生物化学作业

生物化学作业

1. 基因如何决定糖蛋白中寡糖链的结构信息。

答：生物体内的糖链的合成大多需要酶的催化调节，并且糖链的结构受到某些蛋白所携带的信息的控制，而蛋白质的功能和其携带的信息取决于基因的控制，因此在由某些蛋白质和酶的协同作用下合成的糖链会由于基因中的不同信息的表达和控制而产生不同的结构。不同结构的糖链携带了不同的生物信息。

2. 组成生物膜的脂质分子主要有哪几类？分别简述其功能。

答：组成生物膜的脂质分子主要有磷脂、糖脂、胆固醇。

磷脂：主要包括甘油磷脂和鞘磷脂两大类。是重要的两亲物质，它们是生物膜的重要组分、乳化剂和表面活性剂。它是维持生命活动的基础物质，对活化细胞，维持新陈代谢，基础代谢及荷尔蒙的均衡分泌，增强人体的免疫力和再生力，都能发挥重大的作用。人体神经细胞和大脑细胞是由磷脂为主所构成的细胞薄膜包覆，磷脂不足会导致薄膜受损，造成智力减退，精神紧张。而磷脂中含的乙酰进入人体内与胆碱结合，构成乙酰胆碱。而乙酰胆碱恰恰是各种神经细胞和大脑细胞间传递信息的载体。磷脂是细胞膜的重要组成部分，肩负着细胞内外物质交换的重任。

糖脂：包括鞘糖脂和甘油糖脂两大类。细胞膜上的鞘糖脂与细胞生理状况密切相关。鞘糖脂的疏水尾部深入膜的脂双层，极性糖基露在细胞表面，它们不仅是血型抗原而且与组织和器官的特异性，细胞-细胞识别有关。同一类细胞在不同的发育阶段,鞘糖脂的组成也不同。正因为某些类型鞘糖脂是某种细胞在某个发育阶段所特有的，所以糖脂常常被作为细胞表面标志物质。糖脂又是细胞表面抗原的重要组分，某些正常细胞癌化后，表面糖脂成分有明显变化。细胞表面的糖脂还是许多胞外生理活性物质的受体,参与细胞识别和信息传递过程。

胆固醇：胆固醇的两亲性特点对生物膜中脂质的物理状态有一定的调节作用。在相变温度以上时，胆固醇阻扰脂分子脂酰链的旋转异构化运动，从而降低膜的流动性。在相变温度以下时，胆固醇的存在又会阻止磷脂脂酰链的有序排列，从而降低其相变温度，防止磷脂向凝胶态转化，保持了膜的流动性。

胆固醇还是血中脂蛋白复合体的成分，是类固醇激素和胆汁酸的前体。

3.“超级氨基酸”海选开始了！请选出你最喜爱的三种氨基酸，并分别陈述理由。

答：①甘氨酸：Glycine，是最简单的氨基酸，又名氨基乙酸，人体非必需的一种氨基酸，在分子中同时具有酸性和碱性官能团，在水溶液中为强电解质，在强极性溶剂中溶解度较大，基本不溶于非极性溶剂，而且具有较高的沸点和熔点，通过水溶液酸碱性的调节可以使甘氨酸呈现不同的分子形态。参与嘌呤类、卟啉类、肌酸和乙醛酸的合成，可与多种物质结合由胆汁或从尿中排出。作为营养增补剂广泛应用于医药、食品等领域。根据甘氨酸的制备工艺和产品的纯度可分为食品级、医药级、饲料级和工业级四种规格产品，可见甘氨酸的用途之广泛。

②半胱氨酸cystein e：是人体常见的必需氨基酸，蛋白质中重要的“二硫键”多半出自它手。半胱氨酸是一种天然产生的氨基酸，在食品加工中具有许多用途，它主要用于焙烤制品，作为面团改良剂的必需成分。半胱氨酸是一种还原剂，它可以促进面筋的形成，减少混合所需的时间和所需药用的能量，半胱氨酸通过改变蛋白质分子之间和蛋白质分子内部的二硫键，减弱了蛋白质的结构，这样蛋白质就伸展开来。我们去美发店的烫发，那些好看的卷发也是半胱氨酸在特殊条件下改变二硫键而形成的！

③苯丙氨酸：Phenylalanine，是人体的必需氨基酸之一。苯丙氨酸系统命名为“2-氨基苯丙酸”，是α-氨基酸的一种，L-苯丙氨酸可作为抗癌药物的载体将药物分子直接导入癌瘤区，其效果是其他氨基酸的3～5倍。这样既可以抑制癌瘤生长，又可以降低药物的毒副作用。

4. 简述蛋白质结构的组织层次，并指出在每级结构中用于稳定该结构的主要作用力。

5. 畅谈蛋白质为什么具有神奇的功能（可从蛋白质结构与功能之间的关系入手，建议多举例）

答：蛋白质的结构与功能不是孤立的，而是密切联系的。蛋白质多种多样的生物功能是以其化学组成和三维空间结构为基础的；蛋白质功能是其特定结构存在的意义所在。

⑴蛋白质的一级结构与功能的关系

蛋白质中的氨基酸序列与生物功能密切相关，一级结构的变化往往导致蛋白质生物功能的变化。如镰刀型细胞贫血症，其病因是血红蛋白基因中的一个核苷酸的突变导致该蛋白分子中β-链第6位谷氨酸被缬氨酸取代。多肽链中各氨基酸残基的数量、种类及它们在肽链中的顺序主要从两方面影响蛋白质的功能活性。一部分氨基酸残基直接参与构成蛋白质的功能活性区，它们的特殊侧链基团即为蛋白质的功能基团，这种氨基酸残基如被置换都会直接影响该蛋白质的功能，另一部分氨基酸残基虽然不直接作为功能基团，但它们在蛋白质的构象中处于关键位置，这种残基一旦被置换就会影响蛋白质的构象，从而影响蛋白质的活性。因此，一级结构不同的各种蛋白质，它们的构象和功能自然不同；反之，一级结构大体相似的蛋白质，它们的构象和功能也可能相似。

举例一：来源于不同动物种后的胰岛素，它们的一级结构不完全一样，但其组成的氨基酸总数或排列顺序却很相似，从而使其基本构象和功能相同。

举例二：几种来源不同的蛋白酶，其一级结构各不相同，但它们的活性部位都含有以丝氨酸残基为中心的相似排列顺序，使其分子中这一局部的构象相似，并显示出相似的催化肽键水解的活性。

⑵蛋白质构象与功能的关系

蛋白质特定的构象显示出特定的功能，天然蛋白质的构象一旦发生变化，必然会影响到它的生物活性。天然构象如发生破坏性的变化，蛋白质的生物活性就会丧失，此即蛋白质的变性。除受物理、化学因素而

引起的构象破坏所致的活性丧失之外，在正常情况下，有很多蛋白质的天然构象也不是固定不变的。人体内有很多蛋白质往往存在着不只一种天然构象，但只有一种构象能显示出正常的功能活性。因而，常可通过调节构象的变化来影响蛋白质(或酶)的活性，从而调控物质代谢反应或相应的生理功能。比如别构效应：当某种小分子物质特异地与某种蛋白质(或酶)结合后，能够引起该蛋白质(或酶)的构象发生微妙而规律的变化，从而使其活性发生变化的现象。别构效应充分说明了构象与功能活性之间的密切关系。

举例一：血红蛋白(Hb)就是一种最早发现的具有别构效应的蛋白质，它的功能是运输氧和二氧化碳。Hb 有两种能够互变的天然构象，一种叫紧密型(T 型)，另一种叫松弛型(R 型)。T 型对O2的亲和力低，不易与O2结合；R 型则相反，它与O2的亲和力高，易于结合O2。随着条件的变化，Hb 的T 型与R 型不断互变：在肺部毛细血管内，O2分压很高，促使T 型转变为R 型，利于Hb 饱和地“装载”O2；在全身组织毛细血管中，O2分压较低，R 型Hb 又转变为T 型，有利于释放O2。Hb 分子两型构象的互变，引起结合O2与释放O2的变化，这就巧妙地完成了运O2的功能

举例二：G 蛋白偶联受体功能：识别并结合细胞外部环境中的信号分子，激活细胞内G 蛋白。G 蛋白偶联受体（G-protein-coupled receptor ，GPCR ）的结构特点：七个穿越细胞膜的α-螺旋结构＋细胞外结构域 ＋ 细胞内结构域。信号分子（配体）与G 蛋白偶联受体结合后导致受体构象改变，其上与G 蛋白结合位点暴露，受体与G 蛋白结合形成复合体后，G 蛋白α亚基构象改变，排斥GDP ，结合了GTP 而活化，α亚基从而与βγ亚基解离， 激活后继的效应分子（例如腺苷酸环化酶），引发一系列的细胞内反应。

6. 翻译并回答问题：

Keeping the sweet taste of corn The sweet taste of freshly picked corn (maize) is due to the high level of sugar in the kernels. Store-bought corn (several days after picking) is not as sweet, because about 50% of the free sugar is converted to starch within one day of picking. To preserve the sweetness of fresh corn, the husked ears can be immersed in boiling water for a few minutes(“blanched ”)then cooled in cold water. Corn processed in this way and stored in a freezer maintains its sweetness. What is the biochemical basis for this procedure?

翻译：保持玉米的甜味。新掰下的玉米很甜是由于玉米粒中的糖浓度高。可是掰下的玉米贮存几天后，因为50%的糖已经转化为淀粉就不那么甜了。如果将新鲜玉米去掉外皮浸入沸水几分钟，然后于冷水中冷却。玉米以这种方式处理，并在冷冻储存保持其甜度。

这种程序的生物化学基础是什么？

答：酶在高温下失活。刚摘下的玉米在沸水中浸泡几分钟，可以使其中将糖转化为淀粉的酶基本失活，而后将玉米冷冻贮存，可以使残存的酶处于一种低活性的状态，从而抑制玉米中的糖转化为淀粉，保持了玉米的甜度。

7. 利用竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂和反竞争性抑制剂的动力学方程分别推导其抑制常数Ki 在数值上有没有可能等于该抑制剂的IC50（IC50为酶浓度与底物浓度均固定不变的前提下，酶的活力被抑制一半，即相对活力a = 0.5时的抑制剂浓度）。

答：竞争性抑制剂不可能。

a =1,2i V V =max max [][]2,[][]

(1)[]m m i

V S V S I K S K S K ?=+++[]22[][],m m m i I K S K K S K +=++ [][].m m

i I K S K K +=不符题意。 反竞争性抑制不可能。

a =1,2i V V =max max [][]2,[][]

[](1)m m i

V S V S I K S K S K ?=+++[]22[][][],m m i I K S K S S K +=++ [][][]

.m i I K S S K +=不符题意。 非竞争性抑制可能。

a =1,2i V V =max max [][]2,[][]

([])(1)m m i

V S V S I K S K S K ?=++?+ [][]22[][][],m m m

i i I I K S K K S S K K +=+++[][]([]),m m i I K S K S K +=+ [][].i I K =符合题意。

8．回答以下关于酶的别构调控的问题:

（1）概述别构调控的分子机理；

（2）当加入较低浓度的竞争性抑制剂于别构酶的反应体系中时，往往观察到酶活性增加的现象，解释这种现象产生的原因。

答：（1）酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象的改变，进而改变酶的活性状态，称为酶的别构调控。别构调控主要是由别构酶来进行调节的。这种酶有受调控的动力学特征。它的分子内、在不同空间位置上的特定位点有传递改变构象信息的能力，除了有活性中心外，还有别构中心，当专一性代谢物非共价地结合到别构中心时，它的催化活性就发生改变，使这种酶能够适当而精巧地在准确的时间和正确的地点表现出它的催化活性。

（2）竞争性抑制剂和底物对对应的酶有相同的作用位点，低浓度的竞争性抑制剂可以与别构酶在结合位点结合，但不足以结合全部作用位点，因为别构部位被激活，则别构酶就体现出别构效应，可以促进底物分子与酶的其他亚基的进一步结合，因此低浓度的抑制剂可以激活某些别构酶。

9、分别比较DNA 、 RNA 的一级结构与其高级结构的关系

答： DNA 的一级结构是指脱氧核糖核苷酸的共价结构，即DNA 的核苷酸序列；其高级结构是指DNA 的两条多聚核苷酸链间通过氢键形成双螺旋结构（二级结构），DNA 双链进一步折叠卷曲形成一定构象（三级结构），以及DNA 与蛋白质的复合体结构（四级结构）。DNA 的一级结构决定其高级结构。

RNA 的一级结构指核糖核苷酸的共价结构，即RNA 的核苷酸序列，它的二级结构是回折形成双链结构。双链进一步卷曲折叠形成复杂的构象，结合一些蛋白质后形成RNA 的四级结构。RNA 的高级结构也是由其一级结构决定的。RNA 在局部也可以通过碱基互补配对形成双螺旋结构或者发卡结构。比如tRNA ，由于双螺旋结构所占比例很大，所以其二级结构很稳定。除Watson-Crick 碱基对外，还有许多不配对碱基间、碱基与核糖-磷酸骨架之间以及三个碱基之间的氢键。几乎所有相邻碱基都通过疏水作用相互堆积，这种堆积作用是稳定其构象的主要因素。最后，DNA 或者RNA 核苷酸上的磷酸集团和蛋白质之间还会形成离子键等弱相互作用从而结合在一起。

DNA 与RNA 的一级结构不同无非就是单双链的不同，其二级结构、三级结构、四级结构都很类似。

不管是DNA 还是RNA ，稳定高级结构的因素都是碱基堆积力和碱基配对的氢键，其中碱基堆积力为主要作用。比如在DNA 中，碱基配对的氢键不仅可以稳定双螺旋，回文序列还可以形成发卡结构或者十字结构，细菌的限制性内切酶就可以识别这些序列。某些情况下DNA 甚至可以形成三螺旋。

综上所述，DNA 和RNA 的一级结构可以说对高级结构会有很重大的影响。

10．DNA访谈录：我为什么选择双螺旋结构？

记者：DNA先生，您好! 我是北京师范大学生命科学学院的记者。非常感谢您参加我们的访谈。您能解释一下您为什么选择双螺旋结构吗？

DNA: 首先我要从我自身来说这个事情。所谓双螺旋结构，就是两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕而形成的螺旋结构，大多数为右手螺旋，当然也有很少的我的远房亲戚可能是左手螺旋。

我之所以选择双螺旋是因为双螺旋是很有意义，比如说：

双螺旋为我的两个单链间的相互结合提供了合适的空间位置，使碱基间通过氢键紧密结合，从而穏定了我的结构；双螺旋结构为碱基互补配对提供了有力的基础，保证了我携带的遗传信息的准确复制；我还可以通过双螺旋结构发生超螺旋，易于复制、重组、转录等过程中的解链；还可以借助双螺旋结构进行压缩，与碱性蛋白结合，缠绕折叠成一定的组织结构压缩在细胞内。