2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——生物大分子的天然結(jié)構(gòu)分析與功能研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填入括號(hào)內(nèi)，每題2分，共20分）1.下列哪一種氨基酸是酸性氨基酸？A.甘氨酸B.亮氨酸C.天冬氨酸D.賴氨酸2.蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中，主要由氫鍵維持穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)形式是？A.α-螺旋B.β-轉(zhuǎn)角C.β-折疊D.無(wú)規(guī)卷曲3.DNA雙螺旋中，糖苷鍵連接的是？A.兩個(gè)核苷酸之間的磷酸基團(tuán)B.一個(gè)核苷酸中的戊糖和堿基C.兩個(gè)核苷酸中的戊糖和磷酸基團(tuán)D.兩個(gè)核苷酸之間的戊糖和堿基4.X射線衍射技術(shù)主要用于解析哪種狀態(tài)的生物大分子結(jié)構(gòu)？A.溶液中的蛋白質(zhì)B.單體蛋白質(zhì)C.密集的蛋白質(zhì)晶體D.蛋白質(zhì)-配體復(fù)合物5.蛋白質(zhì)變性后，通常不會(huì)發(fā)生的變化是？A.溶解度降低B.分子量增加C.某些理化性質(zhì)（如紫外吸收）改變D.生物學(xué)活性喪失6.與蛋白質(zhì)α-螺旋結(jié)構(gòu)中氨基酸側(cè)鏈構(gòu)象無(wú)關(guān)的力是？A.?范德華力B.離子鍵C.氫鍵D.范德華力7.核酸中，構(gòu)成DNA特有堿基的是？A.腺嘌呤（A）和尿嘧啶（U）B.腺嘌呤（A）、鳥(niǎo)嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）C.腺嘌呤（A）、鳥(niǎo)嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）D.鳥(niǎo)嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和甘嘧啶（S）8.能夠區(qū)分氨基酸L型和D型的重要依據(jù)是其？A.等電點(diǎn)不同B.手性C.沸點(diǎn)不同D.磷酸基團(tuán)數(shù)量不同9.在蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)中，疏水氨基酸殘基傾向于聚集在？A.分子的表面B.分子的內(nèi)部疏水核心C.蛋白質(zhì)-水界面D.蛋白質(zhì)-配體界面10.圓二色譜（CD）技術(shù)主要適用于研究生物大分子的？A.碳水化合物結(jié)構(gòu)B.核酸序列C.蛋白質(zhì)或核酸的二級(jí)結(jié)構(gòu)D.蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)二、填空題（請(qǐng)將答案填入橫線上，每空1分，共15分）1.構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本化學(xué)單元是__________，構(gòu)成核酸的基本化學(xué)單元是__________。2.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指其氨基酸序列的__________和__________。3.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中，兩條鏈的堿基通過(guò)__________配對(duì)，遵循__________規(guī)則。4.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要包括__________、__________和__________。5.X射線單晶衍射法測(cè)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要依據(jù)是晶格中原子對(duì)X射線的__________作用。6.核磁共振（NMR）波譜學(xué)在生物大分子結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用包括確定蛋白質(zhì)的__________和__________。7.蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指由多個(gè)亞基通過(guò)__________形成的__________結(jié)構(gòu)。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題，每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述影響蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的主要因素。2.比較X射線衍射和核磁共振波譜法在測(cè)定生物大分子結(jié)構(gòu)方面的主要區(qū)別。3.簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)變性與復(fù)性的區(qū)別與聯(lián)系。4.解釋什么是蛋白質(zhì)的“結(jié)構(gòu)域”，并舉例說(shuō)明其功能意義。四、論述題（請(qǐng)結(jié)合具體實(shí)例，深入闡述下列問(wèn)題，每題7分，共14分）1.論述蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)其生物學(xué)功能的重要性，并以一個(gè)具體的蛋白質(zhì)為例進(jìn)行說(shuō)明。2.如何利用不同的結(jié)構(gòu)分析技術(shù)（至少三種）來(lái)研究一個(gè)未知蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)？闡述每種技術(shù)的原理、優(yōu)勢(shì)和局限性，并說(shuō)明選擇這些技術(shù)的理由。---試卷答案一、選擇題1.C2.A3.B4.C5.B6.C7.B8.B9.B10.C二、填空題1.氨基酸核苷酸2.順序構(gòu)型3.氫鍵A-T與G-C4.α-螺旋β-折疊β-轉(zhuǎn)角5.衍射6.一級(jí)結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)7.非共價(jià)鍵寡聚體三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：回答需要涵蓋影響二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵因素。主要從氨基酸側(cè)鏈性質(zhì)、環(huán)境（水或非水）、以及分子內(nèi)相互作用等方面考慮。*答案要點(diǎn)：*氨基酸序列：是決定二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，特定的序列模式傾向于形成特定的二級(jí)結(jié)構(gòu)。*側(cè)鏈性質(zhì)：疏水性強(qiáng)的氨基酸側(cè)鏈傾向于參與形成α-螺旋，而芳香族氨基酸、帶電荷氨基酸等可能傾向于形成β-折疊或轉(zhuǎn)角。*環(huán)境因素：在水溶液中，疏水作用驅(qū)動(dòng)形成α-螺旋和β-折疊等疏水核心結(jié)構(gòu)；在膜環(huán)境或非水介質(zhì)中，二級(jí)結(jié)構(gòu)形式可能不同。*分子內(nèi)相互作用：氫鍵是維持二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要作用力，鹽橋、范德華力等也起輔助作用。*其他：溫度、pH值等也會(huì)影響二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。2.解析思路：比較這兩種核心結(jié)構(gòu)解析技術(shù)的原理、應(yīng)用對(duì)象、優(yōu)勢(shì)和局限。要體現(xiàn)它們是互補(bǔ)的技術(shù)。*答案要點(diǎn)：*原理：X射線衍射基于原子對(duì)X射線的衍射效應(yīng)，通過(guò)分析衍射圖樣計(jì)算原子坐標(biāo)；核磁共振波譜學(xué)基于原子核在磁場(chǎng)中的行為，通過(guò)檢測(cè)共振信號(hào)推斷原子連接關(guān)系和動(dòng)態(tài)信息。*應(yīng)用對(duì)象：X射線衍射主要用于結(jié)晶狀態(tài)（單晶或多晶）的生物大分子；核磁共振適用于溶液、液體膜或固體粉末狀態(tài)的生物大分子。*優(yōu)勢(shì)：X射線衍射（尤其單晶）能提供原子級(jí)別的精細(xì)結(jié)構(gòu)信息，分辨率高；核磁共振能提供關(guān)于分子動(dòng)力學(xué)、溶液構(gòu)象、結(jié)合信息等動(dòng)態(tài)和溶液性質(zhì)的信息，不依賴于結(jié)晶。*局限：X射線衍射需要高質(zhì)量的晶體，大分子通常難以結(jié)晶；核磁共振對(duì)分子大小有限制（通常<40kDa），對(duì)多肽主鏈解析能力有限，分辨率可能不如X射線。*互補(bǔ)性：兩者各有優(yōu)劣，常結(jié)合使用以獲得更全面的分子結(jié)構(gòu)信息。3.解析思路：區(qū)分變性與復(fù)性的概念、原因、過(guò)程和結(jié)果。強(qiáng)調(diào)變性的可逆性（復(fù)性）。*答案要點(diǎn)：*變性：指蛋白質(zhì)在某些物理或化學(xué)因素（如加熱、有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸強(qiáng)堿）作用下，其特定的空間結(jié)構(gòu)（主要是高級(jí)結(jié)構(gòu)）被破壞，導(dǎo)致其理化性質(zhì)（如溶解度、紫外吸收、結(jié)晶能力）和生物學(xué)活性發(fā)生改變的過(guò)程。變性過(guò)程中，肽鍵和共價(jià)鍵（如二硫鍵）一般不被破壞。*復(fù)性：指在某些適宜條件下，變性蛋白質(zhì)重新折疊恢復(fù)其原有天然空間結(jié)構(gòu)（特別是高級(jí)結(jié)構(gòu)）并恢復(fù)其生物學(xué)活性的過(guò)程。復(fù)性是可逆的，但通常效率不高且需要特定環(huán)境。*區(qū)別：變性是結(jié)構(gòu)破壞，復(fù)性是結(jié)構(gòu)重建；變性通常是不可逆的或條件苛刻，復(fù)性需要精確調(diào)控環(huán)境。*聯(lián)系：復(fù)性是變性的逆過(guò)程，只有在蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)保持完整的前提下才可能發(fā)生。4.解析思路：定義結(jié)構(gòu)域，說(shuō)明其結(jié)構(gòu)特征（獨(dú)立折疊、功能單元），并解釋其在蛋白質(zhì)功能組織中的作用。*答案要點(diǎn)：*定義：結(jié)構(gòu)域是蛋白質(zhì)分子中具有二級(jí)結(jié)構(gòu)折疊單元的獨(dú)立、穩(wěn)定區(qū)域，通常由一個(gè)或多個(gè)跨膜α-螺旋和/或β-折疊構(gòu)成，能在蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)中作為一個(gè)物理單元存在。*特征：具有相對(duì)獨(dú)立的氨基酸序列，能夠獨(dú)立折疊，常通過(guò)非共價(jià)鍵連接形成完整的蛋白質(zhì)分子。*功能意義：結(jié)構(gòu)域常作為蛋白質(zhì)執(zhí)行特定生物學(xué)功能的基本單元或“模塊”。一個(gè)蛋白質(zhì)可能包含多個(gè)結(jié)構(gòu)域，每個(gè)結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)不同的功能（如結(jié)合、催化、識(shí)別），這些功能單元協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)整體的復(fù)雜功能。例如，抗體分子由可變結(jié)構(gòu)域和恒定結(jié)構(gòu)域組成，分別負(fù)責(zé)特異性結(jié)合抗原和介導(dǎo)免疫反應(yīng)。四、論述題1.解析思路：論述結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，必須要有實(shí)例支撐。選擇一個(gè)功能明確的蛋白質(zhì)，詳細(xì)描述其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特征（如活性位點(diǎn)、結(jié)合位點(diǎn)）如何與其功能直接相關(guān)。*答案要點(diǎn)：*論述核心：蛋白質(zhì)的功能與其特定的三維空間結(jié)構(gòu)（一級(jí)至四級(jí)結(jié)構(gòu)）密切相關(guān)，結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)通過(guò)其結(jié)構(gòu)來(lái)識(shí)別底物、結(jié)合伴侶、催化反應(yīng)或傳遞信號(hào)。*實(shí)例：以血紅蛋白為例。*結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系闡述：*結(jié)構(gòu)特征：血紅蛋白由四個(gè)亞基（兩個(gè)α亞基，兩個(gè)β亞基）組成（四級(jí)結(jié)構(gòu)），每個(gè)亞基含有一個(gè)血紅素prostheticgroup，血紅素中心的鐵離子（Fe2+）能與氧氣結(jié)合。*功能：血紅蛋白的主要功能是在肺部結(jié)合氧氣（O2），然后在組織中將氧氣釋放出來(lái)。*結(jié)構(gòu)-功能聯(lián)系：*亞基結(jié)構(gòu)和血紅素：每個(gè)亞基的特定三維結(jié)構(gòu)，特別是血紅素口袋的構(gòu)象，確保了鐵離子處于正確的狀態(tài)和位置，能夠可逆地與氧氣結(jié)合。*四級(jí)結(jié)構(gòu)（寡聚體形式）：四個(gè)亞基的協(xié)同效應(yīng)（allostericregulation）是血紅蛋白高效運(yùn)輸氧氣的關(guān)鍵。當(dāng)一個(gè)亞基與氧氣結(jié)合后，會(huì)引起整個(gè)四聚體構(gòu)象的變化（變構(gòu)效應(yīng)），這種變化提高了其他亞基與氧氣結(jié)合的親和力，使得氧氣加載更加高效。這種協(xié)同性依賴于亞基間的相互作用，體現(xiàn)了四級(jí)結(jié)構(gòu)的重要性。*氨基酸殘基：位于亞基表面的氨基酸殘基（如組氨酸、酪氨酸）參與維持血紅素鐵離子的穩(wěn)定狀態(tài)和調(diào)節(jié)氧氣親和力。*總結(jié)：血紅蛋白的例子清晰地展示了其多級(jí)結(jié)構(gòu)（特別是四級(jí)結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng)和亞基與血紅素的具體結(jié)構(gòu)）是如何精確地調(diào)控其氧氣結(jié)合與釋放功能，體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)對(duì)功能的決定性作用。2.解析思路：描述研究未知蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整策略，需要選擇合理的技術(shù)組合，并解釋選擇理由。要體現(xiàn)不同技術(shù)的互補(bǔ)性。*答案要點(diǎn)：*研究策略概述：研究未知蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)通常需要結(jié)合多種技術(shù)手段，從一級(jí)結(jié)構(gòu)研究開(kāi)始，逐步深入到高級(jí)結(jié)構(gòu)解析。*技術(shù)選擇與順序：*第一步：一級(jí)結(jié)構(gòu)分析（序列測(cè)定）*技術(shù)：氨基酸序列測(cè)定（Edman降解法或質(zhì)譜法）或核酸序列測(cè)定（PCR、測(cè)序儀）。*原理：確定蛋白質(zhì)氨基酸序列或編碼其的基因序列。*目的：獲得基本化學(xué)信息，用于同源性搜索。*選擇理由：這是所有結(jié)構(gòu)研究的起點(diǎn)，了解序列是后續(xù)分析和數(shù)據(jù)庫(kù)搜索的基礎(chǔ)。*第二步：序列比對(duì)與結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)（初步結(jié)構(gòu)信息）*技術(shù)：同源性比對(duì)（BLAST、ClustalW）、基于模板的同源建模（PhyloCSF、Modeller）、基于物理化學(xué)參數(shù)的能量最小化或分子動(dòng)力學(xué)模擬（預(yù)測(cè)二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)）。*原理：利用已知結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的序列和結(jié)構(gòu)信息，推斷未知蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)相似性或進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)。*目的：獲得可能的二級(jí)結(jié)構(gòu)元素排布、高級(jí)結(jié)構(gòu)模型或結(jié)構(gòu)域信息。*選擇理由：對(duì)于序列與已知結(jié)構(gòu)有顯著相似性的蛋白質(zhì)，此方法快速且相對(duì)經(jīng)濟(jì)。即使預(yù)測(cè)模型不完全準(zhǔn)確，也能提供重要線索。*第三步：結(jié)構(gòu)生物學(xué)核心技術(shù)（高級(jí)結(jié)構(gòu)解析）*技術(shù)選擇依據(jù)：需要根據(jù)蛋白質(zhì)特性（大小、溶解性、穩(wěn)定性）和實(shí)驗(yàn)條件選擇。*選項(xiàng)A（適用于可結(jié)晶蛋白質(zhì)）：X射線單晶衍射*原理：分析晶體中原子對(duì)X射線的衍射圖譜，計(jì)算原子坐標(biāo)。*目的：獲得原子級(jí)別的精細(xì)三維結(jié)構(gòu)。*選擇理由：如果蛋白質(zhì)可形成高質(zhì)量晶體，這是目前獲得最高分辨率結(jié)構(gòu)信息最可靠的方法。*選項(xiàng)B（適用于溶液中蛋白質(zhì)）：核磁共振波譜學(xué)（NMR）*原理：檢測(cè)蛋白質(zhì)在磁場(chǎng)中原子核的共振信號(hào)，分析原子間的距離、角度和動(dòng)態(tài)信息。*目的：確定蛋白質(zhì)在溶液中的三維結(jié)構(gòu)，包括動(dòng)態(tài)信息。*選擇理由：適用于難以結(jié)晶但可溶于