生物化學(xué)簡(jiǎn)明教程課后習(xí)題答案

1、1緒論緒論1生物化學(xué)研究的對(duì)象和內(nèi)容是什么？解答解答：生物化學(xué)主要研究:（1）生物機(jī)體的化學(xué)組成、生物分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及功能；（2）生物分子分解與合成及反應(yīng)過程中的能量變化；（3）生物遺傳信息的儲(chǔ)存、傳遞和表達(dá)；（4）生物體新陳代謝的調(diào)節(jié)與控制。2你已經(jīng)學(xué)過的課程中哪些內(nèi)容與生物化學(xué)有關(guān)。提示提示：生物化學(xué)是生命科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，注意從不同的角度，去理解并運(yùn)用生物化學(xué)的知識(shí)。3說明生物分子的元素組成和分子組成有哪些相似的規(guī)侓。解答解答：生

2、物大分子在元素組成上有相似的規(guī)侓性。碳、氫、氧、氮、磷、硫等6種是蛋白質(zhì)、核酸、糖和脂的主要組成元素。碳原子具有特殊的成鍵性質(zhì)，即碳原子最外層的4個(gè)電子可使碳與自身形成共價(jià)單鍵、共價(jià)雙鍵和共價(jià)三鍵，碳還可與氮、氧和氫原子形成共價(jià)鍵。碳與被鍵合原子形成4個(gè)共價(jià)鍵的性質(zhì)使得碳骨架可形成線性、分支以及環(huán)狀的多種多性的化合物。特殊的成鍵性質(zhì)適應(yīng)了生物大分子多樣性的需要。氮、氧、硫、磷元素構(gòu)成了生物分子碳骨架上的氨基（—NH2）、羥基（—OH）、

3、羰基（CO）、羧基（—COOH）、巰基（—SH）、磷酸基（—PO4）等功能基團(tuán)。這些功能基團(tuán)因氮、硫和磷有著可變的氧化數(shù)及氮和氧有著較強(qiáng)的電負(fù)性而與生命物質(zhì)的許多關(guān)鍵作用密切相關(guān)。生物大分子在結(jié)構(gòu)上也有著共同的規(guī)律性。生物大分子均由相同類型的構(gòu)件通過一定的共價(jià)鍵聚合成鏈狀，其主鏈骨架呈現(xiàn)周期性重復(fù)。構(gòu)成蛋白質(zhì)的構(gòu)件是20種基本氨基酸。氨基酸之間通過肽鍵相連。肽鏈具有方向性（N端→C端）蛋白質(zhì)主鏈骨架呈“肽單位”重復(fù)；核酸的構(gòu)件是核苷酸核

4、苷酸通過3′5′磷酸二酯鍵相連，核酸鏈也具有方向性(5′、→3′)核酸的主鏈骨架呈“磷酸核糖（或脫氧核糖）”重復(fù)；構(gòu)成脂質(zhì)的構(gòu)件是甘油、脂肪酸和膽堿，其非極性烴長(zhǎng)鏈也是一種重復(fù)結(jié)構(gòu)；構(gòu)成多糖的構(gòu)件是單糖，單糖間通過糖苷鍵相連，淀粉、纖維素、糖原的糖鏈骨架均呈葡萄糖基的重復(fù)。2蛋白質(zhì)化學(xué)蛋白質(zhì)化學(xué)1用于測(cè)定蛋白質(zhì)多肽鏈N端、C端的常用方法有哪些？基本原理是什么？解答解答：（1）N末端測(cè)定法：常采用24―二硝基氟苯法、Edman降解法、丹磺

5、酰氯法。①24―二硝基氟苯(DNFB或FDNB)法：多肽或蛋白質(zhì)的游離末端氨基與24―二硝基氟苯（24―DNFB）反應(yīng)（Sanger反應(yīng)），生成DNP―多肽或DNP―蛋白質(zhì)。由于DNFB與氨基形成的鍵對(duì)酸水解遠(yuǎn)比肽鍵穩(wěn)定，因此DNP―多肽經(jīng)酸水解后，只有N―末端氨基酸為黃色DNP―氨基酸衍生物，其余的都是游離氨基酸。②丹磺酰氯(DNS)法：多肽或蛋白質(zhì)的游離末端氨基與與丹磺酰氯（DNS―Cl）反應(yīng)生成DNS―多肽或DNS―蛋白質(zhì)。由于D

6、NS與氨基形成的鍵對(duì)酸水解遠(yuǎn)比肽鍵穩(wěn)定，因此DNS―多肽經(jīng)酸水解后，只有N―末端氨基酸為強(qiáng)烈的熒光物質(zhì)DNS―氨基酸，其余的都是游離氨基酸。③苯異硫氰酸脂（PITC或Edman降解）法：多肽或蛋白質(zhì)的游離末端氨基與異硫氰酸苯酯（PITC）反應(yīng)（Edman反應(yīng)），生成苯氨基硫甲酰多肽或蛋白質(zhì)。在酸性有機(jī)溶劑中加熱時(shí)，N―末端的PTC―氨基酸發(fā)生環(huán)化，生成苯乙內(nèi)酰硫脲的衍生物并從肽鏈上掉下來，除去N―末端氨基酸后剩下的肽鏈仍然是完整的。④氨

7、肽酶法：氨肽酶是一類肽鏈外切酶或叫外肽酶，能從多肽鏈的N端逐個(gè)地向里切。根據(jù)不同的反應(yīng)時(shí)間測(cè)出酶水解釋放的氨基酸種類和數(shù)量，按反應(yīng)時(shí)間和殘基釋放量作動(dòng)力學(xué)曲線，就能知道該蛋白質(zhì)的N端殘基序列。（2）C―末端測(cè)定法：常采用肼解法、還原法、羧肽酶法。肼解法：蛋白質(zhì)或多肽與無水肼加熱發(fā)生肼解，反應(yīng)中除C端氨基酸以游離形式存在外，其他氨基酸都轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氨基酸酰肼化物。②還原法：肽鏈C端氨基酸可用硼氫化鋰還原成相應(yīng)的α―氨基醇。肽鏈完全水解后，

8、代表原來C―末端氨基酸的α―氨基醇，可用層析法加以鑒別。③羧肽酶法：是一類肽鏈外切酶，專一的從肽鏈的C―末端開始逐個(gè)降解，釋放出游離的氨基酸。被釋放的氨基酸數(shù)目與種類隨反應(yīng)時(shí)間的而變化。根據(jù)釋放的氨基酸量（摩爾數(shù)）與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，便可以知道該肽鏈的C―末端氨基酸序列。2測(cè)得一種血紅蛋白含鐵0.426%，計(jì)算其最低相對(duì)分子質(zhì)量。一種純酶按質(zhì)量計(jì)算含亮氨酸1.65%和異亮氨酸2.48%，問其最低相對(duì)分子質(zhì)量是多少？解答解答：（1）血紅蛋白

9、：55.8100100131000.426???鐵的相對(duì)原子質(zhì)量最低相對(duì)分子質(zhì)量＝＝鐵的百分含量（2）酶：因?yàn)榱涟彼岷彤惲涟彼岬南鄬?duì)分子質(zhì)量相等，所以亮氨酸和異亮氨酸的殘基數(shù)之比為：1.65%:2.48%=2:3，因此，該酶分子中至少含有2個(gè)亮氨酸，3個(gè)異亮氨酸。??r2131.11100159001.65M????最低??r3131.11100159002.48M????最低3指出下面pH條件下，各蛋白質(zhì)在電場(chǎng)中向哪個(gè)方向移動(dòng)，即正極

10、，負(fù)極，還是保持原點(diǎn)？（1）胃蛋白酶（pI1.0），在pH5.0；（2）血清清蛋白（pI4.9），在pH6.0；（3）α脂蛋白（pI5.8），在pH5.0和pH9.0；解答解答：（1）胃蛋白酶pI1.0＜環(huán)境pH5.0，帶負(fù)電荷，向正極移動(dòng)；（2）血清清蛋白pI4.9＜環(huán)境pH6.0，帶負(fù)電荷，向正極移動(dòng)；（3）α脂蛋白pI5.8＞環(huán)境pH5.0，帶正電荷，向負(fù)極移動(dòng)；α脂蛋白pI5.8＜環(huán)境pH9.0，帶負(fù)電荷，向正極移動(dòng)。4何謂蛋白

11、質(zhì)的變性與沉淀？二者在本質(zhì)上有何區(qū)別？解答解答：蛋白質(zhì)變性的概念：天然蛋白質(zhì)受物理或化學(xué)因素的影響后，使其失去原有的生物活性，并伴隨著物理化學(xué)性質(zhì)的改變，這種作用稱為蛋白質(zhì)的變性。變性的本質(zhì)：分子中各種次級(jí)鍵斷裂，使其空間構(gòu)象從緊密有序的狀態(tài)變成松散無序的狀態(tài)，一級(jí)結(jié)構(gòu)不破壞。蛋白質(zhì)變性后的表現(xiàn)：①生物學(xué)活性消失；②理化性質(zhì)改變：溶解度下降，黏度增加，紫外吸收增加，側(cè)鏈反應(yīng)增解答：①設(shè)DNA的兩條鏈分別為α和β則：Aα=Tβ，Tα=Aβ

12、，Gα=Cβ，Cα=Gβ，因?yàn)椋?AαGα)（TαCα）=(TβCβ)（AβGβ）=0.7，所以互補(bǔ)鏈中（AβGβ）（TβCβ）=10.7=1.43；在整個(gè)DNA分子中，因?yàn)锳=T，G=C，所以，AG=TC，（AG）（TC）=1；②假設(shè)同（1），則AαTα=TβAβ，GαCα=CβGβ，所以，（AαTα）（GαCα）=（AβTβ）（GβCβ）=0.7；在整個(gè)DNA分子中，（AαTαAβTβ）（GαCαGβCβ）=2（AαTα）2（GαC

13、α）=0.75T7噬菌體DNA(雙鏈BDNA)的相對(duì)分子質(zhì)量為2.5107，計(jì)算DNA鏈的長(zhǎng)度(設(shè)核苷酸對(duì)的平均相對(duì)分子質(zhì)量為640)。解答：0.34（2.5107640）=1.3104nm=13μm。6如果人體有1014個(gè)細(xì)胞，每個(gè)體細(xì)胞的DNA含量為6.4109個(gè)堿基對(duì)。試計(jì)算人體DNA的總長(zhǎng)度是多少？是太陽―地球之間距離(2.2109km)的多少倍？已知雙鏈DNA每1000個(gè)核苷酸重11018g，求人體DNA的總質(zhì)量。解答：每個(gè)體

14、細(xì)胞的DNA的總長(zhǎng)度為：6.41090.34nm=2.176109nm=2.176m，人體內(nèi)所有體細(xì)胞的DNA的總長(zhǎng)度為：2.176m1014=2.1761011km，這個(gè)長(zhǎng)度與太陽―地球之間距離（2.2109km）相比為：2.17610112.2109=99倍，每個(gè)核苷酸重11018g1000=1021g，所以，總DNA6.410231021=6.4102=640g。7有一個(gè)X噬菌體突變體的DNA長(zhǎng)度是15μm，而正常X噬菌體DNA的

15、長(zhǎng)度為17μm，計(jì)算突變體DNA中丟失掉多少堿基對(duì)？解答：（17–15）1030.34=5.88103bp8概述超螺旋DNA的生物學(xué)意義。解答：①超螺旋DNA比松弛型DNA更緊密，使DNA分子的體積更小，得以包裝在細(xì)胞內(nèi)；②超螺旋會(huì)影響雙螺旋分子的解旋能力從而影響到DNA與其他分子之間的相互作用；③超螺旋有利于DNA的轉(zhuǎn)錄、復(fù)制及表達(dá)調(diào)控。9為什么自然界的超螺旋DNA多為負(fù)超螺旋？解答：環(huán)狀DNA自身雙螺旋的過度旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)不足都會(huì)導(dǎo)致超

16、螺旋，這是因?yàn)槌菪龑⑹狗肿幽軌蜥尫庞捎谧陨硇D(zhuǎn)帶來的應(yīng)力。雙螺旋過度旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致正超螺旋，而旋轉(zhuǎn)不足將導(dǎo)致負(fù)超螺旋。雖然兩種超螺旋都能釋放應(yīng)力，但是負(fù)超螺旋時(shí)，如果發(fā)生DNA解鏈（即氫鏈斷開，部分雙螺旋分開）就能進(jìn)一步釋放應(yīng)力，而DNA轉(zhuǎn)錄和復(fù)制需要解鏈。因此自然界環(huán)狀DNA采取負(fù)超螺旋，這可以通過拓?fù)洚悩?gòu)酶的操作實(shí)現(xiàn)。10真核生物基因組和原核生物基因組各有哪些特點(diǎn)解答：不同點(diǎn):①真核生物DNA含量高，堿基對(duì)總數(shù)可達(dá)1011，且與組蛋白穩(wěn)

17、定結(jié)合形成染色體，具有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。原核生物DNA含量低，不含組蛋白，稱為類核體，只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。②真核生物有多個(gè)呈線形的染色體；原核生物只有一條環(huán)形染色體。③真核生物DNA中含有大量重復(fù)序列，原核生物細(xì)胞中無重復(fù)序列。④真核生物中為蛋白質(zhì)編碼的大多數(shù)基因都含有內(nèi)含子(有斷裂基因)；原核生物中不含內(nèi)含子。⑤真核生物的RNA是細(xì)胞核內(nèi)合成的，它必須運(yùn)輸穿過核膜到細(xì)胞質(zhì)才能翻譯，這樣嚴(yán)格的空間間隔在原核生物內(nèi)是不存在的。⑥原核生物功能上密

18、切相關(guān)的基因相互靠近，形成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱操縱子，真核生物不存在操縱子。⑦病毒基因組中普遍存在重疊基因，但近年發(fā)現(xiàn)這種情況在真核生物也不少見。相同點(diǎn):都是由相同種類的核苷酸構(gòu)成的的雙螺旋結(jié)構(gòu)，均是遺傳信息的載體，均含有多個(gè)基因。11如何看待RNA功能的多樣性它的核心作用是什么解答：RNA的功能主要有:①控制蛋白質(zhì)合成；②作用于RNA轉(zhuǎn)錄后加工與修飾；③參與細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)；④生物催化與其他細(xì)胞持家功能；⑤遺傳信息的加工；⑥可能是生物進(jìn)化時(shí)

19、比蛋白質(zhì)和DNA更早出現(xiàn)的生物大分子。其核心作用是既可以作為信息分子又可以作為功能分子發(fā)揮作用。12什么是DNA變性？DNA變性后理化性質(zhì)有何變化？解答：DNA雙鏈轉(zhuǎn)化成單鏈的過程稱變性。引起DNA變性的因素很多，如高溫、超聲波、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑和某些化學(xué)試劑（如尿素，酰胺)等都能引起變性。DNA變性后的理化性質(zhì)變化主要有：①天然DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)解鏈變成單鏈的無規(guī)則線團(tuán)，生物學(xué)活性喪失；②天然的線型DNA分子直徑與長(zhǎng)度之比可達(dá)

20、1∶10，其水溶液具有很大的黏度。變性后，發(fā)生了螺旋線團(tuán)轉(zhuǎn)變，黏度顯著降低；③在氯化銫溶液中進(jìn)行密度梯度離心，變性后的DNA浮力密度大大增加，故沉降系數(shù)S增加；④DNA變性后，堿基的有序堆積被破壞，堿基被暴露出來，因此，紫外吸收值明顯增加，產(chǎn)生所謂增色效應(yīng)。⑤DNA分子具旋光性，旋光方向?yàn)橛倚?。由于DNA分子的高度不對(duì)稱性，因此旋光性很強(qiáng)，其[a]=150。當(dāng)DNA分子變性時(shí)，比旋光值就大大下降。13哪些因素影響Tm值的大小？解答：影響

21、Tm的因素主要有：①GC對(duì)含量。GC對(duì)含3個(gè)氫鍵，AT對(duì)含2個(gè)氫鍵，故GC對(duì)相對(duì)含量愈高，Tm亦越高（圖329）。在0.15molLNaCl0.015molL檸檬酸鈉溶液(1SSC)中，經(jīng)驗(yàn)公式為：（GC）%=（Tm69.3）2.44。②溶液的離子強(qiáng)度。離子強(qiáng)度較低的介質(zhì)中，Tm較低。在純水中，DNA在室溫下即可變性。分子生物學(xué)研究工作中需核酸變性時(shí)，常采用離子強(qiáng)度較低的溶液。③溶液的pH。高pH下，堿基廣泛去質(zhì)子而喪失形成氫鍵的有力，

22、pH大于11.3時(shí)，DNA完全變性。pH低于5.0時(shí)，DNA易脫嘌呤，對(duì)單鏈DNA進(jìn)行電泳時(shí)，常在凝膠中加入NaOH以維持變性關(guān)態(tài)。④變性劑。甲酰胺、尿素、甲醛等可破壞氫鍵，妨礙堿堆積，使Tm下降。對(duì)單鏈DNA進(jìn)行電泳時(shí)，常使用上述變性劑。14哪些因素影響DNA復(fù)性的速度？解答：影響復(fù)性速度的因素主要有：①復(fù)性的溫度，復(fù)性時(shí)單鏈隨機(jī)碰撞，不能形成堿基配對(duì)或只形成局部堿基配對(duì)時(shí)，在較高的溫度下兩鏈重又分離，經(jīng)過多次試探性碰撞才能形成正確的

23、互補(bǔ)區(qū)。所以，核酸復(fù)性時(shí)溫度不宜過低，Tm25℃是較合適的復(fù)性溫度。②單鏈片段的濃度，單鏈片段濃度越高，隨機(jī)碰撞的頻率越高，復(fù)性速度越快。③單鏈片段的長(zhǎng)度，單鏈片段越大，擴(kuò)散速度越慢，鏈間錯(cuò)配的概率也越高。因面復(fù)性速度也越慢，即DNA的核苷酸對(duì)數(shù)越多，復(fù)性的速度越慢，若以C0為單鏈的初始濃度，t為復(fù)性的時(shí)間，復(fù)性達(dá)一半時(shí)的C0t值稱C0t12，該數(shù)值越小，復(fù)性的速度越快。④單鏈片段的復(fù)雜度，在片段大小相似的情況下，片段內(nèi)重復(fù)序列的重復(fù)次

24、數(shù)越多，或者說復(fù)雜度越小，越容易形成互補(bǔ)區(qū)，復(fù)性的速度就越快。真核生物DNA的重復(fù)序列就是復(fù)生動(dòng)力學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)的，DNA的復(fù)雜度越小，復(fù)性速度越快。15概述分子雜交的概念和應(yīng)用領(lǐng)域。解答：在退火條件下，不同來源的DNA互補(bǔ)區(qū)形成雙鏈，或DNA單鏈和RNA單鏈的互補(bǔ)區(qū)形成DNARNA雜合雙鏈的過程稱分子雜交。通常對(duì)天然或人工合成的DNA或RNA片段進(jìn)行放射性同位素或熒光標(biāo)記，做成探針，經(jīng)雜交后，檢測(cè)放射性同位素或熒光物質(zhì)的位置，尋找與探針

25、有互補(bǔ)關(guān)系的DNA或RNA。直接用探針與菌落或組織細(xì)胞中的核酸雜交，因未改變核酸所在的位置，稱原位雜交技術(shù)。將核酸直接點(diǎn)在膜上，再與探針雜交稱點(diǎn)雜交，使用狹縫點(diǎn)樣器時(shí)，稱狹縫印跡雜交。該技術(shù)主要用于分析基因拷貝數(shù)和轉(zhuǎn)錄水平的變化，亦可用于檢測(cè)病原微生物和生物制品中的核酸污染狀況。雜交技術(shù)較廣泛的應(yīng)用是將樣品DNA切割成大小不等的片段，經(jīng)凝膠電泳分離后，用雜交技術(shù)尋找與探針互補(bǔ)的DNA片段。由于凝膠機(jī)械強(qiáng)度差，不適合于雜交過程中較高溫度和

26、較長(zhǎng)時(shí)間的處理，Southern提出一種方法，將電泳分離的DNA片段從凝膠轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)哪ぃㄈ缦跛崂w維素膜或尼龍膜）上，在進(jìn)行雜交操作，稱Southern印跡法，或Southern雜交技術(shù)。隨后，Alwine等提出將電泳分離后的變性RNA吸印到適當(dāng)?shù)哪ど显龠M(jìn)行分子雜交的技術(shù)，被戲稱為Nthern印跡法，或Nthern雜交。分子雜交廣泛用于測(cè)定基因拷貝數(shù)、基因定位、確定生物的遺傳進(jìn)化關(guān)系等。Southern雜交和Nthern雜交還可用于研究