生物化学简明教程第4版答案2.doc

9 糖代谢 1假设细胞匀浆中存在代谢所需要的酶和辅酶等必需条件,若葡萄糖的C-1处用14C标记,那么在下列代谢产物中能否找到14C标记。（1）CO2；（2）乳酸；（3）丙氨酸。解答：（1）能找到14C标记的CO2 葡萄糖丙酮酸(*C1) 氧化脱羧生成标记的CO2。 （2）能找到14C标记的乳酸 丙酮酸(*C1)加NADH+H+还原成乳酸。（3）能找到14C标记的丙氨酸 丙酮酸(*C1) 加谷氨酸在谷丙转氨酶作用下生成14C标记的丙氨酸。2某糖原分子生成 n 个葡糖-1-磷酸，该糖原可能有多少个分支及多少个-（16）糖苷键（*设：糖原与磷酸化酶一次性作用生成）?如果从糖原开始计算，lmol葡萄糖彻底氧化为CO2和H2O，将净生成多少molATP?解答：经磷酸化酶作用于糖原的非还原末端产生n个葡萄糖-1-磷酸, 则该糖原可能有n+1个分支及n+1个-（16）糖苷键。如果从糖原开始计算，lmol葡萄糖彻底氧化为CO2和 H2O, 将净生成33molATP。3试说明葡萄糖至丙酮酸的代谢途径,在有氧与无氧条件下有何主要区别?解答：(1) 葡萄糖至丙酮酸阶段，只有甘油醛-3-磷酸脱氢产生NADH+H+ 。 NADH+H+代谢去路不同, 在无氧条件下去还原丙酮酸; 在有氧条件下,进入呼吸链。(2) 生成ATP的数量不同,净生成2mol ATP; 有氧条件下净生成7mol ATP。葡萄糖至丙酮酸阶段，在无氧条件下，经底物磷酸化可生成4mol ATP（甘油酸-1,3-二磷酸生成甘油酸-3-磷酸，甘油酸-2-磷酸经烯醇丙酮酸磷酸生成丙酮酸），葡萄糖至葡糖-6-磷酸，果糖-6-磷酸至果糖二磷酸分别消耗了1mol ATP, 在无氧条件下净生成2mol ATP。在有氧条件下，甘油醛-3-磷酸脱氢产生NADH+H+进入呼吸链将生成22.5mol ATP，所以净生成7mol ATP。4O2没有直接参与三羧酸循环,但没有O2的存在,三羧酸循环就不能进行,为什么?丙二酸对三羧酸循环有何作用? 解答：三羧酸循环所产生的3个NADH+H+和1个FADH2需进入呼吸链，将H+和电子传递给O2生成H2O。没有O2将造成NADH+H+和FADH2的积累，而影响三羧酸循环的进行。丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竟争性抑制剂，加入丙二酸会使三羧酸循环受阻。5患脚气病病人丙酮酸与酮戊二酸含量比正常人高（尤其是吃富含葡萄糖的食物后），请说明其理由。解答：因为催化丙酮酸与酮戊二酸氧化脱羧的酶系需要TPP作酶的辅因子, TPP是VB1的衍生物,患脚气病病人缺VB1, 丙酮酸与酮戊二酸氧化受阻, 因而含量比正常人高。6油料作物种子萌发时,脂肪减少糖増加，利用生化机制解释该现象，写出所经历的主要生化反应历程。解答：油料作物种子萠发时,脂肪减少，糖増加,表明脂肪转化成了糖。转化途径是:脂肪酸氧化分解成乙酰辅酶A,乙酰辅酶A经乙醛酸循环中的异柠檬酸裂解酶与苹果酸合成酶催化, 生成草酰乙酸,再经糖异生转化为糖。7激烈运动后人们会感到肌肉酸痛,几天后酸痛感会消失.利用生化机制解释该现象。解答：激烈运动时, 肌肉组织中氧气供应不足, 酵解作用加强, 生成大量的乳酸, 会感到肌肉酸痛,经过代谢, 乳酸可转变成葡萄糖等其他物质,或彻底氧化为CO2和 H2O, 因乳酸含量减少酸痛感会消失。8写出UDPG的结构式。以葡萄糖为原料合成糖原时,每增加一个糖残基将消耗多少ATP? 解答：以葡萄糖为原料合成糖原时 , 每增加一个糖残基将消耗3molATP。过程如下：(激酶催化), (己糖磷酸异构酶催化), (UDPG焦磷酸化酶催化),再在糖原合成酶催化下，UDPG将葡萄糖残基加到糖原引物非还原端形成-1,4-糖苷键。9在一个具有全部细胞功能的哺乳动物细胞匀浆中分别加入1mol下列不同的底物,每种底物完全被氧化为CO2和H2O时，将产生多少摩尔ATP分子? (1) 丙酮酸 （2）烯醇丙酮酸磷酸 (3) 乳酸 (4) 果糖-l，6-二磷酸（5）二羟丙酮磷酸 (6)草酰琥珀酸解答：(1) 丙酮酸被氧化为CO2和H2O时，将产生12.5mol ATP；(2）磷酸烯醇式丙酮酸被氧化为CO2和H2O时，将产生13.5mol ATP；(3) 乳酸被氧化为CO2和H2O时，将产生15mol ATP；(4) 果糖二磷酸被氧化为CO2和H2O时，将产生34mol ATP；(5) 二羟丙酮磷酸被氧化为CO2和H2O时，将产生17mol ATP；(6)草酰琥珀酸被氧化为CO2和H2O时，将产生20mol ATP。10 脂质的代谢1脂肪是如何分解和合成的? 解答：生物体利用三酰甘油是通过脂肪酶水解三酰甘油生成甘油与脂肪酸。甘油和脂肪酸在组织内进一步氧化生成CO2、水及能量。合成脂肪所需的甘油-3-磷酸可由糖酵解产生的二羟丙酮磷酸还原而成，亦可由脂肪动员产生的甘油经脂肪组织外的甘油激酶催化与ATP作用而成。脂肪酸经活化生成的脂酰辅酶A与甘油-3-磷酸缩合生成磷脂酸；二羟丙酮磷酸也能与脂酰CoA作用生成脂酰二羟丙酮磷酸，然后还原生成溶血磷脂酸，溶血磷脂酸和脂酰CoA作用可生成磷脂酸。磷脂酸在磷脂酸磷酸酶作用生成二酰甘油及磷酸。二酰甘油与另一分子的脂酰CoA缩合即生成三酰甘油。详见10.2和10.3节。2什么是-氧化？1mol硬脂酸彻底氧化可净产生多摩尔ATP?解答：脂肪酸氧化作用是发生在碳原子上，逐步将碳原子成对地从脂肪酸链上切下，这个作用即-氧化。它经历了脱氢（辅酶FAD），加水，再脱氢(辅酶NAD+)，硫解四步骤，从脂肪酸链上分解下一分子乙酰CoA。1mol硬脂酸（十八碳饱和脂肪酸）彻底氧化可净产生120mol摩尔ATP。1.58+2.58+109-2=12+20+90-2=120 mol ATP。详见10.2.2中的“脂肪酸-氧化过程中的能量转变”。3脂肪酸除-氧化途径外，还有哪些氧化途径?解答：脂肪酸除主要进行-氧化作用外，还可进行另两种方式的氧化，即-氧化与-氧化。在-氧化途径中长链脂肪酸的-碳在加单氧酶的催化下氧化成羟基生成-羟脂酸。羟脂酸可转变为酮酸，然后氧化脱羧转变为少一个碳原子的脂肪酸。此外脂肪酸的末端甲基(-端)可经氧化作用后转变为-羟脂酸，然后再氧化成-二羧酸进行-氧化，此途径称为-氧化。含奇数碳原子的脂肪酸也可进行-氧化,但最后一轮，产物是丙酰CoA和乙酰CoA。丙酰CoA经代谢生成琥珀酰CoA。也可以经其他代谢途径转变成乳酸及乙酰CoA进行氧化。详见10.2.3中的“奇数碳链脂肪酸的氧化”和10.2.3中的“-氧化和-氧化”。4C16:1与相同碳原子数的饱和脂肪酸氧化途径有何区别?解答：几乎所有生物体的不饱和脂肪酸都只含有顺式双键,且多在第9位,而-氧化中的2-反烯脂酰CoA水化酶和-羟脂酰CoA脱氢酶具有高度立体异构专一性,所以不饱和脂肪酸的氧化除要有-氧化的全部酶外,还需要3-顺, 2-反烯脂酰CoA异构酶和2-反，4-顺二烯脂酰CoA还原酶。详见 10.2.2.5“不饱和脂肪酸的氧化”。不饱和脂肪酸C16:1比相同碳原子数的饱和脂肪酸少生成1.5个ATP。5酮体是如何产生和氧化的?为什么肝中产生的酮体要在肝外组织才能被利用解答：丙酮、乙酰乙酸、-羟丁酸在医学上称为酮体，其如何产生和氧化详见10.2.4.1 “酮体的生成”和10.2.4.2 “酮体的氧化”。肝产生的酮体要在肝外组织才能被利用，是因为肝中有活力很强的生成酮体的酶，但缺少利用酮体的酶。6脂肪酸是如何进行生物合成的?解答：详见 10.3.2“脂肪酸的生物合成”。71mol三辛脂酰甘油在生物体内分解成CO2和H2O时，可净产生多少摩尔ATP?解答：1mol三辛脂酰甘油在生物体内加H2O分解成1mol甘油和3mol辛酸。甘油氧化成CO2和H2O时，可净产生18.5mol ATP，3mol辛酸经3次-氧化，生成4mol乙酰CoA。3mol辛酸：3【1.53+2.53+104-2】=150mol ATP，1mol三辛脂酰甘油可净产生168.5mol ATP。8试以磷脂酰胆碱为例叙述磷脂合成和分解的途径。解答：磷脂酰胆碱的合成详见10.4节，分解见10.1.2“磷脂的酶促水解”。9胆固醇在体内是如何生成、转化和排泄的?解答：详见10.5节。11 蛋白质分解和氨基酸代谢1蛋白质在细胞内不断地降解又合成有何生物学意义?解答：细胞不停地将氨基酸合成蛋白质，并又将蛋白质降解为氨基酸。这种看似浪费的过程对于生命活动是非常必要的。首先可去除那些不正常的蛋白质，它们的积累对细胞有害。其次，通过降解多余的酶和调节蛋白来调节物质在细胞中的代谢。研究表明降解最迅速的酶都位于重要的代谢调控位点上，这样细胞才能有效地应答环境变化和代谢的需求。另外细胞也可以蛋白质的形式贮存养分，在代谢需要时将其降解产生能量供机体需要。2何谓氨基酸代谢库?解答：所谓氨基酸代谢库即指体内氨基酸的总量。3氨基酸脱氨基作用有哪几种方式?为什么说联合脱氨基作用是生物体主要的脱氨基方式?解答：氨基酸的脱氨基作用主要有氧化脱氨基作用、转氨基作用、联合脱氨基作用和非氧化脱氨基作用。生物体内L-氨基酸氧化酶活力不高，而L-谷氨酸脱氢酶的活力却很强，转氨酶虽普遍存在，但转氨酶的作用仅仅使氨基酸的氨基发生转移并不能使氨基酸真正脱去氨基。故一般认为L-氨基酸在体内往往不是直接氧化脱去氨基，主要以联合脱氨基的方式脱氨。详见11.2.1氨基酸的脱氨基作用。4试述磷酸吡哆醛在转氨基过程中的作用。解答：转氨酶的种类虽多，但其辅酶只有一种，即吡哆醛-5-磷酸，它是维生素B6的磷酸酯。吡哆醛-5-磷酸能接受氨基酸分子中的氨基而变成吡哆胺-5-磷酸，同时氨基酸则变成-酮酸。吡哆胺-5-磷酸再将其氨基转移给另一分子-酮酸，生成另一种氨基酸，而其本身又变成吡哆醛-5-磷酸，吡哆醛-5-磷酸在转氨基作用中起到转移氨基的作用。5假如给因氨中毒导致肝昏迷的病人注射鸟氨酸、谷氨酸和抗生素，请解释注射这几种物质的用意何在?解答：人和哺乳类动物是在肝中依靠鸟氨酸循环将氨转变为无毒的尿素。鸟氨酸作为C和N的载体，可以促进鸟氨酸循环。谷氨酸可以和氨生成无毒的谷氨酰胺。抗生素可以抑制肠道微生物的生长，减少氨的生成。6什么是鸟氨酸循环，有何实验依据? 合成lmol尿素消耗多少高能磷酸键?解答：尿素的合成不是一步完成，而是通过鸟氨酸循环的过程形成的。此循环可分成三个阶段：第一阶段为鸟氨酸与二氧化碳和氨作用，合成瓜氨酸。第二阶段为瓜氨酸与氨作用，合成精氨酸。第三阶段精氨酸被肝中精氨酸酶水解产生尿素和重新放出鸟氨酸。反应从鸟氨酸开始，结果又重新产生鸟氨酸，形成一个循环，故称鸟氨酸循环(又称尿素循环)。合成1mol尿素需消耗4mol高能键。详见11.2.3“排泄”和“（2）尿素的生成机制和鸟氨酸循环”。7什么是生糖氨基酸、生酮氨基酸、生酮兼生糖氨基酸？为什么说三羧酸循环是代谢的中心?你是如何理解的?解答：在体内可以转变为糖的氨基酸称为生糖氨基酸，其按糖代谢途径进行代谢；能转变成酮体的氨基酸称为生酮氨基酸，其按脂肪酸代谢途径进行代谢；二者兼有的称为生糖兼生酮氨基酸，部分按糖代谢，部分按脂肪酸代谢途径进行。一般说，生糖氨基酸分解的中间产物大都是糖代谢过程中的丙酮酸、草酰乙酸、-酮戊二酸，琥珀酰CoA或者与这几种物质有关的化合物。生酮氨基酸的代谢产物为乙酰辅酶A或乙酰乙酸。在绝大多数生物体内，三羧酸循环是糖、脂肪、蛋白质、氨基酸等物质的共同分解途径。另一方面三羧酸循环中的许多中间体如-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、苹果酸、草酰乙酸等又是生物体各物质合成的共同前体。因此三羧酸循环是各物质代谢的中心。8什么是必需氨基酸和非必需氨基酸?解答：生物体自身不能合成必需由食物供给的氨基酸为必需氨基酸。如成年人体不能合成苏氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸等8种氨基酸，此8种氨基酸称为必需氨基酸，缺少其中任一种都将影响生物体内蛋白质的合成。而生物体自身能合成的氨基酸为非必需氨基酸。9何谓一碳单位？它与氨基酸代谢有何联系?解答：生物化学中将具有一个碳原子的基团称为一碳单位。在物质代谢过程中常遇到一碳基团从一个化合物转移到另一个化合物的分子上去，而一碳单位的载体往往为四氢叶酸，体内一碳单位的产生与下列氨基酸代谢有关。甘氨酸、丝氨酸的分解反应可产生N5，N10-亚甲基四氢叶酸，组氨酸降解为谷氨酸的过程中可以形成N5-亚氨甲基四氢叶酸，苏氨酸在代谢过程中可产生甘氨酸所以也能生成N5，N10-亚甲基四氢叶酸。另外甲硫氨酸也是体内重要的甲基化试剂，可以为很多化合物提供甲基。详见11.3.2“氨基酸代谢与一碳单位”。10氨基酸生物合成途径可分为哪几种衍生类型？解答：不同氨基酸生物合成途径不同，但许多氨基酸生物合成都与机体内的几个主要代谢途径相关。因此，可将氨基酸生物合成相关代谢途径的中间产物，看作氨基酸生物合成的起始物，并以此起始物不同划分为六大类型：-酮戊二酸衍生类型，草酰乙酸衍生类型，丙酮酸衍生类型，甘油酸-3-磷酸衍生类型，赤藓糖-4-磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍生类型，组氨酸生物合成。详见11.3.1“氨基酸合成途径的类型”。111分子丙氨酸在哺乳动物体内彻底氧化可净生成多少ATP？解答：丙氨酸通过转氨基作用将氨基转给-酮戊二酸产生丙酮酸和谷氨酸。丙酮酸经过氧化脱羧形成乙酰CoA和NADH。1分子乙酰CoA在细胞内彻底氧化可产生10分子的ATP，1分子NADH通过呼吸链的氧化可产生2.5分子ATP。谷氨酸在谷氨酸脱氢酶的催化下形成1分子NADH、1分子-酮戊二酸和1分子NH4+。2分子 NH4+在哺乳动物体内经过尿素循环转变成尿素需要消耗4分子ATP。因此1分子丙氨酸在哺乳动物体内被彻底氧化可净产生12.5+2.5-2=13分子的ATP。如果是鱼类，则脱下的氨基可直接排出体外，不需要消耗ATP，那么就可净产生15分子的ATP。12给哺乳动物喂食15N标记的丙氨酸，能否在动物体内找到15N标记的苏氨酸、赖氨酸和谷氨酸？解答：在动物体内可以找到15N标记的谷氨酸，15N标记的丙氨酸与-酮戊二酸在谷丙转氨酶的作用下生成谷氨酸和丙酮酸。苏氨酸和赖氨酸是由食物供给的必需氨基酸，动物体自身不能合成。12 核苷酸代谢1你如何解释以下现象：细菌调节嘧啶核苷酸合成的酶是天冬氨酸-氨基甲酰转移酶，而人类调节嘧啶核苷酸合成的酶主要是氨基甲酰磷酸合成酶。解答： 氨基甲酰磷酸合成酶参与两种物质的合成，嘧啶核苷酸的合成和精氨酸的合成。在细菌体内，这两种物质的合成发生在相同的部位（细菌无细胞器的分化），如果调节嘧啶核苷酸合成的酶是此酶的话，对嘧啶核苷酸合成的控制将会影响到精氨酸的正常合成。而人体细胞内有两种氨基甲酰磷酸合成酶，即定位于线粒体内的氨基甲酰磷酸合成酶和定位于细胞质内的氨基甲酰磷酸合成酶，它们分别参与尿素循环（精氨酸合成），嘧啶核苷酸的合成。2假如细胞中存在合成核苷酸的全部前体物质， 从核糖-5-磷酸合成1mol腺苷酸需要消耗多少摩尔ATP？ 如果用补救途径合成1mol腺苷酸，细胞可节省多少摩尔ATP？解答： 从核糖-5-磷酸合成磷酸核糖焦磷酸（PRPP）时，需要将1mol焦磷酸基团从ATP转移到核糖-5-磷酸分子上去，在合成IMP途径的后续步骤中，该焦磷酸被释放并迅速水解生成2mol Pi，相当于消耗2mol ATP。随后在生成甘氨酰胺核苷酸、甲酰甘氨咪唑核苷酸、5-氨基咪唑核苷酸和甲酰胺核苷酸四步反应中，各有1mol ATP的消耗，生成了IMP。在IMP转化成腺苷酸时，由腺苷琥珀酸合成酶催化的反应又另外消耗1mol GTP。所以，从核糖-5-磷酸合成1mol腺苷酸需要消耗7mol ATP。 补救途径合成腺苷酸反应为：腺嘌呤 + 核糖-5-磷酸 腺苷+Pi ，腺苷 + ATP AMP + ADP ,可见从腺嘌呤补救途径合成1mol腺苷酸只消耗1mol ATP，比从头合成核糖-5-磷酸节省6mol ATP 。3使用放射性标记的尿苷酸可标记DNA分子中所有的嘧啶碱基，而使用次黄苷酸可标记DNA分子中所有的嘌呤碱基，试解释以上的结果。解答：使用放射性标记尿苷酸后，尿苷酸（UMP）UDPCTPCDPdCDPdCTP；UDPdUDPdUMPdTMPdTDPdTTP。放射性标记次黄苷酸后，次黄苷酸（IMP）GMPGDPdGDPdGTP；次黄苷酸（IMP）腺苷琥珀酸AMPADPdADPdATP。4为便于筛选经抗原免疫的B细胞和肿瘤细胞的融合细胞，选用次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷(HGPRT)的肿瘤细胞和正常B细胞融合后在HAT(次黄嘌呤氨甲蝶呤胞苷)选择培养基中培养，此时只有融合细胞才能生长和繁殖，请解释选择原理。解答：细胞内核苷酸合成有两条途径，一是从头合成途径，另一条是补救途径。对于B细胞，由于不能在培养基上繁殖，所以未融合的B细胞不能在培养基上繁殖。对于肿瘤细胞，因为是HGPRT缺陷型，因而它不能通过补救途径合成核苷酸。又因为选择性培养基HAT中含氨甲蝶呤，它是叶酸的拮抗剂，叶酸是嘌呤和嘧啶核苷酸从头合成途径中转移一碳单位的辅酶（四氢叶酸）的来源，所以氨甲蝶呤抑制了核苷酸的从头合成途径，这样未融合的肿瘤细胞也不能在选择性培养基上生长和繁殖，只有融合细胞具有了双亲的遗传性，才能在HAT选择性培养基中利用补救途径合成核苷酸，从而生长和繁殖。5简述5-氟尿嘧啶(5-Fura)、6-巯基嘌呤在体内的代谢去向，试解释它们为何能抑制DNA的复制。解答：5-溴尿嘧啶是胸腺嘧啶的结构类似物。它进入人体后，可转化成5-溴脱氧尿苷酸（BrdUMP），进一步生成5-溴脱氧尿苷二磷酸（BrdUDP）和5-溴脱氧尿苷三磷酸（BrdUTP），BrdUTP作为dTTP的类似物可掺入到新合成的DNA链中。但它又可作为一种假的负反馈抑制剂抑制CDP的还原，从而抑制DNA的合成。因为dTTP作为NDP还原酶的变构抑制剂可抑制CDP的还原，具有类似的效应。CDP还原的抑制影响到DNA前体dCTP的产生。 6-巯基嘌呤是次黄嘌呤的结构类似物。它进入人体后，在次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶催化下发生下列反应：6-巯基嘌呤 + PRPP 6-巯基嘌呤核苷酸，可抑制磷酸核糖焦磷酸激酶和磷酸核糖氨基转移酶，使PRPP和5-磷酸核糖胺的合成受阻。同时6-巯基嘌呤核苷酸还可抑制次黄苷酸（IMP）进一步合成AMP、GMP，从而使核酸的合成受阻。6人体次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)缺陷会引起核苷酸代谢发生怎样的变化？其生理生化机制是什么？解答：次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶是催化次黄嘌呤、鸟嘌呤补救合成的一种重要的酶。正常情况下嘌呤核苷酸从头合成途径和补救合成途径是平衡的，次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶缺陷后，嘌呤补救合成停止了，会使嘌呤核苷酸从头合成的底物堆积，尤其是磷酸核糖焦磷酸（PRPP），高水平的PRPP导致嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸过量生成。由于嘌呤核苷酸的从头合成是在PRPP基础上进行的，因而HGPRT缺陷对嘌呤核苷酸合成影响更大。高水平的嘌呤核苷酸进而促使它的分解加强，结果导致血液中尿酸的堆积。过量尿酸将导致自毁容貌症，又称Lesch-Nyhan综合征。7用氘标记胞苷的嘧啶碱基，用14C标记胞苷的核糖部分，用标记好的胞苷注射动物。经过一段时间后，从动物组织中除了分离出游离的带有标记的核糖和胞嘧啶，同时还发现分离出的DNA分子中含有带标记的脱氧胞苷酸，从这些实验事实中你可得到什么结论？解答：从这些实验事实中可以看出，嘧啶化合物与其他代谢物一样在体内处于不断的分解和合成中。胞苷进入体内后可经过合成代谢转变为胞苷酸和脱氧胞苷酸，后者可进一步转变成dCDP和dCTP而掺入DNA分子中。胞苷也可经分解代谢产生胞嘧啶和核糖。从这些结果促使人们去研究核苷酸在体内是如何转变成脱氧核苷酸的？核苷酸还原酶的发现使这一问题得到了答案，原来核苷酸还原酶能够以核苷二磷酸为底物，催化核苷二磷酸转变为脱氧核苷二磷酸。13 DNA的生物合成1生物的遗传信息如何由亲代传递给子代？解答：生物的遗传信息表现为特定的核苷酸排列顺序，通过DNA的复制和细胞分裂由亲代细胞传递给子代细胞。进行有性生殖的多细胞生物形成性细胞时，通过减数分裂，使性细胞形成单倍体，在受精过程中形成的双倍体细胞中，一半染色体来自父亲，另一半染色体来自母亲，从而实现了遗传信息从亲代到子代的传递。2何谓DNA的半保留复制？是否所有DNA的复制都以半保留的方式进行？解答：DNA的半保留复制指新合成的DNA双链中，有一条链是来自亲代的，另一条链是新合成的。半保留复制的方式只适用于双链分子，单链DNA分子要转化成双链的复制型DNA，再以半保留方式复制。3若使15N标记的大肠杆菌在14N培养基中生长三代，提取DNA，并用平衡沉降法测定DNA密度，其14N-DNA分子与14N-15N杂合DNA分子之比应为多少？解答：15N标记的大肠杆菌利用培养基中的14N合成DNA，第一代DNA双链都是14N-15N杂合DNA分子。第二代分别是以第一代中的14N和15N链作为母链合成新的DNA，所以14N-DNA分子与14N-15N杂合DNA分子之比为1：1。第三代中的14N和15N母链的分子之比是3:1，所以14N-DNA分子与14N-15N杂合DNA分子之比应为3:1。4已知DNA的序列为：W: 5-AGCTGGTCAATGAACTGGCGTTAACGTTAAACGTTTCCCAG-3C: 3-TCGACCAGTTACTTGACCGCAATTGCAATTTGCAAAGGGTC-5 上链和下链分别用W和C表示，箭头表明DNA复制时复制叉移动方向。试问： 哪条链是合成后随链的模板? 试管中存在单链W，要合成新的C链，需要加入哪些成分? 如果需要合成的C链被32P标记，核苷三磷酸中的哪一个磷酸基团应带有32P? 如果箭头表明DNA的转录方向，哪一条链是合成RNA的模板? 解答： W链； DNA聚合酶，引物，dNTP，mg2+； -磷酸基团； C链。5用什么实验可以证明DNA复制时存在许多小片段（冈崎片段）？解答：用带标记的脱氧核苷三磷酸作为合成DNA的原料，经过一段时间后，加入碱溶液使合成停止，检查发现标记出现在大约1000个核苷酸的小片段DNA即冈崎片段上，追赶标记发现，这些带标记的小片段DNA很快能够连接成DNA长链，后来的研究发现，DNA复制时，前导链是连续合成的，后随链需要先合成冈崎片段。6某哺乳动物的细胞中，每个细胞的DNA长1.2m，细胞生长周期中的S期约为5h，如果这种细胞DNA延长的速度与E.coli相同，即16m/min，那么染色体复制时需要有多少复制叉同时运转？解答：每个复制叉5h复制DNA片段的长度为16m/min 300min = 4800m。每个细胞内DNA长1.2m = 1.2 106m，染色体复制时应当有1.2 106m 4800m = 250个复制叉。 7DNA复制的精确性、持续性和协同性是通过怎样的机制实现的？解答：DNA聚合酶具有复杂的亚基结构。其35外切酶活性起到校对作用，不对称二聚体相互协调，两个亚基形成滑动夹子，维持了DNA合成的持续性。复制叉有多种蛋白质协同作用，使DNA复制的各个环节能够协调进行。8真核生物DNA聚合酶有哪几种？它们的主要功能是什么？解答：真核生物的DNA聚合酶主要有、五种，均具有5 3聚合酶活性，DNA聚合酶、和有35外切酶活性，DNA聚合酶和无外切酶活性。因此设想细胞核DNA复制时，在复制叉上由DNA聚合酶/引物酶合成RNA引物和一小段DNA，DNA聚合酶或DNA聚合酶合成前导链和滞后链。不过目前尚不清楚两种酶哪个合成前导链，哪个合成后随链。DNA聚合酶和主要起修复作用，DNA聚合酶用于线粒体DNA的合成。近年又发现了多种参与修复的DNA聚合酶。9DNA的复制过程可分为哪几个阶段？其主要特点是什么？解答：DNA的复制过程分为三个阶段，各阶段的特点主要表现在复制体的变化。起始阶段，形成起始复合物；延伸阶段，DNA聚合酶进行持续的DNA复制；终止阶段，复制体解聚，形成两个新的子代分子。10哪些因素能引起DNA损伤？生物体有哪些修复机制？解答： 引起DNA损伤的途径有：生物因素如复制差错或病毒整合，物理因素如紫外线和电离辐射，化学因素如各种化学诱变剂。目前已知细胞有5种对DNA损伤的修复系统：错配修复、直接修复、切除修复、重组修复、易错修复（SOS修复）。11在大肠杆菌DNA分子进行同源重组的时候，形成的异源双螺旋允许含有某些错配的碱基对。为什么这些错配的碱基对不会被细胞内的错配修复系统排除？解答：大肠杆菌在进行错配修复的时候，根据老链和新链的甲基化程度不同而识别出新链上错配的碱基，再将新链上错误的碱基切除，而不会切掉旧链上正确的碱基。在DNA进行同源重组的时候，形成的异源双螺旋尽管会含有某些错配的碱基对，但异源双螺旋的两条DNA链上都是高度甲基化的，因此这些错配的碱基对不会被细胞内的错配修复系统排除。12试比较切除修复和光复活机制是如何清除由紫外线诱导形成的嘧啶二聚体的？你可使用什么方法区分这两种机制？解答：切除修复需要将嘧啶二聚体切除掉，换上正常的胸苷酸，而光复活机制是通过光复活酶直接破坏嘧啶二聚体的环丁烷结构而修复嘧啶二聚体。可使用3H标记的胸苷追踪修复过程，如果3H出现在修复后的DNA分子上，则修复的方式是切除修复，否则就是光复活机制。13经证实2, 3双脱氧次黄嘌呤可作为抗HIV药，试解释它抑制AID病毒生长的机理。 解答：因为双脱氧次黄嘌呤可以转换为相应的双脱氧次黄嘌呤核苷三磷酸，在DNA复制时，它可以作为dGTP的类似物，将双脱氧次黄嘌呤核苷酸掺入到新合成的DNA链中，但由于它没有3-OH，所以可以阻断核苷酸链的进一步延伸，因此HIV基因组的复制被抑制。14概述PCR的基本过程。 解答：聚合酶链反应（polymerase chain reaction,PCR）的基本过程是在试管内加入含有待扩增DNA片段的双链DNA，分别能与待扩增DNA片段两侧的特定序列互补的两个寡核苷酸引物，4种dNTP，含有一定浓度Mg2+的缓冲液，和耐热的DNA聚合酶，通过加热到95左右使DNA变性，降温到55左右使引物与模板结合，升温到72左右合成新链3个步骤的循环，可以使DNA扩增。若扩增效率为100%，每循环1次，DNA可增加1倍，若循环30次，则DNA增加230倍，若扩增效率为x（用小数表示，如80%表示为0.8），扩增的次数为n，得到产物的量为目的基因加入量的y倍，则可用下列公式计算扩增产物的量：y = ( 1 + x )n15概述基因克隆的基本步骤。解答：基因克隆的基本步骤有： 用相互配套的12种限制酶切割含目的基因的DNA和载体DNA（切）； 连接目的基因和载体DNA得到重组载体（接）； 将重组载体导入宿主细胞（转），若使用的是质粒载体，称转化，噬菌体载体称转导，病毒载体称转染； 将经过转化（或转导，转染）的细菌或细胞稀释，在加有选择性培养基的平皿培养基或细胞培养板上培养，选择含目的基因的阳性克隆，并用其它方法进一步鉴定（筛）； 扩大培养选出的阳性克隆（扩）。随后可分离目的基因，或在一定的条件下表达目的基因。14 RNA的生物合成1原核生物的RNA聚合酶由哪些亚基组成？各个亚基的主要功能是什么？解答：原核生物的转录作用，不论其产物是mRNA，rRNA，还是tRNA，都是由同一种RNA聚合酶催化合成的。用SDS-PAGE分离大肠杆菌RNA聚合酶可得几个大小不等的亚基：、亚基的Mr分别为1.5105和1.6105，和的Mr分别为4.0104和7.0104。用磷酸纤维素柱层析分离出由各个亚基组成的全酶（holoenzyme），其亚基组成为2，Mr约为4.65105。其中的因子易于从全酶上解离，其他的亚基则比较牢固地结合成为核心酶（core enzyme），当因子与核心酶结合成全酶时，即能起始转录，当因子从转录起始复合物中释放后，核心酶沿DNA模板移动并延伸RNA链。可见因子为转录起始所必需，但对转录延伸并不需要。全酶以4种核苷三磷酸为原料，以DNA为模板，在37下，以40nt/s的速度从53合成RNA。一个大肠杆菌约含7000个RNA聚合酶分子，大约2 0005 000个聚合酶同时催化RNA的合成。亚基由rpo A基因编码，为核心酶的组装所必需，需责识别和结合启动子。亚基在全酶与某些转录因子相互作用时也发挥重要作用。和亚基分别由基因rpo B和rpo C编码。亚基是催化部位的主体，研究表明，亚基有两个结构域，分别负责转录的起始和延伸，亚基上结合的两个Zn2+参与催化过程。亚基可能是RNA聚合酶与模板DNA的结合部位。大肠杆菌的因子由基因rpo D编码，在对启动子识别中起关键作用。因子与核心酶结合后，全酶对启动子特异性结合能力是对其他DNA序列结合能力的107倍。2真核细胞中有几种RNA聚合酶？它们各自的主要功能是什么？解答：真核生物的RNA聚合酶，按照对-鹅膏蕈碱的敏感性不同进行分类：RNA聚合酶基本不受-鹅膏蕈碱的抑制，在大于10-3mol/L时才有轻微的抑制。RNA聚合酶对-鹅膏蕈碱最为敏感，在10-8mol/L以下就会被抑制。RNA聚合酶对-鹅膏蕈碱的敏感性介于聚合酶和聚合酶之间，在10-5mol/L到10-4mol/L才会有抑制现象。RNA聚合酶存在于核仁中，其功能是合成5.8S rRNA、18 S rRNA和28 S rRNA。RNA聚合酶存在于核质中，其功能是合成mRNA、snRNA。RNA聚合酶也存在于核质中，其功能是合成tRNA和5 S rRNA及转录Alu序列。3下面是单链DNA模板的碱基序列，将它与RNA聚合酶、GTP、CTP、UTP和-32PATP混合物一起保温，再用脾磷酸二酯酶水解RNA产物，试问可得到哪些3-32P标记的NMP？5ATCTTCGTATGCATGTCT 3解答：根据DNA模板的碱基序列先写出RNA产物的碱基序列，每个A的5端为32p：532pApG32pApC32pApUpGpC32pApU32pApCpG32pA32pApG32pAp U 3脾磷酸二酯酶从RNA的5末端开始依次水解生成3NMP，得到332pGMP332pCMP3 32pUMP332pAMP=3211。4原核生物的启动子和真核生物的三类启动子各有何结构特点？ 解答：原核生物的启动子在-10区有一共有序列（consensus sequence）TATAAT，以发现者的名字命名为Pribnow框(Pribnow box)，或被称作-10序列。在-35区还有一个共有序列TTGACA，被称作识别区域，或-35序列。在不同基因的启动子中，这两个共有序列的位置和序列略有区别。对上述共有序列进行化学修饰和定位诱变证明，-35序列与聚合酶对启动子的特异性识别有关，-10区富含A-T对，有利于DNA局部解链，-10区与-35区之间的距离，明显影响转录的效率。真核生物三类启动子分别起始RNA聚合酶I、II、III的转录。类别I启动子包括核心启动子和上游控制元件两部分，需要UBF1和SL1因子参与作用。类别II启动子包括四类控制元件：基本启动子、起始子、上游元件和应答元件。识别这些元件的反式作用因子有通用转录因子、上游转录因子和可诱导的因子。类别III启动子有两类：上游启动子和基因内启动子，分别由装配因子和起始因子促进转录起始复合物的形成和转录。5简要说明原核生物和真核生物转录调控的主要特点解答：原核生物与真核生物基因转录调控的共同之处主要有两个方面。其一，调控的关键步骤均在转录的起始阶段。其二，DNA上均包括参与转录调控的顺式作用元件，细胞中均含有可以同顺式作用元件相互作用的反式作用因子。原核生物基因转录调控的特点可归纳为3个方面：因子决定RNA聚合酶的识别特异性。原核生物只有一种RNA聚合酶，核心酶催化转录的延长，因子识别特异的启动序列，即不同的因子协助启动不同基因的转录。操纵子模型的普遍性。除个别基因外，原核生物的绝大多数基因按功能相关性成簇地连续排列在DNA分子上，共同组成一个转录单位即操纵子（operon），如乳糖操纵子等。一个操纵子含一个启动序列及数个编码基因。在同一个启动序列控制下，转录出多顺反子mRNA。阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性。在原核生物中特异的阻遏蛋白是控制启动序列活性的重要因素。当阻遏蛋白与操纵基因结合或解离时，结构基因的转录被阻遏或去阻遏。真核生物基因转录调控的特点可归纳为6个方面：真核生物有复杂的染色体结构，染色体结构的变化对基因转录的调控有重要作用。与原核生物相比，真核生物有更多种类的顺式作用元件和反式作用因子，基因转录调控的机制更加复杂。原核生物的反式作用因子对基因表达的调控既有正调控，又有负调控，其中负调控的作用较普遍。真核生物的反式作用因子对基因表达的调控主要是正调控，通常需要多个反式作用因子协同作用，使基因表达的调控更加精确。迄今为止，在真核生物中尚未发现操纵子结构，功能相关基因的协调表达比原核生物更加复杂。原核生物的转录产物通常不需要加工，即可用于指导蛋白质合成，真核生物的转录产物通常需要经过复杂的加工，才可用于指导蛋白质合成。真核生物大多为多细胞生物，在细胞分化和个体发育过程中，基因表达除受细胞内调控因子的影响外，还受一些细胞外因子（如激素和细胞因子）的影响。6简要说明四类内含子剪接作用的特点。解答：第一类内含子的剪接反应需要一个鸟嘌呤核苷或核苷酸辅因子，这一辅因子并不是被作为能源使用，而是直接参与反应的催化。剪接反应是第一步中鸟苷的3-羟基作为亲核基团，与内含子5-末端形成一个正常的3,5 -磷酸二酯键。这一步中5外显子的3-羟基被释放出来，然后作为亲核基团在内含子的3末端进行同样的反应。导致内含子的切除，及外显子的连接。第二类内含子的剪接模式与第一类剪接反应的差别，是在第一步中的亲核基团是内含子内部的一个腺苷酸残基的2-羟基，而不是外源的辅因子。这步反应中产生一种不寻常的分叉套索样中间体。第三类也是最大的一类内含子，通过同样的套索机制进行剪接。然而，它们的剪接需要特殊的叫做剪接体（spliceosome）的RNA-蛋白复合物发挥作用。在一些tRNA中发现的第四类内含子与第一、二类不同，它们的剪接需要ATP提供能量，由内切核酸酶水解内含子两端的磷酸二酯键，两个外显子随即被连接起来，连接反应与DNA连接酶的连接机制相同。7设计一个实验确定体内基因转录时，RNA链延伸的平均速率，即每一条RNA链每分钟掺入的核苷酸数目。 解答：用放射性标记的NTP脉冲标记细胞，然后杀死细胞，提取其RNA，再使用弱碱水解。RNA链延伸的平均速率可通过水解物中被标记核苷酸的量除以脉冲标记的时间计算得出。8为什么野生型的大肠杆菌细胞内得不到rRNA基因的初级转录物？解答：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有完成的时候就已开始，其中包括某些剪切反应，因此在野生型的大肠杆菌细胞内，等转录结束以后得到的并不是原始的初级转录产物。只有当大肠杆菌某些参加后加工的酶有缺陷时，才有可能得到真正的初级转录物。9HIV的什么性质使得研制艾滋病的疫苗非常困难？解答：HIV是一种逆转录病毒，负责逆转录病毒RNA复制的逆转录酶没有校对功能，这使得该病毒的基因突变率比DNA病毒要高许多，作为疫苗靶子的抗原基因更容易突变，这就增加了额外的难度。10如果一种突变菌株合成的因子与核心酶不易解离，对RNA合成可能产生什么影响？解答：RNA聚合酶全酶与DNA模板的结合比核心酶紧密得多。RNA合成起始之后，突变的因子不能及时解离，极大地降低了RNA聚合酶沿模板移动的速度。因此该突变株的RNA合成比野生型慢得多。11一个正在旺盛生长的大肠杆菌细胞内约含15000个核糖体。 如果rRNA前体的基因共含有5000对核苷酸残基，若转录反应从5NMP和ATP开始，生成这么多rRNA共需消耗多少分子ATP？ 如果这些能量由葡萄糖的有氧氧化提供，共需消耗多少分子葡萄糖？解答： 1500050002=1.5108个ATP分子； （1.5108）/32=4.69106个葡萄糖分子。12鸡卵清蛋白基因为7700 bp，经转录后加工从前体分子中剪去内含子，拼接成1872 nt的成熟mRNA，其中卵清蛋白的编码序列含1164 nt(包括一个终止密码子)。如果戴帽和内部修饰消耗的能量忽略不计，计算从转录出mRNA前体到最后加工成一个成熟的卵清蛋白mRNA(假定3端还有200个腺苷酸残基组成的尾巴)需要消耗多少分子ATP？解答：从卵白蛋清基因转录出的前体mRNA应含7700个核苷酸残基，另外有200个腺苷酸残基组成的尾巴，因为dNMP + 2ATP dNTP + 2ADP，所以每掺入一个残基相当于消耗两分子ATP。如果戴帽和内部修饰消耗的能量忽略不计，这个基因转录和加工共需消耗的ATP数为：（7700 + 200） 2 = 1.58 104个ATP分子。13与DNA聚合酶不同，RNA聚合酶没有校正活性，试解释为什么RNA聚合酶缺少校正功能对细胞并无很大害处。解答：RNA聚合酶缺少校正活性，从而使转录错误率远远高于DNA复制的错误率，但是因为从一个基因合成的RNA的绝大多数的拷贝是正常的，错误的RNA分子将不可能影响到细胞的生存。就mRNA分子来说，按照含有错误的mRNA翻译的错误的蛋白质数量只占所合成蛋白总数的很小百分比。另外，在转录过程中生成的错误可以很快去除，因为大多数的mRNA分子的半衰期很短。 14自我拼接反应和RNA作为催化剂的反应之间的区别是什么？解答：四膜虫的rRNA的初始转录产物经过一个自剪切反应失去了它的间插序列。因为在这一反应中转录物被永久的修饰了，因此它不是一个真正的催化剂。核糖核酸酶P的RNA组分能够切割tRNA前体分子，并且在反应结束时仍旧保持不变，因而它称得上是一个真正的催化剂。15DNA和RNA各有几种合成方式，各由什么酶催化新链的合成？解答： DNA DNA， 其中DNA半不连续复制需要DNA聚合酶III、DNA聚合酶I和DNA连接酶；DNA修复合成需要DNA聚合酶I、DNA连接酶。 RNA DNA，需要逆转录酶。 RNA合成包括：DNA RNA，需要RNA聚合酶；RNA RNA，需要RNA复制酶； RNA DNA RNA需要RNA转录酶和RNA聚合酶。15 蛋白质的生物合成1一个编码蛋白质的基因，由于插入一段4个核苷酸序列而被破坏的功能，是否可被一个核苷酸的缺失所恢复？解释原因。解答：一个编码蛋白质的基因，如果插入4个核苷酸序列，就会发生移码突变，即从插入处开始此蛋白质的氨基酸顺序都发生了变化，导致此蛋白质功能的丧失。但如果在此插入段相邻处缺失一个核苷酸，此蛋白质仅在插入处的几个氨基酸发生了改变，如果此变异不是蛋白质发挥功能必需的部位，那么此蛋白质可能恢复其功能。2一个双螺旋DNA片段的模板链含有顺序：5GTTAACACCCCTGACTTCGCGCCGTCG 3 (a)写出从这条链转录产生的mRNA的碱基顺序； (b)从(a)中的mRNA的5-末端开始翻译产生的肽链的氨基酸顺序是什么?（参考密码表）(c)合成此多肽需消耗多少ATP解答：（a）转录产生mRNA的碱基顺序为：5-CGACGGCGCGAAGUCAGGGGUGUUAAC-3(b) Arg-Arg-Arg-Glu-Val-Arg-Gly-Val-Lys（不考虑起始密码和终止密码）(c) 在蛋白质合成过程中，每个氨基酸活化消耗2个高能键（ATPAMP），进位和转肽各需要1个GTP，每往肽链中加入1个氨基酸要消耗4个ATP，所以以上肽链合成需要94=36个ATP （不考虑起始和终止）。3原核生物是如何区分AUG是起始密码还是多肽链内部Met的密码的?解答：原核生物在起始密码上游约10个核苷酸处(即-10区)通常有一段富含嘌呤的序列，称为SD序列（Shine-Dalgain sequence）。SD序列可以与小亚基16S rRNA 3-末端的序列互补，使mRNA与小亚基结合，使得核糖体能够识别正确的起始密码AUG。而多肽链内部Met的密码前没有SD序列。4原核生物蛋白质合成体系由哪些物质组成？各起什么作用？解答：原核生物蛋白质合成体系的物质组成和作用。详见15.1。5简述蛋白质合成的起始、延长和终止过程。解答：详见15.2.3，15.2.4，15.2.5。6试比较原核生物与真核生物在蛋白质合成上的差异。解答：（1）原核生物转录和翻译同步进行，真核生物转录产物要加工后才进行翻译。（2）原核生物核糖体为70S，由50S与30S两个亚基组成；真核生物核糖体为80S，由60S与40S两个亚基组成。 （3）原核生物的蛋白质合成起始于甲酰甲硫氨酸，需起始因子IF-1、IF-2、 IF-3及GTP、Mg2+参加。真核生物的蛋白质合成起始于甲硫氨酸，起始因子为 eIF-1、eIF-2、eIF-3、eIF-4、eIF-5和eIF-6。（4）原核生物在起始密码上游的SD序列可以与小亚基16S rRNA 3-末端的序列互补，从而确定起始密码的位置。真核生物核糖体与mRNA 5-末端的帽子结构结合之后，通过消耗ATP的扫描机制向3 端移动来寻找起始密码。（5）原核生物的延长因子有EF-Ts、EF-Tu和EF-G。真核生物的延长因子是eEF-1和eEF-2。（6）肽链合成的终止需要有肽链释放因