生物化学参考答案

参考答案：

1、答：该氨基酸pI小于6。因为：已知氨基酸都是以两性离子形式存在，溶解于水后，其pH由7变为6，说明溶液变酸了，变酸的现象是pH变小了，即两性离子放出质子与溶液OH-结合成水，使原来溶液中OH-负离子减少。此时氨基酸由两性离子状态变为负离子状态存在。若使负离子状态的氨基酸的氨基和羧基解离度相等，必须向溶液中加酸才能使其pH=pI。pH为6的溶液中氨基酸呈负离子状态，那么再加酸调节pH值使达等电点，无疑此氨基酸pI小于6。

2、答：

(1) 谷氨酰胺或天冬酰胺。其脱去酰胺基后转变成谷氨酸或天冬氨酸。

（1）半胱氨酸。其一SH基具有还原性，两分子半胱氨酸易氧化为胱氨酸。

（2）色氨酸。

（3）组氨酸。其咪唑基pKa为6．0。

(5)脯氨酸。与其他基本氨基酸不同，其氨基与R基成吡咯环，故脯氨酸是。—亚氨酸，

与茚三酮反应不产生蓝紫色产物，而生成一种黄色产物。

(6) 甘氨酸。甘氨酸是最小的氨基酸，不含手性碳原子，是基本氨基酸中唯一的无旋光性的分子，也就不存在D、L构型之分。

3、答：α—螺旋中一个残基的C＝O与其后第四个氨基酸残基的N—H之间形成氢键。形成的氢键C＝O…H--N几乎成一直线。每个氢键的键能虽不强，但是大量的氢键累加足以维持α—螺旋的稳定性。一圈螺旋为3.6个残基，氢键封闭13个原子，即形成13元环形式。α—螺旋可用下列通式表示：

圈内原子数为3n+4，当n=3时，即为α—螺旋。由于α—螺旋圈内原子数为13，从而α—螺旋也写作：3．613。当n=2时，即为3．010螺旋。此螺旋构象不如3．613构象稳定。

4、答：肽链骨架构象的第一个立体化学原则是肽单位的平面性原则。第二个立体化学原则是接触距离标准原则。当Cα连接的一对肽平面取某一Φ和Ψ角度时，可能由于肽单位中非键合原子间的相对位置过于接近而产生空间障碍，使得这个构象由于势能过大而不可能存在于天然蛋白质大分子中。因此可以根据肽单位处于某种构象时，非键合原子间的相互作用使得构象在能量上是否有利来判断这种构象能否存在或是否稳定。处于α—螺旋构象的肽平面，非键合的原子接触紧密，但又不小于范德瓦尔斯半径。在链内形成氢键时，氢键中的原子位于C＝O…H--N的直线上。因为α—螺旋构象满足了两个立体化学原则，势能最低，因此与其他构象相比最稳定。

5、解：Leu ：Ile=1.65%:2.48%=1:1.5=2:3,故在此蛋白质中至少有2个Leu或3个Ile。此蛋白质中只有2个Leu，那么：1.65=2ⅹ(131-18)/Mr, Mr=226/1.65%=13679。答：该蛋白质最低相对分子质量为13679。

6、答：解序列互补主要指DNA两条链之间通过A=T和G≡C氢键配对相互结合。DNA和RNA或RNA和RNA也可能由于存在可以形成氢键的配对区域而发生序列互补。序列互补使DNA分子内部结合，有利于保持分子稳定，这是与DNA作为遗传物质的功能相一致的。由于A=T只有2个氢键，而G≡C有3个氢键，对于长度相同的DNA而言，C≡C含量高，意味着氢键数量多，结合能力强。因此DNA两条链结合的强度，即DNA双螺旋的稳定性存在着序列依赖性，高G≡C更有利于维持DNA稳定。反过来，DNA的许多功能，例如复制、转录等都需要在解链情况下进行，显然，高AT区域比高GC区更容易解链，因此DNA 分子上GC与AT分布必定是不均一的，存在着高CC区和高AT区，例如前者可见于复制或转录终点，后者可见于复制起点或转录启动子序列。

7、天然核酸受到某种因素的影响，使维持核酸高级结构稳定的力，如氢键断裂，碱基堆积力不复存在，成为单连的无规则线团状结构的过程，称为变性作用。即核酸双螺旋结构的破坏。变性作用主要是由于核酸二级结构的破坏，不涉及一级结构的变化，即磷酸二酯键没有被破坏。因此，凡是能破坏氢键、离子键和碱基堆积力的因素都能导致双螺旋结构的破坏而使核酸变性。尿素、胍盐类、甲酰胺、紫外线、高温等均可使核酸变性。此外，如加热、过酸或过碱的环境都可引起核酸的变性。

核酸变性后，导致一系列物理化学性质的改变，生物学活性丧失，沉降系数增加，浮力密度升高，黏度下降，变性核酸因碱基外露，紫外线吸收值升高，这称为增色效应。这是跟踪测定DNA和RNA变性的一种最为简便的方法。

变性DNA在适当的条件下，两条彼此分开的链重新缔合成为双螺旋结构的过程称为复性。变性DNA能否复性以及复性速度的快慢受核酸溶液中盐的浓度和复性的温度的影响。复性溶液中必须有足够的盐的存在，以消除两条链中磷酸基团之间的静电斥力。复性的温度必须适中，温度太低会减少互补连之间的碰撞机会，但温度太高或接近Tm值，碱基不易配对，一般复性的温度维持在比Tm值低20一25℃较合适。

8、DNA的一级结构中组成成分为脱氧核糖核苷酸，核苷酸残基的数目由几千至几千万个；而RNA的组成成分是核糖核苷酸，核苷酸残基的数目仅有几十到几千个。另外在DNA分子中A=T，G=C；而在RNA分子中A≠U，G≠C。

二者的相同点在于：它们都是以单核苷酸作为基本组成单位，核苷酸残基之间都是由3′，5′—磷酸二酯键相连接的。

胞嘧啶的脱氨产物尿嘧啶很容易被作为DNA的外来物而被DNA修复系统除去。如果DNA本来就含有尿嘧啶，则由胞嘧啶脱氨产生的尿嘧啶的识别就会很困难，因此保留下来的尿嘧啶就会在复制期间与腺嘌呤配对导致DNA顺序的永久性改变。胞嘧啶的脱氨作用会逐渐地导致G≡C碱基对的减少和A=T配对的增加，经过千万年以后，胞嘧啶的脱氨作用会排除G≡C碱基对及含有它的遗传密码。在DNA中含有胸腺嘧啶可能是进化过程中的关键转变点，它使得遗传信息的长期储存成为可能。胞嘧啶的脱氨产物尿嘧啶很容易被作为DNA的外来物而被DNA修复系统除去。如果DNA本来就含有尿嘧啶，则由胞嘧啶脱氨产生的尿嘧啶的识别就会很困难，因此保留下来的尿嘧啶就会在复制期间与腺嘌呤配对导致DNA顺序的永久性改变。胞嘧啶的脱氨作用会逐渐地导致G≡C碱基对的减少和A=T配对的增加，经过千万年以后，胞嘧啶的脱氨作用会排除G≡C碱基对及含有它的遗传密码。在DNA中含有胸腺嘧啶可能是进化过程中的关键转变点，它使得遗传信息的长期储存成为可能。

9、答：tRNA的二级结构特征如下：

1) 由一条核糖核苷酸链组成，由于多核苷酸链的自身回折，使链内可配对的碱基之间通过氢键形成碱基对，构成了分子内的螺旋区；而不配对的碱基形成环状突起，这些环状突起好像是三叶草的三片小叶，而与环状突起相连的双螺旋区构成了三叶草的叶柄，故称tRNA的二级结构为三叶草型结构。

2)根据tRNA分子结构中各部分的功能及碱基组成的特征，tRNA的三叶草结构可分为几个主要的部分(结构区)。

(1)3′端有CCA顺序。在蛋白质生物合成中，tRNA充当搬运工，每种特定的tRNA所搬运的氨基酸就挂在末端腺苷酸残基的3′羟基上。故称3′端为氨基酸臂。

(2)TΨC环，该环内含有TΨC(54—56位氨基酸)顺序而得名。T为胸腺嘧啶核糖核苷酸，Ψ为假尿嘧啶核苷酸，该环与核糖体的结合有关。

(3)反密码臂，因含反密码子而得名。密码与反密码之间有互补配对的关系。密码子存在于mRNA分子上，在mRNA链上，每三个相邻的核苷酸为一种氨基酸编码，代表了一种

氨基酸。这三个相邻的核苷酸被称为一个密码子。如丙氨酸的密码是GCC，搬运丙氨酸的tRNA分子中的反密码臂中，含有IGC顺序，被称为反密码子。

(4)二氢尿嘧啶臂(DHU臂)，因该环中含有两个DHU而得名。该环也与核糖体的结合有关。

(5)额外臂，它处于T审C臂和反密码子臂之间，在不同的tRNA分子中，该臂所含的核苷酸数目不同，这可以作为tRNA分类的指标。

10、答：具有还原性的糖叫还原糖，单糖都是还原糖。如果将单糖置于碱性溶液中，它很容易被氧化，是一种强还原剂，这是因为单糖具有游离的羰基之故。

在碱性溶液中，自由的醛基和酮基可转变成活泼的烯二醇，烯二醇可还原金属离子如Cu2+、Hg2+等，同时本身被氧化成糖酸或其他产物。

酮糖分子内虽无醛基，但它含有活泼的α—羟基酮结构，在碱性溶液中，能转化为醛糖，所以也能够参加反应。

蔗糖由α—D—葡萄糖C1上的半缩醛羟基与β—D—果糖C2上的半缩醛羟基脱去1分子H2O，通过1，2—糖苷键连结而形成，这样，蔗糖分子中不存在半缩醛羟基，在碱性溶液中不起烯醇化反应，因此也不显还原性，所以不是还原糖。

11、单糖由直链结构变成环状结构后，羰基碳原子成为新的手性中心，导致C1差向异构化，产生两个非对映异构体。这种羰基碳上形成的差向异构体称异头物。在环状结构中，半缩醛碳原子也称异头碳原子或异头中心。异头碳的羟基与最末的手性碳原子的羟基具有相同取向的异构体称α异头物，具有相反取向的称β异头物。

环状单糖的半缩醛(或半缩酮)羟基与另一化合物发生缩合形成的缩醛(或缩酮)称为糖苷或苷也译作糖甙或甙。糖苷分子中提供半缩醛羟基的糖部分称糖基

，与之缩合的"非糖"部分称糖苷配基或配基，这两部分之间的连键称糖苷键。糖苷键可以是通过氧、氮(或硫原子)起连接作用，也可以使碳碳直接相连，它们的糖苷分别简称为O-苷，N-苷，S-苷或C-苷，自然界中最常见的是O-苷，其次是N-苷(如核苷)，S-苷和C-苷少见。糖苷配基也可以是糖，这样缩合成的糖苷，即为寡糖(包括双糖)和多糖。由于一个环状单糖有α和β两种异头物，成苷时相应地也有两种形式。

12、解：(1)其结构如下：

CH2-COO-（CH2）14-CH3

│

CH3（CH2）7-CH=CH（CH2）7COOCH OH

││

CH2-O-P-O-CH2CH2N+（CH3）3

║

O

(2)因为水解后得到甘油，因此是甘油磷脂。

(3)因为水解后得到胆碱，因此是卵磷脂。

13、答：生物膜的结构是不对称的，并且具有流动性。

不对称主要表现在两个方面，一是膜蛋白分布不对称，二是膜脂分布不对称。

膜上蛋白质有数十种，通常占膜重50％以上，膜蛋白不仅分布在膜脂双分子层的两侧(称外在蛋白)，还分布在脂质分子内部(称内在蛋白)。研究证明，蛋白质分子在膜上分布是不均一的，在膜的某些区域内，外侧分布比较多，内侧少；在另一些区域内，则外侧分布少，内侧分布多。有的部位蛋白质分子分布很密集，有的部位则很稀疏，像呼吸链酶系和光合链酶系，就是有序地密集于膜的一定部位中。有的蛋白质如糖蛋白，多分布在膜的外侧，糖链

伸出膜外，造成膜两侧蛋白质分布极不均一现象。

膜脂分布也是不对称的，例如在红细胞膜的脂质双层中，外层含神经鞘磷脂和卵磷脂较多，而内层则含脑磷脂和丝氨酸磷脂较多。

膜的流动性：膜的流动性决定于磷脂分子的性质或者说决定于不饱和脂肪酸的含量。不饱和脂肪酸在常温下处于液态，使膜蛋白和膜脂分子均有可能发生流动。镶嵌在脂质双分子层中的蛋白质分子，可作侧向扩散和旋转扩散运动，即沿着双分子层的平面移动，据推算，蛋白质分子每分钟可移动数微米。在进行细胞融合实验时，若用不同颜色的荧光染料将两种细胞染色，然后使其融合，在荧光显微镜下，可以看到在细胞融合过程中，带有荧光染料标记的蛋白质分子的扩散运动。

磷脂分子也可以发生扩散运动和围绕与膜平面相垂直的轴左右摆动及旋转运动。磷脂分子较蛋白质分子小，因此移动速度较蛋白质分子快。虽然膜脂和膜蛋白分子沿膜平面侧向运动速度较快，但在脂质双分子层中的翻转运动速度却很慢。有人计算，翻转运动的速度比侧向运动的速度要慢10亿倍，几乎不能进行翻转运动。

14、答：VB1结构是亚甲基连接噻唑环和嘧啶环而成。在体内：VB1形成焦磷酸硫胺素（TPP），它是丙酮酸脱羧酶和α-酮戊二酸脱羧酶的辅酶。其作用机制是：TPP噻唑环上C-2与酮酸的羰基结合，进而脱去CO2生成醛。在体内参与3种反应，即脱羧、缩合和转酮。

VB2结构为：6，7-二甲基-9-D-核糖醇异咯嗪。酸性稳定，碱性破坏（遇光分解）。在体内：VB2以FMN和FAD形式存在，即磷酸化和腺苷酸化，它们是黄酶（黄素蛋白）的辅基，参与多种氧化还原反应，与糖、脂、氨基酸等代谢有关。

VB3是一种淡黄色油状物，在中性条件下稳定。其结构是由α，γ-二羟基-β，β-二甲基丁酸与β-丙氨酸脱水缩合而成。在体内：泛酸和巯基乙胺、3`-磷酸AMP缩合而形成辅酶A （CoASH）。辅酶A是酰基转移酶的辅酶，生理功能主要是在糖代谢和脂代谢中起转移酰基的作用，其机理是分子中巯基乙胺的巯基能与酰基形成硫酯。

Vpp包括两种物质，即烟酸（也叫尼克酸）和烟酰胺（也叫尼克酰氨），它们都是吡啶的衍生物。在体内：Vpp以辅酶Ⅰ（NAD或烟酰胺腺嘌呤二核甘酸）和辅酶Ⅱ（NADP或烟酰胺腺嘌呤二核甘酸磷酸）的形式存在。它们是多种脱氢酶的辅酶，参与许多氧化还原反应，是重要的递氢体，其作用机理是：吡啶N原子为五价，能接受电子而变为三价，其对位C原子可加H，即接受2个电子和一个质子，另一个被留在溶液中。VB1结构是亚甲基连接噻唑环和嘧啶环而成。在体内：VB1形成焦磷酸硫胺素（TPP），它是丙酮酸脱羧酶和α-酮戊二酸脱羧酶的辅酶。其作用机制是：TPP噻唑环上C-2与酮酸的羰基结合，进而脱去CO2生成醛。在体内参与3种反应，即脱羧、缩合和转酮。

15、答：别构酶又称变构酶，是调节酶的一种类型。这种酶分子上除了有结合底物的活性中心外，还有一个与调节物结合的别构中心(也叫调节中心)。当特异的调节物非共价地与别构中心结合时，引起酶分子构象变化，导致酶的催化活性发生改变，这类酶称为别构酶。

如大肠杆菌的天冬氨酸转氨甲酰酶。别构酶的基本特点如下：

迄今所知的别构酶都是寡聚酶，含有两个或两个以上的亚基。别构酶的活性中心和别构中心可以位于同一条肽链的不同部位，也可位于不同的肽链上；

每个酶分子可结合一个以上的配体；

配体与酶蛋白质结合时可发生正或负的协同效应，其协同系数（效果）可以小于1，大于1或等于1；

别构酶的催化性质，与一般酶不同。大部分别构酶的初速度—底物浓度的关系不符合典型的米氏方程，即不呈一般的双曲线，而是S形曲线。代谢调节物造成的抑制作用也不符合典型的竞争性、非竞争性和反竞争性抑制作用的数量关系。

16、答：核酶是指具有催化功能的RNA。它能催化 RNA水解、聚合和拼接、催化氨酰酯的水

解等。核酶的发现具有重大理论意义，它表明进化过程中很可能存在一个RNA时期，现今的核酶可能是分子“化石”。核酶的应用前景主要是根据其作用原理设计抗病毒或抗肿瘤的药物。抗体酶指兼有抗体专一性和酶催化功能的蛋白质。由于抗体酶具有高度底物专一性，在临床药物治疗和合成立体专一性化学物质上具有重要应用价值。

17、解 (1)由题意，已知2mL酶液中含0．2mg蛋白氮，则1 mL酶液中含0．1 mg蛋白氮。

因为蛋白质中平均含N量为16％，所以0．1 mg氮相当于蛋白质的量为0．1÷16％＝0．625 mg。又已知：0．1 mL酶液中每小时产生1 500μgTyr，l mL酶液中每小时产生l 500ⅹ10μgTry，根据定义，每分钟产生1μgTyr的酶量为1个活力单位，所以l mL酶液中所含酶活力单位为l500ⅹ10／60=250 U。

(2)比活力是指酶活力单位／mg酶蛋白。由前面计算可知：0．625 mg酶蛋白含250酶活力单位，则1 mg酶蛋白含x个酶活力单位，即x＝250／0．625＝400酶活力单位／mg酶蛋白。

(3)总活力：比活力X酶蛋白总量；400ⅹ625＝2．5ⅹ105酶活力单位。

18、答：所谓高能化合物是指含有高能键的化合物，该高能键可随水解反应或基团转移反应等释放大量自由能（20.92KJ/mol及以上能量）。生物体内具有高能键的化合物是很多的，根据高能键的特点可以分成几种类型：

(1)磷氧键型(一O～P)。属于该型的化合物较多：a．酰基磷酸化合物，如1，3—二磷酸甘油酸。b．焦磷酸化合物，如无机焦磷酸。c．烯醇式磷酸化合物，如磷酸烯醇式丙酮酸。

(2)氮磷键型(一N～P)。如磷酸肌酸。

(3)硫酯键型(一CO～S)。如酰基辅酶A。

(4)甲硫键型(一S～CH3)。如S—腺苷蛋氨酸。

19、答：呼吸链中各电子传递体的排列顺序主要是根据它们的氧化还原电位的测定来确定的，各电子传递体的氧化还原电位由低到高顺序排列。另外还可以利用电子传递抑制剂来确定它们的顺序。当在体系中加入某种电子传递抑制剂时，以还原态形式存在的传递体则位于该抑制剂作用位点的上游。如果以氧化态形式存在，则该传递体位于抑制剂作用位点的下游。这样结合应用几种电子传递抑制剂，便可为确定各电子传递体的顺序提供有价值的信息。此外还可通过测定细胞色素的氧化还原光谱来确定其排列顺序。

20、答：化学渗透学说的要点是：(1)呼吸链中各递氢体和电子传递体是按特定的顺序排列在线粒体内膜上；(2)呼吸链中三大复合物(即NADH—CoQ还原酶复合物，细胞色素还原酶复合物和细胞色素氧化酶复合物)都具有质子泵的作用，在传递电子的过程中将2个H+泵出内膜，所以呼吸链的电子传递系统是一个主动运输质子的体系； (3)质子不能自由通过线粒体内膜，泵出膜外的H+不能自由返回膜内侧，使膜内外形成质子浓度的跨膜梯度；(4)在线粒体内膜上存在有ATP合成酶，当质子通过ATP合成酶返回线粒体基质时，释放出自由能，驱动ADP和Pi合成ATP。