生物化学习题及答案(6)

6、参与尿素循环的氨基酸有哪些？这些氨基酸都能用于蛋白质的生物合成吗？ 答：鸟氨酸、瓜氨酸、精氨琥珀酸、精氨酸和天冬氨酸。只有精氨酸和天冬氨酸能用于蛋白质的生物合成。

7、如果给一只老鼠喂食含有15N标记的Ala，老鼠分泌出的尿素是否变成了15N标记的？如果是的话，尿素中的一个氨基被标记，还是两个氨基都被标记了？说明理由。

答：分泌的尿素是被15N标记了。两个氨基都被标记了。因为15N-Ala能够通过转氨使草酰乙酸接收氨基转换成15N-Asp，以及通过氧化脱氨生成游离的15NH4＋，可以导致15N标记的氨甲酰磷酸的生成。由于尿素中的两个氨基分别来自氨甲酰磷酸和Asp，所以尿素中的两个氨基就都是15N标记的了。 8、如果利用（a）一分子葡萄糖或（b）一分子软脂酸完全氧化成CO2和H2O净生成的ATP用于尿素的合成，可以分别合成出多少分子的尿素？ 答：（a）9 （b）32

9、 如果一个成年猫在禁食一个晚上以后，喂以一餐不含精氨酸的复合氨基酸饮食。在2小时内，血中的氨浓度从正常的18μg/L增至140μg/L，此时猫表现出氨中毒的临床症状。对照组中喂以完全氨基酸饮食或以鸟氨酸取代精氨酸的氨基酸饮食，则没有不寻常的临床症状。 （a）这个实验中，为什么要先禁食一个晚上？ （b）是什么因素使实验组氨的浓度上升？为什么精氨酸缺乏会导致氨中毒？精氨酸是否是猫的必需氨基酸？ （c）为什么鸟氨酸能取代精氨酸？

答： （a）禁食导致低血糖，当喂以实验饮食时会导致生糖氨基酸的快速分解代谢。

（b）氧化脱氨导致氨浓度的升高，精氨酸（尿素循环中的中间代谢物）缺乏阻断了氨转化为尿素的通路，实验条件下无法合成足够的精氨酸。实验表明精氨酸对猫来说是必需氨基酸。

（c）鸟氨酸通过尿素循环可转化为精氨酸。

10、 在所有哺乳动物的肝脏中的转氨酶中天冬氨酸氨基转移酶的活性最高，为什么？

答： 引入到尿素中的第二个氨基是从Asp转移来的，而Asp是Glu经天冬氨酸氨基转移酶催化转氨给草酰乙酸生成的。以尿素排泄的氨有一半来自天冬氨酸氨基转移酶催化的反应，这使得该酶必须具有很高的活性。

核苷酸代谢

1、嘌呤和嘧啶碱基是真核生物的主要能源吗，为什么？ 答:在真核生物中，嘌呤和嘧啶不是主要的能源。脂肪酸和糖中碳原子能够被氧化产生ATP，相比较而言含氮的嘌呤和嘧啶没有合适的产能途径。通常核苷酸降解可释放出碱基，但碱基又能通过补救途径重新生成核苷酸，碱基不能完全被降解。另外无论是在嘌呤降解成尿酸或氨的过程还是嘧啶降解的过程中都没有通过底物水平的磷酸化产生ATP。碱基中的低的C:N比使得它们是比较贫瘠的能源。然而在次黄嘌呤转变为尿酸的过程中生成的NADH也许能够通过氧化磷酸化间接产生ATP。

2、用两组人作一个实验，一组人的饮食主要是肉食，另一组人主要是米饭。哪一组人发生痛风病的可能性大？为什么？

答: 痛风是由于尿酸的非正常代谢引起的，尿酸是人体内嘌呤分解代谢的终产物，由于氨基酸是嘌呤和嘧啶合成的前体，所以食用富含蛋白质饮食有可能会导致过量尿酸的生成，引起痛风病。

3、从5-磷酸核糖开始合成一分子AMP需要多少能量（用ATP表示）？假设所有其它前体都存在。

答：需要7个ATP分子。合成磷酸核糖焦磷酸（PRPP）需要将一个焦磷酸基团从ATP转移到核糖-5-磷酸上去，在合成IMP途径的步骤1中该焦磷酸基团以PPi的形式释放出来并且被水解为2Pi，因而合计相当于消耗2个ATP。在步骤2，4，5和7中消耗4个ATP分子，在上述步骤中ATP转化为ADP和Pi。在IMP转化为AMP时，由腺苷琥珀酸合成酶催化的反应又另外消耗一个GTP。 4、为什么一种嘌呤和嘧啶生物合成的抑制剂往往可以用作抗癌药和/或抗病毒药？

答：因为许多癌细胞的特点是快速生长，需要供给大量的核苷酸。一旦嘌呤和嘧啶的生物合成受到抑制，癌细胞的生长就受到限制。所以抑制嘌呤和嘧啶生物合成的抑制剂可能就是一种抗癌药。由于病毒复制速度非常快，所以也会受到同样抑制剂的影响。

激 素

1、正常情况下，人肾上腺髓质以一定速度分泌肾上腺素，以维持循环的血液中的10－10M浓度。为了了解该浓度的含义，计算一个深2米的圆形游泳池的直径要多大才能使1克（大约一茶匙）的肾上腺素溶解后的浓度相当于血液中的浓度？ 答:186米。

2、大多数激素在血液中的半衰期相当短。例如将放射性标记的胰岛素注入动物体内，30分钟内一半激素从血液中消失。

（a）循环的激素的快速失活的重要意义是什么？

（b）鉴于激素如此快的失活，那么在正常情况下，如何使循环中的激素保持恒定？

（c）有机体是通过什么方式使循环中激素的水平改变的？ 答: （a）失活提供了一种快速改变激素浓度的方式。（b）恒定的胰岛素水平是靠快速合成和降解维持的。（c）改变激素浓度的其它方式包括改变激素从贮存处释放的速度，转运的速度以及由非活性前体转换为活性的激素的速度。 3、激素可分为水溶性激素（如肾上腺素）和脂溶性激素（如固醇类激素）。大部分水溶性激素不进入到靶细胞里面，而是通过作用于细胞表面的受体发挥它的效应。但脂溶性激素不仅进入靶细胞，而且是在细胞核内发挥作用。两类激素作用的模式与它们的溶解性、受体位置有什么相关性?

答：水溶性激素不易穿过细胞膜，所以它与靶细胞表面的受体结合，击发细胞内的第二信使（如cAMP）形成，通过第二信使发挥作用。而由于脂溶性激素可以通过细胞膜，可以直接作用于靶分子或受体。 4、 在\搏斗或逃逸\时，肾上腺素的释放促进肝、心肌和骨骼肌中的糖原降解，在肝脏中糖原降解的终产物是葡萄糖，与此相反在骨骼肌中的终产物是丙酮酸。

（a）为什么糖原在这两种组织中会生成不同的终产物？ （b）有机体在\战斗或逃逸\时，具有这两种不同的糖原降解途径的优越性是什么？ 答：（a）心肌和骨骼肌缺少葡萄糖-6-磷酸磷酸酶，所以糖原降解生成的葡萄糖-6-磷酸都进入到酵解途径，在缺氧条件下经丙酮酸转化为乳酸。（b）磷酸化的中间产物不能从细胞中逃掉，因为带电的分子不能穿过细胞膜。在\搏斗或逃逸\时为了使肌肉具有活力需要高浓度的酵解的前体物质。另一方面，肝应当释放葡萄糖以便维持血糖水平。葡萄糖可以由葡萄糖-6-磷酸形成，然后

从肝细胞输送到血液中。

5、有些胰脏的恶性肿瘤会使胰腺的β细胞过度制造胰岛素。患者摇摆又颤抖、软弱又疲倦、流汗并有饥饿感。

（a）高胰岛素症对肝脏的糖、氨基酸以及脂的代谢有什么影响？ （b）所观察到的症状的起因是什么？

答： （a）血糖被肝脏过量的利用导致低血糖；氨基酸和脂肪酸的分解代谢下降。（b）少量的循环燃料都用于合成ATP了，由于葡萄糖是脑的主要燃料，低血糖导致脑损伤，所以出现那么多症状。

6、甲状腺素与基础代谢的速率有密切关系，能给出过量的甲状腺素的肝组织表现出氧的消耗速率增加，以及热的输出增加（生热作用），但组织内的ATP浓度正常。对于甲状腺素的生热作用有不同的解释。一种说法是过量的甲状腺素使得线粒体内的氧化磷酸化解耦联。这能够说明上述观察吗？另一种解释是生热是由于甲状腺素刺激的组织其ATP利用的速率增加的结果，这个解释合理吗？为什么？

答： 甲状腺素的作用象个氧化磷酸化的解耦联剂。解耦联剂降低P/O比，因此组织应当增加呼吸来满足正常的ATP需求。生热也可能是由于甲状腺素刺激的组织其ATP利用的速率增加的结果，因为增加ATP的需求是通过增加氧化磷酸化以及呼吸来满足的。

DNA复制

1、 果蝇的整个基因组包含1.65×108个碱基对，如果复制仅靠单一一个复制叉复制，复制速度为每秒30个碱基对,计算整个基因组至少需要多少时间？ （a） 复制在一个双向起点开始。

（b） 复制在2000个双向起点处起始。

（c） 在早期胚胎阶段速度最快，只需5至6分钟，此时必需的起始点至少要多少?

答:(a)首先你必须假设全部基因组是一个大的线型的DNA分子（事实并非如此，但这样的假设使问题易于解答），同时假设复制的起始区域在该染色体的中部，因为复制叉向相反的方向移动，每秒钟将会复制60个碱基时，复制全部基因组所需要的时间为：?1.65×108碱基对/60碱基对S-1 ＝2.75×106S＝764h＝32days?

(b)假设2000个双向复制起点，等距离地沿DNA分子分布，同时在所有的起点同时开始复制，于是每一个复制叉复制了最大量的DNA，该速度为：2000×2×30碱基对/秒＝1.2×105碱基对/秒。 复制全部基因组所需要的时间为：1.65×108碱基对/1.2×105碱基对S-1 ＝1375s＝23min

(c)再次假设原点等同分布，所有原点同时开始复制所需的速度为：1.65×108碱基对/300s ＝5.5×105碱基对S-1由于两个复制叉移动的总速度为60碱基对/秒。5.5×105碱基对S-1/60碱基对S-1＝9170（起始点）所以为了在5min内完成复制，大约需要9170个起始点。

2、DNA复制复合体需要一系列的蛋白分子以便使复制叉移动，如果大肠杆菌在体外进行DNA复制至少

需要哪些组分？

答: （a）至少需要DNA聚合酶III、解旋酶、SSB和引发酶。在体内需要拓扑异构酶。

3、 某细菌的染色体是环状的双链DNA分子，有5.2×106个碱基对。

(a)复制叉的移动速度是每秒1000个核苷酸，计算复制染色体所需的时间。 (b)在最适条件下，细菌繁殖一代仅需25分钟。如果DNA复制最快速度是每

秒1000个核基酸，且染色

体只含有一个复制起始点，解释为什么细胞能分裂得这么快。

答：(a)在复制原点形成两个复制叉，复制叉以相反的方向移动直到它们在原点对面的某一点相遇为止，因而每个复制体复制基因组的一半(2.6×106碱基对)，在每一个复制叉上，以1000个核苷酸/秒的速率合成两条新链(前导链和滞后链)(2000个核苷酸/秒等于1000个碱基对/秒)。所以复制全部的染色体需要2.6×106/1000 =2600秒 =43分20秒。 (b)尽管仅仅只有一个原点（O），但在前一个复制叉到达终点位置之前复制可以反复起始。因而在每一个双链DNA分子上存在着2个以上的复制叉。虽然复制一个染色体仍旧需要大约43分钟，但是由于起始的速率加快，完全复制一个染色体显得间隔更短了。

4、 一条DNA有105个核苷酸残基，它的碱基组成为：A 21％，G 29％， C 29％，及T 21％，经DNA

聚合酶复制得互补链。生成的双螺旋DNA为RNA聚合酶的模板，转录后得到有相同数目残基的新RNA链。

（a）试确定新合成的RNA的碱基组成。

（b）若RNA聚合酶从DNA新链仅转录2000碱基便停止。那么所得到的新的RNA的碱基组成如何？ 答：（a）A，21％；U，21％；C，29％；G，29％（b）新链组成和原链可能一样也可能不一样

5、 与RNA分子相比，为什么DNA分子更适合用于贮存遗传信息？

答： 因为DNA整个都是双链结构，但RNA或是单核苷酸链，或是具有局部双螺旋的单核苷酸链。

双链结构使得生物体通过两条互补、反向平行的链精确地进行DNA复制。而RNA的结构作不到这一点。

6、 计算DNA聚合酶以环形φX174 DNA的两条互补链的等摩尔混合物为模板复制出的所有DNA的碱基

组成？假设模板DNA的一条链的碱基组成是A 24.7％，G 24.1％， C 18.5％，及T 32.7％，回答此问题，需要有什么假设？

答：以模板链合成的新链：A，32.7％、G，18.5％、 C，24.1％、T，24.7％；以模板链的互补链合成的新链：A，24.7％、G， 24.1％、 C，18.5％、T，32.7％；两条新链的DNA组成：A，28.7％、G， 21.3％、 C，21.3％、T，28.7％。假定两条模板链合成均完成。

7、 (a)体外DNA合成反应中加入单链结合蛋白（SSB）通常会增加DNA的产量，解释原

(b)合成反应一般在体外65℃条件下进行，通常采用生长在高温环境中的细菌中分离出的DNA多聚酶， 这有何好处? 答： (a)用于DNA体外合成的单链DNA模板可能形成发夹环那样的二级结构。SSB通过与单链模板的结合阻止了双链结构的形成。在SSB存在下使DNA成为DNA聚合酶的一个很好的底物。

(b)在高温条件下体外合成DNA的产量会增加，因为在模板中形成二级结构的可能性变小了。65℃温度是足以阻止二级结构的形成但是还没有高到使新合成的DNA形成的双链区变性的程度。来自生长于高温条件下的细菌的DNA聚合酶可应用于上述反应，因为在65℃它们是具有活性的，而在这个温度下来自于其它细菌的DNA聚合酶都失活了。

8、 设计的Meselson-Stahl实验是用来确定DNA复制是半保留复制、还是全保留复制等。在该实验中，

E.Coli首先在含有15NH4Cl的介质中培养一代，然后转移到含有14NH4Cl的介质中培养。如果复制是按（a）半保留复制、（b）全保留复制进行，对于每种情况，都请画一个复制进行两轮的复制图，该复制图是经平衡密度梯度离心形成的。

答： 一轮复制之后，半保留复制产生的DNA离心时将产生一条带(14N-DNA，15

N-DNA)，相反全保留复制将会产生两条不同的带(14N-DNA,14N-DNA和15

N-DNA,15N-DNA)，经过两轮之后，半保留复制将产生两条不同的带(14N-DNA,14N-DNA和14N-DNA,15N-DNA)。

9、 紫外线照射后暴露于可见光中的细胞，其复活率为什么比紫外线照射后置于黑暗中的细胞高得多？

答：紫外线可以通过引起T残基的二聚化而破坏DNA，修复T二聚体的一中机制是由酶催化的光反

应，该反应由光复活酶催化的，该酶利用来自可见光的能量切断该二聚体并且修复该DNA，所以细 胞在紫外照射后暴露于可见光下比细胞保持在黑暗状态下更容易修复DNA。 RNA合成

1、为什么RNA易被碱水解，而DNA不容易被碱水解？

答:因为RNA含有的2ˊ-OH起到分子内催化剂作用，水解能形成中间产物2

ˊ,3ˊ-环状中间产物，而DNA不含2ˊ-OH。

2、下列是DNA的一段碱基序列。AGCTTGCAACGTTGCATTAG

（a）写出DNA聚合酶以上面的DNA片段为模板，复制出的DNA碱基序列。 （b）以（a）中复制出的DNA碱基序列为模板，在RNA聚合酶催化下，转录出的mRNA的碱基序列。

答: （a）5ˊ-CTAATGCAACGTTGCAAGCT-3ˊ （b）5ˊ-AGCUUGCAACGUUGCAUUAG-3ˊ

3、3ˊ-脱氧腺苷-5ˊ-三磷酸是ATP的类似物，假设它相似到不能被RNA聚合酶识别。如果在RNA转录

时细胞中存在少量的该物质，会有什么现象？ 答：如果3ˊ-脱氧腺苷-5ˊ-三磷酸被RNA聚合酶错当成ATP，它将会进入到生长中的RNA链，然而

因为3ˊ-脱氧腺苷-5ˊ-三磷酸缺少一个3ˊ-羟基基团，在聚合反应中它不能与下一个核苷三磷酸反应，因而在转录过程中将3ˊ-脱氧腺苷-5ˊ-三磷酸引入将会导致提前链终止,同时如果该药品大量存在时细胞将死亡。

4、 与DNA聚合酶不同，RNA聚合酶没有校正活性，试解释为什么缺少校正功能对细胞并无害处。

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，但是错误的RNA分

子将不可能影响细胞的生存，因为从一个基因合成的RNA的绝大多数拷贝是正常的。就mRNA分子来说，按照含有错误的mRNA转录本合成的错误的蛋白质的数量只占所合成蛋白质总数的百分比很小，另一方面，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。

5、 一个逆转录病毒的单链RNA致癌基因的碱基组成（mol％）为：A，15；U，25；G，25；C，35，对

应于该致癌基因的双链DNA片段的碱基组成是多少？

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