化学生物学考题

试题专用纸

学生姓名：学号: 培养单位：

一．名词解释（共60分）（注：学位课的学生15小题均做，每小题4分；非学位课的学生任选其中12小题，每小题5分）：

1、分子探针：

分子探针为能与其他分子或细胞结构结合，并用于这些分子或细胞结构的定位、性质等分析的分子，其中核酸杂交所用的寡核苷酸、标记的抗体都是常用的分子探针。2、生物分子手性起源：

地球上组成生命体的基本生物大分子蛋白质和核酸都是右手螺旋的，它们结构中的氨基酸和核糖几乎总是分别为L-型和D-型，这即是著名的生命分子不对称性(手性)起源难题，它本质上是对称性破缺的问题。

3、前药设计原理

药物经过化学结构改造后在体内无活性或活性很低的化合物，在体内经酶促或非酶促作用又释放出原药发挥药理作用。

4、电子等排原理：

电子等排体的外层电子数目和排布相同，因而具有相似的物理及化学性质，并且可产生大致相似、相关或相反的生物活性。在药物结构优化研究中，以电子等排体相互置换，对药物进行结构改造的方法称为电子等排原理。

5、超分子

超分子通常是指由两种或两种以上的分子依靠分子间的相互作用力结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体，并保持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性。

6、富勒烯

C60分子是一种由60个碳原子构成的稳定分子，它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形。它形似足球，因此又名足球烯。

7、双亲分子

分子既含亲近某种物质的结构又含疏远这种物质的结构，这样的分子称为双亲分子。例如，磷脂分子既含亲水性的头部又含疏水性的尾部。

8、组合化学

组合化学也称组合合成，它是利用组合论的思想，将各种化学构建单元通过化学合成衍生出一系列结构各异的分子群体，并从中作出优化筛选。

9、肽核酸

肽核酸，一类以多肽骨架取代核糖磷酸主链的DNA类似物，即以肽链酰胺2-氨基乙基甘氨酸键取代了DNA中的戊糖磷酸二酯键骨架，其余的与DNA相同，PNA可以通过碱基互补配对的形式识别并结合DNA或RNA序列，形成稳定的双螺旋结构。

10、“天人合一”

天人合一，主要是讲天与万物、与人的这种生理状态的合一，体现人与自然的和谐统一。例如，人天同构，人体的结构可以在自然界中找到相对应的东西，人体仿佛是天地的缩影。天地同律，天地四时之气的运动变化有着相动一致的特性，人体生理功能节律也随天地四时之气运动变化而改变。此外DNA复制、生物节律、氨基酸聚合与手性可能与地球轨道手性运动存在相关关系等。

11、构效关系

构效关系指的是药物或其他生理活性物质的化学结构与其生理活性之间的关系，狭义的构效关系研究的对象是药物，广义的构效关系研究的对象则是一切具有生理活性的化学物质，包括药物、农药、化学毒剂等。

12、分子开关

一种具有双稳态的分子，通过施加一定的影响，如光照、氧化还原、酸碱性的改变等，分子可以在两种状态之间进行可逆转换，外界条件的改变，能使分子结构改变，从而表现出一些特殊性质。

13、分子逻辑器件

将逻辑语言应用于分子，利用分子具有的特定的构型、电性、立体结构、亲水性等特征来控制反应的进行与否、物质转运与否等过程。其机制就像数学中的不同的逻辑符号“and、or”控制不同程序一样，具有这种功能的分子叫做分子逻辑器件。

14、分子识别

分子识别是两个或以上的分子之间通过非共价键结合相互作用。要实现分子识别，一要求两个分子的结合部位是结构互补的，二要求两个结合部位有相应的基团，相互之间能够产生足够的作用力，使两个分子能够结合在一起。

15、生物钟

生物钟又称生理钟。它是生物体内的一种无形的“时钟”，实际上是生物体生命活动的内在节律性，它是由生物体内的时间结构序所决定。这种节律经过长时期的适应,与自然界的节律(如昼夜变化、四季变化)相一致。

二. 从热力学第二定律角度，解释生物进化过程中的自由能（G）、焓（H）、内能（U）、熵（S）等的变化趋势及可能原因？(10分）

答：生物进化的过程中，自由能（G）、焓（H）、内能（U）、熵（S）的变化趋势都为逐渐变小。原因：因为生物进化的过程是一个从无序到有序的过程，故?S<0。根据热力学第二定律，对于开放体系（如生命）：?G = ?H – T ?S，由于生物进化是一个自发的过程，所以?G<0，又因为T>0，因此要想满足上述公式中的?G<0，?H必须小于0，并且其绝对值要大于T ?S的绝对值。又因为?H=?U+?(PV)，?(PV)约为0，因此?U<0 综上所述，生物进化的过程中，自由能（G）、焓（H）、内能（U）、熵（S）的变化趋势都为逐渐变小的。

三. 食品安全是中国近年来的一个尖锐话题。抗草甘膦转基因大豆与大豆油是目前中国消费最多的转基因产品，草甘膦（Glyphosate）（结构见下），是由美国孟山都公司开发的除草剂，又称镇草宁、农达(Roundup)等，其对中炭钢、镀锌铁皮（马口铁）有强烈腐蚀作用，为什么？但很奇怪的是，中国对大豆与大豆油无草甘膦农残标准。你认为合理吗？（正面或负面回答均可，理由充分即可给分）请说明理由。(10分）

答：1、从草甘膦的分子结构可以看出，它具有羧基和磷酸基团，具有酸性和强烈的金属络合性，因此对中炭钢、镀锌铁皮（马口铁）有强烈腐蚀作用。

2、我认为不合理。理由如下：①目前我国进口转基因食品仅转基因大豆已占我国大豆市场>80%，而其中>90%用于制取食用大豆油，它占整个食用油市场>50%。如果其安全性万一有误，其后果不堪设想！②据相关文献报道，除草剂转基因大豆中草甘膦含量为6ppm-20ppm，不同转基因大豆油中草甘膦含量可高达0.197-0.350ppm，比非转基因大豆油高40%，比其它油高数十倍。研究表明，草甘膦的稳定性非常好，无论是高温200℃加热30分钟还是37℃模拟胃酸酸解24小时都不能分解草甘膦。③研究人员经过大量的实验发现，极低浓度（<5ppm）的草甘膦就可能对我们人体产生危害，诱发各种疾病。相关研究表明: 草甘膦可以诱发胃肠失调、过胖、糖尿病、心脏疾病、抑郁症、自闭症、不孕症、癌症，以及阿尔茨海默氏病等多种疾病。

四．下为青蒿素的分子结构，它易溶于氯仿、丙酮、乙酸乙酯和苯，可溶于乙醇、乙醚，微溶于冷石油醚，几乎不溶于水。因其具有特殊的过氧基团，它对热不稳定，易受湿、热和还原性物质的影响而分解。屠呦呦教授获得2015年诺贝尔奖的贡献是由于提取并发现青蒿素有100%抗疟原虫疗效。她与之前不一样的提取方法主要有两点创新性改变：1）将水提取改用乙醚提取2）加热提取改为低温提取。请从化学角度解释为什么屠呦呦这两点改变会使她取得成功？（20分）

答：根据相似相溶原理，青蒿素在水溶液中的溶解度很低，而在有机溶剂中的溶解度较高，如乙醚。因此，屠呦呦教授受《肘后备急方》的启发，认为有效成分可能在亲脂部分，改用乙醚提取。这一步很关键，因为乙醚提取会大大增加提取液中青蒿素的含量。此外，因青蒿素具有特殊的过氧基团，它对热不稳定，易受湿、热和还原性物质的影响而分解，所以将加热提取改为低温提取保证了经过提取后青蒿素结构的完整性。另外，乙醚的沸点为34.6℃，屠呦呦教授在用乙醚从黄花蒿中提取青蒿素，可以在较低温（60℃）的条件下提取得到含量较高且结构完整的青蒿素，这两点的改变是她发现青蒿素有100%抗疟原虫疗效的关键。