2025年大學(xué)《化學(xué)生物學(xué)》專業(yè)題庫——生物量子化學(xué)的研究進(jìn)展考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪項(xiàng)不是通常認(rèn)為的量子生物學(xué)的研究范疇？A.探究光合作用中能量轉(zhuǎn)移的效率優(yōu)化B.研究鳥類的磁感應(yīng)機(jī)制C.分析蛋白質(zhì)折疊過程中的熵變D.探討酶催化反應(yīng)中底物軌道的量子隧穿效應(yīng)2.在光合作用中，量子擦除（QuantumZenoEffect）現(xiàn)象通常與哪種效應(yīng)有關(guān)？A.電子自旋翻轉(zhuǎn)B.激子態(tài)的快速弛豫C.多重振動態(tài)（MultidimensionalVibrationalDynamics）D.量子隧穿導(dǎo)致的能量損失3.被認(rèn)為是首個被實(shí)驗(yàn)證據(jù)初步支持具有量子效應(yīng)的生物感官是：A.魚類的電場感應(yīng)B.昆蟲的視覺系統(tǒng)C.鳥類的地磁感應(yīng)D.蛙類的聽覺系統(tǒng)4.以下哪種量子化學(xué)計算方法在處理包含大量輕原子（如氫）的生物體系時，通常需要較大的計算成本？A.基組擴(kuò)展有限的緊束縛方法B.密度泛函理論（DFT）C.多體微擾理論（MBPT）D.哈特里-?？朔椒ǎ℉artree-Fock）5.量子隧穿在酶催化中主要影響：A.底物的結(jié)合親和力B.中間體過渡態(tài)的能量C.產(chǎn)物的釋放速率D.酶蛋白的構(gòu)象變化6.為了探測生物體系中的瞬態(tài)量子相干現(xiàn)象，研究者常采用的技術(shù)是：A.核磁共振（NMR）波譜B.激光誘導(dǎo)熒光光譜C.時間分辨電子順磁共振（TR-EPR）D.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）7.生物體系（如蛋白質(zhì)、DNA）所處的環(huán)境（高溫、水分、振動）對維持量子態(tài)通常構(gòu)成的主要挑戰(zhàn)是：A.量子相干時間的縮短（退相干）B.計算資源的限制C.實(shí)驗(yàn)設(shè)備的昂貴D.樣品制備的困難8.以下哪項(xiàng)不是目前生物量子化學(xué)研究中使用的主要理論工具？A.路徑積分蒙特卡洛（PIMC）B.經(jīng)典力學(xué)模擬C.多體微擾理論（MBPT）D.時間相關(guān)密度泛函理論（TD-DFT）9.將量子計算模擬與實(shí)驗(yàn)測量相結(jié)合進(jìn)行生物量子化學(xué)研究的主要優(yōu)勢在于：A.僅能提高計算速度B.僅能降低實(shí)驗(yàn)成本C.能夠相互驗(yàn)證，提供更可靠的認(rèn)識D.僅適用于研究非常簡單的系統(tǒng)10.人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）在生物量子化學(xué)領(lǐng)域的主要潛在應(yīng)用不包括：A.加速復(fù)雜量子化學(xué)計算B.模擬退相干過程C.從海量數(shù)據(jù)中識別量子信號特征D.設(shè)計全新的量子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)方案二、填空題（每空2分，共20分）1.量子生物學(xué)是研究生物系統(tǒng)中__________現(xiàn)象及其功能的科學(xué)領(lǐng)域。2.光合作用中，通過量子效應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量在光系統(tǒng)II和光系統(tǒng)I之間近乎無損傳遞的現(xiàn)象被稱為__________。3.目前，關(guān)于鳥類利用量子效應(yīng)感知地磁場最常被引用的理論涉及__________的參與和超導(dǎo)量子相干（SQC）。4.在討論生物體系中的量子隧穿時，__________效應(yīng)對于解釋某些酶的高催化效率被廣泛提出。5.為了在復(fù)雜生物環(huán)境中探測微弱的量子信號，常常需要利用__________技術(shù)來提高信噪比。6.密度泛函理論（DFT）通過引入交換關(guān)聯(lián)泛函來描述電子的__________，在生物量子化學(xué)計算中應(yīng)用廣泛。7.量子生物學(xué)研究的挑戰(zhàn)之一在于，生物大分子所處的環(huán)境具有__________，容易導(dǎo)致量子相干態(tài)的破壞。8.除了光合作用和地磁感應(yīng)，__________也被認(rèn)為是可能存在量子效應(yīng)的生物過程之一。9.__________方法在模擬包含大量原子和電子的體系時相對高效，但通常精度有限。10.將量子信息處理的概念應(yīng)用于研究生物信息處理機(jī)制是生物量子化學(xué)領(lǐng)域一個引人入勝的__________方向。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述量子隧穿效應(yīng)的基本原理，并舉例說明其在化學(xué)反應(yīng)中可能的作用。2.簡要解釋什么是“退相干”，并說明其在生物量子化學(xué)研究中為何是一個核心挑戰(zhàn)。3.簡述利用光譜學(xué)方法探測生物體系中量子效應(yīng)的一般思路。四、論述題（10分）結(jié)合具體的生物實(shí)例，論述量子效應(yīng)（如隧穿、相干）如何在生物功能中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并分析當(dāng)前研究中存在的爭議或尚未解決的關(guān)鍵問題。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.B5.B6.C7.A8.B9.C10.D二、填空題1.量子2.量子擦除(或量子優(yōu)化)3.自由基4.量子隧穿5.單分子(或高分辨率)6.相關(guān)性(或相互作用)7.高溫、高濕、振動、光解離等(或復(fù)雜、動態(tài))8.蛋白質(zhì)折疊(或酶催化)9.緊束縛方法(或均勻場近似)10.應(yīng)用(或研究)三、簡答題1.解析思路:首先回答量子隧穿是粒子（如電子）能夠穿過經(jīng)典力學(xué)中不應(yīng)能逾越的勢壘現(xiàn)象，其發(fā)生的概率隨勢壘高度和寬度的增加以及粒子質(zhì)量的減小而增大。然后舉例說明，如在酶催化反應(yīng)中，底物分子或中間體的某些原子（如氫原子）可能通過量子隧穿效應(yīng)越過能壘，從而顯著降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)速率。2.解析思路:首先解釋退相干是指量子系統(tǒng)與其所處環(huán)境發(fā)生相互作用，導(dǎo)致量子相干性（疊加態(tài)）喪失的過程。然后說明生物環(huán)境（如水分子振動、溫度波動、分子碰撞）極其復(fù)雜且活躍，容易與生物分子中的量子態(tài)相互作用，使其快速退相干，從而難以維持和探測量子效應(yīng)。3.解析思路:首先說明生物體系中的量子信號通常非常微弱且易受環(huán)境干擾。然后闡述光譜學(xué)方法（特別是時間分辨光譜）可以通過測量特定波長處信號隨時間的演變，來探測和研究體系中的瞬態(tài)量子態(tài)或量子過程。例如，通過測量光誘導(dǎo)的量子相干振蕩或隧穿相關(guān)的信號衰減時間，可以推斷量子效應(yīng)的存在及其特征。四、論述題解析思路:首先選擇一個明確的生物實(shí)例，如光合作用的量子優(yōu)化能量轉(zhuǎn)移或鳥類的地磁感應(yīng)。對于所選實(shí)例，詳細(xì)闡述其中量子效應(yīng)的具體作用機(jī)制（如能量轉(zhuǎn)移的量子擦除/多路徑干涉優(yōu)化效率，或地磁感知中自由基超導(dǎo)量子相干）。接著，分析當(dāng)前研究在