生物物理习题答案

质分子从膜的一侧结合到载体蛋白上，引起蛋白构象变化，使溶质分子移向膜的 另一侧，暴露于膜表面，顺着电化学梯度扩散到膜的这一侧 旋光度：通过光学活性物质的出射平面偏振光其偏振面较入射平面偏振光的偏振面旋转了一 定的角度，通常用α表示。其大小随入射光波长而变化的关系称为旋光色散 膜融合：指两个不同的膜相互接触和融合的过程。膜融合导致两膜的脂类和蛋白质相互混合 ，以及两膜包围的内含物的混合 基态：一个分子在未吸收光能前所处的最低能量的状态，叫基态 激发态：当吸收光能后分子就会使一个电子提高的高能量轨道，这种能量提高的状态叫做电 子激发态，简称激发态
I// = I 时，P=0，类似自然光，荧光分子运动很快，取向随机。（稀溶液）
I// 或 I =0 时，P=±1，平面偏振光，荧光分子运动很慢，取向有序。
I// ≠ I ≠0 时，0＜P＜1，部分偏振光。生物大分子属于此种情况。
13.取代基的类型如何影响荧光物质的荧光 加强荧光的基团：给电子取代基 减弱荧光的基团：得电子取代基 影响不明显的基团：-R、-SO3H、-NH3 14.荧光探剂分子的基本要求
ORD：所有波长都能引起旋光性，任意波长处的旋光性是分子中所有生色团贡献之和，且 极值处的波长与吸收峰不一致，若同时存在几个旋光带，分析起来较困难
CD：只存在于吸收波长，其值可正可负，极值处的波长与吸收谱极值处的波长是一致的， 可确定某个生色团在 CD 谱中的贡献，比 ORD 容易 吸收光谱：均为正值，若同时存在几个吸收峰，且这些吸收峰相互交叠，分析起来比较困难
6.红外吸收光谱应满足哪两个条件：（简正振动 分子偶极矩不为 0）
辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量
辐射与物质间有相互偶合作用，分子在振动过程中必须有瞬间偶极矩变化
7.拉曼位移的特点：对不同物质：△ν 不同
对同一物质：△ν 与入射光频率无关;表征分子振-转能级的特征物理量；
定性与结构分析的依据
先用单价荧光抗体标记膜蛋白；用激光束照射细胞表面的某一区域，使被照射区因荧光 淬灭而变暗；由于膜蛋白的侧向扩散，被照射区的荧光强度因光“漂白”分子的离开和未“漂 白”分子的进入而逐渐增强，最后恢复到与周围的荧光强度相等；根据荧光强度恢复的速度 ——膜蛋白扩散速度
12.如何判断经过脂双层的扩散为简单扩散？为什么水分子的跨膜扩散不是简单扩散过程？ 生物膜被动扩散的输运速率与人工膜相一致； 输运速率与溶质分子的浓度成正比，呈线性关系，没有饱和特征； 对抑制剂不敏感，包括类似物、代谢抑制剂和化学失活剂； 缺乏特异性，具有相似脂溶性的溶质表现出相似的跨膜通透速率。
曼谱越弱，反之亦然
（2）分析方法比较
拉曼光谱
红外光谱
光谱范围 400~4000cm-1
光谱范围 400~4000cm-1
水可作为溶剂
水不能作为溶剂
样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器中直接测 不能用玻璃容器测定
定
固体样品可直接测定
需要研磨制成 KBr 压片
① 红外活性：ⅰ永久偶极矩；极性基团；
ⅱ瞬间偶极矩；非对称分子；
8.影响膜流动性的因素有哪些？其中脂肪酰链的饱和度？胆固醇的含量影响膜流动性的原 因？
脂酰链的饱和度、磷脂分子酯酰链的长度、脂分子极性头部的强度、胆固醇含量；环境温 度；离子强度；金属离子种类；膜脂的脂分子组成；各组分的比例；膜上蛋白 脂酰链的饱和度（双键数）——主要因素： 完全饱和状态，C-C 键全部为反式构象，磷脂 分子的流动性降低，则膜及易由液晶态转变为凝胶态。饱和度小（双键增多），则 C-C 顺式 构象增多，双键发生扭曲，分子呈弯曲状态，因而磷脂分子间排列疏松，膜流动性增大，并 使膜由液晶态转变为凝胶态的相变温度降低，即膜处在液晶态的温域更宽。
名词解释： 光谱红移：任一物质的荧光光谱及其峰位的波长总是比它的吸收光谱及峰位波长要长，这现
象称为光谱红移 荧光标记：利用荧光探针标记到无荧光的分子或系统内，以研究后者的特性，这种方法称为
荧光标记 相分离：由两种磷脂组成的脂质体，当温度在两种磷脂相变之间时，一种磷脂已发生相变处
于液晶态，另一种磷脂仍处于凝胶态，这两相共存的现象称为相分离 拉曼散射：频率为 v 的单色光与物质分子相互作用时，部分被吸收，部分向各个方向散射。
简答题： 1.为什么手性物质具有非手性物质所不具备的光学活性？ 含有不对称碳原子的物质称为手性物质 第一，手性物质对左右圆偏振光的吸收程度不同，出射时为椭圆偏振光 第二，左右圆偏振光在手性物质中的旋转速度不同，左右偏振光再次合成的偏振光相对于入 射光的偏振面旋转了一定的角度α（旋光度）
2.CD,ORD 和吸收光谱间的关系 （1）曲线：吸收光谱：均为正值 ORD：S 型 CD：钟型 （2）分析：CD 与 ORD 均由光学活性物质分子中的结构不对称生色团与左、右旋圆偏振光 发生不同作用所引起的（相同）
4.比较红外光谱和拉曼光谱机理及异同点
红外光谱基本原理：样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，
分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区
域的透射光强减弱，记录百分透过率 T%（吸收强度）对波数或波长的曲线，即红外光谱。
拉曼光谱：
（1）图谱比较：许多振动既出现红外光谱，也出现拉曼光谱，一般来说，红外谱越强，拉
3.X 射线晶体衍射分析为什么采用 X 射线和晶体 X 射线：X 射线衍射是研究生物大分子结构最精确，分辨率最高的技术，X 射线晶体学所使
用的是 cuka，其波长为 1.5418Å，这个尺度与分子中碳原子质检的键距相当，因此 刚好适用于解析分子的结构（原子的量级为 1Å，可见光波长为几百纳米量级，要想 把分子中原子分辨出来，只能用波长量级为 Å 的电磁波，X 射线恰好满足要求） 晶体：单个分子散射的 X 射线极其微弱，很难检测。晶体中分子以同样的方式排列，其散 射的电磁波可叠加而增强信号到可检测水平
r：螺旋半径
P：螺距 Z0：相邻两个单元在螺旋轴方向的距离
P/Z0：每一圈螺旋中所含的单元数 r=0：线性链 Z0=P：线性链
P=2Z0：螺旋轴两侧交替出现一个组成单元，螺旋变成折片结构
3.核酸的优势构象：C2-内型 C3-内型
4.几种偏振光之间的关系
合成光特性
合成效果比较
频率
振幅
相位
是否旋转
是否椭圆
纯人工双层磷脂分子膜对水的通透式很小的，而在细胞外渗透压较小的改变可引起多数细胞 的快速膨胀和收缩，说明膜上有加快水渗透流动的水通道蛋白，通过蛋白构成的四聚体构成 了水溶液通道，不符合简单扩散的标准
填空题：
1.测定一级结构的方法：Edman 降解法 质谱法 由 DNA 序列推导蛋白质序列
2.二级结构中螺旋参数及参数为何值时为螺旋结构及线性链：
复晶胞：含有两个或两个以上的点阵点 若晶胞中心有一个点阵点 用 I 表示
若晶胞的一对面上各有一个点阵点 用 C 表示
若晶胞的所有面上都各有一个点阵点 用 F 表示
11.三级结构测定的方法：X 射线晶体衍射；多维核磁共振；三维电子显微镜术；扫描探针
显微术
12.荧光偏振度的物理意义
P I// I IVV IVH I// I IV V IVH
分子形状 分子极性头部面积＞非极性尾部面积，分布在外表面时所产生的侧向应力较 小，较为稳定。分子极性头部面积＜非极性尾部面积，分布在内表面时所产生的侧向应力较 小，较为稳定。因此，曲率半径不同的膜表面其脂类的不对称分布亦不同。 分子的带电状态 在中性 pH 下，某些磷脂分子是带电的；而细胞膜内外还存在一个电位 差，在这个电位差作用下，带电磷脂将产生一种逆电场方向的趋势，从而影响它们在膜内外 两侧的分布。
散射光可分裂为若干不同波长的谱线，其中最强的一条（约为入射强度的 10-3） 称为瑞利散射线（属于弹性散射），其频率域入射光频率相同。还有一些很弱的谱 线（约为 10-7）.称为拉曼散射（属于非弹性散射）其频率与入射光频率不同 生色团：分子中可以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团（含有π键的不饱和基团） 隧道贯穿：在物质表面之外的空间里发现电子的几率，会随着与表面距离的增大而呈指数式 的衰减，这样的电子就像是在表面边界上穿挖隧道而出的，而这一效应称为隧道 贯穿 三重态：指分子中电子自旋量子数 S=1，即原来两个配对的自旋方向相反的电子之一自旋方 向改变，以至电子自旋之和不为 0 的情况 易化扩散：溶质分子的跨膜易化扩散依赖于特殊的膜内在蛋白载体（运输蛋白或载体）。溶
红外活性振动——伴有偶极矩变化的振动可以产生红外吸收谱带
② 拉曼活性： ⅰ诱导偶极矩 ρ= αE
ⅱ非极性基团，对称分子；
拉曼活性振动——伴随有极化率变化的振动。
对称分子：对称振动→拉曼活性 不对称振动→红外活性
5.荧光强度和溶液浓度的关系？为什么会有这种关系？ 样品的浓度大，荧光就强（10-4~10-7mol/L）浓度超过 10-3mol/L 后，浓度愈大荧光反而愈小 （浓度淬灭现象：激发分子与溶剂分子或其它溶液分子相互作用，发生能量转移，使荧光或 磷光强度减弱甚至消失）
胆固醇含量： 液晶态，胆固醇极性头部与磷脂分子亲水性头部以范德华力结合在一起，其 疏水单条脂肪酰链与磷脂疏水尾部紧靠在一起，限制其相邻磷脂分子的运动，使膜的有序性 提高，膜磷脂流动性降低。 凝胶态，与液晶态作用相反，此时磷脂分子与胆固醇不能紧密的排列在一起，分子有序性低， 其相变温度降低，因而胆固醇含量较高的膜流动性大。 9.脂类分子的形状和带电状态为什么是影响生物膜脂类物质不对称的因素
11.利用何种实验可证明生物膜中蛋白质有侧向扩散运动？其速度如何测定? 细胞融合法：将两种不同细胞膜表面抗原分别用不同颜色的荧光物质标记，然后两细胞融合，
随时间延长，每一种荧光标记物将向其对侧扩散，最后完全混合在一起，表明生物膜中 蛋白质有侧向扩散运动 冷冻断裂法：把细胞膜在冷冻条件下劈裂，裂面将沿着膜脂的输水区延伸并断裂，而将包埋 于膜脂中的蛋白质分子暴露出来，经金属投影制备复型后在电镜下观察，即可了解膜蛋 白分子的分布及其变化。 荧光漂白恢复技术——膜蛋白侧向扩散速度
能产生稳定、较强的荧光； 探针与被研究分子的某一微区必须有特异性的结合，而且结合得比较牢固； 探针的荧光必须对环境条件比较敏感； 结合的探针不应影响被研究的大分子的结构和特性。 15.影响荧光测量的因素有哪几种 （1）光化分解（2）淬熄（淬灭）：温度淬灭；浓度淬灭能量转移动态淬灭静态淬灭； 杂质淬灭 （3）溶质的极性及 PH： 16.根据有无荧光氨基酸将蛋白质分为哪几类 无芳香氨基酸的蛋白质：一般无荧光 A 类蛋白质：不含色氨酸含酪氨酸和苯丙氨酸；其特点，只见酪氨酸荧光，无苯丙氨酸荧光 B 类蛋白质：含色氨酸，只见色氨酸荧光 C 类蛋白质：仅含苯丙氨酸 17.荧光光谱的分类：激发谱，发射谱 18.液晶态的分类：热致性液晶态 溶致性液晶态 19.交叉脂双层的类型：由于双亲性分子两条脂酰链长度的不同，交叉双层结构有可能有三 种排列方式：部分交叉双层，完全交叉双层，混合交叉双层 20.膜质分子的运动有哪几种类型 旋转：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。（一维） 摆动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。（一维） 伸缩震荡：脂肪酸链沿着与纵轴进行伸缩震荡运动。（一维） 翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。是在翻转酶的催化下完成。（三维） 侧向扩散：同一平面上相邻的脂分子交换位置。（二维） 旋转异构：脂肪酸链围绕 C-C 键旋转，导致异构化运动。（一维） 交换：与外界环境或其他脂质体的脂分子发生互换的运动。（三维） 21.易化扩散中溶质运输速率的特点 溶质输运速率：表观了与酶反应相似的饱和性动力学特点。
相同
相同Biblioteka Baidu
否
否
相同
相同
不同
是
否
不同
不同
是
是
5.多原子分子的振动：伸缩振动 ν（对称伸缩振动和不对称伸缩振动） 变角运动 δ（面内弯
曲（剪切、摇摆）和面外运动（摇摆、扭曲）） 简正振动
具体的振动数目：非线性分子：含有 N 个原子，其振动模式总数为 3N-6
线性分子：含有 N 个原子，其振动模式总数为 3N-5
6.为什么荧光发射谱的形状和激发光波长无关？ 电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量，产生不同吸收带，但均回到第一激发单 重态的最低振动能级再跃迁回到基态，产生波长一定的荧光
7.如何判断拉曼光谱峰位和荧光光谱峰位？ 荧光光谱一般出现一个峰 拉曼散射峰位会随着激发波长而异，但荧光光谱峰位对于某一种物质是一定的，不随λex 改变，根据这一特性，可以辨认出荧光峰位，每一物质都有其独特的荧光光谱，其荧光光谱 总是位于激发光谱长波方向
8.溶剂的极性如何影响π到π*的跃迁能和 n 到π*跃迁能
π到π* 红移
n 到π* 蓝移
9.共轭效应对紫外吸收峰的影响
π电子共轭体系增大，λmax 红移(εmax 增大)
共轭效应，导致π到π*能量降低，同时跃迁几率增大，εmax 增大。
10.简单晶胞和复晶胞的表示及类型：
简单晶胞：只有一个点阵点 用 p 表示
10.利用何种实验可证明生物膜中蛋白质有旋转运动 旋转运动（视杆细胞圆盘膜上的视紫红质） 视紫红质：视蛋白、视黄醛 光照：视黄醛可从视蛋白上脱落——光漂白作用。 若一束偏振光照圆盘膜，被漂白的是长轴与偏振光平面平行的视黄醛分子——半漂白作用。 经半漂白后，用于漂白偏振光方向相同的偏振光照射圆盘膜，将不再有光吸收，用于其方向 垂直的偏振光照射则对光有吸收——光致二向性。 若被漂白的视紫红质分子不能旋转——光致二向性将长期存在。☆ 实际，光致二向性仅能 维持约 20μs，随即消失——旋转运动。