2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫——生物大分子相互作用研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項(xiàng)的字母填入括號內(nèi)，每題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不屬于生物大分子間常見的非共價相互作用力？A.氫鍵B.離子鍵C.疏水作用D.范德華力2.當(dāng)一個蛋白質(zhì)與小分子配體結(jié)合后，其固有熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，這種現(xiàn)象稱為？A.熒光猝滅B.熒光共振能量轉(zhuǎn)移C.熒光增強(qiáng)D.熒光淬滅3.在生物大分子相互作用研究中，等溫滴定微量量熱法（ITC）可以直接測定的是？A.相互作用的構(gòu)象變化B.相互作用的解離速率常數(shù)C.相互作用的結(jié)合熱和結(jié)合常數(shù)D.相互作用的動力學(xué)過程4.圓二色譜（CD）技術(shù)主要用來研究生物大分子的？A.沉淀動力學(xué)B.結(jié)合動力學(xué)C.二級結(jié)構(gòu)D.結(jié)合熱力學(xué)5.表面等離子共振（SPR）技術(shù)利用了什么原理來檢測生物分子相互作用？A.分子排阻效應(yīng)B.酶催化反應(yīng)C.基于質(zhì)量變化的折射率變化D.沉淀反應(yīng)6.生物大分子之間的疏水相互作用主要是由什么驅(qū)動的？A.靜電吸引B.氫鍵形成C.水分子有序化能降低D.范德華力累積7.以下哪種方法通常用于研究蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)？A.核磁共振波譜法（NMR）B.動態(tài)光散射（DLS）C.X射線晶體學(xué)D.紫外-可見吸收光譜法8.Kd值越小，通常表示生物大分子之間的？A.結(jié)合越弱B.結(jié)合越強(qiáng)C.競爭性結(jié)合越強(qiáng)D.非特異性結(jié)合越多9.在生物大分子相互作用的光譜分析中，紫外-可見吸收光譜主要提供什么信息？A.分子量大小B.構(gòu)象變化C.相互作用強(qiáng)度D.精確的二級結(jié)構(gòu)10.分子動力學(xué)（MD）模擬在研究生物大分子相互作用時，主要優(yōu)勢在于能夠？A.提供高分辨率的靜態(tài)結(jié)構(gòu)B.直接測定結(jié)合熱力學(xué)參數(shù)C.模擬相互作用過程中的動態(tài)行為和能量變化D.精確預(yù)測相互作用的解離速率二、填空題（請將答案填入橫線上，每空1分，共15分）1.生物大分子間的相互作用主要通過______、______、______、靜電作用和疏水作用等非共價鍵進(jìn)行。2.紫外-可見吸收光譜法常用于檢測生物大分子相互作用的依據(jù)是許多小分子配體可以______生物大分子（如蛋白質(zhì)）的吸收光譜。3.在SPR實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)分析物與配體結(jié)合導(dǎo)致質(zhì)量增加時，會引起傳感器芯片表面______的變化，從而被檢測到。4.影響生物大分子相互作用的因素包括溶液pH值、離子強(qiáng)度、溫度以及______等。5.結(jié)合常數(shù)Kd的物理意義是解離速率常數(shù)與結(jié)合速率常數(shù)之比，其單位通常是______。6.核磁共振波譜法（NMR）不僅可以提供生物大分子的結(jié)構(gòu)信息，也可以用于研究其______和______。7.熒光猝滅法是研究生物大分子與小分子相互作用的一種常用方法，根據(jù)猝滅機(jī)制的不同，可分為______猝滅、______猝滅和動態(tài)猝滅。三、簡答題（請簡潔明了地回答下列問題，每題5分，共20分）1.簡述氫鍵在生物大分子結(jié)構(gòu)和相互作用中的重要性。2.簡要比較靜態(tài)光散射和動態(tài)光散射在研究生物大分子相互作用或聚集中的應(yīng)用和區(qū)別。3.簡述影響生物大分子與配體解離平衡的主要因素。4.簡要說明圓二色譜（CD）技術(shù)的基本原理及其能夠提供的信息類型。四、計算題（請列出計算過程并給出最終結(jié)果，每題7分，共14分）1.某蛋白質(zhì)與配體結(jié)合實(shí)驗(yàn)測得結(jié)合曲線符合1:1結(jié)合模型，在游離配體濃度為0.1mM時，結(jié)合率達(dá)到50%。計算該結(jié)合反應(yīng)的解離常數(shù)Kd。2.假設(shè)某蛋白質(zhì)-配體復(fù)合物的結(jié)合是一個放熱過程，其焓變ΔH為-50kJ/mol，熵變ΔS為-100J/(mol·K)。在室溫（298K）下，計算該結(jié)合反應(yīng)的平衡常數(shù)K和結(jié)合自由能ΔG。五、論述題（請結(jié)合具體實(shí)例或原理，深入分析和闡述下列問題，共21分）1.論述生物大分子相互作用研究在藥物設(shè)計中的應(yīng)用。請結(jié)合至少兩種具體的藥物作用機(jī)制或藥物發(fā)現(xiàn)策略進(jìn)行說明。（12分）2.試述分子動力學(xué)（MD）模擬在研究生物大分子相互作用中的優(yōu)勢和局限性，并舉例說明其在解決特定研究問題時的應(yīng)用。（9分）試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.C5.C6.C7.C8.B9.B10.C二、填空題1.氫鍵范德華力疏水作用2.改變（或位移）3.折射率4.化學(xué)環(huán)境（或局部微環(huán)境）5.Molar(mol/L或M)6.動力學(xué)結(jié)合熱力學(xué)7.光譜內(nèi)濾效應(yīng)三、簡答題1.解析思路：從氫鍵的鍵合特點(diǎn)（方向性、相對強(qiáng)度）、在蛋白質(zhì)一級/二級結(jié)構(gòu)（如α-螺旋、β-折疊）中的作用、以及作為蛋白質(zhì)-配體結(jié)合界面主要作用力（穩(wěn)定結(jié)合位點(diǎn)和影響構(gòu)象變化）等方面闡述其重要性。答案要點(diǎn)：氫鍵是方向性較強(qiáng)的次級鍵合，在蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)形成中起關(guān)鍵作用。同時，它也是蛋白質(zhì)-配體結(jié)合界面主要的相互作用形式之一，參與穩(wěn)定結(jié)合口袋的構(gòu)象，影響結(jié)合親和力，并決定結(jié)合位點(diǎn)的特異性。氫鍵網(wǎng)絡(luò)的變化常伴隨蛋白質(zhì)構(gòu)象的轉(zhuǎn)變。2.解析思路：從兩種方法的基本原理（光散射探測的是分子尺寸/質(zhì)量相關(guān)的散射光）、應(yīng)用場景（靜態(tài)光散射用于分析均相溶液中的大分子、多聚體及其聚集體的大小分布；動態(tài)光散射用于測量大分子或膠體粒子的流體動力學(xué)尺寸、擴(kuò)散系數(shù)和聚結(jié)動力學(xué)）以及提供信息的差異（靜態(tài)提供重均/數(shù)均分子量、半徑等信息；動態(tài)提供HydrodynamicRadius,DiffusionCoefficient，可用于估算分子量、評估穩(wěn)定性、研究聚集過程）進(jìn)行比較。答案要點(diǎn)：靜態(tài)光散射（SLS）測量的是溶液中所有粒子散射光的強(qiáng)度總和，與粒子的大?。ǚ肿恿炕蝮w積）相關(guān)，通常用于確定大分子或聚集體的大小分布（如分子量）。動態(tài)光散射（DLS）測量的是單個粒子因熱運(yùn)動引起的散射光強(qiáng)度波動，可以推算出粒子的擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)而得到粒徑和評估其動態(tài)穩(wěn)定性或聚結(jié)行為。兩者均基于光與粒子相互作用，但原理和應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)不同。3.解析思路：從影響結(jié)合平衡的化學(xué)平衡因素入手，主要考慮改變反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度的因素，以及影響反應(yīng)自發(fā)性的因素。結(jié)合生物大分子相互作用的特性進(jìn)行闡述。答案要點(diǎn)：影響生物大分子解離平衡的主要因素包括：①游離配體或生物大分子的濃度：根據(jù)勒夏特列原理，增加一方濃度會使平衡向另一方移動。②pH和離子強(qiáng)度：改變?nèi)芤旱乃釅A度會影響帶電基團(tuán)的解離狀態(tài)，進(jìn)而改變相互作用力（如靜電作用）；離子強(qiáng)度主要通過屏蔽靜電相互作用來影響結(jié)合。③溫度：溫度升高通常會增加分子動能，使解離常數(shù)增大，結(jié)合減弱（對放熱反應(yīng)）。④化學(xué)環(huán)境：如溶劑極性、存在其他小分子競爭性或協(xié)同性抑制劑/配體、以及生物大分子自身的構(gòu)象狀態(tài)等，都可能影響結(jié)合平衡。4.解析思路：從CD光譜的物理基礎(chǔ)（手性分子對圓偏振光的選擇性吸收）、涉及的現(xiàn)象（法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)）、測量的對象（具有手性結(jié)構(gòu)的生物大分子，主要是氨基酸殘基、核苷酸堿基等）以及能提供的信息（蛋白質(zhì)或核酸的二級結(jié)構(gòu)含量和類型，如α-螺旋、β-折疊、無規(guī)卷曲等）進(jìn)行闡述。答案要點(diǎn)：圓二色譜（CD）技術(shù)基于具有手性的生物大分子（如蛋白質(zhì)、核酸）能夠引起圓偏振光旋轉(zhuǎn)的特性。當(dāng)一束圓偏振光通過含有手性物質(zhì)的溶液時，其偏振方向會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。CD光譜測量的是不同波長下溶液對左旋和右旋圓偏振光的吸收差。通過分析CD譜圖在特定波長處的形狀和深度，可以鑒定生物大分子的二級結(jié)構(gòu)組分（如α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角等）的含量和相對比例，判斷其構(gòu)象狀態(tài)。它是一種無損傷的溶液狀態(tài)結(jié)構(gòu)探測方法。四、計算題1.解析思路：根據(jù)題意，結(jié)合達(dá)到50%即結(jié)合物和游離物濃度相等，利用1:1結(jié)合模型下Kd=[L]/[P]的公式進(jìn)行計算。計算過程：在50%結(jié)合率時，[P]=[L]，設(shè)游離配體濃度為C_L=0.1mM，則復(fù)合物濃度[PL]=C_L=0.1mM。根據(jù)1:1模型，Kd=[L]/[P]=C_L/[PL]=0.1mM/0.1mM=1mM。答案：Kd=1mM2.解析思路：利用熱力學(xué)關(guān)系ΔG=ΔH-TΔS和ΔG=-RTlnK，聯(lián)立求解K。其中R為氣體常數(shù)（8.314J/(mol·K)），T為絕對溫度（298K）。計算過程：ΔG=ΔH-TΔS=-50kJ/mol-(298K)*(-100J/(mol·K))=-50000J/mol+29800J/mol=-20200J/mol=-20.2kJ/mol。ΔG=-RTlnK=>-20.2kJ/mol=-(8.314J/(mol·K)*298K)*lnK=>-20.2kJ/mol=-2477.572J/mol*lnK=>lnK=-20.2kJ/mol/-2477.572J/mol≈8.148*10^-3。K=e^(8.148*10^-3)≈1.0083。結(jié)合自由能ΔG已在計算中得出。答案：K≈1.01,ΔG≈-20.2kJ/mol五、論述題1.解析思路：從藥物作用的本質(zhì)（與靶點(diǎn)生物大分子相互作用并改變其功能）出發(fā)，結(jié)合具體實(shí)例闡述相互作用研究如何指導(dǎo)藥物設(shè)計和發(fā)現(xiàn)。答案要點(diǎn)：*藥物設(shè)計核心在于尋找或設(shè)計能與疾病相關(guān)靶點(diǎn)（通常是蛋白質(zhì)或核酸）特異性結(jié)合的小分子或生物分子，通過干擾其天然功能來達(dá)到治療目的。生物大分子相互作用研究為此提供了關(guān)鍵的理論和方法支撐。*實(shí)例1：基于結(jié)構(gòu)與功能的藥物設(shè)計。通過X射線晶體學(xué)、NMR、冷凍電鏡等手段解析藥物靶點(diǎn)（如酶、受體）與天然配體（如底物、內(nèi)源性配體）的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，了解結(jié)合位點(diǎn)、相互作用模式（氫鍵、疏水口袋、鹽橋等）。藥物設(shè)計師可以基于這些結(jié)構(gòu)信息，利用計算機(jī)輔助藥物設(shè)計（CADD）技術(shù)，設(shè)計具有類似結(jié)合模式的新分子，優(yōu)化與靶點(diǎn)的相互作用，提高結(jié)合親和力（親和力驅(qū)動設(shè)計）。例如，設(shè)計具有特定形狀和化學(xué)性質(zhì)的抑制劑來占據(jù)酶的活性位點(diǎn)或調(diào)節(jié)受體構(gòu)象。*實(shí)例2：靶向蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用（PPI）的藥物開發(fā)。許多疾?。ㄈ绨┌Y、感染性疾?。┡c異常的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用有關(guān)。直接作用于PPI的藥物開發(fā)具有巨大潛力，但PPI界面通常較大、較疏水、變化范圍廣，傳統(tǒng)小分子藥物難以有效干預(yù)。生物大分子相互作用研究提供了研究PPI的多種工具（如FRET、BiFC、表面等離子共振等），有助于識別關(guān)鍵PPI和設(shè)計特異性阻斷劑或激動劑。例如，開發(fā)小分子抑制劑來阻斷癌蛋白之間的異常相互作用，或激活沉默的信號通路。*實(shí)例3：開發(fā)生物藥（如抗體藥物）或疫苗。抗體藥物通過特異性識別并結(jié)合靶細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)受體或細(xì)胞內(nèi)的靶蛋白（如腫瘤標(biāo)志物、病毒蛋白）來發(fā)揮作用。疫苗設(shè)計也依賴于誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生能與病原體表面抗原（通常是蛋白質(zhì)或糖蛋白）結(jié)合的抗體或T細(xì)胞。這些都需要深入理解抗原-抗體（或其他免疫細(xì)胞）的相互作用機(jī)制。*總之，生物大分子相互作用研究的深入，為理解疾病機(jī)制、發(fā)現(xiàn)藥物靶點(diǎn)、設(shè)計具有高特異性和高親和力的候選藥物提供了堅實(shí)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代藥物研發(fā)不可或缺的一環(huán)。2.解析思路：從分子動力學(xué)模擬的基本原理（在經(jīng)典力學(xué)框架下對原子體系進(jìn)行數(shù)值積分，模擬其運(yùn)動軌跡）出發(fā)，闡述其優(yōu)勢（如模擬長時程、處理復(fù)雜系統(tǒng)、提供動態(tài)信息）和局限性（如簡化假設(shè)、計算成本高、精度限制），并結(jié)合實(shí)例說明其應(yīng)用。答案要點(diǎn)：*優(yōu)勢：*模擬動態(tài)行為：MD能夠追蹤原子或分子的運(yùn)動軌跡，模擬出體系在一段時間內(nèi)的動態(tài)變化過程，如分子構(gòu)象變化、構(gòu)象轉(zhuǎn)換、結(jié)合/解離過程、分子間相互作用力的變化等。這是靜態(tài)結(jié)構(gòu)方法（如X射線晶體學(xué)）無法提供的。*處理復(fù)雜體系：MD可以模擬包含成千上萬個原子的大分子（如蛋白質(zhì)復(fù)合物）及其與溶劑、小分子配體或膜環(huán)境的相互作用，這些體系往往難以通過實(shí)驗(yàn)手段完全解析。*提供豐富細(xì)節(jié)：MD模擬可以直接計算體系的各種力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)，如原子坐標(biāo)、速度、力、能量、相互作用能分布、徑向分布函數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)等，為深入理解分子機(jī)制提供原子尺度的細(xì)節(jié)。*研究時間尺度：雖然受限于時間步長，但通過多尺度模擬技術(shù)（如結(jié)合QM/MM）或增加計算資源，MD可以模擬比實(shí)驗(yàn)可觀測時間尺度更長（微秒甚至毫秒）的過程。*局限性：*簡化假設(shè)：MD基于經(jīng)典力學(xué)，忽略了量子效應(yīng)（如電子運(yùn)動、化學(xué)鍵的斷裂與形成）；采用簡化的力場來描述原子間相互作用，力場參數(shù)的準(zhǔn)確性和適用性會影響模擬結(jié)果。*計算成本高昂：模擬時間長、體系規(guī)模大都會導(dǎo)致計算量呈指數(shù)級增長，對計算資源要求很高。*長程相互作用的處理：傳統(tǒng)MD在處理長程靜電相