生物化学课后答案汇总.pdf
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1、1绪论.22蛋白质化学.23核酸.44糖类的结构与功能.65脂类化合物和生物膜.76酶 .97维生素.128新陈代谢总论与生物氧化.149糖代谢.1510脂质的代谢 .1611蛋白质分解和氨基酸代谢 .1712核苷酸代谢 .1813DNA 的生物合成.1914RNA 的生物合成.2015蛋白质的生物合成 .2216物质代谢的调节控制 .2311 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
2、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、硫等元素。碳原子具有特殊的成键性质,即碳原子最外层的氮、氧和氢原子形成共价键。碳与被键合原子形成6 种是蛋白质、核酸、糖和脂的主要组成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NH)、羟基(一物。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
3、碳骨架上的氨基(一OI I0H、羰基(C)、羧基(一 C00)巯基(一 SH、磷酸基(一 PQ)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
4、;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 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2424,二硝基氟苯法、Edman 降解法、丹磺酰氯法。DNP多肽经酸,二硝基氟苯(DNFB 或 FDNB)法:多肽或蛋白质的游离末端氨基与2,4二硝基氟苯(2,4 DNFB)反应(San ger 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,因此水解后,只
5、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。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 CI)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。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
6、,除去 N末端氨基酸后剩下的肽链仍然是完整的。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N 端残基序列。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(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,反应中除在外,其他氨基酸都转变为相应的氨基酸酰肼化物。还原法:肽链 C 端氨基酸可用硼氢化锂还原成相应的氨基醇,可用层析法加以鉴别。羧肽酶法:是一类肽链外切酶,专一的从肽链的C 端氨基酸以游离形式存a氨基醇。肽链完全水解后,代表原来C末端氨基酸的ac末端开始逐个
7、降解,释放出游离的氨基酸。被释放的氨基酸数目c末端氨基酸序列。测得一种血红蛋白含铁1.65%和异亮氨酸 2.48%,问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2.0.426%,计算其最低相对分子质量。一种纯酶按质量计算含亮氨酸其最低相对分子质量是多少?2解答:血红最低相对分子质量=铁的相对原子质量铁的百分含量xlOO:xlOO13 100Wg=0.426因淘亮贏酸和异亮氨酸的相对分子质置相等,所以亮氨酸和异亮氨嚴的残基数之比为MrF最低I-2x131.11x100 ft 15900最低|=L653x131.11x100248159001.65%
8、:2.4S%=23,因此,废酶分子中至少含有2个亮氨臨3个异亮氨醜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(pl 1.0),在 pH 5.0;(2)血清清蛋白(pl 4.9),在 pH 6.0;(3)a脂蛋白(pl 5.8),在 pH 5.0 和 pH 9.0;解答:(1)胃蛋白酶 pl 1.0环境 pH 5.0,带负电荷,向正极移动;(2)血清清蛋白 pl 4.9环境 pH 6.0,带负电荷,向正极移动;(3)a脂蛋白 pl 5.8 环境 pH 5.0,带正电荷,向负极移动;a脂蛋白 pl 5.8环境 pH 9.0,带负电荷,向正
9、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:?生物学活性消失;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
10、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)结构发生重大改变,蛋白质变性而沉淀,不再能溶于原溶剂。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.(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
11、)在赖氨酸和精氨酸残基侧水解肽键。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,不可逆沉淀:蛋白质分子内部如加热引起蛋白质沉淀,与重?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,6mol/L HCI&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?8解答:(1)异硫氰酸苯酯;(2)丹黄酰氯;(3)脲;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,2VaI。(2)San ger 试剂处理得 DNP-Ala。-巯基乙醇还原二硫键;(4)胰凝乳蛋白酶;(5
12、)CNBr;(6)胰3(3)(4)DNP-Leu。胰蛋白酶处理得 Ala,Arg,Thr 和 Leu,Met,Phe,2Val。当以 San ger 试剂处理时分别得到 DNP-Ala和 DNP-Val。溴化氰处理得 Ala,Arg,高丝氨酸内酯,Thr,2Val,和 Leu,Phe,当用 San ger 试剂处理时,分别得 DNP-Ala和解答:由(2)推出 N 末端为 Ala;由(3)推出 Vai 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Vai。所以八肽为:Ala-Thr-A
13、rg-Val-Val-Met-Leu-Phe。7.有多少圈螺旋?计算该个a螺旋片段含有 180 个氨基酸残基,该片段中a-螺旋片段的轴长。解答:180/3.6=50圈,50X0.54=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/LHCI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
14、应后,用 5.7mol/LHCl水解得到 DNP-Val,证明 N 端为 Vai。(2)Gly。(3)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(4)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
15、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。水解液中有在浓 H2SO4条件下Trp。说明 C 端为 Gly-Trp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)LiBH4还原后再水解,水解液中有氨基乙醇,证明肽的C端 为3 核酸1.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附于阴离子交换柱上时,应将溶液调到什么pH?如果用逐渐降低 pH 的洗脱液对阴离子交换树脂上的四种
16、核苷酸进行洗脱分离,其洗脱顺序如何?为什么?电泳分离四种核苷?将四种核 苷酸吸解答: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:UMPGMPAMPCMP:应取 pH8.0,这样可使核苷酸带较多负电荷,利于吸附CMPAMP GMP UMP,但实际上核苷酸和聚苯乙烯阴离子交换树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: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。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
17、洗脱顺序为脂之间存在着非极性吸附,嘌吟碱基的非极性吸附是嘧啶碱基的CMPAMP 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,请推测这一条链上的T和C的情况。互补链 的A,G,T和C的情况。解答:T+C=1.30 024=0.46:T=0.30,C=0.24,A+G=0.46。4.对双链 DNA
18、 而言,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?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:设 DNA 的两条链分别为a和B则:Aa=T3,T=A G。=C”Ca Gp,因为:(Aa GJ/(T+Cj=仃3+C 訓(A”+G”=0.7,所以互补链中(A”+G”/(T”+C”=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;假设同(1),贝UA+T 尸 T+A”G 汁 C 尸 C+G”所
19、以,(A“+TJ/(Ga+Ca)=(A+T”/(G”+C”=0.7;在整个 DNA 分子中,(A“+T“+A”+T”/(G“+C“+G”+C”=2(A“+T“)/2(G+Ca=0.75.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答:0.34X2.5X07/640)=1.3 104nm=13“6.如果人体有 1014个细胞,每个体细胞的 DNA含量为 6.4X09个碱基对。试计算人体 DNA的总长度是多少?是太阳一 地球之间距离(2.2X09km)的多少倍?已知双链 DNA 每 1000 个核苷酸重 1X0-18g,求人体
20、DNA 的总质量。解答:每个体细胞的 DNA 的总长度为:6.4X09X0.34nm=2.176 1(Xnm=2.176m,人体内所有体细胞的 DNA 的总长 度为:2.176mX1014 T7 噬菌体640)。解4=2.176 1X11km,这个长度与太阳一地球之间距离(2.2X09 km)相比为:2.176X011/2.2 109=99 倍,每个 核苷酸重 1X10-18g/1000=10-21g,所以,总 DNA 6.4X023X10-21=6.4 1X2=640g。7.有一个 X 噬菌体突变体的 DNA 长度是 15gm,而正常 X 噬菌体 DNA 的长度为 17gm,计算突变体 DN
21、A中丢失掉多 少碱基对?103Xp超螺旋会影响双螺旋解答:(17-5)X103/0.34=5.888.概述超螺旋 DNA 的生物学意义。解答: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;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,而取负超螺旋,这可以通过拓扑异构酶
22、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含量低,不含组蛋白,称为类核体,只有一个复制起点。?真核生物有多个呈线形的染色体;原核生物只有一真核生物中为蛋白质编码的大多数基解答:不同点:真核生物 DNA 含量高,碱基对总数可达 1011,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 DNADNA 专录和复制需要解链。因此自然界环状DNA 采分子的解旋能力,从而影响到 DNA 与其他分子之间的相互作用;超螺旋有利于DNA 的转录、复制及表达调控。条环形染色体。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。因都含有内含子(有断裂基因);原核生物中不含内含
23、子。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。称操纵子,真核生物不存在操纵子。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,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:控制蛋白质合成;作用于 RNA 转录后加工与修饰;参与细胞功能的调节;生物 催化与其他细胞持家功能;遗传信息的加工;可能是生物进化时比蛋白质和可以作为信息
24、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。无规则线团,生物学活性丧失;了螺旋-线团转变,黏度显著降低;DNA 变性后的理化性质变化主要有:天然 DNA 分子的双螺旋结构解链变成单链的DNA 浮力密度大大增加,故沉降系数 S 增DNA 分子DNA 更早出现的生物大分子。其核心作用是既天然的线型 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,发生在氯化铯溶液中进行密度梯度离
25、心,变性后的加;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。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,其大大下降。13.哪些因素影响 Tm值的大小?a=150。当 DNA 分子变性时,比旋光值就解答: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,J 亦越 高(图3-29)。在 0.15mol/L NaCI,0.015mol/L 柠檬酸钠溶液(1 SSC)中,经验公式为:(G+C%=(Tm-69.3)K2.44。溶 液的离子强度。离子强度较
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