各章思考题及答案
一 糖类化学
糖蛋白中的寡糖链有些什么功能？
糖蛋白的种类繁多，功能也十分广泛。一般来说，糖蛋白的寡糖链可保护其蛋白部分免遭蛋白酶的水解，而延长其生物半衰期。此外寡糖链还影响蛋白质构象、聚合和溶解性等。在某些糖蛋白中寡糖链参与蛋白质在细胞内的分拣和运输。一些属于糖蛋白的酶，其寡糖链结构可影响酶的活性。许多激素为糖蛋白，其寡糖链的结构与激素的生物活性密切相关。存在于细胞表面的糖蛋白，其寡糖链还参与蛋白质分子之间的相互识别和结合作用。
二脂类化学
试述生物膜的两侧不对称性。
生物膜的不对称性表现在：
a) 磷脂成分在膜的两侧分布是不对称的。
b) 膜上的糖基（糖蛋白或糖脂）在膜上分布不对称，在哺乳动物质膜都位于膜的外表面。
c) 膜蛋白在膜上有明确的拓扑学排列。
d) 酶分布的不对称性。
e) 受体分布的不对称性。
膜的两侧不对称性保证了膜的方向性功能。
三 蛋白质化学
1 某氨基酸溶于pH7的水中，所得氨基酸溶液的pH 为6，问此氨基酸的pI 是大于6、等于6还是小于6?
氨基酸在固体状态时以两性离子形式存在。某氨基酸溶于pH7的水中，pH 从7下降到6，说明该氨基酸溶解于水的过程中放出了质子，为了使该氨基酸达到等电点，只有加些酸，因此氨基酸的等电点小于6。
2 一系列球状的单体蛋白质，相对分子质量从10 000到100 000，随着相对分子质量的增加，亲水残基与疏水残基的比率将会发生什么变化?
随着蛋白质相对分子质量的增加，表面积与体积的比率也就是亲水残基与疏水残基的比率必定减少。假设这些蛋白质是半径为r 的球状蛋白质，由于蛋白质相对分子质量的增加，表面积随r2的增加而增加，体积随r3的增加而增加，体积的增加比表面积的增加更快，所以表面积与体积的比率减少，因此亲水残基与疏水残基的比率也就减少。
3 从热力学上考虑，一个多肽的片段在什么情况下容易形成α-螺旋，是完全暴露在水的环境中还是完全埋藏在蛋白质的非极性内部? 为什么?
当多肽片断完全埋藏在蛋白质的非极性内部时，容易形成氢键，因为在水的环境中，肽键的C ＝O 和N －H 基团能和水形成氢键，亦能彼此之间形成氢键，这两种
情况在自由能上没有差别。因此相对的说，形成α－螺旋的可能性较小。而当多肽片段在蛋白质的非极性内部时，这些极性基团除了彼此之间形成氢键外，不再和其它基团形成氢键，因此有利于α－螺旋的形成。
四 核酸化学
胰脱氧核糖核酸酶(DNaseI)可以随机地水解溶液中的DNA 的磷酸二酯键，但是DNaseI 作用于染色体DNA 只能使之有限水解，产生的DNA 片段长度均为200bp 的倍数。请解释。
真核生物染色体DNA 含有核小体结构，核小体是由大约200bp 的DNA 双链围绕组蛋白核心组成的，彼此相连成念珠状，即染色体DNA 。围绕组蛋白核心的DNA 不被DNaseI 水解，而核小体与核小体之间起连接作用的DNA 磷酸二酯键对DNaseI 敏感，因此水解产生200bp 的DNA 片段。
五 激素
G 蛋白是如何调控细胞膜上腺苷酸环化酶活性的？
很多激素或递质的受体通过调节细胞膜上腺苷酸环化酶（AC ）活性产生效应。有两类G 蛋白介导激素、受体等对AC 的作用。一类是介导激活AC 作用的Gs ，另一类是介导抑制AC 作用的Gi 。当激动剂与相应的激动型受体结合后，原来与受体偶联的、以三聚体形式存在，且与GDP 结合的无活性的Gs 蛋白释放GDP ，在Mg2＋存在的情况下，GTP 与Gs 结合，进而整个复合物解离成对激动剂亲和力低下的受体、βγ复合体和αs-GTP 亚单位三个部分，αs-GTP 即可激活AC 。由于αs 本身就有GTP 酶活性，αs-GTP 被水解成αs-GDP ，后者再与βγ形成无活性的Gs 三聚体。AC 抑制剂与相应的抑制型受体结合，经历同样的过程，由Gi 介导对AC 的抑制。此外，两类G 蛋白在调控过程中产生的βγ复合体可与彼此的活性亚单位结合使之灭活，可以协调两类G 蛋白对AC 的作用。
六维生素
试述磺胺类药物抗菌的作用原理
磺胺类药物与叶酸的组成成分对－氨基苯甲酸的化学结构类似。因此，磺胺类药物可与对－氨基苯甲酸竞争细菌体内的二氢叶酸合成酶，从而竞争性抑制该酶的活性，使对于磺胺类敏感的细菌很难利用对－氨基苯甲酸合成细菌生长所必需的二氢叶酸，最终抑制了细菌的生长和繁殖。人体所必需的叶酸是从食物中获得的，人体不合成叶酸，所以人体用磺胺类药物只是影响了磺胺类敏感的细菌的生长繁殖，而对人体的影响很小，达到治病的目的。
七 酶化学
1 简述酶作为生物催化剂与一般化学催化剂的共性及其个性。
共性：用量少而催化效率高；仅能改变化学反应的速度，不改变化学反应的平衡点，酶本身在化学反应前后也不改变；可降低化学反应的活化能。
个性：酶作为生物催化剂的特点是：催化效率更高，具有高度的专一性，容易失活，活力受条件的调节控制，活力与辅助因子有关。
2 比较Km 与Ks 的定义及其相互关系。
Km=(k2+k3)/k1
Ks=k2/k1
当k2＞＞k3时，km ＝ks
3 金属离子作为辅助因子的作用有哪些？
作用有：（1）作为酶活性中心的催化基团参加反应。
（2）作为连接酶与底物的桥梁，便于酶对底物起作用。
（3）为稳定酶的空间构象所必需。
（4）中和阴离子，降低反应的静电斥力。
八 糖代谢
1 柠檬酸循环中并无氧参加，为什么说它是葡萄糖的有氧分解途径？
柠檬酸循环中有几处反应是底物脱氢生成NADH 和FADH2，如异柠檬酸→草酰琥珀酸；α-酮戊二酸→琥珀酰CoA ；琥珀酸→延胡索酸；L-苹果酸→草酰乙酸。NADH 和FADH2必须通过呼吸链使H ＋与氧结合成水，否则就会造成NADH 和FADH2的积累，使柠檬酸循环的速度降低，严重时完全停止。
2 为什么说6-磷酸葡萄糖是各个糖代谢途径的交叉点？
各种糖的氧化代谢，包括糖酵解、磷酸戊糖途径、糖有氧氧化、糖原合成和分解、糖异生均产生6-磷酸葡萄糖这一中间产物，使它们之间被联系了起来。
九 脂代谢
列出乙酰CoA 可进入哪些代谢途径？
i. 进入三羧酸循环氧化分解为CO2和H2O ，产生大量的能量
ii. 以乙酰CoA 为原料合成脂肪酸，进一步合成脂肪和磷脂等。
iii. 以乙酰CoA 为原料合成酮体，作为肝输出能源的方式。
iv. 以乙酰CoA 为原料合成胆固醇。
十 蛋白质代谢
1 原核细胞与真核细胞（细胞质）的蛋白质生物合成有何主要区别？ 主要区别有：
（1）原核生物翻译与转录是偶联的，而真核生物不存在这种偶联关系。
（2）原核生物的起始tRNA 经历甲酰化反应，形成甲酰甲硫氨酸-tRNA ，真核生物则不。
（3）采取完全不同的机制识别起始密码子，原核生物依赖于SD 序列，真核生物
依赖于帽子结构。
（4）原核生物的mRNA 与核糖体小亚基的结合先于起始tRNA 与小亚基的结合，而真核生物的起始tRNA 与核糖体小亚基的结合先于mRNA 与小亚基的结合。
（5）在原核生物蛋白质合成的起始阶段不需要消耗ATP ，但真核生物需要消耗ATP 。
（6）参与真核生物蛋白质合成起始阶段的起始因子比原核复杂，释放因子则相对简单。
（7）原核生物与真核生物在密码子的偏爱性上有所不同。
2 尽管IF-2,EF-Tu,EF-G 和RF-3在蛋白质合成中的作用显著不同，然而这四种蛋白质都有一个氨基酸序列十分相似的结构域。你估计此结构域的功能会是什么？
这四种蛋白质都能够结合GTP, 并且有GTPase 的活性, 因而都属于G 蛋白超家族的成员。它们参与结合GTP 的结构域在氨基酸序列上具有很大的相似性应不难理解。
十一 核酸代谢
为什么在野生型的大肠杆菌中得不到rRNA 的基因的初级转录物？
大肠杆菌rRNA 后加工并非绝对发生在转录以后，一些后加工反应在转录还没完成的时候就已经开始，其中包括某些剪切反应，因此在野生型大肠杆菌体内，等转录结束后得到的并不是原始的初级转录物。只有当大肠杆菌某些参与后加工的酶有缺陷以后，才有可能得到真正的初级转录物。
十二 生物氧化
使用亚硝酸盐并结合硫代硫酸钠可用来抢救氰化钾中毒者，为什么？
氰化钾的毒性是因为它在细胞内阻断了呼吸链，氰化钾中的N 原子含有孤对电子能够与呼吸链中的细胞色素aa3的氧化形式，即高铁形式Fe3＋以配位键结合，而阻止了电子传递给O2。亚硝酸在体内可以将血红蛋白的血色素辅基上的Fe2＋氧化为Fe3＋。当血红蛋白的血红素辅基上的Fe2＋转变为Fe3＋以后，它也可以和氰化钾结合，这就竞争性抑制了氰化钾与细胞色素aa3的结合，如果在服用亚硝酸的同时，服用硫代硫酸纳，则CN －可被转变为无毒的SCN －。
十三 物质代谢的相互联系和调节控制
原核生物和真核生物基因表达调控有何不同？
转录水平操纵子调控模式是原核生物基因表达调控的主要方式，多细胞真核生物至今未发现操纵子。故其调控方式不同于原核生物。真核基因表达的时间性十分明显，而且是多水平的复杂调控，其中以转录前和转录水平的调控较重要。转录前调控包括染色质及核小体结构的改变、基因扩增和重组等。转录水平的调控依靠数目众多的反式因子（蛋白质）与RNA 聚合酶和DNA 的相互作用而实现，这种
蛋白质与蛋白质和蛋白质与DNA 的识别和结合则依靠蛋白质分子中各种基元如锌指、亮氨酸拉链、螺旋－环－螺旋基元实现的。
各章思考题及答案
一 糖类化学
糖蛋白中的寡糖链有些什么功能？
糖蛋白的种类繁多，功能也十分广泛。一般来说，糖蛋白的寡糖链可保护其蛋白部分免遭蛋白酶的水解，而延长其生物半衰期。此外寡糖链还影响蛋白质构象、聚合和溶解性等。在某些糖蛋白中寡糖链参与蛋白质在细胞内的分拣和运输。一些属于糖蛋白的酶，其寡糖链结构可影响酶的活性。许多激素为糖蛋白，其寡糖链的结构与激素的生物活性密切相关。存在于细胞表面的糖蛋白，其寡糖链还参与蛋白质分子之间的相互识别和结合作用。
二脂类化学
试述生物膜的两侧不对称性。
生物膜的不对称性表现在：
a) 磷脂成分在膜的两侧分布是不对称的。
b) 膜上的糖基（糖蛋白或糖脂）在膜上分布不对称，在哺乳动物质膜都位于膜的外表面。
c) 膜蛋白在膜上有明确的拓扑学排列。
d) 酶分布的不对称性。
e) 受体分布的不对称性。
膜的两侧不对称性保证了膜的方向性功能。
三 蛋白质化学
1 某氨基酸溶于pH7的水中，所得氨基酸溶液的pH 为6，问此氨基酸的pI 是大于6、等于6还是小于6?
氨基酸在固体状态时以两性离子形式存在。某氨基酸溶于pH7的水中，pH 从7下降到6，说明该氨基酸溶解于水的过程中放出了质子，为了使该氨基酸达到等电点，只有加些酸，因此氨基酸的等电点小于6。
2 一系列球状的单体蛋白质，相对分子质量从10 000到100 000，随着相对分子质量的增加，亲水残基与疏水残基的比率将会发生什么变化?
随着蛋白质相对分子质量的增加，表面积与体积的比率也就是亲水残基与疏水残基的比率必定减少。假设这些蛋白质是半径为r 的球状蛋白质，由于蛋白质相对分子质量的增加，表面积随r2的增加而增加，体积随r3的增加而增加，体积的增加比表面积的增加更快，所以表面积与体积的比率减少，因此亲水残基与疏水残基的比率也就减少。
3 从热力学上考虑，一个多肽的片段在什么情况下容易形成α-螺旋，是完全暴露在水的环境中还是完全埋藏在蛋白质的非极性内部? 为什么?
当多肽片断完全埋藏在蛋白质的非极性内部时，容易形成氢键，因为在水的环境中，肽键的C ＝O 和N －H 基团能和水形成氢键，亦能彼此之间形成氢键，这两种
情况在自由能上没有差别。因此相对的说，形成α－螺旋的可能性较小。而当多肽片段在蛋白质的非极性内部时，这些极性基团除了彼此之间形成氢键外，不再和其它基团形成氢键，因此有利于α－螺旋的形成。
四 核酸化学
胰脱氧核糖核酸酶(DNaseI)可以随机地水解溶液中的DNA 的磷酸二酯键，但是DNaseI 作用于染色体DNA 只能使之有限水解，产生的DNA 片段长度均为200bp 的倍数。请解释。
真核生物染色体DNA 含有核小体结构，核小体是由大约200bp 的DNA 双链围绕组蛋白核心组成的，彼此相连成念珠状，即染色体DNA 。围绕组蛋白核心的DNA 不被DNaseI 水解，而核小体与核小体之间起连接作用的DNA 磷酸二酯键对DNaseI 敏感，因此水解产生200bp 的DNA 片段。
五 激素
G 蛋白是如何调控细胞膜上腺苷酸环化酶活性的？
很多激素或递质的受体通过调节细胞膜上腺苷酸环化酶（AC ）活性产生效应。有两类G 蛋白介导激素、受体等对AC 的作用。一类是介导激活AC 作用的Gs ，另一类是介导抑制AC 作用的Gi 。当激动剂与相应的激动型受体结合后，原来与受体偶联的、以三聚体形式存在，且与GDP 结合的无活性的Gs 蛋白释放GDP ，在Mg2＋存在的情况下，GTP 与Gs 结合，进而整个复合物解离成对激动剂亲和力低下的受体、βγ复合体和αs-GTP 亚单位三个部分，αs-GTP 即可激活AC 。由于αs 本身就有GTP 酶活性，αs-GTP 被水解成αs-GDP ，后者再与βγ形成无活性的Gs 三聚体。AC 抑制剂与相应的抑制型受体结合，经历同样的过程，由Gi 介导对AC 的抑制。此外，两类G 蛋白在调控过程中产生的βγ复合体可与彼此的活性亚单位结合使之灭活，可以协调两类G 蛋白对AC 的作用。
六维生素
试述磺胺类药物抗菌的作用原理
磺胺类药物与叶酸的组成成分对－氨基苯甲酸的化学结构类似。因此，磺胺类药物可与对－氨基苯甲酸竞争细菌体内的二氢叶酸合成酶，从而竞争性抑制该酶的活性，使对于磺胺类敏感的细菌很难利用对－氨基苯甲酸合成细菌生长所必需的二氢叶酸，最终抑制了细菌的生长和繁殖。人体所必需的叶酸是从食物中获得的，人体不合成叶酸，所以人体用磺胺类药物只是影响了磺胺类敏感的细菌的生长繁殖，而对人体的影响很小，达到治病的目的。
七 酶化学
1 简述酶作为生物催化剂与一般化学催化剂的共性及其个性。
共性：用量少而催化效率高；仅能改变化学反应的速度，不改变化学反应的平衡点，酶本身在化学反应前后也不改变；可降低化学反应的活化能。
个性：酶作为生物催化剂的特点是：催化效率更高，具有高度的专一性，容易失活，活力受条件的调节控制，活力与辅助因子有关。
2 比较Km 与Ks 的定义及其相互关系。
Km=(k2+k3)/k1
Ks=k2/k1
当k2＞＞k3时，km ＝ks
3 金属离子作为辅助因子的作用有哪些？
作用有：（1）作为酶活性中心的催化基团参加反应。
（2）作为连接酶与底物的桥梁，便于酶对底物起作用。
（3）为稳定酶的空间构象所必需。
（4）中和阴离子，降低反应的静电斥力。
八 糖代谢
1 柠檬酸循环中并无氧参加，为什么说它是葡萄糖的有氧分解途径？
柠檬酸循环中有几处反应是底物脱氢生成NADH 和FADH2，如异柠檬酸→草酰琥珀酸；α-酮戊二酸→琥珀酰CoA ；琥珀酸→延胡索酸；L-苹果酸→草酰乙酸。NADH 和FADH2必须通过呼吸链使H ＋与氧结合成水，否则就会造成NADH 和FADH2的积累，使柠檬酸循环的速度降低，严重时完全停止。
2 为什么说6-磷酸葡萄糖是各个糖代谢途径的交叉点？
各种糖的氧化代谢，包括糖酵解、磷酸戊糖途径、糖有氧氧化、糖原合成和分解、糖异生均产生6-磷酸葡萄糖这一中间产物，使它们之间被联系了起来。
九 脂代谢
列出乙酰CoA 可进入哪些代谢途径？
i. 进入三羧酸循环氧化分解为CO2和H2O ，产生大量的能量
ii. 以乙酰CoA 为原料合成脂肪酸，进一步合成脂肪和磷脂等。
iii. 以乙酰CoA 为原料合成酮体，作为肝输出能源的方式。
iv. 以乙酰CoA 为原料合成胆固醇。
十 蛋白质代谢
1 原核细胞与真核细胞（细胞质）的蛋白质生物合成有何主要区别？ 主要区别有：
（1）原核生物翻译与转录是偶联的，而真核生物不存在这种偶联关系。
（2）原核生物的起始tRNA 经历甲酰化反应，形成甲酰甲硫氨酸-tRNA ，真核生物则不。
（3）采取完全不同的机制识别起始密码子，原核生物依赖于SD 序列，真核生物
依赖于帽子结构。
（4）原核生物的mRNA 与核糖体小亚基的结合先于起始tRNA 与小亚基的结合，而真核生物的起始tRNA 与核糖体小亚基的结合先于mRNA 与小亚基的结合。
（5）在原核生物蛋白质合成的起始阶段不需要消耗ATP ，但真核生物需要消耗ATP 。
（6）参与真核生物蛋白质合成起始阶段的起始因子比原核复杂，释放因子则相对简单。
（7）原核生物与真核生物在密码子的偏爱性上有所不同。
2 尽管IF-2,EF-Tu,EF-G 和RF-3在蛋白质合成中的作用显著不同，然而这四种蛋白质都有一个氨基酸序列十分相似的结构域。你估计此结构域的功能会是什么？
这四种蛋白质都能够结合GTP, 并且有GTPase 的活性, 因而都属于G 蛋白超家族的成员。它们参与结合GTP 的结构域在氨基酸序列上具有很大的相似性应不难理解。
十一 核酸代谢
为什么在野生型的大肠杆菌中得不到rRNA 的基因的初级转录物？
大肠杆菌rRNA 后加工并非绝对发生在转录以后，一些后加工反应在转录还没完成的时候就已经开始，其中包括某些剪切反应，因此在野生型大肠杆菌体内，等转录结束后得到的并不是原始的初级转录物。只有当大肠杆菌某些参与后加工的酶有缺陷以后，才有可能得到真正的初级转录物。
十二 生物氧化
使用亚硝酸盐并结合硫代硫酸钠可用来抢救氰化钾中毒者，为什么？
氰化钾的毒性是因为它在细胞内阻断了呼吸链，氰化钾中的N 原子含有孤对电子能够与呼吸链中的细胞色素aa3的氧化形式，即高铁形式Fe3＋以配位键结合，而阻止了电子传递给O2。亚硝酸在体内可以将血红蛋白的血色素辅基上的Fe2＋氧化为Fe3＋。当血红蛋白的血红素辅基上的Fe2＋转变为Fe3＋以后，它也可以和氰化钾结合，这就竞争性抑制了氰化钾与细胞色素aa3的结合，如果在服用亚硝酸的同时，服用硫代硫酸纳，则CN －可被转变为无毒的SCN －。
十三 物质代谢的相互联系和调节控制
原核生物和真核生物基因表达调控有何不同？
转录水平操纵子调控模式是原核生物基因表达调控的主要方式，多细胞真核生物至今未发现操纵子。故其调控方式不同于原核生物。真核基因表达的时间性十分明显，而且是多水平的复杂调控，其中以转录前和转录水平的调控较重要。转录前调控包括染色质及核小体结构的改变、基因扩增和重组等。转录水平的调控依靠数目众多的反式因子（蛋白质）与RNA 聚合酶和DNA 的相互作用而实现，这种
蛋白质与蛋白质和蛋白质与DNA 的识别和结合则依靠蛋白质分子中各种基元如锌指、亮氨酸拉链、螺旋－环－螺旋基元实现的。