生物化学(第三版)课后习题详细解答

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维生素B12在体内转变成2种辅酶形式,参与3种类型的反应:①分子内重排;②核苷酸还原成脱氧核苷酸;③甲基转移。

生物素在种种酶促羧化反应中作为活动羧基载体。 叶酸除了CO2外,是所有氧化水平碳原子一碳单位的重要受体和供体。四氢叶酸是叶酸的活性辅酶形式。

硫辛酸常不游离存在,而同酶分子中赖氨酸残基的ε-NH2以酰胺键共价结合,是一种酰基载体。 维生素C具有机酸性质,有防治坏血病功能。

2.对下列每一个酶促反应,写出参与反应的辅酶。 解:略

3.为谷氨酸变位酶反应选择一种适宜的辅酶并写出一个正确的机制:[化学方程式略]

2+

解:该反应适宜的辅酶可为5ˊ-脱氧腺苷钴胺素,重排机制:Co-碳键裂解,钴还原成Co状态,产生一个-CH2基,从底物吸取氢原子形成5ˊ-脱氧腺苷,并脱离底物上的基团(未成电子对),该中间物重排,-CH2-从一个碳原子移动到另一个碳原子,随后氢原子从5ˊ-脱氧腺苷是甲基转移,5ˊ-脱氧腺苷钴胺素重生。

T4、T5、T6与T3同类,略。

7.蛋清可防止蛋黄的腐败,将鸡蛋贮存在冰箱4-6周不腐败。而分离的蛋黄(没有蛋清)甚至在冷冻下也迅速腐败。

(1) 腐败是什么引起的?

(2) 你如何解释观察到的蛋清存在下防止蛋黄腐败?

答:与生物素有关。

8.肾营养不良(renal osleodystrophy)也叫肾软骨病,是和骨的广泛脱矿物质作用相联系的一种疾病,常发生在肾损伤的病人中。什么维生素涉及到肾的矿质化?为什么肾损伤引起脱矿物质作用?

答:1,25-二羟维生素D3能诱导钙结合蛋白(CaBP)的合成和促进Ca-ATP酶的活性,这都有

2+

利于Ca的吸收。它也能促进磷的吸收;促进钙盐的更新及新骨的生成;促进肾小管细胞对钙磷的重吸收,减少从尿中排出。1,25-二羟维生素D3的主要耙细胞是小肠粘膜、骨骼和肾小管,肾损伤将影响1,25-二羟维生素D3的作用,故会引起脱矿物质作用。

9.一个临床病人由于代谢紊乱引起酸中毒,即低血和低尿pH。病人体液中化学分析显示分泌大量的甲基丙二酸。将这种化合物饲喂动物时,可以转变成琥珀酸。对于这一观察你能提供营养上的解释吗?

10.四氢叶酸(THF)都以何种形式传递一碳单位?

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答:四氢叶酸(THF)传递一碳单位的形式有:N-甲基-THF、N,N-亚甲基-THF、N-甲酰基-THF、10555

N-甲酰基-THF、N-亚胺甲基-THF、N,N-次甲基-THF。

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第十二章 核酸通论

提要

1868年Miescher发现DNA。Altmann继续Miescher的研究,于1889年建立从动物组织和酵母细胞制备不含蛋白质的核酸的方法。RNA的研究开始于19世纪末,Hammars于1894年证明酵母核酸中的糖是戊糖。核酸中的碱基大部分是由Kossel等所鉴定。Levene对核酸的化学结构以及核酸中糖的鉴定作出了重要贡献,但是他的“四核苷酸假说”是错误的,在相当长的时间内阻碍了核酸的研究。

理论研究的重大发展往往首先从技术上的突破开始。20世纪40年代新的核酸研究技术证明DNA和RNA都是细胞重要组成成分,并且是特异的大分子。其时,Chargaff等揭示了DNA的碱基配对规律。最初是Astbury,随后Franklin和Wilkins用X射线衍射法研究DNA分子结构,得到清晰衍射图。Watson和Crick在此基础上于1953年提出DNA双螺旋结构模型,说明了基因结构、信息和功能三者之间的关系,奠定了分子生物学基础。DNA双螺旋结构模型得到广泛的实验支持。Crick于1958年提出了“中心法则”。DNA研究的成功带动了RNA研究出现一个新的高潮。20世纪60年代Holley测定了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列;Nirenberg等被破译了遗传密码;阐明了3类DNA参与蛋白质生物合成的过程。

在DNA重组技术带动下生物技术获得迅猛发展。将DNA充足技术用于改造生物机体的性状特征、改造基因、改造物种,统称之为基因工程或遗传工程。与此同时出现了各种生物工程。技术革命改变了分子生物学的面貌,并推动了生物技术产业的兴起。在此背景下,RNA研究出现了第二个高潮,发现了一系列新的功能RNA,冲击了传统的观点。

人类基因组计划是生物学有史以来最伟大的科学工程。这一计划准备用15年时间(1990-2005

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年),投资30亿美元,完成人类单倍体基因组DNA3×10bp全部序列的测定。它首先在美国启动,并得到国际科学界的高度重视,英国、日本、法国、德国和中国科学家先后加入了这项国际合作计划。由于测序技术的改进,人类基因组计划被大大提前完成,生命科学进入了后基因时代,研究重点已从测序转向对基因组功能的研究。功能基因组学需要从基因产物的结构研究入手,因此产生了结构基因组学。为研究蛋白质组和DNA组,产生了蛋白质组学和RNA组学。生物化学与分子生物学已成为自然科学中最活跃,发展最快的学科之一。

DNA是主要的遗传物质,分布在原核细胞的核区,真核细胞的核核细胞器以及许多病毒中也含DNA。DNA通常是双链分子。原核细胞的染色体DNA、质粒DNA、真核细胞的细胞器DNA以及某些病毒DNA都是环状双链分子。真核细胞染色体DNA以及某些病毒DNA是线型双链分子。病毒DNA还有环状单链和线型单链的分子。细胞RNA通常都是线型单链分子,单病毒RNA有双链、单链、环状、线型多种形式。

生物机体通过DNA复制而将遗传信息由亲代传递给子代;通过RNA转录和翻译而使遗传信息在子代得以表达。DNA具有基因的所有属性,基因也就是DNA的一个片段。基因的功能最终需由蛋白质来执行,RNA控制着蛋白质的合成。参与蛋白质合成的DNA有三类:rRNA器装配和催化作用;tRNA携带氨基酸并识别密码子;mRNA携带DNA的遗传信息并作为蛋白质合成的模板。除参与蛋白质合成外,RNA还有多种功能,几乎涉及细胞功能的所有方面,归根结底与遗传信息的表达和表达调控有关。

习题

1.核酸是如何被发现的?为什么早期核酸研究的进展比蛋白质研究缓慢?

答:1868年瑞士青年科学家F.Mescher由脓细胞分离得到细胞核,并从中提取出一种含磷量很高的酸性化合物,称为核素。

核酸中的碱基大部分由Kossel等所鉴定。1910年因其在核酸化学研究中的成就授予他诺贝尔医学奖,但他却认为决定染色体功能的是蛋白质,以后转而研究染色体蛋白质。Levene对核酸的化

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学结构以及核酸中糖的鉴定作出了重要贡献,但是他的“四核苷酸假说”认为核苷酸中含等量4种核苷酸,这4种核苷酸组成结构单位,核酸是由四核苷酸单位聚合而成。照这一假说,核酸只是一种简单的高聚物,从而使生物学家失去对它的关注,严重阻碍核酸的研究。当时还流行一种错误的看法,认为胸腺核苷酸代表动物核苷酸,酵母核苷酸代表植物核苷酸,这种观点也不利于对核酸生物功能的认识。

2.Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型的背景和依据是什么?

答:背景:20世纪上半叶,数理学科进一步渗入生物学,生物化学本身是一门交叉学科,也就成为数理学科与生物学之间的桥梁。数理学科的渗入不仅带来了新的理论和思想方法,而且引入了许多新的技术和实验方法。

依据:已知核酸的化学结构知识;E.Chargaff发现的DNA碱基组成规律;M.Wilkins和R.Franklin得到的DNA X射线衍射结果。此外,W.T.Astbury对DNA衍射图的研究以及L.Pauling提出蛋白质的α-螺旋结构也都有启发作用。 2.为什么科学界将Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型评为20世纪自然科学最伟大的成就之一?

答:因为DNA双螺旋结构模型的建立说明了基因的结构、信息和功能三者之间的关系,使当时分子生物学先驱者形成的三个学派(结构学派、信息学派和生化遗传学派)得到统一,并推动了分子生物学的迅猛发展。

4.什么是DNA重组技术?为什么说它的兴起导致了分子生物学的第二次革命?

答:DNA重组技术——在细胞体外将两个DNA片段连接成一个DNA分子的技术。在适宜的条件下,一个重组DNA分子能够被引入宿主细胞并在其中大量繁殖。

DNA重组技术极大推动了DNA和RNA的研究,改变了分子生物学的面貌,并导致了一个新的生物技术产业群的兴起,所以被认为是分子生物学的第二次革命/

5.人类基因组计划是怎样提出来的?它有何重大意义?

答:1986年,著名生物学家、诺贝尔奖获得者H.Dubecco在Sience杂志上率先提出“人类基因组计划”,经过了3年激烈争论,1990年10月美国政府决定出资30亿美元,用15年时间(1990-2005年)完成“基因组计划”。

重大意义:人类对自己遗传信息的认识将有益于人类健康、医疗、制药、人口、环境等诸多方面,并且对生命科学也将有极大贡献。

6.为什么说生命科学已进入后基因时代?它的意思是什么?

答:由于技术上的突破,“人类基因组计划”进度一再提前,全序列的测定现已进入后基因组时代。意思:科学家的研究重心已从揭示基因组DNA的序列转移到在整体水平上对基因组功能的研究。

7.核酸可分为哪几种类?它们是如何分布的?

答:核酸分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)两大类。

原核细胞中DNA集中在核区,其核细胞DNA分布在核内,病毒只含DNA或只含RNA,RNA存在于原核生物、真核生物或部分RNA病毒中。

8.如何证明DNA是遗传物质?

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答:用S和P标记的噬菌体T2感染大肠杆菌,结果发现只有P标记的DNA进入大肠杆菌细

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胞内,而S标记的蛋白质仍留在细胞外,由此证明:噬菌体DNA携带了噬菌体的全部遗传信息,DNA是遗传物质。

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9.参与蛋白质合成的三类RNA分别起什么作用?

答:rRNA起装配和催化作用;tRNA携带氨基酸并识别密码子;mRNA携带DNA的遗传信息并作为蛋白质合成的模板。

10.如何看待RNA功能的多样性?它的核心作用是什么?

答:RNA有5类功能:①控制蛋白质合成;②作用于RNA转录后加工与修饰;③基因表达与细胞功能的调节;④生物催化与其他细胞持家功能;⑤遗传信息的加工与进化。核心功能是:遗传信息由DNA到蛋白质的中间传递体。

第十三章 核酸的结构

提要

核酸分两大类:DNA和RNA。所有生物细胞都含有这两类核酸。但病毒则不同,DNA病毒只含DNA;RNA病毒只含RNA。核酸的研究是生物化学与分子生物学研究的重要领域。

核酸是一种多聚核苷酸,其基本结构单位是核苷酸。DNA主要由四种脱氧核糖核苷酸组成。RNA主要由四种核糖核苷酸组成。核苷酸又由含氮碱基、戊糖(核糖或脱氧核糖)及磷酸组成。核酸中还有少量稀有碱基。

核酸的共价结构也就是核酸的一级结构,通常是指具核苷酸序列。利用磷酸二酯酶从RNA分子的两端逐个水解下核苷酸,得到3ˊ核苷酸和5ˊ核苷酸,证明RNA分子中核苷酸之间的连键为3ˊ,5ˊ-磷酸二酯键。DNA无2ˊOH基,它的核苷酸连键只能是3ˊ→5ˊ走向。原核生物基因序列是连续的,常组成操纵子,很少重复序列。真核生物基因序列是断裂的,不组成操纵子,含有较高比例的重复序列。RNA有各种类型,常含有修饰核苷,tRNA含有较多修饰碱基,rRNA含有较多甲基化的核糖,两者均含有假尿嘧啶核苷。真核生物mRNA 5ˊ端有甲基化鸟嘌呤核苷酸形成的帽子;3ˊ端有poly(A)尾巴。

DNA的空间结构模型是在1953年由Watson核Crick两人提出的。建立DNA空间结构模型的根据有三方面。一是一直核酸的化学结构。二是DNA碱基组成的分析资料,Chargaff首先发现A-T,G-C之间相等的规律。三是DNA纤维的X射线衍射分析资料,提示了双螺旋结构的可能性。按照Watson-Crick的模型,DNA是由两条反平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕,碱基位于结构之内侧,磷酸与糖基在外侧,通过磷酸二酯键相连,形成双螺旋分子的骨架。碱基平面与轴垂直,糖环平面则与轴平行。两条链皆为右手螺旋。双螺旋的直径为2nm,碱基堆积距离为0.34nm,两核苷酸之间的夹角是36°,每一螺旋由10对碱基组成。碱基按A-T,G-C配对互补,彼此以 氢键相连系。维持DNA结构稳定的力量主要是氢键和碱基堆积力。双螺旋结构表面有两条螺形凹沟,一大一小。

Watson-Crick所阐明的是B型DNA。此外还有A型DNA及左旋DNA(Z-DNA)。它们在结构上有明显不同。应用核酸晶体的X射线衍射分析技术研究发现,Watson-Crick模型需要作某些补充才能反映DNA结构的真实情况。

DNA的二级结构主要是形成双螺旋。但在某些情况下也能形成三股螺旋。Hoogsteen最早发现寡聚嘌呤核苷酸-寡聚嘧啶核苷酸双螺旋的大沟可以结合第三条寡聚嘌呤或嘧啶核苷酸,形成Hoogsteen配对。H-DNA是通过分子内折叠形成的三股螺旋,它存在于基因调控区,因而有重要生物学意义。

细胞内很多DNA是双链环状分子(cccDNA),一条链断裂可以形成开环分子(oc DNA),两条链断裂就成为线型分子(linear DNA)。DNA分子的两端如是固定的,或是环状分子,增加或减少螺旋圈数,可引起超螺旋。拓扑学的公式L=T+W 可用以说明连环数(L)、扭转数(T)和缠绕数(W)之间的关系。比连环差(λ)=(L1-L0)/ L0表示超螺旋的强度。DNA超螺旋是DNA三级结构的一种形式。

DNA与蛋白质复合物的结构是其四级结构。病毒、细菌拟核核真核生物的染色体都存在DNA的

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