生物物理习题解答

生物物理复习习题纲要

一. 细胞的分子基础

1. 组成细胞的小分子物质有哪些？有何作用？

答：无机小分子有水、无机盐，有机小分子有单糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸。

①水是细胞中含量最多的一种成分，大多数细胞内的生物化学反应都在水溶液中进行，细胞中的水不仅以游离水的形式存在，而且以结合水的形式与其他物质结合构成细胞结构的组成部分；

②无机盐以离子状态存在，有的游离于水中维持细胞内外液的渗透压和pH值，有的直接与蛋白质和脂类结合，组成一定功能的结合蛋白质（如血红蛋白）和类脂（磷脂）； ③葡萄糖是细胞内主要营养物质，能经过氧化反应释放能量，供细胞生命活动所需；多糖（动物细胞内主要是糖原，植物内是淀粉）是细胞贮存的营养物质；核糖是核苷酸的主要成分；有一些低聚糖与蛋白质或脂类结合形成糖蛋白和糖脂，在细胞识别中起重要作用；

④脂肪酸营养价值高，其能量相当于葡萄糖的2倍；最重要的功能是参与构成细胞膜，磷脂分子是兼性分子，脂质双分子层是细胞膜和胞内膜的结构基础；

⑤氨基酸都含有一个羧基和一个氨基，是两性化合物，不同的种类、数量和排列组合形成了多种复杂功能的蛋白质。

⑥核苷酸是组成核酸的基本单位，由磷酸、戊糖（核糖和脱氧核糖）和含氮碱基（AGCTU）构成，可组成8种核苷酸，能贮存生物信息；还可充当化学能的载体们尤其是ATP，可参与细胞内各种化学反应的能量传递，cAMP是细胞内通用的信号分子，控制不同细胞内的反应速率。 2. 试述蛋白质的四级结构。

答：蛋白质分子是由许多氨基酸分子通过肽键缩合而成的多肽链。

①一级结构：是指组成蛋白质的多肽链中氨基酸的种类、数目和排列顺序。肽链中的键以肽键为主，或有少量二硫键。一级结构是蛋白质的功能基础，只要一个氨基酸的顺序改变就会形成结构异常的蛋白质分子，其重要性就在于它决定了蛋白质的三维构象，从而影响分子在细胞中的作用。

②二级结构：是指在一级结构的基础上，借氢键在氨基酸残基之间的对应点连接，使多肽链成为螺旋或折叠的结构。α螺旋结构是肽链以右手螺旋盘绕而成的空心筒状构象，主要存在于球状蛋白质中；β片层结构是一条肽链回折而成的平行排列构象，主要存在于纤维状蛋白。

③三级结构：在二级结构的基础上再进行折叠，有的区域为α螺旋和β折叠，其他区域为随机卷曲，参与三级结构的有氢键、酯键、离子键和疏水键等。

④四级结构是指两条或以上的肽链在各自三级结构的基础上形成蛋白质分子的结构亚基，若干亚基之间通过氢键等化学键的引力相互结合形成更复杂的空间结构。 3.酶有哪些特性？

答：酶是细胞内加快化学反应的生物催化剂。有三个特性：

①高度的专一性：酶对底物有严格的选择性，一种酶只能催化一种化学反应，或只专一作用于特定的化学基团（如甲基、氨基）或化学键（如肽键）。

②催化的高效性：酶的催化效率比一般催化剂高106~1010倍。

③催化活性的可调节性：酶催化活性易受温度、pH值、金属离子及其他化合物的影响增高或降低。 4.核酸分为哪两类？有何区别？

答：核酸分为脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA两种。DNA携带和传递生命活动的全部信息，转录合成RNA，而RNA 则指导蛋白质的生物合成。

①DNA分子是由数量巨大的四种脱氧核糖核苷酸（ATGC）通过聚合而成的直线型或环形分子。一般

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真核生物DNA为直线型，细菌和一些噬菌体的DNA为环形。

②RNA分子是由四种核糖核苷酸（AUGC）组成的一条多核苷酸链，其中戊糖是核糖而不是脱氧核糖；尿嘧啶U代替了胸腺嘧啶T，且，RNA分子均为单链。 5.试述DNA双螺旋结构的特点？有何功能？

答：DNA分子是由两条链组成的螺旋状多聚体，主要特点有：

①DNA分子由两条多核苷酸链组成，两条链平行排列但方向相反，即两条链的3’和5’排列方向相反。②双螺旋结构中，碱基位于螺旋链的内部，磷酸和戊糖则位于外侧。③DNA的两条链上的碱基之间通过氢键有规律地互补配对，A&T、G&C配对，每一碱基对位于同一平面上，并垂直于螺旋轴。相邻2个碱基相距0.34nm，10个碱基旋转1圈。

DNA分子中虽然只有四种核苷酸，但是其所含核苷酸数量、种类及排列顺序的随机性，决定了DNA的复杂性和多样性，其排列顺序蕴藏着无穷遗传信息。DNA通过自我复制，将贮存的遗传信息准确的传给子代DNA。 6.比较三种RNA的区别。

答：①信使mRNA：由一条多核苷酸单链组成，携带DNA的遗传信息，每三个相邻碱基构成一个密码子，决定多肽链中氨基酸排列顺序，是蛋白质合成的模板；

②转运tRNA：是细胞内质量最小的一类核酸，单链结构折叠形成三叶草形状，其上的三个碱基（反密码子）能与mRNA上的密码子互补配对，运输特定的活化氨基酸；

③核糖体rRNA：是细胞内含量最多的RNA，占RNA总量的80%以上，是单链线性结构，与核糖体蛋白组成核糖体。

二.、细胞概述

1. 为什么说支原体是最小最简单的细胞？

答：支原体为目前发现的最小的最简单的细胞，也是唯一一种没有细胞壁的原核细胞。支原体细胞中唯一可见的细胞器是核糖体。其大小介于细菌和病毒之间。结构也比较简单，多数成球形，没有细胞壁，只有细胞膜、遗传信息载体DNA与RNA、核糖体以及酶。支原体基因组为一环状双链DNA，分子量小（仅有大肠杆菌的五分之一）。 2. 试比较原核细胞的异同，你能得出什么结论？

答：细胞大小：原核细胞很小，真核细胞较大；

细胞核：原核细胞无核仁和核膜，真核细胞有核仁和核膜；

染色体：原核由一条环状DNA组成，DNA不与组蛋白结合，真核有两条以上DNA，线状DNA与组蛋白结合形成若干对染色体；

细胞质：原核无各种膜相细胞器和细胞骨架，有70S核糖体，真核有各种膜相细胞器和细胞骨架，有80S核糖体；

细胞壁：原核细胞壁主要成分为肽聚糖，真核细胞壁主要成分为纤维素； 转录和翻译：原核在同一时间和地点，真核在不同时间和地点； 细胞分裂：原核为无丝分裂，真核为有丝分裂。

三. 细胞膜

1.细胞膜的主要成分是什么？有何功能？

答：细胞膜主要由脂类、蛋白质和糖类组成，此外还有水、无机盐和金属离子。

（1）膜脂：膜脂主要有磷脂、糖脂和胆固醇，是生物膜的结构骨架。

① 磷脂：磷脂占膜脂总量50%以上，磷脂是膜脂最主要的成分，分为甘油磷脂和鞘磷脂，是一头亲水一头疏水的兼性分子；

② 糖脂：占膜脂总量5%以下，神经节苷酯在神经传导中起重要作用，又是一类膜上的受体； ③ 胆固醇：是最重要的一种动物固醇，存在于真核细胞膜上，含量不超过膜脂的1/3,。胆固醇

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散布于磷脂分子之间，增强了膜的稳定性，在调节膜的流动性中起到重要作用。

（2）膜蛋白是生物膜功能的体现者，根据蛋白和膜脂的作用方式及其位置不同可分为内在蛋白和周

边蛋白。

① 内在蛋白也叫做整合蛋白，占膜蛋白总量70~80%，主要特征是水不溶性。可分布在脂双层中或跨越全膜。

② 周边蛋白也叫外在蛋白，为水溶性蛋白，常通过离子键与膜上的内在蛋白或脂分子的极性头部结合。 （3）膜糖：以低聚糖或多聚糖链的形式与膜蛋白共价结合，形成糖蛋白，或者与脂类共价结合，形

成糖脂，均分布于细胞膜脂双层的外层，成为细胞外被。膜糖类与细胞免疫、细胞识别、细胞癌变等方面有密切关系。 2.细胞膜的主要特征有哪些？有何生物学意义？ 答：细胞膜的两个主要特征就是流动性和不对称性。

（1）生物膜的流动性是指膜内部的脂类和蛋白质分子的运动是一切膜结构行使功能的基础，是细胞

的各种代谢能够顺利进行的保证。

① 膜脂的流动性：膜脂有几种运动方式：侧向扩散、旋转运动、翻转运动（这对维持膜脂分子的不对称性很重要）和弯曲运动。

②膜蛋白的流动性：主要两种运动方式：侧向扩散、旋转运动（具有重要生理意义，对酶与第五及蛋白与蛋白之间相互作用时调节正确构象起重要作用）。 （2）生物膜的膜脂与膜蛋白分布具有不对称性。

① 磷脂在脂双层中不对称分布不是绝对的，仅含量上有差异；糖脂的不对称分布是绝对的，只分布在外层。

② 膜蛋白在细胞膜上都是不对称分布的，都有特定的排布方向，特别表现在糖蛋白，其残基均分布在细胞膜的非胞质侧。这种不对称性决定了细胞膜内外表面功能的特异性。如红细胞外表面的受体蛋白具有细胞识别功能，内表面的血影蛋白具有维持细胞特有外型的作用。 3.试述被动运输的几种运输方式。 答：被动运输包括简单扩散和协助扩散。

（1）简单扩散是指分子或离子顺浓度梯度自由穿越脂双层的运输方式，不消耗代谢能，也不需膜蛋

白的帮助，主要是疏水分子和不带电荷的小极性分子； （2）协助扩散，是指一些非脂溶性或亲水性分子，借助细胞膜上的特殊膜蛋白的介导，顺着浓度梯

度进行的、不消耗代谢能的物质转运。可分为载体蛋白介导的协助扩散和通道蛋白介导的协助扩散。

①载体蛋白介导的协助扩散：载体蛋白与特定的物质结合，通过可逆性构象变化，顺浓度梯度进行物质转运；

②通道蛋白介导的协助扩散：通道蛋白形成贯穿细胞膜的亲水性通道来完成运输，运输对象仅限于离子。其效率高出载体运输100倍以上。 4.以Na+-K+泵为例，说明物质的主动运输过程。

答：Na+-K+泵实际上是一种Na+-K+-ATP酶，它是由一个大的多次穿膜的催化亚基和一个小的糖蛋白组成的。催化亚基在胞质面有Na+和ATP的的结合位点，在膜外侧有K+和乌本苷（乌本苷是Na+-K+-ATP酶抑制剂，可与K+竞争结合位点）。Na+-K+-ATP酶能可逆地进行磷酸化和去磷酸化。

①膜内侧的Na+与ATP酶结合后，激活了ATP酶的活性，使ATP分解为ADP和高磷酸根，高磷酸根与酶结合，使其磷酸化，引发酶的构象改变，使与Na+结合的部位转向膜外侧。

②这种磷酸化的酶对Na+的亲和力低，对K+的亲和力高，于是释放Na+，结合K+，导致Na+被送出细胞，K+与磷酸化酶结合后促使酶去磷酸化，酶的构象恢复原状，与K+结合的部位转向膜内侧。 ③这种去磷酸化的构象与K+亲和力低，与Na+亲和力高，结果K+被送入细胞，酶与Na+再次结合，重复上述磷酸化和去磷酸化的过程。就这样不断将Na+排出细胞外，K+泵入细胞内，形成细胞外高钠，细胞内高钾的特殊离子浓度梯度，有利于维持细胞内外渗透压平衡，保证另一些物质的主动运输。

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5. 以低密度脂蛋白LDL为例，说明受体介导的胞吞作用。

答：细胞通过膜上的受体介导摄入特定大分子的过程称作受体介导的胞吞作用。 ① 当细胞膜合成需要胆固醇时，细胞首先制造LDL受体蛋白，并插入膜中，并自发与有被小窝结合。有被小窝是细胞膜上受体介导的胞吞作用开始的特化区，其他部位上的LDL受体与LDL颗粒结合后也会移向有被小窝中。

② 有被小窝不断内陷，与细胞膜断开形成有被小泡，这样LDL受体结合的LDL颗粒就摄入细胞内。有被小泡很快脱掉外被，形成无被小泡，并与胞质中其他小泡融合，形成更大的囊泡，称为胞内体。

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③ 在膜上的H-ATP酶的作用下，H被泵入胞内体内，当pH值达到5~6的酸性条件下，受体构象变化，与LDL颗粒分离，并分到两个不同的囊泡中。含LDL受体的囊泡返回细胞膜，准备重新结合其他LDL颗粒。

④ 含有LDL的囊泡与溶酶体结合，被溶酶体酶降解，形成游离的胆固醇，成为细胞中新膜合成所需的物质。

6. 膜受体的生物学特征是什么？有何意义？

答：膜受体大多是细胞膜上的糖蛋白或糖脂，通常由识别部、效应部和转换部组成。其生物学特征有：（1）特异性：指受体与配体结合具有专一性，配体和受体之间的结合是靠分子间立体构象的互补，具有高度亲和性。（2）高亲和性：受体对配体的亲和力（结合能力）很强。（3）饱和性：细胞表面受体有限，各种受体的数量相对恒定。（4）可逆性：由于受体和配体是非共价键结合，强度比较弱，决定了分子间的识别反应是可逆的。受体-配体复合物可被解离，恢复原来状态再次被利用。（5）特定的细胞定位：某种化学信号只能作用于某种特定的细胞，因为只有该细胞膜上有这种信号的受体。 7. 试述膜受体的类型及传导途径。

答：根据信号转导的机制和受体蛋白的类型，膜受体可分为三类：

①离子通道受体：也称递质闸门离子通道，是一种多次跨膜蛋白，本身是离子通道或与离子通道相偶连。离子通道的“开关”受细胞外配体的调控。当少量神经递质与受体结合时，可瞬间打开或关闭离子通道，从而引起细胞膜通透性和突触后细胞的兴奋性发生变化。如Na-乙酰胆碱受体。

②催化受体：多为单次跨膜蛋白，由三部分组成。细胞外是配体结合部位，中间是跨膜结构，细胞质侧的部分含有酪氨酸，具有酪氨酸蛋白激酶活性。当配体与受体结合后，活化了受体胞质侧的蛋白激酶的活性，使得酪氨酸自身磷酸化，再使靶蛋白的酪氨酸残基磷酸化，触发细胞内系列生理活动变化。如胰岛素受体。

③偶联G蛋白受体：指受体和酶或离子通道之间的相互作用通过一种结合GTP的调节蛋白（G蛋白）介导来完成。配体与受体结合后通过G蛋白间接作用于酶或离子通道，从而调节细胞生理活动。这类受体是目前发现种类最多的一种类型。如β受体、视紫红质受体等。 8. 偶联G蛋白受体信号体系有哪些传导途径？

答：主要有四条信号传导体系：

①cAMP信号体系：细胞外激素与相应受体结合后，通过调节细胞内的第二信使cAMP的水平而引起细胞反应的信号通路。cAMP信号系统包括刺激性受体Rs、刺激性G蛋白Gs、抑制性受体Gi、抑制性G蛋白Gi和腺苷酸环化酶AC五种成分组成。信号传导途径分为刺激性信号传递途径和抑制性信号传递途径。当激素与受体结合后，使得相应的G蛋白发生构象改变，来活化或抑制AC酶水解ATP生成cAMP的活性。cAMP作为细胞内的第二信使，特异性的活化蛋白激酶A，从而进一步活化或抑制细胞内不同的酶系统，使细胞对外界信号产生不同反应。

②cGMP信号体系；cGMP是大多数动物细胞内存在的另一种胞内信号，它的浓度只有cAMP的十分之一，也受G蛋白调控，它能活化细胞内的蛋白激酶G，磷酸化相应靶蛋白、酶分子和离子通道，从而产生生物效应（如糖原降解，细胞增殖、受精过程）。cGMP和cAMP在细胞内的浓度及作用相反（如肝细胞中cAMP升高时糖原分解；cGMP升高时糖原合成加快）。

③Ca2+信号体系；信号传递有两种途径，一种存在于电活性细胞，当一个动作电位使细胞去极化时，打开神经终端电压闸门Ca2+通道，Ca2+流入神经终端；第二种途径存在于大多数真核细胞，外界信号与细胞表面受体结合后，受体被活化，并通过肌醇磷脂信号途径产生的第二信使IP3来激发钙库膜上的Ca2+通道打开。Ca2+由于浓度差涌入细胞质使胞质的Ca2+浓度升高，引起生物效应（如细胞分裂、细胞运动等）。

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