中科院生物物理所生物化学与分子生物学真题及部分答案

生化与分子生物学2011

简答（10分*6）

1.生物膜的基本成分。每种成分又分为哪几类？

答：生物膜主要有脂质、蛋白质和糖类三部分构成。是由脂质组成磷脂双分子层，膜蛋白镶嵌在膜的表面或者膜中。组成生物膜的脂质主要由甘油磷脂、鞘磷脂、固醇和少量的糖脂，其中以磷脂为主要成分，分布很广泛；组成生物膜的蛋白质种类很多，根据膜蛋白分离的难易程度和与脂分子的结合方式，膜蛋白可分为：外在膜蛋白、内在膜蛋白和脂锚定膜蛋白三种。其中外在膜蛋白为水溶性蛋白质，靠离子键或其他较弱的键与膜表面的膜表面的膜蛋白分子或者膜脂分子结合。内在膜蛋白与膜结合紧密，只有用去垢剂处理使之崩解后才能分离。脂锚定膜蛋白是通过与之共价结合的脂分子插入膜的脂双层中，而锚定在细胞质膜上。组成生物膜的糖类主要有半乳糖、甘露糖、半乳糖胺、葡萄糖胺、葡萄糖和唾液酸等，大都以与膜蛋白少量与膜脂结合的形式存在。

2.信号肽的含义，作用，怎么起作用的？（生化下册P533）

答：信号肽是指引导新合成的蛋白质向分泌通路转移的短（长度5-30个氨基酸）肽链。

在起始密码子后，有一段编码疏水性氨基酸序列的RNA区域，该氨基酸序列就被称为信号肽序列，它负责把蛋白质引导到细胞含不同膜结构的亚细胞器内，指导蛋白质的跨膜转移（定位）。

编码分泌蛋白的mRNA在翻译时首先合成的是N末端带有疏水氨基酸残基的信号肽，它被内质网膜上的受体（信号识别蛋白（signalrecognitionparticle,SRP））识别并与之相结合。信号肽经由膜中蛋白质形成的孔道到达内质网内腔，随即被位于腔表面的信号肽酶水解，由于它的引导，新生的多肽就能够通过内质网膜进入腔内，最终被分泌到胞外。翻译结束后，核糖体亚基解聚、孔道消失，内质网膜又恢复原先的脂双层结构。

3.体外蛋白质相互作用的方法，列举三种，简述原理。（略—见细胞生物学）

4.现代结构生物学中三种最重要的研究方法，各有什么优缺点。

答：电镜三维重构技术与X射线晶体衍射技术及核磁共振分析技术相结合，是当前再结构生物学领域用于研究生物大分子空间结构及其相互关系的主要实验手段。

X射线是波长在100Å～0.01Å之间的一种电磁辐射,常用X射线波长约在2.5Å～0.5Å之间，与原子以及化学键的尺度相当，都在Å的数量级。因此可以被用来探测蛋白质分子内部的结构。X晶体衍射优点：分辨率高,达到原子分辨率,既可研究水溶性蛋白、也可研究膜蛋白和大分子组装体与复合体.它能给出生物大分子的分子结构和构型,确定活性中心的位置和结构,从分子水平理解蛋白质如何识别和结合客体分子,如何催化,如何折叠和进化等生命的基本过程,进而阐明生命现象.然而X射线单晶衍射方法也有缺点,就是样品必须为晶体，但生物大分子结晶困难，特别是膜蛋白和病毒等分子组装体结晶更是困难。其次对于像病毒那样大的分子组装体，测量其精细结构十分复杂.原因有二：一是大晶胞含有的原子极多，X射线衍射点极多，常常无法区分、辨认和探测；二是大晶胞所产生的衍射点强度过弱，特别在高分辨时，无法与背景区分。

电镜三维重构：优点：适用于分析难以形成三维晶体的膜蛋白以及病毒和蛋白质-核酸复合物等大的复合体的三维结构。急速冷冻(103-104℃Ps)样品悬液,样品被包埋在无定

形的非晶态冰薄膜中,这样既不损伤样品,又可使样品保持着自然状态,因而样品制备简单,缺点是分辨率稍低.

核磁共振分析技术：最大的优点是可以直接在溶液中测定自然状态下的大分子三维空间结构,其分辨率已接近012nm。缺点：因为大分子量的生物分子的核磁共振图谱非常复杂,难以解释,因此它只能测量分子量较小(15-25kDa)的生物分子,至今最大可测定35kDa 的生物分子;其次在测定中要求样品是高纯度且数量相对较多,使样品制备亦有困难;此外,核磁共振只能用于水溶液性的生物样品,对膜蛋白或病毒等的组装体、复合体就无法测定。

5.一个嗜热菌中的一个蛋白的最适温度为65度，等电点5，PH小于5时易沉淀，分子量

为30KD，由Histag，已在大肠杆菌里过表达，设计实验得到纯度高且单分散的蛋白质。

6.染色质的基本成分是什么，核小体怎么装配成染色体的。

答：基本成分：核小体是染色质的基本单位，是真核细胞染色体中DNA最简单的包装结构，核小体由大约200个碱基对组成的DNA序列和由两个拷贝H2A,H2B,H3和H4组成的蛋白八聚体和一个拷贝的组蛋白H1组成。DNA在细胞核内与蛋白质一起形成高度组织化的核蛋白复合体，称为染色质。染色质的包装并非一步到位，而是由几个阶段组成：第一阶段：DNA缠绕一个蛋白核心形成念珠状结构称为核小体，长度压缩6倍。

第二阶段：核小体进一步缠绕成直径30nm左手螺旋纤维结构，每圈由6个核小体组成压缩了40倍。

第三阶段：30nm纤维进一步缠绕成环，支架和结构域等结构压缩1000倍，形成染色体压缩1万倍。

论述题：

1.整套分子克隆实验(略)

2.给出一个3肽，标出其中的肽键，肽平面，二面角。α螺旋和β折叠的结构特点，给出一个拉式构象图，标出α螺旋和β折叠的分布位置。GH

黄色框内为肽平面，两个太平面绕C α旋转形成二面角，绕C α-N 键（左）旋转形成的二

面角（C-N-C α-C）称为Φ。绕C α-C 键（右）旋转形成的二面角（N-C α-C-N）称为Ψ。（Φφ：

fai Phi Ψψ：普赛Psi ）

α螺旋：是蛋白质中最常见最典型含量最丰富的二级结构元件，有一下特点：1.α螺旋是一种重复性的结构，螺旋中每个α-C 的Φ和Ψ分别为-57°和

-47°附近。

2.多肽链主链围绕统一中心轴螺旋式上升，形成螺旋结构。

3.6个氨基酸

残基旋转一周，上升垂直距离0.54nm。因此每个氨基酸残基围绕螺旋中心轴旋

转100°，上升0.15nm。

3.相邻的螺旋之间形成链内氢键。即从N-末端出发，氢键是由每个肽键中

的羰基原子与其前面第3个肽键的N-H 之间形成的。

4.R 基侧链位于α螺旋的外侧，以减少空间位阻效应，但α螺旋的形成和

稳定性仍受R 基侧链的影响。

5.α螺旋分为左手α螺旋和右手α螺旋。天然蛋白质分子中的α螺旋绝大

多数都是右手α螺旋。

β折叠：是蛋白质多肽链主链的另一种有规则的构象形式。由两条或多条几乎完全伸展的多

肽链，借助链间形成的氢键，侧向聚集在一起而形成的折叠的层状结构。其特征如下：

1.β-折叠的一条肽链或肽段中构成肽键的羰基氧原子与另一条肽链或肽段中构成

肽键的-NH 的氢原子生成氢键，β-折叠中所有的肽键都参与了链间氢键的形成。

2.β-折叠的多肽链主链是比较伸展的，呈锯齿状折叠构象；侧链R 基交替地分布在

片层平面的上方和下方，以避免相邻侧链R 基之间的空间障碍。

3.β-折叠机构有平行式和反平行式两种。