生物化学课后习题答案-第十三章xt13.pdf

第十三章 蛋白质的生物合成 一、课后习题 第十三章 蛋白质的生物合成 一、课后习题 1.在蛋白质分子中，通常含量较高的是 Ser 和 Leu，其次是 His 和 Cys，含量最少的是 Met和 Trp 一种氨基酸在蛋白质分子中出现的频率与它的密码子数量有什么关系？这种关系得选择其优点如何？ 2.AUG 和 UAG 是蛋白合成中特定的起始和终止密码， 序列同5’-UUAUGAAUGUACCGUGGUAGUU-3’的 mRNA 中什么样的开放阅读框才能编码一个短肽？写出该短肽的氨基酸序列 3.细菌的基因组通常含有多少个 rRNA 基因拷贝， 他们能迅速地转录以生产大量 rRNA 装配成核糖体相对对比而言，编码核糖体蛋白的基因只有一份拷贝，试解释 rRNA 基因和核糖体蛋白基因数量的差别 4.DNA 中的点突变 （一个碱基被另一个碱基取代） 可能导致一个氨基酸被另一个氨基酸替换但在某些情况下，由于密码子的简并性，基因编码的氨基酸序列也可能不会改变一种细菌生产的胞外蛋白酶在其活性位点上（—Gly-Leu-Cys-Arg—）有一个半胱氨酸残基紫外线照射过后， 分离得到两个突变菌株 菌株 1 生产以 Ser 取代活性部位 Cys 的无活性酶（—Gly-Leu-Ser-Arg—） ；而在菌株 2 内，合成了一条 C 末端结束在活性部位内的以—Gly-Leu—COO-结尾的截断了的肽链，指出在每一种菌株中可能发生的突变。

5.一双螺旋 DNA 的模板链中一段序列如下：CTTAACACCCCTGACTTCGCGCCGTCG （1）写出转录出的 mRNA 核苷酸序列？ （2）写出 5’开始的该转录 mRNA 序列所对应得多肽的氨基酸序列？ （3）假设此 DNA 的另一条链被转录和翻译，所得的氨基酸序列会与（2）中的一样吗？（2）与（3）得出的答案在生物学上有什么意义？ 6.假设反应从游离氨基酸、tRNA、氨酰 tRNA 合成酶、mRNA、80S 核糖体以及翻译因子开始，那么翻译一分子牛胰核糖酸酶要用掉多少个高能磷酸键？翻译一分子肌红蛋白需要消耗多少个高能磷酸键？ 7.噬菌体 T4 DNA 的相对分子质量为 1.3×108（双链） ，假定全部核苷酸均用于编码氨基酸，试问： （1）T4 DNA 可为多少氨基酸编码？ （2）T4 DNA 可为多少相对分子质量等于 35000 的不同蛋白质编码？（核苷酸对的相对分子质量按 618 计，氨基酸平均相对分子质量按 120 计） 8.核糖体的基本结构和功能有哪些？ 9.在蛋白质定向运输时，多肽本身有何作用？高尔基体的功能是什么？ 参考答案： 参考答案： 1.在蛋白质分子中，一种氨基酸出现的频率与它密码子的数量具有一定的正向关系，如：亮氨酸，苏氨酸都有 6 个密码子，通常在蛋白质分子中出现的几率也最高；而甲硫氨酸和色氨酸只有一个密码子， 在蛋白质中出现的频率相对小一些。

这种关系的选择对生物发生变异和进化具有一定的影响一种氨基酸可以有几个不同的密码，这就是密码子使用的简并性，对生物物种的稳定性有一定的意义， 因为当突变引起密码子内某一核苷酸改变时， 可由编码同一氨基酸的另一个密码子代替，合成出与原来相同的蛋白质；相反，如果由另一种氨基酸的密码子替代，则合成出性质、功能对生物体有或大或小影响的另一种新蛋白质 2.开放阅读框 AUGAAUGUACCGUGGUAG 编码的短肽为： Met-Asn-Val-Pro-Trp-终止密码子 3. 细菌 E.coli 的基因组中有七套 rRNA 基因， 且大多数 rRNA 基因集中于基因组的复制起点oriC 的位置附近这有利于 rRNA 基因在早期复制后马上作为模板进行 rRNA 的合成以便进行核糖体组装和蛋白质的合成 从这一点上看， 细菌基因组上的各个基因的位置与其功能的重要性可能有一定的联系 而典型的真核生物细胞含有几百到几千个 28S、 18S 和 5.8S rRNA基因的拷贝，5S rRNA 基因的拷贝数多达 50000 个在生活细胞中，特别是在活跃进行蛋白质合成的细胞中，需要大量的核糖体，这就意味着需要合成大量的 rRNA 和核糖体蛋白质。

但在基因数量上有很大的差别，由于 rRNA 基因的转录产物直接参与组成核糖体，而核糖体蛋白基因转录成为 mRNA 后， 需要翻译成蛋白质后参与组成核糖体， 但每 1 条 mRNA 可以翻译成多个蛋白质分子，不同的翻译起始位点，有不同的蛋白质 4. 知 Cys 的密码子为 UGU 或 UGC 菌株 1 的 Cys 突变为 Ser，而 Ser 的密码子有 UCU、UCC、UCA、UCG、AGU、AGC 六种，由此知 Cys 的密码子发生的点突变可能为密码子的第一个碱基 U 变为 A， 或第二个碱基 G 变为 C；菌株 2 的 Cys 的密码子突变为终止密码子，所以可能为第三位的 U 或者 C 突变为 A 5.（1）GAAUUGUGGCUGAAGCGCGGCAGC （2）Glu-Leu-Trp-Gly-Leu-Lys-Arg-Gly-Ser （ 3 ） 不 一 样 ， 因 为 该 DNA 的 另 一 条 链 被 转 录 ， 得 到 的 mRNA 的 碱 基 序 列 为CUUAACACCGACUUCGCGCCGUCG， 则对应的肽链为 Leu-Asn-Thr-Asp-Phe-Ala-Pro-Ser,转录不同的 DNA 链有不同的氨基酸序列， 这在生物学上为蛋白质的多样性提供可能， 同时对生物因蛋白或酶的需要，进行 DNA 的选择性转录，在进化上具有一定的意义 6. 蛋白质翻译时的能量消耗：首先氨基酸的活化需要消耗 1 个 ATP，2 个高能键；进位消耗1 个 ATP；移位消耗一个 ATP；在第一个肽键形成时共需要高能键 7 个；此后每合成一个肽键共需 4 个肽键；蛋白质合成完成后还需 1 个肽键用以蛋白脱离核糖体。

牛胰核糖酶 124个氨基酸，蛋白质合成中消耗的高能键为 7 + 4 × 122 + 1=496；肌红蛋白 153 个氨基酸，蛋白质合成中消耗的高能键为 7 + 4 × 151 + 1=612 7.（1）T4DNA 全部编码蛋白质，则氨基酸数目为：1.3×108/（618×3）=70118 个氨基酸；（2）70118×120/35000=240 8. 核糖体是一种无膜的细胞器，由大、小两个亚基构成，在大肠杆菌内小亚基称 30S 亚基，大亚基称 50S 亚基， 二者结合后为一完整核糖体， 其大小为 70S 基本功能有 3 个： 识别 mRNA上的起始位点并开始翻译；密码子与 tRNA 上的反密码子正确配对；合成肽键 9. 在蛋白质定向运输时，多肽本身的氨基酸组成和空间结构对其以后的定向运输具有决定性作用，在多肽的 N 端有一段信号肽序列，这些序列在 10~40 个氨基酸残基范围内，至少有一个带正电的氨基酸， 在中部有一段 10~15 个氨基酸残基组成的高度疏水性的肽链， 指导蛋白质转运至某一细胞器，或者是该序列具有核定位信号，指导蛋白质进入细胞核高尔基体的功能主要有两方面： 一是对糖蛋白上的寡聚核糖作进一步修饰与调整， 二是将各种多肽进行分类并送往溶酶体、分泌粒和质膜等目的地。

二、补充习题 二、补充习题 （一）名词解释 1.遗传密码； 2.摆动假说； 3.SD 序列； 4.信号肽； 5.多聚核糖体 （二）分折与计算题 1．论述遗传密码的特点 2.如果 mRNA 上的阅读框已被确定，它将只编码一种多肽的氨基酸顺序从一蛋白质的 已知氨基酸顺序，是否能确定唯一的一种 mRNA 的核苷酸序列？为什么？ 3.如果 E.Coli 染色体 DNA 的 75%可用来编码蛋白质，假定蛋白质的平均相对分子质量 为 60000，以三个碱基编码一个氨基酸计算， （1）若该染色体 DNA 大约能编码 2000 种蛋白 质，求该染色体 DNA 的长度？（2）该染色体 DNA 的相对分子质量大约是多少？（氨基酸残 基的平均相对分子质量是 120，核苷酸对的平均相对分子质量是 640） 4.原核生物与真核生物翻译起始阶段有何异同？ 5.简述信号肽假说的基本内容 6.肽链合成后的加工修饰有哪些途径？ 参考答案 参考答案 （一）名词解释 1.DNA 编码链或 mRNA 上的核苷酸，以 3 个为一组（三联体）决定 1 个氨基酸的种类， 称为三联体密码mRNA 的三联体密码是连续排列的，因此，mRNA 的核苷酸序列可以决定蛋 白质的一级结构。

2.mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子相互辩认， 大多数情况是遵从碱基配对规律的 但也可出现不严格的配对，这种现象就是遗传密码的摆动性，tRNA 分子上有相当多的稀有 碱基，例如次黄嘌呤（inosine,I）常出现于三联体反密码子的 5′端第一位，它和 mRNA 密 码子第 3 位的 A、C、U 都可以配对 3.位于 mRNA 分子 AUG 起始密码子上游约 8～13 个核苷酸处， 由 4～6 个核苷酸组成的富 含嘌呤的序列，以-AG-GA-为核心SD 序列同 16S rRNA 近 3′-末端的序列互补，在核糖体 与 mRNA 的结合过程中起重要作用 4.是未成熟的分泌性蛋白质中可被细胞转运系统识别的特征性氨基酸序列有碱性 N- 末端区、疏水核心区及加工区三个区段蛋白质被转运到细胞的一定部位后，信号肽即被切 除 5.是由 1 个 mRNA 分子与一定数目的单个核糖体结合而成的串珠状排列每个核糖体可 以独立完成一条肽链的合成， 所以多个核糖体上可以同时进行多条肽链的合成， 可以加速蛋 白质的合成速度，提高模板 mRNA 的利用率 （二）分析与计算题 1． （1）遗传密码为三联体：模板从 mRNA5′端的起始密码子开始，到 3′端的终止密码称为开放读码框架。

在框架内每 3 个碱基组成 1 个密码子，决定 1 个氨基酸 （2）遗传密码的种类：遗传密码共 64 个，其中 61 个密码子分别代表各种氨基酸3 个为肽链合成的终止信号位于 5′端的 AUG，除了代表甲硫蛋氨酸外，还是肽链合成的起始信号 （3）遗传密码的连续性：对 mRNA 分子上密码子的阅读方法叫读码正确读码是每 3 个相邻碱基一组，不间断地连续读下去，直到出现终止密码为止mRNA 上碱基的插入和缺失，可导致框移突变 （4）遗传密码的简并性：有 61 个密码子代表 20 种氨基酸，每个密码子只代表一种氨基酸，而多数氨基酸都有 2～4 个密码子，这种由几个密码子编码同一氨基酸的现象称为简并性从密码表上可看出密码子的第 3 位碱基通常是简并的 （5）遗传密码的摆动性：指密码子与反密码子配对不遵从碱基配对规律，此不严格的配对关系称为摆动性如丙氨酰- tRNA反密码子的第 1 位碱基 I 可以与密码子第 3 位的 A、C 或 U 配对遗传密码的摆动性使一种tRNA 可以识别几种代表同一种氨基酸的密码子 （6）遗传密码的通用性：从细菌到人的遗传密码都市通用的，但近年发现哺乳类动物线粒体的蛋白质合成体系中有个别例外。

如 UAG不代表终止密码子，而代表色氨酸；CUA 不代表亮氨酸，而代表苏氨酸 （7）遗传密码的防错系统：由于遗传密码的简并性，有 4 个密码的氨基酸，其第三位的碱基被替换，仍编码同一种氨基酸，从遗传密码表可以看出，只要遗传密码的第二位是 U，则第一位和第三位不论怎么变化，其编码的氨基酸总是疏水性的，如第二位是 C，则其编码的氨基酸是非极性的或极性不带电荷的，若第二位为 A 或 G，则编码的氨基酸 R 基是亲水性的，第一位是 A 或 C，第二位是 A 或 G，则编码的氨基酸 R 基是碱性的，若前两位是 AG 则编码的氨基酸 R 基是酸性的 这些规律使某些核苷酸的替换可以不引起肽链中氨基酸的变化， 或被替换的氨基酸理化性质相似这便是密码的防错系统 2.由于 1 个密码子只能编码一种氨基酸，在 mRNA 的开放。