生物化学问题集锦

生物化学问题集锦

2010-01-08

1. 酶为什么具有催化功能？

答：酶可以降低反应的活化能，使反应速度加快，降低活化能的因素有：（1）酶与底物的相互诱导结合产生结合能，包括反应物的商减少效应、脱溶剂效应、电子云的定向重排效应、酶对过渡态的稳定效应；（2）活性中心特殊基团的催化作用, 包括酸碱催化、共键催化、金属离子催化等。

2. 为什么糜蛋白酶（Chymotrypsin ）属于丝氨酸蛋白水解酶家族？你还知道那些丝氨酸蛋白水解酶以及蛋白水解酶家族？

答：糜蛋白酶活性中心的Ser 残基在蛋白质水解反应中起重要的催化作用——酸碱催化和共价催化。

其它丝氨酸蛋白酶如：trypsin （胰蛋白酶）， elastase （弹性蛋白酶），subtilisin （枯草杆菌蛋白酶），thrombin （凝血酶），plasmin （血纤维蛋白溶酶）等。其它蛋白水解酶家族：天冬氨酸（Asp ）蛋白水解酶家族，光氨酸（Cys ）蛋白水解酶家族，金属蛋白水解酶家族等.

3. 酶为什么具有最适催化温度和pH 值？

答：最适温度：温度的升高可以使任何化学反应的速度加快；过高的温度会使酶的构象变化，使酶的催化能力降低，矛盾双方的调和使酶有一个最佳的催化温度。

最适pH 值：酶的酸碱或共价催化需要催化基团处于质子化或脱质子化状态，对pH 有依赖性；同时pH 的变化对稳定酶构象的相互作用，特别是静电相互作用有较大影响。上述因素的综合，会使酶有一个最佳的催化pH 值。

4. 糜蛋白酶的催化动力学曲线与肌红蛋白的氧合曲线类似；天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase ）是一个变构酶，它的催化动力学曲线是否与血红蛋白的氧合曲线类似，为什么？ 答：类似。

理由：ATCase 和血红蛋白都属于寡聚体变构（别构）蛋白，它们包含多个与底物/效应物结合位点；某一结合位点与底物/效应物的结合通过构象变化会影响（加强或减弱）到其它位点与底物/效应物的结合（变构效应）。它们的催化或结合动力学不遵从Michaelis-Menten 方程（双曲线），一般为S 形曲线。

5. 糜蛋白酶的一级结构及其激活过程如图所示，这个激活顺序能否颠倒？给出理由 答：不能颠倒。理由：可能糜蛋白酶原上只暴露有胰蛋白酶的切割位点（水解），而糜蛋白酶的切割位点尚未暴露；当胰蛋白酶对糜蛋白酶原进行切割后，结构会发生调整变化，才暴露出糜蛋白酶（ -Chymotrypsin, -Chymotrypsin ）的切割位点。

6. 对于人工酶（如环糊精）、核酶（RNA ）、抗体酶、同工酶、以及具有催化功能的脂类分子集合体等具有明显区别的概念或对象，你能用什么基本原理将他们统一在“催化”的旗帜下？给出理由

答：用酶的催化机理来统一。理由：这些对象虽然属于不同物质类别或分子整体结构大不相同，但他们一定有能与他们各自的底物相结合的活性中心，通过各种效应（参见答1）来完成催化功能，因此，酶不一定是蛋白质，只要是能提供执行催化机理的有序基团集合（即活性中心）的物质（分子）结构，就具有酶的功能。

7. 生物膜有哪些功能？

答：(1) 形成边界，使细胞与环境隔离；(2) 使细胞的内部结构分化，形成不同的功能分区；(3) 执行物质跨膜运输；(4) 执行对环境的信号转导；(5) 细胞和细胞的直接通讯。

8. 膜蛋白有哪些存在方式？

答：膜蛋白包括整合（跨膜）膜蛋白和外周膜蛋白。跨膜蛋白包括span -helix 和 -barrel 两种形式；外周蛋白与膜结合的方式有lipid linked ，lipid bound ，span-protein bound 。

9. 列举细胞膜的物质运输方式并分类 答：

10. 离子通道和泵的区别是什么？它们的工作是如何相关的？举例说明

答：区别：通道为被动运输，泵为主动运输；通道没有饱和性，泵有类似于酶与底物结合的饱和性。

工作相关：通道使跨膜离子梯度倾向于消失，而泵的作用使是建立跨膜离子梯度。例如，细胞膜内K 离子浓度大大高于膜外，而Na 离子浓度正好与此相反，K 离子通道和Na 离子通道的开关产生静息电位和动作电位，使K 离子和Na 离子浓度梯度趋于消失，而Na-K 泵则逆着浓度梯度使K 离子运入膜内，Na 离子运出膜外，维持膜两侧的K 离子和Na 离子浓度梯度。

关于信号转导的组题

1. 生物信号（Biosignaling ）有那些基本特征？

答：Specificity ，amplification ，Desensitization/Adaptation，Integration

2. 描述GTP-结合蛋白（G-蛋白）活化和失活的调节机制 （4分）

答：Ligand 同G 蛋白偶联受体结合，G 蛋白磷酸化，GDP 变为GTP 【1分】, α同βγ亚基分离，结合下游蛋白，发挥信号传导作用【1分】；当α亚基脱磷酸化，GTP 重新替换为GDP 【1分】， α同βγ亚基重新结合，恢复循环初始状态【1分】

3. 以G-蛋白偶联受体为例，描述细胞信号转导的基本要素、途径和产生细胞应答的机制（8分）

答：基本要素：受体，G 蛋白，产生第二信使的酶，第二信使及相应下游蛋白

途径及机制：以PKA 途径为例：Ligand 同G 蛋白偶联受体结合，G 蛋白磷酸化，GDP 变为GTP, α同βγ亚基分离，结合位于细胞膜上的腺苷酸环化酶（AC ），活化后的AC 催化AMP 环化为CAMP ，第二信使CAMP 再活化PKC 等蛋白激酶，进一步激活下游的信号传导途径，最终达到把信息传递给细胞质的目的蛋白或调节细胞核内目的基因表达的目的；当α亚基脱磷酸化，GTP 重新替换为GDP ， α同βγ亚基重新结合，恢复循环初始状态。同时，细胞内多种脱磷酸化及其它修饰机制有效对信号的传递过程产生反馈和控制作用。

4. 生物分子之间的相互作用是由其立体结构所决定的（Stereo-specific ），请从小生物分子（small bio-molecules ）的代谢和感觉系统（sensory systems ）中各举一个例子说明 （3分）

答：小生物分子的代谢（small bio-molecule）：氧与血红蛋白的结合是由其立体结构决定的，例如与之结构相似的一氧化碳也能竞争结合到血红蛋白上。感觉系统（sensory system ）：Rhodopsin （视紫红质），the photoreceptor in rod cell，changes structure from 11-cis-retinal into all-trans-retinal。

5. 举一个简单的例子，说明细胞信号转导异常与疾病发生的关系

答：编码Ras 蛋白－一种小分子G 蛋白的基因发生变异，细胞内信号传导途径改变，细胞增殖失去控制，往往是导致多种癌症发生的原因。

6. 为什么SDS 变性电泳可以估算蛋白质的分子量？

答：SDS 能够与蛋白质结合，导致蛋白质变性。不同蛋白质-SDS 复合物形状也相似，都呈椭圆状；大量SDS 的负电荷消除了不同种类蛋白质间的电荷符号的差异，蛋白分子越大结合的SDS 越多，各蛋白质-SDS 复合物的电荷密度（或荷质比）趋于一致；自由电泳时，它们的泳

动率基本相同，而在适宜浓度的聚丙烯酰胺凝胶介质中电泳时，由于凝胶的分子筛效应，电泳迁移率就取决于蛋白质-SDS 复合物的大小，也可以说是取决于蛋白质分子量的大小。

7．Mass spectroscopy在生物大分子研究中有什么应用？

答：MS 可以很高精度地测定生物大分子的分子量; 串联MS 可以用于DNA ；蛋白质测序。

8．根据二级结构的组成和排列可将蛋白质结构分为哪些类型？ 答All α ，all β ， α＋β ， α/β

9．蛋白质in vivo条件下的折叠有哪些辅助因子？

1. 答：Chaperone proteins/Molecular Chaperone ；Isomerases ，including protein disulfide isomerase (PDI) and Peptidyl prolyl isomerases (PPI) （分子伴侣，二硫键异构酶（PDIase 或PDI ）；肽基脯酰异构酶（或PPIase 或PPI ））

10．蛋白质在与其他分子的相互作用中发挥作用，这种相互作用有何特点？

答：Reversible ；Structural complementary ＆ specific；Structural dynamicness

11．哪些因素可以导致Hemoglobin 与O 2的亲和力增加？ 答：氧分压升高；pH 值升高；BPG 浓度降低

12．抗体的一般结构（包括结构域及可能的二硫键）。

答：“Y ”字型，轻链（L ）重链（H ）；不变区（C ）可变区（V ）；二硫键位置和数量正确

13．构成肌肉粗丝和细丝的蛋白分子有哪些，各有什么功能？

答：Myosinmolecule （肌球蛋白分子），构成粗肌丝，分子头部有ATP 结合位点和肌动蛋白结合位点；

Actin molecule（肌动蛋白分子），构成细肌丝主体；

Tropomyosin molecule （原肌球蛋白分子），覆盖或暴露细肌丝上肌球蛋白分子的结合位点； Troponin molecule （肌钙蛋白分子），与原肌球蛋白分子相连，通过与钙离子结合调控粗丝和细丝的结合与解离。

14．写出蛋白质氨基酸测序的基本步骤。 答：Step1: Analysis of aa composition；

Step2: Breaking disulfide bonds if existing； Step3: Cleaving large peptide into small； Step4: Sequencing of the small peptides；

Step5: Ordering the small peptides； Step6: Locating disulfide bonds if existing.

15．什么是酶催化的过渡态理论？列出你所知道的支持证据？ 答：① 酶与反应过度态结构的契合程度高于酶与底物的契合程度； ② 证据：对底物结构的修饰对Km 改变较小而Kcat 改变较大； 过度态类似物与酶的亲和力显著高于底物与酶的亲和力；抗体酶的成功.

16．酶的可逆抑制剂有几类？它们的抑制动力学各有何特点？

答： ① Competitive inhibitor（竞争性抑制剂），抑制剂浓度增加测得的Km 值增加，但Vmax 不变；

② Uncompetitive inhibitor（反竟争性抑制剂），抑制剂浓度增加，测得的Km 值和Vmax 都减小；

③ Mixed inhibitor（混合性抑制剂），抑制剂浓度增加，Km 值增加但Vmax 减小； ④ Noncompetitive inhibitor （非竞争性抑制剂），是混合性抑制剂的特殊类型，抑制剂浓度增加，Vmax 减小但Km 值不变。

17．酶在体内的活性是如何受到调控的？ 答：① Allosteric regulation（变构调节）； ② Covalent mo dification（共价修饰）； ③ Proteolytic cleavage（水解激活）；

④ Gene regulation: changing the amount of specific enzymes

18．淀粉与纤维素的结构有何区别？

答：① 淀粉的单体为 -D-glucose ，通过 1→4) 糖苷键连接，其三维结构为螺旋型； ② 纤维素的单体 -D-glucose ，通过 1→4) 糖苷键连接，其三维结构为直线型

19．细胞膜表面的Glycoprotein 和Glycolipid 有哪些生物学功能（细胞膜表面的寡（多）糖有何生物学功能 ）？

答：细胞表面的Glycoprotein 和Glycolipid 上的糖链可能是：病毒的受体；毒素的受体；细胞黏附分子；抗原„„

20．细胞内的DNA 可能会出现哪些异常结构，他们有什么生物学意义？

22．膜蛋白以哪些方式参与生物膜的构成？

答：① Peripheral membrane protein：lipid linked，lipid bound，protein bound； ② Integral membrane proteins ：single span α-helix ，multispan α-helix ，β-barrel 。

23．图示secondary active transport，uniport ，symport ，antiport.

24．Acetylcholine receptor通道是如何控制开关的（工作机制）？

25．K 离子通道是如何对通过的离子进行选择的？

26．膜电位是怎样控制Na ＋通道开关的（可图示并说明）？

27.Ca 2+泵和Na +-K +泵的异同点

答：相同点：跨膜蛋白，消耗ATP ，磷酸化，饱和性； 不同点：Ca 2+泵为uniport ，Na +-K +泵为antiport 。

28. 有那些氨基酸残基在蛋白质功能中发挥重要作用？列举三例. 答：Ser ，Thr ，Tyr ，His ，Lys ，Arg ，Glu ，Asp ，Gln ，Asn ，Cys

寡（多）糖与蛋白的O 连接和N 连接；作为酶酸碱催化中的质子供体或受体；蛋白质磷酸化等

29．为什么酶能降低反应的活化能？

答：酶可以降低反应的活化能，使反应速度加快，降低活化能的因素有：

酶与底物的相互诱导结合产生结合能，包括反应物的商减少效应、脱溶剂效应、电子云的定向重排效应、酶对过渡态的稳定效应；

＋

活性中心特殊基团的催化作用，包括酸碱催化、共价催化、金属离子催化等

30．根据肌肉收缩的分子机制，解释“尸僵”现象.

答：1. 粗肌丝由肌球蛋白分子构成，分子头部有ATP 结合位点和肌动蛋白结合位点，细肌丝主体由肌动蛋白分子构成；

2. 肌球蛋白分子没有与ATP 结合时，其肌动蛋白结合位点与肌动蛋白结合，当肌球蛋白结合ATP 时，其与肌动蛋白解离；

3. 人死若干小时后，体内的代谢停止不再产生ATP ，遗留的ATP 也被耗尽，导致粗丝和细丝结合不再解离---尸僵出现。

31. 朊病毒引起的疾病又称为“蛋白质构象病”，请从蛋白质折叠的热力学角度解释它的致病机理.

答：1. 蛋白质有无穷多构象，以横坐标表示其构象状态，纵坐标表示其自由能，则其稳定构象存在于全局最低点或局部极小点，一般认为天然功能蛋白的构象存在于最低点； 2. 朊病毒类蛋白有功能的构象可能只在某局部极小点而不是全局最低点，而无功能的构象可能处于另一某局部极小点，两种构象间的能垒较小，无功能构象容易诱导有功能构象向无功能构象转变；

3. 无功能构象蛋白易发生聚集沉淀，导致病变发生。

32. 有一多肽，其一级结构可能是直线式的也可能是闭环式的. 你如何尽可能简单地做出鉴别?

答：方案1：将多肽作适当变性，用羧肽酶水解多肽，然后以原样品做对照进行SDS-PAGE 电泳，若水解样品无条带或明显比原样品条带小，则说明多肽一级结构为直线型，否则为环形【此答案给4分，因为样品不能被水解，还可能其C 末端是Pro 或Arg 或Lys 】；

方案2：作酸水解然后分析其氨基酸组成，根据其组成选择用合适的蛋白水解酶水解（一次可能达不到目的），然后以原样品做对照进行SDS-PAGE 电泳。假设切点数为n （尽可能小），出现n 条带为环形结构，出现n+1条带为线形结构【直接使用此方案给6分】 方案3；先方案1，不行再方案2

33. 一级结构决定三维结构，那么如何理解三维结构相似（同）的同源蛋白一级结构的较大差别？

答：1. 一级结构相同则其高级结构一定相同，但其逆命题并不成立，高级结构相同并不要求一级结构一定相同；

2. 高级结构由维持其结构和功能的保守氨基酸及其保守氨基酸在一级结构中的位置决定；

3. 同源蛋白的高级结构相同（似），不要求他们的一级结构相同，只要求他们的保守氨基酸及其位置相同。 填空题：

2. pK 1、pK 2、pK R 分别代表氨基酸的α羧基、α氨基和侧链基团的解离情况，则Lys 的pI ＝ ，Glu 的pI ＝ . pI＝(pK2+pKR )/2 ; pI＝(pK1+pKR )/2

3. 维持蛋白质高级结构的非共价作用力包括氢键、 、 等. 疏水相互作用、静电相互作用（或盐键）、范德华力

4. 根据蛋白质的二级结构组成，可将其分为all β、all α、 、 四类. α+β；α/β

5. α角蛋白的二级结构是 ，含有大量带疏水侧链的氨基酸；同时，α角蛋白还含有丰富的极性侧链氨基酸 . α螺旋（或α-helix ）；半胱氨酸（Cys ）

6. 被解析晶体结构的第一个蛋白是 ，其辅基是 . 肌红蛋白（myoglobin ）；血红素（heme ）

7. 在抗体基本结构的标示中，H 和L 代表 ，V 和C 代表 . H—重链，L —轻链；C —不变区，V —可变区

8. 生物大分子结构测定的主要方法有 、 、电子显微镜等. X 射线晶体衍射（或X-ray ，X-ray crystallography等）；核磁共振（或NMR 等）

9. 酶在体内的活性调节方式有 、 、酶的切割激活等. 变构/别构调节（Allosteric regulation）；共价修饰调节（Covalent modification） 10. 11. 12. 13. 14. 15.

列举两个蛋白水解酶家族 、 . Ser 蛋白水解酶家族，Asp 蛋白水解酶家糖原和淀粉由葡萄糖通过 糖苷键连接；纤维素由葡萄糖 寡糖与蛋白的O 连接指 ，N 连接指 ；与Ser 或Thr 的侧链羟基O 连接；指示某段DNA 处于功能活动状态的特殊结构有Z-DNA 、 、 等. 三股链在Sanger 法DNA 自动测序中，荧光基团可以标记在 上或标记在 上. 双结构性脂类包括磷脂、糖脂和 ，有些磷脂、糖脂的骨架 族，Cys 蛋白水解酶家族

通过 糖苷键连接 . α(1-4)；β(1-4) 与Asn 的侧链酰胺基上的N 连接 （triple helix）；四股链（etraplex ）

脱氧核苷酸（ddNTP ）；引物的5’端（只写引物也给分）

不是甘油而是 ，因此这部分脂又被称为鞘脂. 固醇（Cholesterol ）；神经鞘氨醇（sphingosine ）