2022生化思考题详细答案(医学本科生适用)

生物化学思考题

1、叙述L-α氨基酸结构特征，比较各种结构异同并分析结构与性质的关系。

结构特点：α-氨基酸是羧酸分子的α-氢原子被氨基取代直接形成的有机化合物，即当氨基酸的氨基与羧基连载同一个碳原子上，就成为α-氨基酸。氨基酸中与羧基直接相连的碳原子上有个氨基，这个碳原子上连的集团或原子都不一样，称手性碳原子，当一束偏振光通过它们时，光的偏振方向将被旋转，根据旋转的方向分为左旋和右旋即D系和L系，L-α-氨基酸再被骗争光照射时，光的偏正方向为左旋。R为侧链，连接-COOH 的碳为α-碳原子为不对称碳原子（除了甘氨酸）不同的氨基酸其R基团结构各异。

根据测链结构可分为：①含烃链的为非极性脂肪族氨基酸，如丙氨酸；②含极性不带电荷的为极性中性氨基酸，如半胱氨酸；③含芳香基的为芳香族氨基酸，如酪氨酸；④含负性解离基团的为酸性氨基酸，如谷氨酸；⑤含正性解离基团的为碱性氨基酸，如精氨酸。

2、简述蛋白质一级结构、二级结构、三级结构、四级结构基本概念及各结构层次间的内在关系。

蛋白质的一级结构就是蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序，也是蛋白质最基本的结构。主要化学键是肽键，二硫键也是一级结构的范畴。蛋白质的二级结构是指多肽链中主链原子的局部空间排布即构象，不涉及侧链部分的构象。主要化学键为氢键。蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折迭形成具有一定规律的三维空间结构，称为蛋白质的三级结构，蛋白质三级结构的稳定主要靠次级键，包括氢键、疏水键、盐键以及范德华力等。具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级键相互组合而形成的空间结构称为蛋白质的四级结构，其中，每个具有独立三级结构的多肽链单位称为亚基。

层次之间的关系：一级结构是空间构象的基础，决定高级结构；氨基酸的残基影响二级结构的形成，二级结构以一级结构为基础；在二级结构的基础上，肽链还按照一定的空间结构进一步形成更复杂的三级结构；具有三级结构的多肽链按一定空间排列方式结合在一起形成的聚集体结构称为蛋白质的四级结构。

3、解释蛋白质分子中模体和结构域概念及其与二、三级结构的关系。

蛋白质模体指的是由 2 个或 3 个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间结构。它具有特征性的氨基酸排列顺序，并且同特定的功能相联系。模体表示具有特定功能的或作为一个独立结构域一部分的相邻的二级结构的聚合体。常见的模体有α-螺旋-β-转角（或环）-α-螺旋模体等。

蛋白质结构域是在较大的蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，形成两个或多个在空间上可以明显区别的局部区域。结构域也可以看作球状蛋白质的独立折叠结构单位，有较为独立的三维空间结构。

4、举例说明蛋白质结构与功能的关系。

蛋白质对的一级结构是空间结构的基础，与蛋白质的功能密切相关，一级结构的改变往往引起蛋白质的改变，例如：镰刀型细胞贫血症。正常人血红蛋白β-肽链上的第 6 位的谷氨酸，而镰状细胞贫血症病的血红蛋白被缬氨酸代替，原来水溶性的血红蛋白就聚集成丝，相互黏着，导致红细胞变形成成为镰刀状而极易破碎，产生贫血。

体内蛋白质所具有的特定空间构象都与其发挥特殊的生理功能有着密切关系。例如角蛋白含有大量α-螺旋结构，与富含角蛋白组织的坚韧性并富有弹性直接相关；而丝心蛋白分子中含有大量的β-折叠结构，致使蚕丝具有伸展和柔韧的特性。

变构效应：是寡聚蛋白质分子中亚基之间存在相互作用，这种相互作用通过亚基构象的改变来实现。蛋白质在执行功能是时，构象发生一定变化。如：肌红蛋白、血红蛋白与氧的结合。

构象病：指的是一级结构不变，由于蛋白质构象异常而产生的疾病。构象病是由肽链的错误折叠而引起的，如：疯牛病、人纹状体脊髓病变性病、亨廷顿病、阿兹海默症等。

5、简述B型DNA分子双螺旋结构的要点，并思考双螺旋结构的大沟和小沟的作用是什么？

①B型DNA分子双螺旋结构直径2.37nm，每一螺旋的碱基对数目为10.5，碱基对平面之间垂直距离为 0.34，，碱基平面与螺旋纵轴垂直。②DNA 分子是由两条方向相反的平行多核苷酸链围绕同一中心轴构成的右手双螺旋。③条链中磷酸与脱氧核糖位于螺旋外侧，碱基平面位于螺旋内侧，脱氧核糖平面与碱基平面垂直，螺旋表面形成大沟与小沟。④两条核苷酸链之间通过碱基形成氢键，遵循A-T、G-C 碱基互补原则。⑤旋结构横向稳定靠两条链之间的氢键，纵向稳定则依靠碱基平面之间的疏水性碱基堆积力。

大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小沟槽。小沟位于双螺旋的互补链之间,而大沟位于相毗邻的双股之间。这是由于连接于两条主链糖基上的配对碱基并非直接相对, 从而使得在主链间沿螺旋形成空隙不等的大沟和小沟。在大沟和小沟内的碱基对中的N和O原子朝向分子表面。大沟对于遗传上有重要功能的蛋白质识别 DNA 双螺旋结构上的特定信息非常重要。

6、DNA和RNA都可以形成双链结构，分析DNA-DNA, RNA-RNA以及DNA-RNA杂交双链中，哪种结构比较稳定？

在核苷酸序列信息一致的情况下，RNA 中的核糖的 2 号碳上有一个羟基，而 DNA 得脱氧核糖上的 3 号碳上则是氢原子。由于多与的羟基，有 RNA 参与的双链可以形成的氢键更多、且更为复杂的二级结构，因此稳定次序是 RNA-RNA>RNA-DNA>DNA-DNA（存在争议）。

DNA-DNA>RNA-RNA>DNA-RNA,RNA 中的核糖的2号碳上有一个羟基，而 DNA 得脱氧核糖上的3号碳上则是氢原子。羟基的作用会妨碍双螺旋结构的形成，双螺旋结构保护了内部的碱基，无法形成双螺旋则其内部的碱基容易暴露而发生改变。同时，环境中充满中各种 RNA 酶能降解RNA，使之不易稳定保存。

7、简述 rRNA 的结构特点及其生物学功能。

rRNA 的二级结构有许多茎环结构，这些茎环结构为核糖体蛋白结合和组装在 rRNA 上提供了结构基础，将纯化的核糖体蛋白与 rRNA 在试管内结合，它们就可以自动组装成具有活性的大亚基与小亚基。大亚基与小亚基进一步组装成核糖体，大小亚基的结合区域的沟槽为 mRNA。

rRNA 是最多的一类 RNA，也是 3 类 RNA（tRNA,mRNA,rRNA)中相对分子质量最大的一类RNA，它与蛋白质结合而形成核糖体，其功能是作为 mRNA 的支架，使 mRNA 分子在其上展开，形成肽链（肽链在内质网、高尔基体作用下盘曲折叠加工修饰成蛋白质，原核生物在细胞质内完成）的合成。rRNA 占 RNA 总量的 82%左右。rRNA 单独存在时不执行其功能，它与多种蛋白质结合成核糖体，作为蛋白质生物合成的“装配机”。它与糖体蛋白共同构成核糖体，它将蛋白质生物合成所需要的 mRNA、tRNA 以及多种蛋白质因子募集在一起为蛋白质生物合成提供了必需的场所。

8、试述酶催化反应的分子机制。

酶能通过降低反应的活化能，使底物分子获得更少的能量便可进入过渡态，从而提高反应速度；酶的诱导契合作用能使其与底物结合形成中间产物；酶可设计酸碱催化、共价催化等多种催化机制。

9、简述Km和Vmax的意义。

Km的含义是酶促反应达最大速度一半时的底物的浓度。Km作为酶的特征性常数。其大小并不固定，它与酶的结构、底物结构、反应环境 pH、温度和离子强度有关，与酶浓度无关。Km在一定条件下可表示酶对底物的亲和力。Km越大，表示酶对底物亲和力越小；Km越小，酶对底物的亲和力越大。Vmax是酶被底物完全饱和时的反应速度。