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生物化学思考题 胡国元 2 蛋白质化学 • 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pI1.0＜环境pH 5.0，带负电荷，向正极移动； （2）血清清蛋白pI4.9＜环境pH 6.0，带负电荷，向正极移动 ； （3）α-脂蛋白pI5.8＞环境pH 5.0，带正电荷，向负极移动； α-脂蛋白pI5.8＜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： 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 • 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（1）看出八肽的的组成 • 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； • 由（4）推出 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；由此推出第五为Val • 所以八肽为：Ala-Thr-Arg-Val-Val-Met-Leu-Phe • 8．当一种四肽与FDNB反应后，用5.7 mol/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5.7 mol/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 3 核酸 • 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）= 0.7 • 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 • 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 生物学活性丧失； • ② 黏度显著降低； • ③ 浮力密度升高，沉降系数S增加； • ④ 紫外吸收值明显增加，产生所谓增色效应 • ⑤ 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： • 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 • 溶液的离子强度离子强度较低的介质中，Tm 较低 • 溶液的pH高pH下，碱基广泛去质子而丧失形 成氢键的能力，pH大于11.3时，DNA完全变性 。

pH低于5.0时，DNA易脱嘌呤 • 变性剂甲酰胺、尿素、甲醛等可破坏氢键， 妨碍碱基堆积，使Tm下降 • DNA的均一性 DNA越纯,相变范围越小 • DNA分子大小 DNA越长, Tm值越高 • 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，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，复性速度也越慢 • 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 • ⑤溶液的离子强度, 维持溶液一定的离子强度， 消除磷酸基负电荷造成的斥力， 可加快复性速度 4 酶 • 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： • 酶的活性部位或中心是指结合底物和将底物转化为产物 的区域，通常是相隔很远的氨基酸残基形成的三维实体 • 组成： 结合基团 参与底物结合的基团酶的结合基团决定酶反 应的专一性 催化基团 • 直接参与催化底物发生化学反应的基团催化基团决定 酶所催化反应的性质，同时也是决定反应的高效性 调控基团 • 一些可与其他分子发生某种程度的结合并引起酶分子空 间构象的变化，对酶起激活或抑制作用的基团 • 酶的活性部位或中心的共同特点 酶的活性中心在酶分子整体结构中只占很 小的部分; 酶的活性中心具有三维立体结构； 酶的活性中心具有特定的催化基团； 酶的活性中心具有柔性； 酶的活性中心通常是酶分子上的一个裂隙 • 6．酶具有高催化效率的分子机理是什么？ • 解答： • 与底物结合时，由于酶的变形（诱导契合）或底 物变形使二者相互适合，并依靠离子键、氢键、 范德华力的作用和水的影响，结合成中间产物， 在酶分子的非极性区域内，由于酶与底物的邻近 、定向，使二者可以通过亲核\亲电催化、一般 酸\碱催化或金属离子催化方式进行多元催化， 从而大大降低反应所需的活化能，使酶促反应迅 速进行。

• 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 = 1+[I]/Ki = 3，则 • 所以，υ/Vmax＝0.25 5 生物氧化 • 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-FMN NAD++E-FMNH2 • （2）E-FMNH2+2Fe3+ E-FMN+2Fe2++2H+ • (3) 2Fe2++2H++Q Fe3++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） NADH E-FMN NADH E-FMN • （2） E-FMNH2 Fe3+ E-FMNH2 Fe3+ • （3） Fe2+ Q Fe2+ Q • 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。