高级生物化学考试要点

高级生物化学参考资料

（2013年考试版）

1. 简述信号肽的特点和转运机制。

信号肽具有两个特点：

1）位于分泌蛋白前体的N-端

2）引导分泌蛋白进入膜以后，信号肽将被内质网腔内的信号肽酶切除

信号肽的转运机制：信号肽运作的机制相当复杂，有关组分包括信号肽识别颗粒（SRP）及其受体、信号序列受体（SSR）、核糖体受体和信号肽酶复合物。信号肽发挥作用时，首先是尚在延伸的、仍与核糖体结合的新生肽链中的信号肽与SRP结合，然后通过三重结合（即信号肽与SSR的结合、SRP及其受体结合、核糖体及其受体的结合）。当信号肽将新生肽链引导进入内质网腔内后，在信号肽酶复合物的作用下，已完成使命的信号肽被切除。

2. 同工酶产生的原因是什么？研究同工酶有何意义？为什么可以用电泳的方法分离鉴定同工酶？

初级同工酶产生的原因是由于酶蛋白的编码基因不同，次级同工酶产生的原因是虽然编码基因相同，但基因转录产物mRNA或翻译产物加工过程不同。

1）在遗传学和分类学上，同工酶提供了一种精良的判别遗传标志的工具；

2）在发育学上，同工酶有效的标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情况，以及个体发育和系统发育的关系。

3）在生物化学和生理学上，根据不同器官组织中同工酶的动力学、底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而解释它们代谢功能的差异。

4）在医学和临床诊断上，体内同工酶的变化，可看作机体组织损伤、或遗传缺陷，或肿瘤分化的分子标记。

因为同工酶的功能虽然相同，但是其分子量和其所带电荷数有差异，故可以用电泳的分析方法鉴定。

3. 生物膜主要有哪些生物学功能？任举一例说明膜结构与功能的密切关系。

生物膜的生物学功能可以概括如下：

1）区域化或房室化

2）物质的跨膜运输

3）能量转换（氧化磷酸化）

4）细胞识别

4. 研究蛋白质一级结构有哪些意义？

蛋白质的一级结构即多肽链中氨基酸残基的排列顺序（N端—C端）是由基因编码的，是蛋白质高级结构的基础，因此一级结构的测定成为十分重要的基础研究。一级结构的特定的氨基酸序列决定了肽链的折叠模式，从而决定其高级结构，从而决定其功能。

一级结构的种属差异与分子进化（细胞色素C）

一级结构的变异与分子病（镰刀状红细胞）

5. 何谓DNA的变性、复性和杂交？DNA的杂交在生物化学和分子生物学研究中的应用？试举例说明。

DNA变性是指在一系列物理化学因素作用下DNA一级结构不变而二级结构中的氢键遭到破坏，DNA双螺旋结构部分解体，或全部解离成两条单链DNA分子的过程，两股链成为无规则线团，叫变性。

引起变性的外界条件消除后（如加热变性后再缓慢降温），已分开的双螺旋又可重新缔合成双螺旋，成为复性。

不同来源的DNA分子放在一起热变性，然后慢慢冷却，让其复性，若这些异源DNA之间有互补的序列或部分互补的序列，则复性使会形成杂交分子。DNA与互补的RNA之间也可以发生杂交。

核酸的杂交在分子生物学和生物化学中应用广泛，如将已知基因的DNA制成具有同位素标记的DNA片段---DNA探针，用其去检测未知DNA分子。

1. 蛋白质特定构象形成的原因是什么？环境因素对蛋白质构象形成有无影响？为什么？

蛋白质特定构象形成的驱动力有R-侧链基团间的相互作用；肽链与环境水分子的相互作用；天然构象的形成过程是一个自发的过程。

环境因素对蛋白质构象形成有影响，因为维持蛋白质高级结构的主要是氢键、范得华力、疏水作用和盐键等次级键，环境因素会影响这些作用力的形成和大小，从而影响蛋白质构象的形成。

2. 试比较光合磷酸化和氧化磷酸化能量转化机制的异同。

光合磷酸化的能量是来自光能的激发，是储存能量，

氧化磷酸化能量是来自底物的分解，释放能量。

3. 激素受体有哪两大类？试比较其信号转导机制。

含氮激素作用机制的第二信使学说：激素是第一信使，它可与靶细胞膜上具有立体构型的专一性受体结合，结合后激活膜上的腺苷酸环化酶系统，在mg+存在的情况下腺苷酸环化酶促使ATP转化为cAMP，cAMP使无活性的蛋白激酶PKA激活，促使细胞内多种蛋白质发生磷酸化反应，从而引起靶细胞各种生理生化反应。

类固醇激素作用机制的基因表达学说：类固醇激素分子小、呈脂溶性，因此可透过细胞膜进入细胞。在进入细胞之后，先于细胞内的胞浆受体结合，形成激素-胞浆受体结合物而进入

细胞核内，再与核内受体结合，形成激素-核内受体复合物从而激发DNA的转录过程，生成新的mRNA,诱导蛋白质的合成，引起相应的生物效应。

6. 分子筛层析和SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳皆可用于测定蛋白质分子量，其原理有何差异？各自特点和适用范围。

分子筛层析，又称凝胶层析、排阻凝胶层析、凝胶过滤，利用凝胶把物质按分子大小不同进行分离的一种方法。由于被分离物质的分子大小（直径）和形状不同，洗脱时，大分子物质由于直径大于凝胶网孔而不能进入凝胶内部，只能沿着凝胶颗粒间的孔隙，随溶剂向下移动，因此流程短，首先流出层析柱，而小分子物质，由于直径小于凝胶网孔，能自由进入胶粒网孔，使之洗脱时流程增长，移动速度变慢而后流出层析柱。可用于测定氨基酸，脱盐和浓缩，分离提纯生物大分子，除去热源物质

SDS-PAGE，SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的原理是当S DS与蛋白质结合后，蛋白质分子即带有大量的负电荷，并远远超过了其原来的电荷，从而使天然蛋白质分子间的电荷差别就降低乃至消除了，与此同时蛋白质在SDS作用下结构变得松散，形状趋向一致，所以各种SDS-蛋白质复合物在电泳时产生的脉动率差异，就反映了分子量的大小。

可用于测PH值和蛋白质的亚基数

7. 将四种二肽(Gly- Gly，His-His，Asp-Asp，Lys-Lys) 的混合物先在PH5.6缓冲系统中进行电泳(I)，再转90。在PH7.2缓冲系统中进行电泳(II)，最后用茚三酮显色。请在下图中绘出该试验电泳图谱，并简述理由。

3. 什么是抗体？试以IgG的结构为例，分析抗体的重要功能，并简要说明抗体的多样性。当外源性物质，如蛋白质、毒素、糖蛋白、脂蛋白等进入人或动物体内时，机体的免疫系统便产生相应的免疫球蛋白并与之结合，以消除异物的毒害，此反应为免疫反应，此异物便是抗原，此球蛋白便是抗体。抗体分子的多样性和独特的生物学功能都能从其分子结构上找出依据，以下以IgG为例来简单说明：

1）轻、重链。IgG呈Y型，由4条通过二硫键相连的肽链组成，其中包括两条相同的轻链和两条相同的重链。一条重链的N-末端和相邻轻链协作形成一个抗原结合位点，所以IgG共有2个抗原结合位点，是二价的。因而一个抗体分子可以和2个抗原分子结合并交叉连接从而使抗原沉淀。

2）可变区和不变区。IgG每条链在N末端有一可变区，在C末端有一不变区，由于重轻链N端形成了抗原结合位点，这些区域氨基酸序列的可变性使其在结构上具有某种程度的柔韧性，从而形成了结合不同抗原的不同专一性结合位点。

3）抗体的结构域。轻链折叠形成2个紧密的三维结构域，一个代表可变区，另一个代表不变区，每条重链可形成4个结构域，一个可变区和三个不可变区。

4）Fab和Fc片段。木瓜蛋白酶消化IgG释放出Y型分子的两个臂，各含一个抗原结合位点，叫做Fab片段，因为Fab只有一个抗原结合位点，所以不能与抗原交叉连接。

释放出的Y型分子的柄部称为Fc片段，它由两条重链的C端组成，易于结晶。Fc有触发破坏抗原的作用。例如触发补体系统和诱导白细胞吞噬病原。

4. 什么是受体？有何特征和类别？简述一种分离提纯受体的方法、原理。

受体是细胞内或细胞表面的一种天然分子，可以识别并特异地与有生物活性的化学信号分子（配体）结合，从而激活或启动细胞内一系列生物化学反应最后导致该信号物质特定的生物效应。绝大多数受体为蛋白质，极少数是非蛋白受体。受体与配体结合具有特异性、亲和性、饱和性。受体分为细胞内受体（甾醇类激素）和细胞外受体（离子型通道受体、G蛋白偶联型受体、具有酶活性的受体）。分子克隆技术提取微量受体：从细胞中提取所有微量mRNA逆转录成cDNA，将其重组入载体质粒子，继而让其转染缺乏受体的培养细胞群，其中少数细胞可能还有能编码受体所需的cDNA，并表达成表面受体。

1. 有一种七肽具有神经传导抑制剂的作用，其氨基酸组成为Ala5、Phe1、Lys1，七肽与FDNB 反应后经酸水解，释放出DNP—Ala。用胰蛋白酶处理产生组成为Ala3、Phe1的四肽和组成为Ala2、Lys1的三肽。与胰凝乳蛋白酶作用则生成游离的Ala和一个六肽。试推导出该七肽的氨基酸序列。

1）七肽与FDNB反应后经酸水解，释放出DNP—Ala：N末端是Ala-

2）与胰凝乳蛋白酶作用则生成游离的Ala和一个六肽：C末端是-Phe–Ala

3）用胰蛋白酶处理产生组成为Ala3、Phe1的四肽和组成为Ala2、Lys1的三肽：

Ala-Ala- Phe–Ala和Ala-Ala-Lys

所以推除Ala-Ala-Lys-Ala-Ala- Phe–Ala

胰凝乳蛋白酶（糜蛋白酶）法：水解芳香族氨基酸的羧基侧肽键（色Trp、酪Tyr、苯丙Phe）

胰蛋白酶法：水解赖氨酸Lys、精氨酸Arg的羧基侧肽键

溴化脯法：水解蛋氨酸Met羧基侧的肽键

2. 画出肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧合曲线，并讨论各自氧合曲线与其功能相关性。

4. 什么是双信使信号转导系统，试述胞外信息通过该系统在胞内得以传递的机制。

激素通过结合到细胞表面的膜受体上，激活G蛋白，G蛋白开启磷酯酶C（PLC）的活性，从而使磷酸酰肌醇（PIP2）分解为肌醇三磷酸（IP3）和二酰甘油（DG）。

1）DG进一步活化PKC，促使靶蛋白中的Thr和Ser残基磷酸化，最终改变一系列酶的活性，引起生理生化反应。

2）IP3则作用于内质网膜受体，打开Ca+离子通道，升高胞质内【Ca+】，

a. Ca+的释放改变CaM和其他钙传感器的构象，使之变得更容易与靶蛋白结合，改变靶蛋白的生物活性，从而完成激素的联级放大作用，在多种细胞内引起广泛的生理效应。

b. Ca+的释放也活化了PKC，从而改变一系列酶的活性，引起生理生化反应。

5. 试述三种直接或间接的方法，以证明某种外源基因已在转基因生物中存在或表达。

1）载体特征的直接筛选：通常载体都带有可选择的遗传标志，最常用的有抗药性标记、营养标记和显色标记。对噬菌体而言，噬菌斑的形成则是其自我选择的结果。

2）差别杂交或扣除杂交法分离克隆基因：扣除杂交就是用一般细胞的cDNA与特殊细胞的cDNA杂交先扣除一般共有的cDNA，再将剩余的特异的cDNA进行克隆。

3）免疫学方法：用放射性固定酶或发光物质标记抗体，可以十分灵敏检测到外源基因的存在或表达。

4）细菌菌落或噬菌斑的原位杂交：细菌菌落——复印至硝酸纤维素膜上——aOH使菌体裂解，DNA变性，然后中和——单链DNA结合到膜上——32P-cDNA杂交——放射自显影——与放射性cDNA 杂交的菌斑。

1. 某天然九肽，其组成为：Gly2、Phe2、Tyr1、Met1、Asp1、Arg1、Pro1，经胰凝乳蛋白

酶水解后可分得一个五肽和一个四肽，四肽的组成为Phe1、Tyr1、Gly1和Pro1。此九肽的CNBr处理产物再经阳离子交换树脂层析并洗脱得一个组成为Arg1、Phe1、Gly1的三肽，此九肽经胰蛋白酶水解可得Phe，如用FDNB反应后再水解得DNP-Tyr。请写出这九肽的全顺序，并阐述解析过程。

Tyr---- o o -Phe - Asp -Met- Gly -Arg-Phe

2. 什么是核酶和抗体酶？它们和酶有什么不同？

核酶，把对RNA具有催化活性的RNA叫做核酶，化学本质为RNA，一般酶化学本质为蛋白质。

抗体酶，又称催化抗体，是指通过一系列生物化学技术方法制备出的具有催化活性的抗体，，它除了具有相应的免疫学性质外还具有类似于酶能催化某种活化反应的性质，在一般酶基础之上还具有相应免疫学性质。

？？？3. 某一均一的DNA样品，用EcoR I、Hpe II、Hind III3种限制性内切酶及它们的组合进行酶切，测出得到的DNA片段的大小如下：

EcoR I——————1.3kb(x2)

Hpe II——————2.6kb

Hind III——————2.6kb

EcoR I+ Hpe II——————0.5kb 0.8kb 1.3kb

Hpe II+ Hind III——————1.2kb 1.4kb

EcoR I+Hpe II+ Hind III——————0.5kb 0.6kb 0.7kb 0.8kb

指出这种分子是线性还是环形的，并绘出限制性图谱。

4. 试分析同源细胞色素C结构的种属差异和保守性，阐明其结构和功能的统一性。

对比不同有机体中表现同一功能的蛋白质的氨基酸序列，结果发现它们不仅长度相同或相近，而且其中许多位置的氨基酸对于不同种属来说都相同，称为不变残基，其他部位的残基对于不同种属则有相当大的变化，称为可变残基。同源蛋白质的氨基酸序列中的这种相似性被称为顺序同源性。不变残基对于同源蛋白质的功能是必须的，可变残基的变化虽不影响蛋白质的功能，却反映了这些种属在系统上的联系，

细胞色素C三级结构的保守性。35个不变的AA残基，是细胞色素C的生物功能所不可缺少的。其中有的可能参加维持分子构象，有的可能参与电子传递，有的可能参与“识别”并结合细胞色素C还原酶和氧化酶。

5. 细胞表面受体主要有哪些类型？各具有什么特点，作用机理有何区别？

离子通道性蛋白（配体闸门通道）：配体结合----通道打开

G-蛋白偶联型受体：配体结合----受体构象发生改变--------G蛋白激活-------靶酶激活

具有酶活性的受体：配体结合------酶激活

？？？1. 叙述血红蛋白的结构特征。这种结构和它的功能有什么关系？血红蛋白和氧的结合受哪些因素的影响？

人体内的血红蛋白由四个亚基组成，分别为两个α亚基和两个β亚基，自动组装成α2β2形态。血红蛋白的每个亚基由一条肽链和一个血红素分子构成，肽链盘绕折叠成球形，把血红素分子包在里面（这条肽链盘绕成的球形结构又叫珠蛋白），血红素分子是一个具有卟啉结构的小分子，在其中心有一个亚铁离子。

血红蛋白与氧结合：首先，一个氧分子与血红蛋白中的一个亚基结合，与氧结合之后的珠蛋白结构发生变化，造成整个血红蛋白结构的变化，这种变化使得第二个氧分子相比于第一个氧分子更容易寻找到血红蛋白的另一个亚基结合，而它的结合会进一步促使第三个氧分子的结合，以此类推，直至构成血红蛋白的四个亚基分别与四个氧分子结合。在组织内释放氧的过程也是这样，一个氧分子的离去会刺激另一个的离去，直至完全释放所有的氧分子。

3. 什么是遗传信息传递的中心法则？你认为用中心法则描述的遗传信息传递规律还有哪些问题有待补充？为什么说朊病毒的发现是对此法则的挑战？

。。。

目前普骗认为遗传信息不能从蛋白质流向核酸，但是DNA是否可以不经过RNA直接作为指令蛋白质合成的模板，尚待实验证明。

Prion朊病毒是一类高度保守的糖蛋白，其广泛表达于脊椎动物，且与神经系统功能的维持、淋巴细胞信号转导、核酸代谢等有关；当其发生构象改变之后可变成致病性朊病毒（PrPsc），PrPsc 可引起包括疯牛病在内的一系列致死性神经变性疾病（统称prion病）。

以α螺旋为主的对蛋白酶敏感的不具有感染能力的PrPC转变成以β片层为主的对蛋白酶抵抗的具有感染能力的不溶性PrPSc 。少量PrPsc与细胞PrPC结合后,以PrPsc为模板，使PrPC发生明显构象改变而转变为PrPsc，从而达到PrPsc传染扩增的目的,最后使PrPC全部转变成不溶性的PrPsc，脑组织形成淀粉样斑块直至死亡

迄今，人类已发现的传染病病原体都含有核酸，它们的扩增繁殖都遵循遗传信息流的中心法则。而PrPsc不含核酸，它是通过与PrPc相互作用，诱导其变构而转变成PrPsc，从而实现自身增殖,其增殖过程不涉及核酸复制，可见这与中心法则明显相左。

2. 试举一例，简要说明在生命活动的一些重要过程中是如何通过蛋白质(或酶)与核酸的相互作用而实现某一功能的。

基因在表达其性状的过程中贯串着核酸与核酸、核酸与蛋白质的相互作用。DNA复制时,双股螺旋在解旋酶的作用下被拆开,然后DNA聚合酶以亲代DNA链为模板,复制出子代DNA链。转录是在RNA聚合酶的催化下完成的。转译的场所核糖核蛋白体是核酸和蛋白质的复合体，根据mRNA的编码，在酶的催化下，把氨基酸连接成完整的肽链。基因表达的调节控制也是通过生物大分子的相互作用而实现的。如大肠杆菌乳糖操纵子上的操纵基因通过与阻遏蛋白的相互作用控制基因的开关。真核细胞染色质所含的非组蛋白在转

录的调控中具有特殊作用。正常情况下,真核细胞中仅2～15％基因被表达。

阐述核酸、蛋白质一级结构研究和大规模测序的必要性及其对生命科学发展的重要影响

(结构决定功能，功能是结构的反应)

核酸和蛋白质的一级结构研究和大规模测序，可以帮助我们正确认识核酸、蛋白质的高级结构，从结构到功能，从而认识核酸和蛋白质的功能。核酸和蛋白质复杂的组成和结构是其生物学功能多样性的基础，而蛋白质和核酸独特的性质和功能则是其结构的反映因为生物的遗传信息储存于DNA的核苷酸序列中，生物界物种的多样性寓于DNA 分子四种核苷酸千变万化的不同排列之中。测定DNA分子上四种核苷酸的排列顺序即DNA序列，是分子生物学家多年要解决的重要问题，蛋白质的构象归根结底取决于它的AA序列和周围环境的影响，因此研究蛋白质一级结构与功能的关系具有十分重要的意义。

4. 分离纯化得到一种蛋白质，至少设计两条路线，来克隆出该蛋白质的基因或cDNA。

1）测出氨基酸的序列——合成cDNA探针——用Southern印迹法筛选DNA文库基因

2）作为抗原，制备专一的抗体——沉淀核糖体，分离mRNA——对应的cDNA 文库

什么是第二信使假说？如果你在研究某种激素的作用机理时，你得到一种小分子物质，如何证明它是一种新的第二信使？

激素与受体结合，使G蛋白活化，进而再使ACase活化，催化ATP形成cAMP，作为第二信使的cAMP再经一系列的相关反应级联放大，即先激活细胞内的蛋白激酶，再进一步诱发各种功能单位产生相应的反应。cAMP起着信息的传递和放大作用，激素的这种作用方式叫做第二信使假说。

胞内信号分子是胞间信号被细胞表面受体接受后，激活同样处于膜上的酶或离子通道而产生的，这样才能完成跨膜的信号转换，最后导致细胞反应，如果我们把胞间信号分子作为第一信使，则细胞内信号分子正是充当了第二信使的作用。

5. 取新鲜猪血50ml，离心收集红细胞，经多步分离纯化步骤获得25mg超氧化物歧化酶(SOD)制剂，将其溶于5ml水中，从中取出0.1ml用邻苯三酚自氧化法测定SOD活性。测得每分钟邻苯三酚自氧化率加酶前后分别为0.07/min和0.06/min，反应液体积为10ml；另取0.1ml酶液用考马斯亮蓝法测得蛋白质含量为0.40mg。计算所得SOD制剂的总活力单位数及其比活力。(SOD活力单位定义为：每毫升反应液中，每分钟抑制邻苯三酚自氧化率达50%的酶量)