高级生物化学习题详解(2012-11)

《高级生物化学》习题详解李关荣主编西南大学2012年04月高级生物化学习题及详解李关荣编著2第一章蛋白质的三维结构1.WilliamAstbury发现,羊毛的X-射线衍射谱表明，在羊毛的纤维方向有间距大约5.2Å的重复结构单位。当在蒸汽条件下拉长羊毛,X-射线衍射谱表现出一个新的大约7.0Å间距的重复结构单位。拉长了的羊毛,然后让其收缩后又回到间距5.2Å。虽然这些观察提供了羊毛分子结构的重要线索,Astbury那时仍不能解释。(1)根据我们目前关于羊毛结构方面的知识,解释Asthury的观察结果。(2)当羊毛汗衫或袜子在热水中洗涤或在干燥器中干燥时,会发生收缩;而在同样条件下丝绸并不收缩,说明原因。2.头发的生长速度为每年16-20cm.其生长集中在头发纤维的基部,a-角蛋白细丝是在此处的表皮活细胞中合成并装配成的绳状结构的。α-角蛋白的主要结构因素是a-helix,它每圈有3.6个氨基酸残基,每圈上升5.4Å。假定α-螺旋角蛋白链的生物合成是头发生长的限速因素,计算a-角蛋白链必须以怎样的速度(每秒肽键数)合成,才能解释所观察到的头发年生长速度。3.多肽链ahelix的解折叠成为随机线圈构象时,伴随着其比旋光度(溶液转动平面偏振光的能力的量度)的极大降低,只有L-谷氨酸残基组成的多聚谷氨酸pH3.0时呈现ahelix构象。但当pH升至7时,溶液的比旋光度就大大下降;同样,多聚赖氨酸(L-赖氨酸残基)在pH10时呈现ahelix构象,但当pH降至7时,比旋光度也下降。如下图所示。如何解释pH变化对多聚谷氨酸和多聚赖氨酸的这种效应?为什么此种转变的pH范围这样狭(见上图)?4.许多天然蛋白质非常富含二硫键,其机械性质(张力强度、粘性及硬度等)都与二硫键的数量有关。例如,富含二硫键的麦谷蛋白,使麦面的粘性和弹性增加。同样,乌龟壳的坚硬性也是由于其a-角蛋白中广泛存在二硫键之故。(1)二硫键含量和蛋白质的机械性质之间相关性的分子基础是什么?(2)大多数球蛋白当短暂加热到65°C,就会变性失去其活性。但是含多个二硫键的球蛋白却必须在更高的温度下加热更长时间才能使之变性。此种蛋白质的一个例子就是牛胰胰蛋白酶抑制剂(BPTI),它有58个氨基酸残基,呈单链,含有三个二硫键。变性的BPTI溶液冷却时,蛋白质的活性得到恢复。此性质的分子基础是什么?5.我们关于蛋白质如何折叠的愈来愈多的知识,使研究者能够根据氨基酸序列资料预测蛋白质的结构。高级生物化学习题及详解李关荣编著3(1)根据上面的氨基酸序列,你认为哪里可以形成β-转角?（2）哪里可以形成链内二硫键?（3）假定此序列是一个大的球蛋白的一部分,说明下列氨基酸残基Asp,Ile,Thr,Ala,Gln,Lys的可能位置(蛋白质的表面或内部),并说明原因。6.一分子量为132,000的660mg寡聚蛋白样品,在弱硷性条件下用过量的1-氟-2,4-二硝基苯(Sanger试剂)处理,直到反应完成。然后此蛋白质的肽在加热条件下用浓盐酸完全水解。发现水解产物含5.5mg的下列化合物:(1)请解释此信息如何用于确定一个寡聚体蛋白的肽链数目;(2)计算此蛋白的多肽链数目;(3)还有什么其它技术可用于确定此蛋白中的多肽链是相同的或是不同的?7.原肌球蛋白（Tropomyosin）是一个70-kd的肌肉蛋白,它由一个双链的α-螺旋的线圈的线圈组成,（1）请问其分子长度是多少？（2）假设一蛋白质的40个氨基酸残基节段折叠成两个链的反平行式β结构,并带有一个4个氨基酸残基的发夹转角。请问此模序的昀长长度为多少？8．多聚-L-亮氨酸在有机溶剂如二氧杂环己烷（Dioxane）中为α-螺旋结构,而多聚-L-异亮氨酸却不是。为什么？9．一种突变使一个蛋白质内部的Ala变成了Val,并导致了其活性的丧失。但是当在另一个不同位置发生第二个突变使异亮氨酸变成甘氨酸时,活性又得到恢复。为什么第二个突变导致活性的恢复？10．一个催化二硫键巯基交换反应的酶称蛋白二硫键异构酶（PDI）被分离出来。它可使无活性的核糖核酸酶快速转变为有活性的酶。而胰岛素却被PDI快速失活。此重要现象说明了胰岛素的氨基酸序列与其三维结构的什么关系？11．甘氨酸在蛋白质的进化中是一个高度保守的氨基酸。为什么？12．头发的形状部分是由于其主要蛋白角蛋白中二硫键的模式所决定的。卷发怎么诱导产生？13.噬菌体T4溶菌酶暴露在溶剂中的一个α-螺旋含有三个Ala残基。其一个变种的此螺旋的连续10个位置上为Ala残基,它能正常折叠,有与野生型几乎相同的酶活性。另外,此多重突变体的主链构象也与野生型实质上相同。（1）此突变体揭示出其野生型氨基酸序列信息含量的什么内含？（2）此螺旋中的一个包埋状态的Leu被Ala置换,使此蛋白的熔点降低了8℃。为什么?（3）相反,用Ala置换一个暴露的Ser残基使溶解温度升高1℃。为什么?（4）如何用多重Ala突变来简化其蛋白质折叠问题？14．磷酸核糖酰邻氨基苯甲酸异构酶是参与Trp合成的一种酶,它折叠成一个αβ桶,其氨基和羧基末端非常靠近。曾构建了一个将这些末端相连、且在不同的部位产生新的末端的突变体。这个突变体与野生型的高级生物化学习题及详解李关荣编著4序列实际上是相同的,只不过是其二级结构元件与链末端之间的相对位置不同。此种突变体仍有酶学活性。这一发现说明折叠过程的什么信息？第二章蛋白质的功能1.蛋白A与有其结合位点的配体X之间的Kd为10-6M.蛋白B与有结合位点的配体X之间的Kd为10-9M.哪种蛋白质对配体X的亲和力高?把两种蛋白质的Kd转化为Ka。2.下列哪种情形会产生nH1.0的Hill图?(1)此蛋白质有多个亚基,每个亚基上有一个结合位点。配体与一个结合位点的结合降低了其它位点对配体的亲和力;(2)此蛋白质为单个多肽链,有两个配体结合位点,每个对配体有不同的亲和力;(3)此蛋白质为单个多肽链,只有一个配体结合位点。纯化后的此蛋白制备物是不均一的,含有一些部分变性的蛋白分子,因此对配体的亲和力降低。3.下列变化对血红蛋白和肌红蛋白对氧的亲和力有什么效应?(1)血浆pH从7.4降至7.2;(2)CO2分压从肺部的6kPa(平身静气)降至2kPa(正常);(3)BPG水平从5mM(正常海拔)上升到8mM(高海拔)。4.在合适的条件下,血红蛋白解离成四个亚基。分离的a-亚基能与氧结合,但氧饱和曲线为双区线而不是S型。另外,氧与分离的a-亚基的结合不受HCO3-和BPG的影响。这些观察事实说明血红蛋白的协同性的来源的什么情况?5.对怀孕哺乳动物的氧转运研究表明,当在相同条件下测定时,胎儿与母体血的氧饱和曲线显著不同。胎儿红细胞含有血红蛋白的一个变种HbF,它是由两个α和两个γ亚基组成(α2γ2),而母体红细胞含HbA(α2β2)。(1)在生理条件下,哪种血红蛋白对氧的亲和力高,HbA还是HbF?请解释。(2)这种不同的氧亲和力有什么生理意义?(3)当仔细除去HbA和HbF样品中所有的BPG,测得的氧饱和曲线和亲和力向左移动,此时HbA对氧的亲和力比HbF高。当重新引入BPG,氧饱和曲线又回到正常,如下图所示.BPG对血红蛋白与氧的亲和力的作用是什么?如何用上述信息解释胎儿与母体血红蛋白对氧的不同亲和力?6.血红蛋白的天然变种几达500余种。大多数变种是α链的单氨基酸突变。有些变种产生临床疾病,尽管不是所有变种都有害。下面就是其中的一些变种。HbS(sickle-cellHb):分子表面的一个Glu被一个Val取代。HbCowtown:减少了一个参与T稳定态的一个离子对。HbMemphis:.表面上的一个不带电的极性基团被另一个相似不带电的极性基团取代。HbBibba:在一个ahelix中的一个Leu被Pro取代。高级生物化学习题及详解李关荣编著5HbMilwaukee:分子中的一个Val被一个Glu取代。HbProvidence:s一个正常情况下伸出四聚体中央腔穴的Lys被Asn取代。HbPhilly:Tyr被Phe取代,打破了a1β1界面的氢键。解释下面你的每一个选择。(1)昀不可能引起病理症状的变种;(2)在跑IEF时昀有可能表现出与HbA不同pI的变种;(3)昀有可能表现出降低BPG结合,增加血红蛋白对氧亲和力的变种。7.一个抗体与抗原的Kd为5×10-8M,在什么抗原浓度下θ为(1)0.2;(2)0.5;(3)0.6;(4)0.8。8.一个单克隆抗体能与球状肌动蛋白(G-actin)结合但不与纤维状肌动蛋白(F-actin)结合,这告诉你这个抗体识别的半抗原的什么情况?9．V、D和J节段重排形成的一个有功能的免疫球蛋白基因只出现在一个染色体上,因为其蛋白质产物抑制另外一个染色体发生重排。因此,单个细胞制造的所有抗原结合位点都是一样的。但是在实验室却可以制作含有特异性不同的两个抗原结合位点的抗体。（1）两个Fab单位如何连接才能产生双特异性的抗体？（2）此双特异性的抗体怎样用于治疗？第三章蛋白质寻靶1.下列每种寻靶序列的特征是什么？(1)引导新生肽到内质网的真核信号;（2）引导新生肽到质膜的原核信号;（3）引导一种蛋白质从高尔基体到溶酶体的信号;（4）引导高尔基体中的一种膜蛋白质到质膜的信号;（5）引导胞浆中的一种蛋白质到线粒体的信号;（6）使一种胞浆蛋白寻靶到快速降解的信号。2.有一种突变型的LDL受体被发现均匀地分布在质膜上而不是浓集分布在有被小窝区。此突变体能与LDL正常结合但却不能内化。受体的哪个区域发生了突变？3.来自I-细胞疾病病人的细胞能吸收从正常细胞纯化的溶酶体的酶类。添加的酶类出现在这些细胞的溶酶体中。（1）这些酶从胞外基质转运到I-细胞的溶酶体的可能路径是什么？(2)此实验导致这样一个假说：溶酶体酶类通过此路径正常分泌和吸收。要验证此假说,你在胞外基质中加哪一种磷酸糖?4.膜结合的免疫球蛋白和其分泌形式在其重链的羧基末端区不同。这些变化都来自于mRNA的选择性剪接。(1)假若这些抗体的跨膜序列通过重组DNA方法放在一种胞浆蛋白的氨基末端,此嵌合体蛋白可能定位在哪里？(2)假若此跨膜序列置于胰凝乳蛋白酶原的羧基末端,此嵌合体蛋白可能定位在哪里？5.分泌的真核蛋白的氨基末端残基通常与胞浆蛋白不同。大多数分泌蛋白以Leu、Phe、Asp、Lys或Arg作为其氨基末端残基。与其相反,这些残基很少存在于胞浆蛋白的氨基末端。此两类蛋白的不同氨基末端残基可能的好处是什么？6.有人发现,一个有多种发育异常和严重神经损伤的新生儿的过氧化物酶体不能氧化长链脂肪酸、不能进行缩醛磷脂的合成、不能形成胆酸。发现其过氧化氢酶存在于胞浆而不是过氧化物酶体中。请提出一个能解释这些发现的分子缺陷。7.二氢叶酸还原酶(DHFR)是一种胞浆酶。通过在其氨基末端连上一个基质寻靶序列,可以被重新引导到线粒体。可以在DHFR的氨基末端加上一个正常情况下定位于线粒体基质的乙醇脱氢酶的27个残基的前导序列,而使其引导到线粒体基质。此嵌合体DHFR进入线粒体基质受到氨甲蝶呤的阻断。但是氨甲蝶呤并不能阻断其真品线粒体蛋白的转运,也不干扰此嵌合体蛋白与线粒体外膜上的受体的结合。氨甲蝶呤是如高级生物化学习题及详解李关荣编著6何干扰此前导序列-DHFR嵌合蛋白进入线粒体的？8.持续以GTP结合状态存在的ras的突变形式可促进许多肿瘤的发生。请据此改变了的ras寻靶提出一种新型抗癌剂。第四章蛋白质研究技术1.下列试剂经常用于蛋白质化学溴化氰丹磺酰氯尿素6N盐酸巯基乙醇茚三酮胰蛋白酶异硫氰酸苯过甲酸胰凝乳蛋白酶请问完成下列每项任务昀适合的试剂是什么?(a)确定一个小肽的氨基酸顺序。(b)鉴定一个不足0.1μg的肽的氨基末端残基。(c)使一个不含二硫键的蛋白质可逆变性。如果含有二硫键,还需要加什么试剂?(d)水解芳香氨基酸残基的羧基肽键。(e)在蛋氨酸的羧基侧切割肽键。(f)水解赖氨酸和精氨酸残基的羧基肽键2.常用无水肼切割蛋白质中的肽键。其反应产物是什么?此技术如何用于鉴定羧基末端氨基酸?3．原肌球蛋白是一个93-kd的肌肉蛋白,它比65kd的血