1  绪论

　　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（）、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―二硝基氟苯法、 Edman 降解法、丹磺酰氯法。

　　①―二硝基氟苯(DNFB 或 FDNB) 法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与―二硝基氟苯（― 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？

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： A α = T β， T α = A β， G α = C β， C α = G β，因为： (A α + G α )/ （ T α + C α） = (T β + C β )/ （ A β + G β） = 0.7 ， 所以互补链中（ A β + G β） / （ T β + C β） = 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 A α + T α = T β + A β， G α + C α = C β + G β，所以，（ A α + T α） / （ G α + C α） = （ A β + T β） / （ G β + C β） = 0.7 ；在整个 DNA 分子中，（ A α + T α + A β + T β） / （ G α +C α + G β +C β） = 2 （ A α + T α） /2 （ G α +C α） = 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 = 13 μ m 。

　　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 ，人体内所有体细胞的 DNA 的总长度为： 2.176m × 1014 = 2.176 × 1011km ，这个长度与太阳―地球之间距离（ 2.2 × 109 km ）相比为： 2.176 × 1011/2.2 × 109 = 99 倍，每个核苷酸重 1 × 10-18g/1000 = 10-21g ，所以，总 DNA  6.4 × 1023 × 10-21 = 6.4 × 102 = 640g 。

　　7．有一个 X 噬菌体突变体的 DNA 长度是 15 μ m ，而正常 X 噬菌体 DNA 的长度为 17 μ m ，计算突变体 DNA 中丢失掉多少碱基对？

　　解答：（17-15）× 103/0.34 = 5.88 × 103bp

　　8．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 10 11 ，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，酰胺 ) 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 在氯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。甲酰胺、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（如硝酸纤维素膜或尼龙膜）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，如新合成的片段序列为 -CCATCGTTGA- ，在 A 处随机中断链的合成，可得到 -CCA 和 -CCATCGTA 两种片段，在 G 处中断合成可得到 -CCATCG 和 -CCATCGTTG 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 ，新合成的 -CCA 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 rRNA 1 542 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。

   2．写出下列糖的结构式： -D- 葡萄糖 -1- 磷酸， 2- 脱氧 --D- 呋喃核糖， -D- 呋喃果糖， D- 甘油醛 -3- 磷酸，蔗糖，葡萄糖醛酸。

解答：略。

   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 , 将此双糖甲基化后再水解将得到 2,3,4,6- 四氧甲基 -D- 吡喃葡糖糖和 1,2,3,6- 四氧甲基 -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。将此双糖甲基化后再水解将得到 2,3,4,6- 四氧甲基 -D- 吡喃葡糖糖和 1,2,3,6- 四氧甲基 -D- 吡喃葡糖 , 糖基上只有自由羟基才能被甲基化，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：

　　

        (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 为酮糖，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 100?000 ，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。

　　

　　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 ―半乳糖胺

　　解答：略。

　　10 ．随着分子生物学的飞速发展，生命的奥秘正在逐渐被揭示。大量的研究已表明，各种错综复杂的生命现象的产生和疾病的形成过程均与糖蛋白的糖链有关。请阅读相关资料，列举你感兴趣的糖的生物学功能。

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（）、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、乙醇胺、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（少数磷脂酰乙醇胺）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)鞘糖脂是神经酰胺的 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性鞘糖脂。

   ①中性鞘糖脂：又称脑苷脂，是由神经酰胺的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、乙醚，溶于热乙醇、热丙酮、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，由神经酰胺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、乙醇胺、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。用氯仿-甲醇混合溶剂很容易将甘油磷脂从组织中提取出来。这类化合物又称为两性脂质或称极性脂质，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（少数为磷脂酰乙醇胺）组成。鞘磷脂为白色晶体，性质稳定，不溶于丙酮和乙醚，而溶于热乙醇中，具两性解离性质。

（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两性分子。

　　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，易溶于乙醚、氯仿、苯、丙酮、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。胆固醇的氯仿溶液与醋酸酐和浓硫酸反应，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、乙醚．溶于热乙醇、热丙酮、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，不溶于乙醚、丙酮，微溶于乙醇，易溶于氯仿和乙醇的混合液。

　　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两性分子。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（ succinyl-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：

　　　　　　　　

（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/ (mmol× L-1 × min-1) 　　[I] = 0 　　[I] = 10 mmol/L 　　20 　　5.263 　　3.999 　　15 　　5.001 　　3.636 　　10 　　4.762 　　3.222 　　5 　　4.264 　　2.115 　　2.5 　　3.333 　　1.316 　　1.6 　　2.77 　　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/L Km/(mmol× L-1) 1.643 8.244 Vmax/(mmol× L-1 × min-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：

其中a = 1+[I]/Ki = 3，则

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

因此

Km = (a-2)[S]

如果KI在数值上等于 IC50 ，则 a = 2 ， a-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 b ―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、 a ―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 a ―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 ? （   ）

      A． -CHO          B ． CO2         C ．     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  H2O + NAD+

试计算反应的、。

解答：在呼吸链中各电子对标准氧化还原电位的不同, 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 :

　　

　　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, 为电位差值。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-FMNNAD++E-FMNH2

　　（2） E-FMNH2+2Fe3+E-FMN+2Fe2++2H+

     (3) 2Fe2++2H++Q2Fe3++QH2

　　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 　　电子供体 电子受体 还原剂 氧化剂 （1）

（2）

（3） 　　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Δ E 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Δ E( 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+ FAD + NADH + H+

　　(2) 琥珀酸 + FAD 延胡索酸 + FADH2

　　(3) β - 羟丁酸 + NAD+ 乙酰乙酸 + NADH + H+

解答：（3）可按反应方向进行。

FAD+2H++2e-→ FADH2 -0.18 延胡索酸+2H++2e-→琥珀酸 -0.031 乙酰乙酸+2H++2e-→β - 羟丁酸 -0.346 NAD++2H++2e-→ NADH -0.32 　　(1)FADH2 + NAD+ FAD + NADH + H+

       = -0.32-（ -0.18 ） = -0.14     反应不能进行。

　　(2)琥珀酸 + FAD 延胡索酸 + FADH2

       = -0.18-（ -0.031 ） = -0.15    反应不能进行。

　　(3)β - 羟丁酸 + NAD+ 乙酰乙酸 + NADH + H+

       = -0.32-（ -0.346 ） = 0.026    反应能进行。

　　8．已知共轭氧化还原对 NAD+/NADH 和丙酮酸 / 乳酸的 E0( 分别为 -0.32V 和 -0.19V ，试问：

　　(1) 哪个共轭氧化还原对失去电子的能力大 ?

　　(2) 哪个共轭氧化还原对是更强的氧化剂 ?

　　(3) 如果各反应物的浓度都为 lmol/L, 在 pH =7.0 和 25 ℃时 , 下面反应的是多少 ?

　　 丙酮酸 + NADH + H+ 乳酸 +NAD+

　 解答：

　　　(1) 氧化还原电位 E0 的数值愈低 , 即供电子的倾向愈大 , 愈易成为还原剂 , 所以 NAD+/NADH 氧化还原对失去电子的能力强；

（2）丙酮酸 / 乳酸氧化还原对的氧化还原电位 E0 的数值较高，得到电子的能力较强，是更强的氧化剂；

　　　(3) 根据公式 G( θ =-nF Δ E( θ计算， G( θ =-26 kJ/mol 。

9 糖代谢  

　　1．假设细胞匀浆中存在代谢所需要的酶和辅酶等必需条件 , 若葡萄糖的 C-1 处用 14C 标记 , 那么在下列代谢产物中能否找到 14C 标记。

　　（1） CO2 ；（ 2 ）乳酸；（ 3 ）丙氨酸。

　　解答：

　　（1）能找到 14C 标记的 CO2      葡萄糖→→丙酮酸 (*C1) →氧化脱羧生成标记的 CO2 。   

　　（2）能找到 14C 标记的乳酸   丙酮酸 (*C1) 加 NADH+H+ 还原成乳酸。

　　（3）能找到 14C 标记的丙氨酸  丙酮酸 (*C1) 加谷氨酸在谷丙转氨酶作用下生成 14C 标记的丙氨酸。

　　2．某糖原分子生成 n 个葡糖 -1- 磷酸，该糖原可能有多少个分支及多少个α - （ 1-6 ）糖苷键（ * 设：糖原与磷酸化酶一次性作用生成） ? 如果从糖原开始计算， lmol 葡萄糖彻底氧化为 CO2 和 H2O ，将净生成多少 mol?ATP?

　　解答：经磷酸化酶作用于糖原的非还原末端产生n个葡萄糖 -1- 磷酸 , 则该糖原可能有 n+1 个分支及 n+1 个α - （ 1-6 ）糖苷键。如果从糖原开始计算， lmol 葡萄糖彻底氧化为 CO2 和 H2O, 将净生成 33molATP 。

　　3．试说明葡萄糖至丙酮酸的代谢途径 , 在有氧与无氧条件下有何主要区别 ?

　　解答：(1) 葡萄糖至丙酮酸阶段，只有甘油醛 -3- 磷酸脱氢产生 NADH+H+ 。 NADH+H+ 代谢去路不同 , 在无氧条件下去还原丙酮酸 ; 在有氧条件下 , 进入呼吸链。

　　(2) 生成 ATP 的数量不同 , 净生成 2mol ATP; 有氧条件下净生成 7mol ATP 。

　　葡萄糖至丙酮酸阶段，在无氧条件下，经底物磷酸化可生成4mol ATP（甘油酸 -1,3- 二磷酸生成甘油酸 -3- 磷酸，甘油酸 -2- 磷酸经烯醇丙酮酸磷酸生成丙酮酸），葡萄糖至葡糖 -6- 磷酸，果糖 -6- 磷酸至果糖二磷酸分别消耗了 1mol ATP, 在无氧条件下净生成 2mol ATP 。在有氧条件下，甘油醛 -3- 磷酸脱氢产生 NADH+H+ 进入呼吸链将生成 2 × 2.5mol ATP ，所以净生成 7mol ATP 。

　　4． O2 没有直接参与三羧酸循环 , 但没有 O2 的存在 , 三羧酸循环就不能进行 , 为什么 ? 丙二酸对三羧酸循环有何作用 ?

　　解答：三羧酸循环所产生的3个 NADH+H+ 和 1 个 FADH2 需进入呼吸链，将 H+ 和电子传递给 O2 生成 H2O 。没有 O2 将造成 NADH+H+ 和 FADH2 的积累，而影响三羧酸循环的进行。丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竟争性抑制剂，加入丙二酸会使三羧酸循环受阻。

　　5．患脚气病病人丙酮酸与α - 酮戊二酸含量比正常人高（尤其是吃富含葡萄糖的食物后），请说明其理由。

　　解答：因为催化丙酮酸与α- 酮戊二酸氧化脱羧的酶系需要 TPP 作酶的辅因子 , TPP 是 VB1 的衍生物 , 患脚气病病人缺 VB1, 丙酮酸与α - 酮戊二酸氧化受阻 , 因而含量比正常人高。

　　6．油料作物种子萌发时 , 脂肪减少糖増加，利用生化机制解释该现象，写出所经历的主要生化反应历程。

　　解答：油料作物种子萠发时,脂肪减少，糖増加 , 表明脂肪转化成了糖。转化途径是 : 脂肪酸氧化分解成乙酰辅酶 A, 乙酰辅酶 A 经乙醛酸循环中的异柠檬酸裂解酶与苹果酸合成酶催化 , 生成草酰乙酸 , 再经糖异生转化为糖。

　　7．激烈运动后人们会感到肌肉酸痛 , 几天后酸痛感会消失 . 利用生化机制解释该现象。

　　解答：激烈运动时, 肌肉组织中氧气供应不足 , 酵解作用加强 , 生成大量的乳酸 , 会感到肌肉酸痛 , 经过代谢 , 乳酸可转变成葡萄糖等其他物质 , 或彻底氧化为 CO2 和 H2O, 因乳酸含量减少酸痛感会消失。

　　8．写出 UDPG 的结构式。以葡萄糖为原料合成糖原时 , 每增加一个糖残基将消耗多少 ATP?

　　解答：以葡萄糖为原料合成糖原时 , 每增加一个糖残基将消耗 3molATP 。过程如下：

　　(激酶催化 ),

　　(己糖磷酸异构酶催化 ),

　　(UDPG焦磷酸化酶催化 ),

　　再在糖原合成酶催化下，UDPG将葡萄糖残基加到糖原引物非还原端形成α -1,4- 糖苷键。

　　9．在一个具有全部细胞功能的哺乳动物细胞匀浆中分别加入 1mol 下列不同的底物 , 每种底物完全被氧化为 CO2 和 H2O 时，将产生多少摩尔 ?ATP 分子 ?

　　(1) 丙酮酸    （ 2 ）烯醇丙酮酸磷酸     (3) 乳酸        (4) 果糖 -l ， 6- 二磷酸

（5）二羟丙酮磷酸        (6) 草酰琥珀酸

　　解答：(1) 丙酮酸被氧化为 CO2 和 H2O 时，将产生 12.5mol ATP ；

　　(2）磷酸烯醇式丙酮酸被氧化为 CO2 和 H2O 时，将产生 13.5mol ATP ；

　　(3) 乳酸被氧化为 CO2 和 H2O 时，将产生 15mol ATP ；

　　(4) 果糖二磷酸被氧化为 CO2 和 H2O 时，将产生 34mol ATP ；

　　(5) 二羟丙酮磷酸被氧化为 CO2 和 H2O 时，将产生 17mol ATP ；

　　(6)草酰琥珀酸被氧化为 CO2 和 H2O 时，将产生 20mol ATP 。

10   脂质的代谢

　　1．脂肪是如何分解和合成的 ?  

解答：生物体利用三酰甘油是通过脂肪酶水解三酰甘油生成甘油与脂肪酸。甘油和脂肪酸在组织内进一步氧化生成 CO2、水及能量。合成脂肪所需的甘油 -3- 磷酸可由糖酵解产生的二羟丙酮磷酸还原而成，亦可由脂肪动员产生的甘油经脂肪组织外的甘油激酶催化与 ATP 作用而成。脂肪酸经活化生成的脂酰辅酶 A 与甘油 -3- 磷酸缩合生成磷脂酸；二羟丙酮磷酸也能与脂酰 CoA 作用生成脂酰二羟丙酮磷酸，然后还原生成溶血磷脂酸，溶血磷脂酸和脂酰 CoA 作用可生成磷脂酸。磷脂酸在磷脂酸磷酸酶作用生成二酰甘油及磷酸。二酰甘油与另一分子的脂酰 CoA 缩合即生成三酰甘油。

　　详见10.2和 10.3 节。

　　2．什么是β - 氧化？ 1mol 硬脂酸彻底氧化可净产生多摩尔 ATP?

解答：脂肪酸氧化作用是发生在 β碳原子上，逐步将碳原子成对地从脂肪酸链上切下，这个作用即β- 氧化。它经历了脱氢（辅酶 FAD ），加水，再脱氢 ( 辅酶 NAD+) ，硫解四步骤，从脂肪酸链上分解下一分子乙酰 CoA 。 1mol 硬脂酸（十八碳饱和脂肪酸）彻底氧化可净产生 120mol 摩尔 ATP 。 1.5 × 8+2.5 × 8+10 × 9-2=12+20+90-2=120 mol ATP 。

详见10.2.2中的 " 脂肪酸β - 氧化过程中的能量转变 " 。

　　3．脂肪酸除β - 氧化途径外，还有哪些氧化途径 ?

解答：脂肪酸除主要进行β- 氧化作用外，还可进行另两种方式的氧化，即α - 氧化与ω - 氧化。

在α- 氧化途径中长链脂肪酸的α - 碳在加单氧酶的催化下氧化成羟基生成α - 羟脂酸。羟脂酸可转变为酮酸，然后氧化脱羧转变为少一个碳原子的脂肪酸。此外脂肪酸的末端甲基 ( ω - 端 ) 可经氧化作用后转变为ω - 羟脂酸，然后再氧化成 - 二羧酸进行β - 氧化，此途径称为ω - 氧化。含奇数碳原子的脂肪酸也可进行β - 氧化 , 但最后一轮，产物是丙酰 CoA 和乙酰 CoA 。丙酰 CoA 经代谢生成琥珀酰 CoA 。也可以经其他代谢途径转变成乳酸及乙酰 CoA 进行氧化。

详见10.2.3中的 " 奇数碳链脂肪酸的氧化 " 和 10.2.3 中的 " α - 氧化和ω - 氧化 " 。

　　4． C16:1 与相同碳原子数的饱和脂肪酸氧化途径有何区别 ?

　　解答：几乎所有生物体的不饱和脂肪酸都只含有顺式双键,且多在第 9 位 , 而β - 氧化中的△ 2- 反烯脂酰 CoA 水化酶和β - 羟脂酰 CoA 脱氢酶具有高度立体异构专一性 , 所以不饱和脂肪酸的氧化除要有β - 氧化的全部酶外 , 还需要△ 3- 顺 , △ 2- 反烯脂酰 CoA 异构酶和△ 2- 反，△ 4- 顺二烯脂酰 CoA 还原酶。详见 10.2.2.5" 不饱和脂肪酸的氧化 " 。不饱和脂肪酸 C16:1 比相同碳原子数的饱和脂肪酸少生成 1.5 个 ATP 。

　　5．酮体是如何产生和氧化的 ? 为什么肝中产生的酮体要在肝外组织才能被利用 '

解答：丙酮、乙酰乙酸、β- 羟丁酸在医学上称为酮体，其如何产生和氧化详见 10.2.4.1 " 酮体的生成 " 和 10.2.4.2 " 酮体的氧化 " 。肝产生的酮体要在肝外组织才能被利用，是因为肝中有活力很强的生成酮体的酶，但缺少利用酮体的酶。

　　6．脂肪酸是如何进行生物合成的 ?

解答：详见 10.3.2"脂肪酸的生物合成 " 。

　　7． 1mol 三辛脂酰甘油在生物体内分解成 CO2 和 H2O 时，可净产生多少摩尔 ATP?

解答：1mol三辛脂酰甘油在生物体内加 H2O 分解成 1mol 甘油和 3mol 辛酸。甘油氧化成 CO2 和 H2O 时，可净产生 18.5mol ATP ， 3mol 辛酸经 3 次β - 氧化，生成 4mol 乙酰 CoA 。 3mol 辛酸： 3 ×【 1.5 × 3+2.5 × 3+10 × 4-2 】 =150mol ATP ， 1mol 三辛脂酰甘油可净产生 168.5mol ATP 。

　　8．试以磷脂酰胆碱为例叙述磷脂合成和分解的途径。

解答：磷脂酰胆碱的合成详见10.4节，分解见 10.1.2" 磷脂的酶促水解 " 。

　　9．胆固醇在体内是如何生成、转化和排泄的 ?

解答：详见10.5节。

11     蛋白质分解和氨基酸代谢

　　1．蛋白质在细胞内不断地降解又合成有何生物学意义 ?

解答：细胞不停地将氨基酸合成蛋白质，并又将蛋白质降解为氨基酸。这种看似浪费的过程对于生命活动是非常必要的。首先可去除那些不正常的蛋白质，它们的积累对细胞有害。其次，通过降解多余的酶和调节蛋白来调节物质在细胞中的代谢。研究表明降解最迅速的酶都位于重要的代谢调控位点上，这样细胞才能有效地应答环境变化和代谢的需求。另外细胞也可以蛋白质的形式贮存养分，在代谢需要时将其降解产生能量供机体需要。

　　2．何谓氨基酸代谢库 ?

解答：所谓氨基酸代谢库即指体内氨基酸的总量。

　　3．氨基酸脱氨基作用有哪几种方式 ? 为什么说联合脱氨基作用是生物体主要的脱氨基方式 ?

解答：氨基酸的脱氨基作用主要有氧化脱氨基作用、转氨基作用、联合脱氨基作用和非氧化脱氨基作用。生物体内 L-氨基酸氧化酶活力不高，而 L- 谷氨酸脱氢酶的活力却很强，转氨酶虽普遍存在，但转氨酶的作用仅仅使氨基酸的氨基发生转移并不能使氨基酸真正脱去氨基。故一般认为 L- 氨基酸在体内往往不是直接氧化脱去氨基，主要以联合脱氨基的方式脱氨。详见 11.2.1 氨基酸的脱氨基作用。

　　4．试述磷酸吡哆醛在转氨基过程中的作用。

解答：转氨酶的种类虽多，但其辅酶只有一种，即吡哆醛-5(- 磷酸，它是维生素 B6 的磷酸酯。吡哆醛 -5(- 磷酸能接受氨基酸分子中的氨基而变成吡哆胺 -5(- 磷酸，同时氨基酸则变成α - 酮酸。吡哆胺 -5(- 磷酸再将其氨基转移给另一分子α - 酮酸，生成另一种氨基酸，而其本身又变成吡哆醛 -5(- 磷酸，吡哆醛 -5(- 磷酸在转氨基作用中起到转移氨基的作用。

　　5．假如给因氨中毒导致肝昏迷的病人注射鸟氨酸、谷氨酸和抗生素，请解释注射这几种物质的用意何在 ?

解答：人和哺乳类动物是在肝中依靠鸟氨酸循环将氨转变为无毒的尿素。鸟氨酸作为C和 N 的载体，可以促进鸟氨酸循环。谷氨酸可以和氨生成无毒的谷氨酰胺。抗生素可以抑制肠道微生物的生长，减少氨的生成。

　　6．什么是鸟氨酸循环，有何实验依据 ? 合成 lmol 尿素消耗多少高能磷酸键 ?

解答：尿素的合成不是一步完成，而是通过鸟氨酸循环的过程形成的。此循环可分成三个阶段：第一阶段为鸟氨酸与二氧化碳和氨作用，合成瓜氨酸。第二阶段为瓜氨酸与氨作用，合成精氨酸。第三阶段精氨酸被肝中精氨酸酶水解产生尿素和重新放出鸟氨酸。反应从鸟氨酸开始，结果又重新产生鸟氨酸，形成一个循环，故称鸟氨酸循环 (又称尿素循环 ) 。合成 1mol 尿素需消耗 4mol 高能键。

详见11.2.3"①排泄 " 和 " （ 2 ）尿素的生成机制和鸟氨酸循环 " 。

　　7．什么是生糖氨基酸、生酮氨基酸、生酮兼生糖氨基酸？为什么说三羧酸循环是代谢的中心 ? 你是如何理解的 ?

解答：在体内可以转变为糖的氨基酸称为生糖氨基酸，其按糖代谢途径进行代谢；能转变成酮体的氨基酸称为生酮氨基酸，其按脂肪酸代谢途径进行代谢；二者兼有的称为生糖兼生酮氨基酸，部分按糖代谢，部分按脂肪酸代谢途径进行。一般说，生糖氨基酸分解的中间产物大都是糖代谢过程中的丙酮酸、草酰乙酸、 α- 酮戊二酸，琥珀酰 CoA 或者与这几种物质有关的化合物。生酮氨基酸的代谢产物为乙酰辅酶 A 或乙酰乙酸。在绝大多数生物体内，三羧酸循环是糖、脂肪、蛋白质、氨基酸等物质的共同分解途径。另一方面三羧酸循环中的许多中间体如α - 酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、苹果酸、草酰乙酸等又是生物体各物质合成的共同前体。因此三羧酸循环是各物质代谢的中心。

　　8．什么是必需氨基酸和非必需氨基酸 ?

解答：生物体自身不能合成必需由食物供给的氨基酸为必需氨基酸。如成年人体不能合成苏氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸等8 种氨基酸，此 8 种氨基酸称为必需氨基酸，缺少其中任一种都将影响生物体内蛋白质的合成。而生物体自身能合成的氨基酸为非必需氨基酸。

　　9．何谓一碳单位？它与氨基酸代谢有何联系 ?

解答：生物化学中将具有一个碳原子的基团称为一碳单位。在物质代谢过程中常遇到一碳基团从一个化合物转移到另一个化合物的分子上去，而一碳单位的载体往往为四氢叶酸，体内一碳单位的产生与下列氨基酸代谢有关。

甘氨酸、丝氨酸的分解反应可产生N5， N10- 亚甲基四氢叶酸，组氨酸降解为谷氨酸的过程中可以形成 N5- 亚氨甲基四氢叶酸，苏氨酸在代谢过程中可产生甘氨酸所以也能生成 N5 ， N10- 亚甲基四氢叶酸。另外甲硫氨酸也是体内重要的甲基化试剂，可以为很多化合物提供甲基。详见 11.3.2" 氨基酸代谢与一碳单位 " 。

　　10．氨基酸生物合成途径可分为哪几种衍生类型？

解答：不同氨基酸生物合成途径不同，但许多氨基酸生物合成都与机体内的几个主要代谢途径相关。因此，可将氨基酸生物合成相关代谢途径的中间产物，看作氨基酸生物合成的起始物，并以此起始物不同划分为六大类型： ①α- 酮戊二酸衍生类型，②草酰乙酸衍生类型，③丙酮酸衍生类型，④甘油酸 -3- 磷酸衍生类型，⑤赤藓糖 -4- 磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍生类型，⑥组氨酸生物合成。详见 11.3.1" 氨基酸合成途径的类型 " 。

　　11． 1 分子丙氨酸在哺乳动物体内彻底氧化可净生成多少 ATP ？

解答：丙氨酸通过转氨基作用将氨基转给α- 酮戊二酸产生丙酮酸和谷氨酸。丙酮酸经过氧化脱羧形成乙酰 CoA 和 NADH 。 1 分子乙酰 CoA 在细胞内彻底氧化可产生 10 分子的 ATP ， 1 分子 NADH 通过呼吸链的氧化可产生 2.5 分子 ATP 。谷氨酸在谷氨酸脱氢酶的催化下形成 1 分子 NADH 、 1 分子α - 酮戊二酸和 1 分子 NH4+ 。 2 分子 NH4+ 在哺乳动物体内经过尿素循环转变成尿素需要消耗 4 分子 ATP 。因此 1 分子丙氨酸在哺乳动物体内被彻底氧化可净产生 12.5+2.5-2=13 分子的 ATP 。如果是鱼类，则脱下的氨基可直接排出体外，不需要消耗 ATP ，那么就可净产生 15 分子的 ATP 。

　　12．给哺乳动物喂食 15N 标记的丙氨酸，能否在动物体内找到 15N 标记的苏氨酸、赖氨酸和谷氨酸？

　　解答：在动物体内可以找到15N标记的谷氨酸， 15N 标记的丙氨酸与α - 酮戊二酸在谷丙转氨酶的作用下生成谷氨酸和丙酮酸。苏氨酸和赖氨酸是由食物供给的必需氨基酸，动物体自身不能合成。

12  核苷酸代谢

　　1．你如何解释以下现象：细菌调节嘧啶核苷酸合成的酶是天冬氨酸 - 氨基甲酰转移酶，而人类调节嘧啶核苷酸合成的酶主要是氨基甲酰磷酸合成酶。

　　解答： 氨基甲酰磷酸合成酶参与两种物质的合成，嘧啶核苷酸的合成和精氨酸的合成。在细菌体内，这两种物质的合成发生在相同的部位（细菌无细胞器的分化），如果调节嘧啶核苷酸合成的酶是此酶的话，对嘧啶核苷酸合成的控制将会影响到精氨酸的正常合成。而人体细胞内有两种氨基甲酰磷酸合成酶，即定位于线粒体内的氨基甲酰磷酸合成酶 Ⅰ和定位于细胞质内的氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ，它们分别参与尿素循环（精氨酸合成），嘧啶核苷酸的合成。

　　2．假如细胞中存在合成核苷酸的全部前体物质，① 从核糖 -5- 磷酸合成 1mol 腺苷酸需要消耗多少摩尔 ATP ？② 如果用补救途径合成 1mol 腺苷酸，细胞可节省多少摩尔 ATP ？

　　解答：① 从核糖-5- 磷酸合成磷酸核糖焦磷酸（ PRPP ）时，需要将 1mol 焦磷酸基团从 ATP 转移到核糖 -5- 磷酸分子上去，在合成 IMP 途径的后续步骤中，该焦磷酸被释放并迅速水解生成 2mol Pi ，相当于消耗 2mol ATP 。随后在生成甘氨酰胺核苷酸、甲酰甘氨咪唑核苷酸、 5- 氨基咪唑核苷酸和甲酰胺核苷酸四步反应中，各有 1mol ATP 的消耗，生成了 IMP 。在 IMP 转化成腺苷酸时，由腺苷琥珀酸合成酶催化的反应又另外消耗 1mol GTP 。所以，从核糖 -5- 磷酸合成 1mol 腺苷酸需要消耗 7mol ATP 。② 补救途径合成腺苷酸反应为：腺嘌呤 + 核糖 -5- 磷酸 → 腺苷 +Pi ，腺苷 +  ATP → AMP + ADP , 可见从腺嘌呤补救途径合成 1mol 腺苷酸只消耗 1mol ATP ，比从头合成核糖 -5- 磷酸节省 6mol ATP 。

　　3．使用放射性标记的尿苷酸可标记 DNA 分子中所有的嘧啶碱基，而使用次黄苷酸可标记 DNA 分子中所有的嘌呤碱基，试解释以上的结果。

　　解答：使用放射性标记尿苷酸后，尿苷酸（UMP）→ UDP → CTP → CDP → dCDP → dCTP ； UDP → dUDP → dUMP → dTMP → dTDP → dTTP 。放射性标记次黄苷酸后，次黄苷酸（ IMP ）→ GMP → GDP → dGDP → dGTP ；次黄苷酸（ IMP ）→腺苷琥珀酸→ AMP → ADP → dADP → dATP 。

　　4．为便于筛选经抗原免疫的 B 细胞和肿瘤细胞的融合细胞，选用次黄嘌呤 - 鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷 (HGPRT-) 的肿瘤细胞和正常 B 细胞融合后在 HAT( 次黄嘌呤 - 氨甲蝶呤 - 胞苷 ) 选择培养基中培养，此时只有融合细胞才能生长和繁殖，请解释选择原理。

　　解答：细胞内核苷酸合成有两条途径，一是从头合成途径，另一条是补救途径。对于B细胞，由于不能在培养基上繁殖，所以未融合的 B 细胞不能在培养基上繁殖。对于肿瘤细胞，因为是 HGPRT 缺陷型，因而它不能通过补救途径合成核苷酸。又因为选择性培养基 HAT 中含氨甲蝶呤，它是叶酸的拮抗剂，叶酸是嘌呤和嘧啶核苷酸从头合成途径中转移一碳单位的辅酶（四氢叶酸）的来源，所以氨甲蝶呤抑制了核苷酸的从头合成途径，这样未融合的肿瘤细胞也不能在选择性培养基上生长和繁殖，只有融合细胞具有了双亲的遗传性，才能在 HAT 选择性培养基中利用补救途径合成核苷酸，从而生长和繁殖。

　　5．简述 5- 氟尿嘧啶 (5-Fura) 、 6- 巯基嘌呤在体内的代谢去向，试解释它们为何能抑制 DNA 的复制。

　　解答：5-溴尿嘧啶是胸腺嘧啶的结构类似物。它进入人体后，可转化成 5- 溴脱氧尿苷酸（ BrdUMP ），进一步生成 5- 溴脱氧尿苷二磷酸（ BrdUDP ）和 5- 溴脱氧尿苷三磷酸（ BrdUTP ）， BrdUTP 作为 dTTP 的类似物可掺入到新合成的 DNA 链中。但它又可作为一种假的负反馈抑制剂抑制 CDP 的还原，从而抑制 DNA 的合成。因为 dTTP 作为 NDP 还原酶的变构抑制剂可抑制 CDP 的还原，具有类似的效应。 CDP 还原的抑制影响到 DNA 前体 dCTP 的产生。 6- 巯基嘌呤是次黄嘌呤的结构类似物。它进入人体后，在次黄嘌呤 - 鸟嘌呤磷酸核糖转移酶催化下发生下列反应： 6- 巯基嘌呤 + PRPP → 6- 巯基嘌呤核苷酸，可抑制磷酸核糖焦磷酸激酶和磷酸核糖氨基转移酶，使 PRPP 和 5(- 磷酸核糖胺的合成受阻。同时 6- 巯基嘌呤核苷酸还可抑制次黄苷酸（ IMP ）进一步合成 AMP 、 GMP ，从而使核酸的合成受阻。

　　6．人体次黄嘌呤―鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 (HGPRT) 缺陷会引起核苷酸代谢发生怎样的变化？其生理生化机制是什么？

　　解答：次黄嘌呤- 鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶是催化次黄嘌呤、鸟嘌呤补救合成的一种重要的酶。正常情况下嘌呤核苷酸从头合成途径和补救合成途径是平衡的，次黄嘌呤 - 鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶缺陷后，嘌呤补救合成停止了，会使嘌呤核苷酸从头合成的底物堆积，尤其是磷酸核糖焦磷酸（ PRPP ），高水平的 PRPP 导致嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸过量生成。由于嘌呤核苷酸的从头合成是在 PRPP 基础上进行的，因而 HGPRT 缺陷对嘌呤核苷酸合成影响更大。高水平的嘌呤核苷酸进而促使它的分解加强，结果导致血液中尿酸的堆积。过量尿酸将导致自毁容貌症，又称 Lesch-Nyhan 综合征。

　　7．用氘标记胞苷的嘧啶碱基，用 14C 标记胞苷的核糖部分，用标记好的胞苷注射动物。经过一段时间后，从动物组织中除了分离出游离的带有标记的核糖和胞嘧啶，同时还发现分离出的 DNA 分子中含有带标记的脱氧胞苷酸，从这些实验事实中你可得到什么结论？

　　解答：从这些实验事实中可以看出，嘧啶化合物与其他代谢物一样在体内处于不断的分解和合成中。胞苷进入体内后可经过合成代谢转变为胞苷酸和脱氧胞苷酸，后者可进一步转变成 dCDP和 dCTP 而掺入 DNA 分子中。胞苷也可经分解代谢产生胞嘧啶和核糖。从这些结果促使人们去研究核苷酸在体内是如何转变成脱氧核苷酸的？核苷酸还原酶的发现使这一问题得到了答案，原来核苷酸还原酶能够以核苷二磷酸为底物，催化核苷二磷酸转变为脱氧核苷二磷酸。

13  DNA的生物合成

　　1．生物的遗传信息如何由亲代传递给子代？

　　解答：生物的遗传信息表现为特定的核苷酸排列顺序，通过DNA 的复制和细胞分裂由亲代细胞传递给子代细胞。进行有性生殖的多细胞生物形成性细胞时，通过减数分裂，使性细胞形成单倍体，在受精过程中形成的双倍体细胞中，一半染色体来自父亲，另一半染色体来自母亲，从而实现了遗传信息从亲代到子代的传递。

　　2．何谓 DNA 的半保留复制？是否所有 DNA 的复制都以半保留的方式进行？

　　解答：DNA的半保留复制指新合成的 DNA 双链中，有一条链是来自亲代的，另一条链是新合成的。半保留复制的方式只适用于双链分子，单链 DNA 分子要转化成双链的复制型 DNA ，再以半保留方式复制。

　　3．若使 15N 标记的大肠杆菌在 14N 培养基中生长三代，提取 DNA ，并用平衡沉降法测定 DNA 密度，其 14N-DNA 分子与 14N-15N 杂合 DNA 分子之比应为多少？

　　解答：15N标记的大肠杆菌利用培养基中的 14N 合成 DNA ，第一代 DNA 双链都是 14N-15N 杂合 DNA 分子。第二代分别是以第一代中的 14N 和 15N 链作为母链合成新的 DNA ，所以 14N-DNA 分子与 14N-15N 杂合 DNA 分子之比为 1 ： 1 。第三代中的 14N 和 15N 母链的分子之比是 3:1 ，所以 14N-DNA 分子与 14N-15N 杂合 DNA 分子之比应为 3:1 。

　　4．已知 DNA 的序列为：

　　W: 5′ -AGCTGGTCAATGAACTGGCGTTAACGTTAAACGTTTCCCAG-3 ′

　　C: 3′ -TCGACCAGTTACTTGACCGCAATTGCAATTTGCAAAGGGTC-5 ′   →

　　上链和下链分别用W和 C 表示，箭头表明 DNA 复制时复制叉移动方向。试问：① 哪条链是合成后随链的模板 ? ② 试管中存在单链 W ，要合成新的 C 链，需要加入哪些成分 ? ③ 如果需要合成的 C 链被 32P 标记，核苷三磷酸中的哪一个磷酸基团应带有 32P? ④ 如果箭头表明 DNA 的转录方向，哪一条链是合成 RNA 的模板 ?

　　 解答：① W 链；② DNA 聚合酶，引物， dNTP ， mg2+ ；③ α - 磷酸基团；④ C 链。

　　5．用什么实验可以证明 DNA 复制时存在许多小片段（冈崎片段）？

　　解答：用带标记的脱氧核苷三磷酸作为合成DNA的原料，经过一段时间后，加入碱溶液使合成停止，检查发现标记出现在大约 1000 个核苷酸的小片段 DNA 即冈崎片段上，追赶标记发现，这些带标记的小片段 DNA 很快能够连接成 DNA 长链，后来的研究发现， DNA 复制时，前导链是连续合成的，后随链需要先合成冈崎片段。

　　6．某哺乳动物的细胞中，每个细胞的 DNA 长 1.2m ，细胞生长周期中的 S 期约为 5h ，如果这种细胞 DNA 延长的速度与 E.coli 相同，即 16 μ m/min ，那么染色体复制时需要有多少复制叉同时运转？

解答：每个复制叉5h复制 DNA 片段的长度为 16 μ m/min × 300min = 4800 μ m 。每个细胞内 DNA 长 1.2m = 1.2 × 106 μ m ，染色体复制时应当有 1.2 × 106 μ m ÷ 4800 μ m = 250 个复制叉。

　　7． DNA 复制的精确性、持续性和协同性是通过怎样的机制实现的？

解答：DNA聚合酶Ⅲ具有复杂的亚基结构。其 3 ′→ 5 ′外切酶活性起到校对作用，不对称二聚体相互协调，两个β亚基形成滑动夹子，维持了 DNA 合成的持续性。复制叉有多种蛋白质协同作用，使 DNA 复制的各个环节能够协调进行。

　　8．真核生物 DNA 聚合酶有哪几种？它们的主要功能是什么？

解答：真核生物的DNA 聚合酶主要有α、β、γ、δ、ε五种，均具有 5 ′→ 3 ′聚合酶活性， DNA 聚合酶γ、δ和ε有 3 ′→ 5 ′外切酶活性， DNA 聚合酶α和β无外切酶活性。因此设想细胞核 DNA 复制时，在复制叉上由 DNA 聚合酶α / 引物酶合成 RNA 引物和一小段 DNA ， DNA 聚合酶δ或 DNA 聚合酶ε合成前导链和滞后链。不过目前尚不清楚两种酶哪个合成前导链，哪个合成后随链。 DNA 聚合酶β和ε主要起修复作用， DNA 聚合酶γ用于线粒体 DNA 的合成。近年又发现了多种参与修复的 DNA 聚合酶。

　　9． DNA 的复制过程可分为哪几个阶段？其主要特点是什么？

　　解答：DNA的复制过程分为三个阶段，各阶段的特点主要表现在复制体的变化。起始阶段，形成起始复合物；延伸阶段， DNA 聚合酶Ⅲ进行持续的 DNA 复制；终止阶段，复制体解聚，形成两个新的子代分子。

　　10．哪些因素能引起 DNA 损伤？生物体有哪些修复机制？

　　解答： 引起DNA损伤的途径有：生物因素如复制差错或病毒整合，物理因素如紫外线和电离辐射，化学因素如各种化学诱变剂。目前已知细胞有 5 种对 DNA 损伤的修复系统：错配修复、直接修复、切除修复、重组修复、易错修复（ SOS 修复）。

　　11．在大肠杆菌 DNA 分子进行同源重组的时候，形成的异源双螺旋允许含有某些错配的碱基对。为什么这些错配的碱基对不会被细胞内的错配修复系统排除？

　　解答：大肠杆菌在进行错配修复的时候，根据老链和新链的甲基化程度不同而识别出新链上错配的碱基，再将新链上错误的碱基切除，而不会切掉旧链上正确的碱基。在DNA 进行同源重组的时候，形成的异源双螺旋尽管会含有某些错配的碱基对，但异源双螺旋的两条 DNA 链上都是高度甲基化的，因此这些错配的碱基对不会被细胞内的错配修复系统排除。

　　12．试比较切除修复和光复活机制是如何清除由紫外线诱导形成的嘧啶二聚体的？你可使用什么方法区分这两种机制？

　　解答：切除修复需要将嘧啶二聚体切除掉，换上正常的胸苷酸，而光复活机制是通过光复活酶直接破坏嘧啶二聚体的环丁烷结构而修复嘧啶二聚体。可使用[3H]标记的胸苷追踪修复过程，如果 [3H] 出现在修复后的 DNA 分子上，则修复的方式是切除修复，否则就是光复活机制。

　　13．经证实 2 ′ , 3 ′―双脱氧次黄嘌呤可作为抗 HIV 药，试解释它抑制 AID 病毒生长的机理。

　　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σ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α 2 ββ ( σ， Mr 约为 4.65 × 105 。其中的σ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σ因子与核心酶结合成全酶时，即能起始转录，当σ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σ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σ因子由基因rpo D 编码，在对启动子识别中起关键作用。σ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(-32p[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σ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；⑥ mRNA 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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