结构生物学期末考试复习要点

淮海工学院研究生《结构生物学》期末考试复习要点

一、名词解释

1、30nm染色质纤维：真核生物细胞核中DNA以负超螺旋的形式与组蛋白结合成核小体(nucleosome),核小体螺旋化形成30nm染色质纤维。30nm染色质纤维以4个核小体为结构单元；各单元之间通过相互扭曲折叠形成一个左手双螺旋高级结构，H1连接组蛋白在此过程中起重要作用。

2、蛋白质二级结构：指它的多肽链中有规则重复的构象，限于主链原子的局部空间排列，不包括与肽链其他区段的相互关系及侧链构象。指肽链的主链在空的排列或规则的几何走向、旋转及折叠。

–蛋白质主链是由氨基酸之间的肽键相连。组成肽键的4个原子位于一个肽平面上。

由于侧链的空间位阻，肽键一般为反式构象（Pro除外）。由于蛋白质的主链构象是受限的，一连串氨基酸常常采取相同的构象，形成蛋白质的“二级结构”。

3、蛋白质结构域：在超二级结构基础上组装而成，多肽链折叠近乎球状的组装体，这种相对独立的三维实体称为结构域。

蛋白质分子中具有特定结构和独立功能的结构单元。通常围绕单一疏水核心构成。一般而言，结构域沿着多肽链依次折叠。但也会有多肽链的几个部分从一个结构域延伸出去形成另一个独立的结构域。

4、DNA聚合酶右手模型：含有聚合酶结构域和3’→5’外切酶结构域，C端缺少5’→3’外切酶结构域。包括四指(5’→3’外切酶结构域，核苷酸的结合与识别) ，手掌(3’→5’外切酶结构域，DNA聚合反应活性中心) ，拇指(聚合酶结构域，DNA结合)。

5、自组装学说：还原变性的牛胰核糖核酸酶在去除变性剂和还原剂后，不需要任何其他物质的帮助，能够自发的形成正确的4对二硫键，重新折叠成天然的三维结构，并恢复几乎全部生物活性。

6、分子马达:是分布于细胞内部或细胞表面的一类蛋白质，它们的构象会随着与ATP和ADP的交替结合而改变，ATP水解的能量转化为机械能，引起马达形变，

或者是它和与其结合的分子产生移动。分子马达本质上是一类ATP酶。

分子马达是生物体内的一类蛋白质,它们可以将化学能转变为机械能,或者将机械能转变为化学能。分子马达在细胞内利用ATP供能,产生推动力,进行细胞内的物质运输或细胞运动的蛋白质分子称为分子马达或马达蛋白

7、初级转运蛋白:逆电化学势的主动转运，所需能量来自外源，如光反应、氧化还原反应、ATP水解等。

二、简答题

1、简述真核生物染色体的结构组成层次

真核生物细胞核中DNA以负超螺旋的形式与组蛋白结合成核小体(nucleosome) 核小体螺旋化形成30nm染色质纤维。

30nm染色质纤维超螺旋化形成300nm染色质超螺旋体

染色质浓缩形成700nm螺旋，即染色体

2、请列举至少4种RNA结构模体及其特点

茎环或发夹结构。GNRA四环结构(GNRA tetraloop)

内环(internal loop)：内环有很多不同的构象，内环通常是蛋白质的结合位点。假结(pseudoknot)：重要的RNA功能模块和蛋白质分子识别基础。

K转向(Kink-turn)：重要的RNA识别蛋白模体。

凸起(bulge)：确定茎环结构取向。

A-小模体(A-minor motif):远程相互作用,RNA三级结构中最重要的结构组件3、什么是分子伴侣？它与酶的区别是什么？

（1）从功能上定义的，一大类相互之间没有关系的蛋白质，其共同功能是帮助其他蛋白质的结构在体内进行非共价的组装和卸装，但不是这些结构在发挥其正常生物学功能时的永久组成成分。

（2）区别

1.分子伴侣对靶蛋白布局有高度专一性，同一分子伴侣可以促进多种氨基酸序列完全不同的多肽链折叠成三维结构、性质和功能都并不相关的蛋白质

2、它的催化效率很低。行使功能需要水解ATP，以改变其构象，释放底物，进行再循环

3.分子伴侣有时也只是阻止肽链的错误折叠，而不是促进其正确折叠成为成熟的有完整功能的蛋白质

4.分子伴侣辅助的是“非共价”，区别于催化新生肽进行翻译后共价修饰的酶。

4.多能性（胁迫保护防止交联聚沉，转运，调节转录和复制，组装细胞骨架）

5. 进化保守性

4、为什么碳酸酐酶的催化速率可以高达106/s？

折叠方式完全不同；亚基数量不同；活性位点位置不同。为了保证反应快速进行，活性中心既不能强烈结合底物或产物，也不能进行大的构象变化。α型Zn离子附近199位Thr的“守门员”羟基H原子与106位Glu形成氢键，使底物HCO3-只能以-OH基团中的质子化氧与Zn离子结合。Zn-OH-对CO2进行亲核攻击，负电荷转移到离Zn较近的O原子上，形成HCO3-。HCO3-通过中性氧与Zn的结合较弱，很快被水分子取代，自身被释放。

催化二氧化碳的水合反应及逆反应：

a)Zn-H2O = Zn-OH- + H+

b)H+ + His = His-H+

c)His-H+ + Buffer = His + Buffer-H+

d)Zn-OH- + CO2 + H2O = HCO3- + Zn-H2O

4、活性位点中的Zn离子：

a)α和γ型中结合在3个His残基上，带正电荷

b)β型中结合1个His和2个Cys残基，为中性

5、活化过程：

a)Zn离子将pKa降低到7左右，激活水分子。

b)活化后，H+释放到外部，OH-结合在Zn离子上。

c)活性位点中有一个His作为缓冲分子，不以氢键形式结合其

他任何残基。

6、为了保证反应快速进行，活性中心既不能强烈结合底物或产物，

也不能进行大的构象变化。

7、α型Zn离子附近199位Thr的“守门员”羟基H原子与106位Glu

形成氢键，使底物HCO3-只能以-OH基团中的质子化氧与Zn离子结合。

8、Zn-OH-对CO2进行亲核攻击，负电荷转移到离Zn较近的O原子

上，形成HCO3-。HCO3-通过中性氧与Zn的结合较弱，很快被水分子取代，自身被释放。

0.芳香磺酰胺是所有碳酸酐酶的强抑制剂。

1.磺胺基团中质子化的NH与Zn离子结合，并与199位Thr形成氢键。

2.两个O原子以非质子化氧的形式结合在Zn离子上。

6、简述视觉信号传递给神经细胞的结构学基础。

7、简述X射线晶体衍射解析生物大分子结构的流程

三、论述题（共1题，25分）

某老师从海水微生物中提取出了一种新酶，命名为酶A，该酶与此前国外已经发现的酶B相比，序列一致性高达80%。两种酶的催化活性基本一致，但是热稳定性差异却很大：新发现的酶A的热稳定性不依赖于Zn2+，而已知的酶B 热稳定性却严重依赖于Zn2+。目前酶B的晶体结构已经得到了解析，结构中展示了活性位点和金属离子结合位点。这位老师根据酶B的晶体结构，通过同源建模预测了酶A的三维结构模型，但并未得到有价值的信息。他想通过结构生物学的方法，阐明酶A的热稳定性不依赖于Zn2+的机制，请为他设计一套可行的研究方案。

注意：方案应当划分为几个大的研究阶段，每个阶段中应列出主要步骤。

提示：本题为开放性试题，所谓的几个研究阶段，主要应当包括：如何设计突变与构建并表达蛋白；结晶条件筛选，晶体生长与衍射分析；如何根据结构模型解释功能等

1.设计突变与构建并表达蛋白

1.1通过点突变增加蛋白稳定性，截短蛋白上无意义的信号肽与N端C端的无规则卷曲。通过酶活，配体结合力等验证蛋白的完整性（？）。

1.2将突变后的目的基因连接到合适的表达系统中大量表达。

2.结晶条件筛选

总体思路：

先设计一系列的大量初始条件来尝试晶体生长；

2.1鸟枪法

各种常用条件的组合，初筛首选

初始条件从以下若干方面调整：

物理因素：

温度、压力、震动、重力、时间、外加物理场、介质、晶核……化学因素：

pH、金属离子、沉淀剂（聚乙二醇、硫酸铵等）、过饱和度……

2.2成熟试剂盒

2.3网格法

2.4细致筛选沉淀剂浓度和pH梯度组合

2.5随机因素法

2.6参照同类分子法（应该是选这个方法，因为有类似的酶B）

一旦获得晶体（往往是微晶或晶形不好的晶体），再仔细优化这种条件，直到获得可用的大单晶为止。

优化了结晶条件后可以利用自动点样机械臂以及高通量结晶生长观测仪来获得结晶。

在结晶生长观测仪上观察到结晶成长到需要大小时，排除盐晶，捞取晶体，冷冻保存。

3.晶体衍射

3.1衍射光源

使用同步辐射光源、XFEL等进行衍射。

3.2衍射数据分析

基本步骤：

收集衍射数据

计算衍射相位角

计算电子密度

推算结构模型

精修结构模型

3.2.1收集衍射数据

数据收集：

由于角度等多种因素限制，一个衍射图样不可能反映晶体的整个空间结构。

往往需要收集数十甚至上百个晶体的数据进行合并。

XFEL产生的数据则更为庞大。

3.2.2计算衍射相位角

通过分子置换法（√），多重同晶型置换法(MIR)，多波长反常散射法(MAD)，直接法解决相位问题。

计算电子密度

3.2.3 推算结构模型

计算电子密度

以同类大分子B结构为参照，将每一个残基依序列建立起始模型。

3.2.4 结构模型精修

利用最小二乘法等方法提供的精修参数，对模型进行精修。使残差因子：

结构模型与实验数据的偏差程度，总体不应超过0.2

键长偏差不应超过0.015?；

键角偏差一般不应超过3°

4.根据模型解释功能