细胞生物物理总结

2020-03-03 04:20:23 来源：范文大全收藏下载本文

1.举例说明蛋白质有哪些重要的生物学功能？蛋白质元素组成有何特点？ 2.蛋白质二级结构形成的基本原理是什么？二级结构主要有哪几种形式？这些二级结构是如何维持的？

3.什么是蛋白质的超二级结构和结构域？

4.进行蛋白质分子三维结构研究的方法主要有哪些，请介绍其中两种的基本原理。

5.举例说明蛋白质的变构效应。

6.蛋白质是如何形成的？蛋白质折叠指什么？

7.什么是分子伴侣？简述分子伴侣的主要功能和作用模型。 8.举例说明蛋白质构象病（如朊病毒病）并阐述疾病发病机理。 9.举例说明生物分子内与分子间的各种相互作用力。

1.举例说明蛋白质有哪些重要的生物学功能？蛋白质元素组成有何特点？

（一）

（1）催化功能，如细胞内的化学反应离不开酶的催化，参与生物体各种生命活动的绝大多数酶都是蛋白质。

（2）运输功能，如红细胞中的血红蛋白是运输氧的蛋白质。

（3）营养和储存功能，如酪蛋白广泛分布在天然乳类中。酪蛋白分子量大，是携带矿物质的载体，如酪蛋白磷酸肽就是其水解产物，能促进钙等矿物质吸收利用。

（4）收缩和运动功能，如肌球蛋白组成的粗肌丝和由肌动蛋白组成的细肌丝相互穿插排列，并且依靠粗肌丝头端的横桥使二者紧密接触在一起。肌肉的收缩是粗肌丝和细肌丝发生相对运动的结果，这个过程受Ca的调节，并需要水解ATP来提供能量。

（5）结构功能，如人和动物的肌肉主要是蛋白质，它们是构成细胞和生物体的重要物质。

（6）防御功能，如动物和人体内的抗体能消除外来蛋白质对身体的生理功能的干扰,起到免疫作用。

（7）调控功能，如胰岛素和生长激素都是蛋白质，能够调节人体的新陈代谢和生长发育。

（二）

蛋白质主要由元素 C、H、O、N组成，有些还有P、S等；所有的蛋白质都含有碳(50-60%)、氢(6-8%)、氧(19-24%)、氮(13-19%)；大多数蛋白质含有硫(4%以下)；有些蛋白质含有磷；少数蛋白质含有金属元素(如铁、铜、锌、锰等)；个别蛋白质含有碘.

2.蛋白质二级结构形成的基本原理是什么？二级结构主要有哪几种形式？这些二级结构是如何维持的？

（1）蛋白质的二级结构是多肽链借助氢键沿一维方向排列呈具有周期性的结构的构象，它是多肽链骨架的排列规则，而不涉及侧链的类型与构象。（2）2α-螺旋；β-折叠；β-转角；无规卷曲

（3）蛋白质二级结构主要由肽链骨架内的氢键来维持。

3.什么是蛋白质的超二级结构和结构域？

（1）相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，排列成规则的、在空间结构上能够辨认的二级结构组合体，并充当三级结构的构件，称为超二级结构。（2）结构域介于超二级结构和三级结构之间，多肽链在超二级结构的基础上进一步盘绕折叠，形成紧密的近乎于球状的独立结构，称为结构域。

4.进行蛋白质分子三级结构研究的方法主要有哪些，请介绍其中两种的基本原理。

（1）X-ray 晶体衍射；多维核磁共振 NMR；三维电子显微镜 EM；扫描探针显微镜STM。

（2）X-ray 晶体衍射——用布拉格方程描述X射线衍射条件：2dsinθ=nλ 式中d为相邻两个晶面之间的距离；θ为入射线或反射线与晶面的交角；λ为X射线波长；n 为正整数。①晶体不动，改变波长λ，即采用白色X射线；②波长不变，即用单色X射线，让晶体绕某晶轴转动。这样可在某些特定的晶体方位得到衍射图。由于X射线是一种波长比可见光短得多的电磁波，使X射线通过晶体，会发生衍射现象，能提供晶体内原子排布的信息。根据衍射的方向可以测定晶格参数或晶胞的大小和形状。根据衍射线强度分布能够测定原子在晶胞中的坐标，因此X射线衍射法也是测定蛋白质分子三级结构的主要方法。

核磁共振——是指原子核在外加恒定磁场作用下产生能级分裂，从而对特定频率的电磁波发生共振吸收的现象。原子核都在不断做自旋运动，正电的原子核在自旋时可以产生磁场，就像一个小型的磁铁，从而可以在磁场中受力产生转动。不同取向的自旋核所具有的能量不同产生分裂，当入射电磁波能量等于能级间能量差即引起原子核两个能级间的跃迁，这时就发生了核磁共振。

5.举例说明蛋白质的变构效应。

变构效应，是寡聚蛋白与配基结合改变蛋白质的构象，导致蛋白质生物活性改变的现象。变构效应在生命活动调节中起很重要作用。如阻遏蛋白受小分子物质的影响发生构象变化，改变了它与DNA结合的牢固程度，从而对遗传信息的表达进行调控。另如激素受体，神经递质受体等都是通过生物分子的影响发生构象变化而传递信息的。可以说变构效应是生物分子“通讯”地基。

6.蛋白质是如何形成的？蛋白质折叠指什么？

（1）DNA转录成mRNA,mRNA进入核糖体,tRNA运输氨基酸,在核糖体中翻译,形成多肽,经过内质网和高尔基体的修饰折叠,形成成熟的蛋白质,再运输出细胞。（2）蛋白质折叠是多肽链凭借相互作用在细胞环境（特定的酸碱度、温度等）下自己组装自己，从无规卷曲（去折叠态）折叠到三维功能结构（天然态）的物理过程。

7.什么是分子伴侣？简述分子伴侣的主要功能和作用模型。

（1）分子伴侣是细胞内的一类保守蛋白质，在序列上没有相关性但有共同功能，它们在细胞内可识别肽链的非天然构象，帮助其完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份。

（2）在动物、植物、细菌内广泛分布和存在，其功能是介导其它蛋白质的折叠和装配，而本身却不是最终功能蛋白质分子的组成部分。

（3）例如Bip蛋白可识别并结合折叠错误的多肽及尚未完成装配的蛋白质亚单位，使其滞留并促使其重新折叠与装配，发挥纠错功能。又如钙网素、葡萄糖调节蛋白94等。

8.举例说明蛋白质构象病（如朊病毒病）并阐述疾病发病机理。

蛋白质分子的氨基酸序列没有改变，即一级结构正常，只是其二级结构、乃至立体结构（构象）异常而导致的疾病称为构象病。朊病毒蛋白分子本身不能致病，而必须发生空间结构上的变化转化为朊病毒才会损害神经元。一个致病分子先与一个正常分子结合，在致病分子的作用下，正常分子转变为致病分子，然后这两个致病分子分别与两个正常分子结合，再使后者转变为致病分子。病变蛋白只要通过接触其他正常蛋白就可以把它们也带坏。周而复始，通过多米诺效应倍增致病。

9.举例说明生物分子内与分子间的各种相互作用力。（1）强相互作用：例如共价键、离子键、配位键这种能够维持原子结合，形成一级结构的相互作用力。

（2）弱相互作用：例如氢键、范德化力以及蛋白质形成中主要的三种非共价作用，能够维持大分子的空间结构的相互作用力。

（3）水结构与水化作用：水化作用是物质与水发生化合的反应，一般指分子或离子的水合作用。其中当盐类溶于水中生成电解质溶液时，离子的静电力破坏了原来的水结构，在其周围形成一定的水分子层，称为水化。 10.简述酵母双杂交技术的原理。

酵母双杂交的目的是检测两种蛋白的是否有相互作用。基本原理

酵母双杂交系统由Fields和Song等首先在研究真核基因转录调控中建立 i 。典型的真核生长转录因子，如GAL

4、GCN

4、等都含有二个不同的结构域: DNA结合结构域(DNA-binding domain)和转录激活结构域(transcription-activating domain)。前者可识别DNA上的特异序列，并使转录激活结构域定位于所调节的基因的上游，转录激活结构域可同转录复合体的其他成分作用，启动它所调节的基因的转录。二个结构域不但可在其连接区适当部位打开，仍具有各自的功能。而且不同两结构域可重建发挥转录激活作用。酵母双杂交系统利用杂交基因通过激活报道基因的表达探测蛋白－蛋白的相互作用。

11.阐述荧光共振能量转移技术的原理。

荧光共振能量转移是指两个荧光发色基团在足够靠近时，当供体分子吸收一定频率的光子后被激发到更高的电子能态，在该电子回到基态前，通过偶极子相互作用，实现了能量向邻近的受体分子转移（即发生能量共振转移）。

12.DNA双螺旋结构模型的主要特点是什么？该模型的建立有什么生物学意义？维持DNA分子双螺旋结构的力是什么？

1）DNA双螺旋结构：有两条DNA单链，反向平行，一段由3’端开始，一段由5‘端开始，螺旋成双链结构。外部是磷酸和脱氧核糖交替构成的，内部碱基遵循碱基互补配对原则（A-T,C-G），碱基之间是由氢键连接，脱氧核苷酸之间由磷酸二脂键链接。

2）双螺旋模型的意义：双螺旋模型的意义，不仅意味着探明了DNA分子的结构，更重要的是它还提示了DNA的复制机制：由于腺膘呤(A)总是与胸腺嘧啶(T)配对、鸟膘呤(G)总是与胞嘧啶(C)配对，这说明两条链的碱基顺序是彼此互补的，只要确定了其中一条链的碱基顺序，另一条链的碱基顺序也就确定了。因此，只需以其中的一条链为模版，即可合成复制出另一条链。

3）维持DNA双螺旋结构稳定性的因素主要是上下层碱基对之间堆砌力和链间互补碱基之间的氢键.

13.简述基因工程的定义和基因工程的主要研究内容。

1）所谓的基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子，构成遗传物质的新组合，并使之插入到原先没有这类分子的寄主细胞内，而能持续稳定地繁殖。 2）

1、目的基因的分离

2、DNA的体外重组（载体、受体系统等）

3、重组DNA分子转移到受体细胞及其筛选

4、基因在受体细胞内的扩增、表达、检测及其分析。

14.作为基因工程载体，其应具备哪些条件？载体的类型主要有哪些？在基因工程操作中如何选择载体？

具有针对受体细胞的亲缘性或亲和性（可转移性）；具有合适的筛选标记；

具有较高的外源DNA的载装能力；具有多克隆位点（MCS）；

具有与特定受体细胞相适应的复制位点或整合位点。

15.重组体分子的选择方法主要有哪些？并简单阐述其原理。

从总体上看，重组体分子的选择与鉴定方法基本上可以分为如下几个类型：（1）基于载体遗传标记检测法

在构建基因工程载体系统时，载体DNA分子上通常携带了一定的选择性遗传标记基因，转

化或转染宿主细胞后可以使后者呈现出特殊的表型或遗传学特性，据此可进行转化子或重组

子的初步筛选。（2）基于克隆DNA序列检测法

Southern印迹杂交：根据毛细管作用的原理，使在电泳凝胶中分离的DNA片段转移并结合

在适当的滤膜上，然后通过与已标记的单链DNA探针的杂交作用以检测这些被转移的DNA 片段。

（3）基于外源基因产物检测法

如果目的基因产物能降解某些药物使菌株呈现出抗性标记，或者基因产物与某些药物作用是

显颜色反应，则可根据抗性或颜色直接筛选含目的基因的克隆子。

16.试述PCR的原理和主要反应过程，并分析影响PCR扩增的影响因素。 PCR原理：变性温度下， DNA双链变性双螺旋解开成单链DNA，在退火温度中人工合成

的特异引物根据碱基互补配对原则与单链DNA特异结合，然后在DNA聚合酶的作用下，

在延伸温度下不同的脱氧核苷酸按照碱基互补配对原则在引物的引导下合成与模板DNA互

补的新链，实现DNA的扩增。影响PCR扩增的影响因素： (1)Taq酶：常用1U/25μL 浓度低，扩增产物不够；浓度高，非特异性扩增增加；酶的活性；

(2)dNTP的浓度：常用100-200μmol/L，不能低于20μmol/L，特异性、保真性；

(3)模板：主要考虑纯度及使用量，对纯度要求不高，但含有酚、氯仿等杂质则难以成功。

使用量从几个ng到100ng. (4)引物浓度：0.1-0.5μmol/L之间，过多则非特异扩增增加，形成引物二聚体；

(5)Mg2+浓度：常用 0.5-2.5mmol/L；影响：酶的活性、引物-模板退火、特异性

(6)PCR反应程序设定：变性温度和时间、引物退火温度Tm与时间、引物延伸温度与时间和循环数

17.分子杂交的类型主要有哪些？探针的标记方法和标记类型有哪些？常用的双链DNA的标记方法是哪两种，简述其标记过程？

探针的标记方法：切口平移法、随机引物合成法，末端标记法，PCR标记法，体外转录标记法。

探针按核酸分子分：DNA探针和RNA探针；

按标记物的不同：放射性标记探针和非放射性标记探针。标记类型：按核酸分子的不同：可分为DNA探针和RNA探针根据标记物的不同：可分放射性标记探针和非放射性标记探针；双链DNA探针标记主要方法：切口平移法、随机引物合成法；

18.简述Southern杂交一般过程及影响杂交的因素。

Southern杂交操作步骤: (1) 用限制性内切酶酶切DNA, 经凝胶电泳分离各酶切片段； (2) 转膜：将DNA片段转移到硝酸纤维素滤膜或尼龙膜上； (3) 预杂交：封阻滤膜上非特异性位点； (4) 杂交：让探针与同源DNA片段特异性结合； (5) 洗脱：去除非特异性结合的探针； (6) 自显影检查目的DNA所在的位置。 Southern杂交影响因子

1）、目的DNA在总DNA中所占的比例 2）、探针的大小和标记效率 3）、转移到滤膜上的DNA量 4）、探针与靶DNA的同源性