生物化學簡明教程課后習題答案

1、1緒論緒論1生物化學研究的對象和內容是什么？解答解答：生物化學主要研究:（1）生物機體的化學組成、生物分子的結構、性質及功能；（2）生物分子分解與合成及反應過程中的能量變化；（3）生物遺傳信息的儲存、傳遞和表達；（4）生物體新陳代謝的調節(jié)與控制。2你已經(jīng)學過的課程中哪些內容與生物化學有關。提示提示：生物化學是生命科學的基礎學科，注意從不同的角度，去理解并運用生物化學的知識。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、核酸、糖和脂的主要組成元素。碳原子具有特殊的成鍵性質，即碳原子最外層的4個電子可使碳與自身形成共價單鍵、共價雙鍵和共價三鍵，碳還可與氮、氧和氫原子形成共價鍵。碳與被鍵合原子形成4個共價鍵的性質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。特殊的成鍵性質適應了生物大分子多樣性的需要。氮、氧、硫、磷元素構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。這些功能基團因氮、硫和磷有著可變的氧化數(shù)及氮和氧有著較強的電負性而與生命物質的許多關鍵作用密切相關。生物大分子在結構上也有著共同的規(guī)律性。生物大分子均由相同類型的構件通過一定的共價鍵聚合成鏈狀，其主鏈骨架呈現(xiàn)周期性重復。構成蛋白質的構件是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）蛋白質主鏈骨架呈“肽單位”重復；核酸的構件是核苷酸核

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；構成脂質的構件是甘油、脂肪酸和膽堿，其非極性烴長鏈也是一種重復結構；構成多糖的構件是單糖，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。2蛋白質化學蛋白質化學1用于測定蛋白質多肽鏈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：多肽或蛋白質的游離末端氨基與24―二硝基氟苯（24―DNFB）反應（Sanger反應），生成DNP―多肽或DNP―蛋白質。由于DNFB與氨基形成的鍵對酸水解遠比肽鍵穩(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：多肽或蛋白質的游離末端氨基與與丹磺酰氯（DNS―Cl）反應生成DNS―多肽或DNS―蛋白質。由于D

6、NS與氨基形成的鍵對酸水解遠比肽鍵穩(wěn)定，因此DNS―多肽經(jīng)酸水解后，只有N―末端氨基酸為強烈的熒光物質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：多肽或蛋白質的游離末端氨基與異硫氰酸苯酯（PITC）反應（Edman反應），生成苯氨基硫甲酰多肽或蛋白質。在酸性有機溶劑中加熱時，N―末端的PTC―氨基酸發(fā)生環(huán)化，生成苯乙內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端逐個地向里切。根據(jù)不同的反應時間測出酶水解釋放的氨基酸種類和數(shù)量，按反應時間和殘基釋放量作動力學曲線，就能知道該蛋白質的N端殘基序列。（2）C―末端測定法：常采用肼解法、還原法、羧肽酶法。肼解法：蛋白質或多肽與無水肼加熱發(fā)生肼解，反應中除C端氨基酸以游離形式存在外，其他氨基酸都轉變?yōu)橄鄳陌被狨ｋ禄铩＂谶€原法：肽鏈C端氨基酸可用硼氫化鋰還原成相應的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)目與種類隨反應時間的而變化。根據(jù)釋放的氨基酸量（摩爾數(shù)）與反應時間的關系，便可以知道該肽鏈的C―末端氨基酸序列。2測得一種血紅蛋白含鐵0.426%，計算其最低相對分子質量。一種純酶按質量計算含亮氨酸1.65%和異亮氨酸2.48%，問其最低相對分子質量是多少？解答解答：（1）血紅蛋白

9、：55.8100100131000.426???鐵的相對原子質量最低相對分子質量＝＝鐵的百分含量（2）酶：因為亮氨酸和異亮氨酸的相對分子質量相等，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個亮氨酸，3個異亮氨酸。??r2131.11100159001.65M????最低??r3131.11100159002.48M????最低3指出下面pH條件下，各蛋白質在電場中向哪個方向移動，即正極

10、，負極，還是保持原點？（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，帶負電荷，向正極移動；（2）血清清蛋白pI4.9＜環(huán)境pH6.0，帶負電荷，向正極移動；（3）α脂蛋白pI5.8＞環(huán)境pH5.0，帶正電荷，向負極移動；α脂蛋白pI5.8＜環(huán)境pH9.0，帶負電荷，向正極移動。4何謂蛋白

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

12、，Gα=Cβ，Cα=Gβ，因為：(AαGα)（TαCα）=(TβCβ)（AβGβ）=0.7，所以互補鏈中（AβGβ）（TβCβ）=10.7=1.43；在整個DNA分子中，因為A=T，G=C，所以，AG=TC，（AG）（TC）=1；②假設同（1），則AαTα=TβAβ，GαCα=CβGβ，所以，（AαTα）（GαCα）=（AβTβ）（GβCβ）=0.7；在整個DNA分子中，（AαTαAβTβ）（GαCαGβCβ）=2（AαTα）2（GαC

13、α）=0.75T7噬菌體DNA(雙鏈BDNA)的相對分子質量為2.5107，計算DNA鏈的長度(設核苷酸對的平均相對分子質量為640)。解答：0.34（2.5107640）=1.3104nm=13μm。6如果人體有1014個細胞，每個體細胞的DNA含量為6.4109個堿基對。試計算人體DNA的總長度是多少？是太陽―地球之間距離(2.2109km)的多少倍？已知雙鏈DNA每1000個核苷酸重11018g，求人體DNA的總質量。解答：每個體

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

15、長度為17μm，計算突變體DNA中丟失掉多少堿基對？解答：（17–15）1030.34=5.88103bp8概述超螺旋DNA的生物學意義。解答：①超螺旋DNA比松弛型DNA更緊密，使DNA分子的體積更小，得以包裝在細胞內；②超螺旋會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的轉錄、復制及表達調控。9為什么自然界的超螺旋DNA多為負超螺旋？解答：環(huán)狀DNA自身雙螺旋的過度旋轉或旋轉不足都會導致超

16、螺旋，這是因為超螺旋將使分子能夠釋放由于自身旋轉帶來的應力。雙螺旋過度旋轉導致正超螺旋，而旋轉不足將導致負超螺旋。雖然兩種超螺旋都能釋放應力，但是負超螺旋時，如果發(fā)生DNA解鏈（即氫鏈斷開，部分雙螺旋分開）就能進一步釋放應力，而DNA轉錄和復制需要解鏈。因此自然界環(huán)狀DNA采取負超螺旋，這可以通過拓撲異構酶的操作實現(xiàn)。10真核生物基因組和原核生物基因組各有哪些特點解答：不同點:①真核生物DNA含量高，堿基對總數(shù)可達1011，且與組蛋白穩(wěn)

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

18、切相關的基因相互靠近，形成一個轉錄單位，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:都是由相同種類的核苷酸構成的的雙螺旋結構，均是遺傳信息的載體，均含有多個基因。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控制蛋白質合成；②作用于RNA轉錄后加工與修飾；③參與細胞功能的調節(jié)；④生物催化與其他細胞持家功能；⑤遺傳信息的加工；⑥可能是生物進化時

19、比蛋白質和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變性后理化性質有何變化？解答：DNA雙鏈轉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、強酸、強堿、有機溶劑和某些化學試劑（如尿素，酰胺)等都能引起變性。DNA變性后的理化性質變化主要有：①天然DNA分子的雙螺旋結構解鏈變成單鏈的無規(guī)則線團，生物學活性喪失；②天然的線型DNA分子直徑與長度之比可達

20、1∶10，其水溶液具有很大的黏度。變性后，發(fā)生了螺旋線團轉變，黏度顯著降低；③在氯化銫溶液中進行密度梯度離心，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。⑤DNA分子具旋光性，旋光方向為右旋。由于DNA分子的高度不對稱性，因此旋光性很強，其[a]=150。當DNA分子變性時，比旋光值就大大下降。13哪些因素影響Tm值的大??？解答：影響

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

22、pH大于11.3時，DNA完全變性。pH低于5.0時，DNA易脫嘌呤，對單鏈DNA進行電泳時，常在凝膠中加入NaOH以維持變性關態(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。對單鏈DNA進行電泳時，常使用上述變性劑。14哪些因素影響DNA復性的速度？解答：影響復性速度的因素主要有：①復性的溫度，復性時單鏈隨機碰撞，不能形成堿基配對或只形成局部堿基配對時，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、互補區(qū)。所以，核酸復性時溫度不宜過低，Tm25℃是較合適的復性溫度。②單鏈片段的濃度，單鏈片段濃度越高，隨機碰撞的頻率越高，復性速度越快。③單鏈片段的長度，單鏈片段越大，擴散速度越慢，鏈間錯配的概率也越高。因面復性速度也越慢，即DNA的核苷酸對數(shù)越多，復性的速度越慢，若以C0為單鏈的初始濃度，t為復性的時間，復性達一半時的C0t值稱C0t12，該數(shù)值越小，復性的速度越快。④單鏈片段的復雜度，在片段大小相似的情況下，片段內重復序列的重復次

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

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

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