2025年大學《化學生物學》專業(yè)題庫——生物大分子結(jié)晶與結(jié)構(gòu)分析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在生物大分子結(jié)晶過程中，導致溶液達到過飽和狀態(tài)的主要驅(qū)動力是：A.表面張力降低B.溶解度急劇增加C.熱力學自由能降低D.外加電場作用2.下列哪種添加劑通常被用作促進蛋白質(zhì)晶體成核？A.尿素B.甘油C.聚乙二醇（PEG）D.鹽離子3.根據(jù)布拉格定律，當一束平行的X射線以特定角度入射到晶體上時，發(fā)生衍射的條件是：A.X射線波長等于晶面間距B.X射線波長與晶面間距成正比C.X射線波長與晶面間距成反比D.X射線能量等于晶體振動頻率4.衍射實驗中，通常需要精確控制樣品的旋轉(zhuǎn)角度，其主要目的是：A.增加X射線的吸收B.改變衍射斑點的強度分布C.獲得所有可能的晶面族衍射D.避免樣品過熱5.在X射線衍射數(shù)據(jù)解析中，傅里葉變換是將什么信息轉(zhuǎn)換成電子密度圖？A.晶胞參數(shù)B.衍射強度C.結(jié)構(gòu)因子D.相位信息6.對于非晶態(tài)物質(zhì)，以下哪個性質(zhì)是肯定不存在的？A.晶胞B.晶面指數(shù)C.衍射圖樣D.相位信息7.在分子置換法中，預先已知的參考分子與目標蛋白晶體結(jié)構(gòu)相似，主要是為了獲?。篈.高分辨率的衍射數(shù)據(jù)B.足夠的衍射強度C.初始的相位信息D.完整的原子坐標8.衍射數(shù)據(jù)的質(zhì)量指標“Completeness”指的是：A.衍射數(shù)據(jù)覆蓋的分辨率范圍B.觀測到的衍射點數(shù)量占總理論衍射點的比例C.衍射強度數(shù)據(jù)的信噪比D.衍射峰的銳度9.以下哪種技術(shù)最適合解析尺寸小于晶體學極限（約3納米）的生物大分子結(jié)構(gòu)？A.X射線單晶衍射B.X射線多晶衍射C.核磁共振波譜D.冷凍電子顯微鏡10.晶體中的水分子通常通過什么相互作用與其他原子結(jié)合？A.跨膜螺旋B.鹽橋C.氫鍵D.范德華力二、填空題（每空1分，共15分）1.生物大分子結(jié)晶是一個自發(fā)的______過程，但通常需要人為地改變條件來誘導成核和促進晶體生長。2.晶胞參數(shù)包括晶胞的三個邊長a,b,c以及它們之間的夾角α,β,γ。當α=β=γ=90°且a=b=c時，晶體屬于______晶系。3.X射線衍射實驗中，衍射強度I(hkl)與結(jié)構(gòu)因子F(hkl)的平方成正比，還與吸收因子τ(hkl)和多重性因子k(hkl)有關(guān)，即I(hkl)=|F(hkl)|2*τ(hkl)*k(hkl)。4.從X射線衍射數(shù)據(jù)得到電子密度圖通常需要解決的關(guān)鍵問題是相位問題，即需要確定每個結(jié)構(gòu)因子的______。5.在蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)中，氨基酸殘基側(cè)鏈的______和______是形成分子內(nèi)和分子間相互作用的重要化學基團。6.為了獲得高質(zhì)量的衍射數(shù)據(jù)，蛋白質(zhì)晶體通常需要在低溫（如______K）下進行數(shù)據(jù)收集。7.衍射數(shù)據(jù)的分辨率通常用d值表示，d值越小，表示能夠分辨的原子間距越______，對應的分辨率越高。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述影響蛋白質(zhì)溶液過飽和度的因素。2.簡述直接法在X射線衍射數(shù)據(jù)解析中解決相位問題的基本思想。3.簡述為什么通常需要將生物大分子晶體在低溫下進行X射線衍射數(shù)據(jù)收集。4.簡述分析生物大分子晶體結(jié)構(gòu)圖時，如何判斷二級結(jié)構(gòu)元件（α螺旋、β折疊）。四、計算題（共10分）假設(shè)一個蛋白質(zhì)單晶屬于立方晶系，其測得的衍射數(shù)據(jù)表明在3.0?分辨率范圍內(nèi)，最強的衍射峰對應的晶面指數(shù)為（100）。請計算：（1）該晶胞在3.0?分辨率范圍內(nèi)能觀察到的最高衍射峰對應的晶面指數(shù)是多少？（2分）（2）該晶胞的邊長a是多少埃？（結(jié)果保留一位小數(shù)）（3分）（提示：使用布拉格定律和d-spacing與晶面指數(shù)的關(guān)系）五、論述題（共35分）1.試述溶液-溶液擴散法（Liquid-LiquidDisplacement）的基本原理，并說明該方法適用于哪些類型的蛋白質(zhì)結(jié)晶。（15分）2.在獲得了生物大分子的高分辨率X射線衍射數(shù)據(jù)后，為了得到最終精修的結(jié)構(gòu)模型，通常需要經(jīng)歷哪些主要的結(jié)構(gòu)解析和精修步驟？請簡要描述每個步驟的目的。（20分）試卷答案一、選擇題1.C2.B3.A4.C5.C6.A7.C8.B9.D10.C二、填空題1.自發(fā)2.立方3.相位4.跨膜螺旋氫鍵5.3.0低溫6.d值越小，表示能夠分辨的原子間距越小三、簡答題1.蛋白質(zhì)結(jié)晶受溶液中蛋白質(zhì)、溶劑、添加劑（如鹽、有機溶劑、多聚糖）濃度和比例的影響。提高蛋白質(zhì)或鹽濃度會增加溶液的飽和度；加入不良溶劑（如乙醇）或改變pH會影響蛋白質(zhì)的溶解度；加入添加劑可以改變蛋白質(zhì)的溶解度、聚集狀態(tài)和成核/生長速率，從而影響過飽和度。2.直接法利用觀測到的衍射強度之間的對稱性關(guān)系，推導出原子在晶體中的位置信息，從而計算結(jié)構(gòu)因子振幅，進而得到相位信息。其基本思想是，晶體結(jié)構(gòu)的對稱性使得衍射強度之間存在特定的代數(shù)關(guān)系，通過分析這些關(guān)系，可以重建出相位函數(shù)，最終得到電子密度圖。3.低溫（通常液氮溫度77K）可以減緩蛋白質(zhì)在晶體中的分子運動和重結(jié)晶過程，有助于維持晶體的完整性和穩(wěn)定性，從而獲得更強的衍射信號和更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。同時，低溫還能降低晶體對X射線的吸收。4.分析結(jié)構(gòu)圖時，可以通過觀察氨基酸序列中特定氨基酸的分布來判斷。α螺旋通常由連續(xù)的密碼子編碼，其側(cè)鏈（如疏水氨基酸）大致指向螺旋外側(cè)；β折疊由伸展的肽鏈組成，側(cè)鏈交替指向兩邊，形成平行或反平行排列的βstrands。還可以根據(jù)氫鍵網(wǎng)絡(luò)的特征（如每3.6個氨基酸形成一環(huán)氫鍵）和特定的二級結(jié)構(gòu)標志（如α螺旋的“helix”標志，β折疊的“sheet”和箭頭指示方向）來識別。四、計算題（1）對于立方晶系，d-spacing=a/√(h2+k2+l2)。當（100）時，d=a/√(12+02+02)=a。最強衍射峰對應d最小，即h2+k2+l2最大。對于4個整數(shù)（h,k,l），其平方和最大的是（111），即√(12+12+12)=√3。因此，最高分辨率衍射峰對應的晶面指數(shù)為（111）。（2）已知d=3.0?，對應（100），則a=d*√(12+02+02)=3.0*√1=3.0?。結(jié)果保留一位小數(shù)，a=3.0?。五、論述題1.溶液-溶液擴散法是一種利用兩種不混溶或部分混溶的溶劑之間的界面進行蛋白質(zhì)結(jié)晶的技術(shù)。其基本原理是將含有蛋白質(zhì)的溶液與另一種溶劑（或溶劑混合物）進行混合，蛋白質(zhì)分子會從高濃度區(qū)域（如富含蛋白質(zhì)的溶液相）擴散到低濃度區(qū)域（如界面或另一種溶劑相），當擴散達到平衡時，如果蛋白質(zhì)在新的溶劑環(huán)境中的溶解度降低到過飽和程度，就會在界面或另一種溶劑相中結(jié)晶。該方法特別適用于溶解度較低或在高濃度下易聚集的蛋白質(zhì)，或者需要在特定溶劑環(huán)境（如微環(huán)境）中結(jié)晶的情況。2.主要步驟包括：*數(shù)據(jù)處理與指標評估：對原始衍射數(shù)據(jù)進行標定、換算、吸收校正等預處理，計算并評估數(shù)據(jù)的質(zhì)量指標（如Completeness,Resolution,R-factor），判斷數(shù)據(jù)是否適合進行結(jié)構(gòu)解析。*相位問題的解決：如果有已知的相似結(jié)構(gòu)（如同源蛋白），可使用分子置換法獲得初始相位；如果沒有，則嘗試使用直接法、多分辨率合成、經(jīng)驗相位等計算方法獲取初始相位。*模型構(gòu)建與初始精修：利用獲得的初始相位計算電子密度圖，嘗試構(gòu)建初始模型（可能通過手工建?；蜃詣咏＼浖δＰ瓦M行初步的坐標和熱振動因子精修。*模擬實驗（模擬差值密度法）：計算模擬差值密度圖（如Fo-Fc,Fc-Fo,2Fo-Fc），檢查模型中是否有明顯的缺失原子、錯誤連接或多余片段