3N-3（平移自由度）-2（转动

自由度）=3N-5

（2）实际观察到的红外吸收峰的数目，往往少于振动形式的数目，减少的原因主要

有：不产生偶极矩变化的振动没有红外吸收，不产生红外吸收峰；简并，两种

振动具有相同频率，只出现一个峰；吸收峰太弱，仪器不能分辨，或者超过了

仪器可以测定的波长范围；强峰往往要覆盖与它频率相近的弱而窄的峰。

3、CO2的红外光谱中能够观察到几个红外吸收峰?为什么?

CO2是一个对称分子，正负电荷中心重叠，偶极矩u=0.在对称的伸缩振动中，正负电荷中心始终重叠，▽u=0，为非红外活性；在反对称伸缩振动、面内弯曲振动、外弯曲振动中都能产生瞬间偶极矩，▽u≠0，因此是红外活性的，能在红外吸收光谱图中产生吸收峰。但是面内弯曲振动和外弯曲振动的振动频率相同，两种振动发生简并。所以CO2虽然有4种振动形式，但在红外光谱图上只出现两个吸收峰。它们是2349cm-1的不对称伸缩振动和667cm-1的弯曲振动吸收。

4、拉曼光谱中为什么Stokes 线的强度远大于反Stokes 线?

反Stokes 线的强度远小于Stokes 线的强度，这是由于玻尔兹曼分布，处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。绝大多数分子处于振动基态，因此由较高能级跃迁而激发出的反Stokes 线要弱很多。反之，由较低能级跃迁产生的Stokes 线会强很多。1、NMR 中外加磁场的作用?请详细说明。

为了使自旋核产生能级分裂而对电磁波产生共振吸收。

2、NMR 中提高外加磁场的强度的作用?

提高外加磁场，增大能级差，以增加分辨率；抵消电子的屏蔽作用。为了满足共振条件：

，即可引起原子核两个能级间的跃迁。

3、NMR 通常应用哪些参量?各有何应用？

1、说明X 射线用于解析蛋白质空间结构的原理。

X 射线衍射分析所依赖的基本原理是X 射线衍射现象

X 射线衍射现象利用X 射线的波长和晶体中原子的大小及原子间距同数量级的特性来分析晶体结构

当X 射线入射到样品晶体分子上，分子上的每个原子使X 射线发生散射，这些散射波之间相互叠加形成衍射图形

衍射图形能给出样品内部结构的许多资料

2、解析一个未知蛋白质空间结构的实验过程。

样品制备；蛋白质结晶和晶体生长；衍射数据收集和处理；位相求解；模型建立和修正

1、光学显微镜（暗场、相差、共聚焦）

利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息

2、电子显微镜（TEM、SEM）

电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。

3、扫描探针显微镜（AFM）

AFM 基于微探针与样品之间的原子力作用机制