浙江大学博士生物化学与分子生物学题2004（转）

以下是浙江大学博士入学考试----生物化学与分子生物学题

1、生物膜的结构特征和生物学功能(25分)。
目前对生物膜结构的认识归纳如下：
1)具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭的膜系统的性质，以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相的磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分，尚未发现在生物膜结构中起组织作用的蛋白。
蛋白分子以不同的方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面，蛋白的类型，蛋白分布的不对称性及其与脂分子的协同作用赋予生物膜具有各自的特性与功能。生物膜可看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液，具有流动性，然而膜蛋白与膜脂之间，膜蛋白与膜蛋白之间及其与膜二侧其它生物大分子的复杂的相互作用，在不同程度上限制了膜蛋白和膜脂的流动性。
3．生物膜是细胞各种膜结构的总称。它同细胞的生命活动有着不可分割的联系，许多生命活动过程都是在膜上进行的，没有膜就没有生命。
    生物膜的生理功能极其复杂，概括起来大致有下列几方面：①维持细胞的内部环境和
协调各个生理过程，原生质膜把细胞与外部环境分隔开来，维持细胞内部环境的相对稳定，
而内膜系统使性质不同的各种反应分隔开来，保证台细胞器正常执行其独特〔；2生理功能而不至互相干扰。②制约物质的正常运转。由于生物膜具有选择透性的特点，因此它既是物质进
出细胞的屏障，又是物质进出绍脑的通道，这样有利于细胞选择吸收它所需要的物质，阻止
其不需要的物质进入细胞，各细胞器的膜也有物质进出细胞的通道，从而有选择地与相邻环
境发生物质交换。⑧物质代谢与能量转化。细胞器的膜上常顺序定位成套的酶系统，从而使
物质代谢能有条不紊地进行‘同时能量的转换也与膜系统有关，如光合作用和呼吸作用的能
量转换都是在特定的细胞器上发生的。④信息传递。纫脑感受微环境中的物理和化学信号并
传递给有关部分引起相应的生理反应，是膜系统的功能，如质膜上有一种激素受体，它能感
受激素的刺激，从而调节物质的运转、，细胞的生长和分化等生理过程。⑥物质的合成出与生
物膜有关。如蛋白质合成是在粗检性内质网上进行的，维生素的合成则与高尔基体有关。

2、比较使用离子交换、分子量排阻、亲和层析的蛋白质分离原理(20分)。
离子交换层析法的原理：从复杂的混合物中，分离性质相似大分子的方法之一，依据的原理是物质的酸碱性、极性，也就是所带阴阳离子的不同。电荷不同的物质对管柱上的离子交换剂有不同的亲和力，改变沖洗液的离子强度和pH值，物质就能依次从层析柱中分离出來。
   凝胶过滤也称分子排阻层析，最常用作柱的填充科有葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶、丙
烯酰胺凝胶等。将适度颗粒的凝胶装入柱中，加入待分离的蛋白质后，用大量的水或稀缓冲
液洗脱柱子，在洗脱过程中，由于分子量大的蛋白质不能进入凝胶的网孔中，而沿着颗粒间
的空隙最先流出柱子；分子量小的蛋白质由于进入凝胶网孔中而被阻滞，流出慢。因而最后
流出柱子。
亲和层析是利用待分离物质和它的特异性配体间具有特异的亲和力，从而达到分离目的的一类特殊层析技术。具有专一亲和力的生物分子对主要有：抗原与抗体、DNA与互补DNA或RNA、酶与它的底物或竞争性抑制剂、激素（或药物）与它们的受体、维生素和它的特异结合蛋白、糖蛋白与它相应的植物凝集素等。可亲和的一对分子中的一方以共价键形式与不溶性载体相连作为固定相吸附剂，当含有混合组份的样品通过此固定相时，只有和固定相分子有特异亲和力的物质，才能被固定相吸附结合，其它没有亲和力的无关组份就随流动相流出，然后改变流动组成份，将结合的亲和物洗脱下来。亲和层析中所用的载体称为基质，与基质共价连接的化合物称配基。亲和层析纯化过程简单、迅速，且分离效率高。对分离含量极少又不稳定的活性物质尤为有效。但本法必须针对某一分离对象，制备专一的配基和寻求层析的稳定条件，因此亲和层析的应用范围受到了一定的限制。亲和层析可用于纯化生物大分子：稀溶液的浓缩；不稳定蛋白质的贮藏；从纯化的分子中除去残余的污染物；用免疫吸附剂吸附纯化对此尚无互补配体的生物大分子；分离核酸是亲和层析应用的一个重要方面。
5、阐述一条真核细胞信号转导途径（从信号接受到调控基因表达）（20%）
答：细胞信号转导指的是偶联各种细胞外刺激信号（包括各种内、外源刺激信号）与其所引起的特定生理效应之间的一系列分子反应机制，具体包括细胞感受、传导及放大各种刺激信号的分子机制，以及经传导和放大后的次级信号（第二信使）调控生理生化活动的分子机理等。
下面以孙大业教授实验室概括的植物热激反应的信号转导机理来对阐述植物细胞从信号接受到调控基因表达的整个细胞信号转导途径：(1 )热刺激被某种受体所接受；(2 )热激动员胞外钙及胞内钙库，引起胞质Ca2+浓度升高；(3 ) 高的胞质Ca2+浓度激活CaM，并促进CaM基因的表达；(4) Ca2+－CaM进一步激活HSF（热激转录因子）。Ca2+－CaM激活HSF的可能途径有以下两条，其一是Ca2+－CaM通过与Ｈｓｐ70 (或Ｈｓｐ90 )结合释放出ＨＳＦ ,其二是Ca2+－CaM通过影响胞内蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性来调节ＨＳＦ的磷酸化状态。ＨＳＦ的充分激活还需经历三聚化、核转位 ; (5)ＨＳＦ与ＨＳＥ（热激元件）结合 ,激活热激基因的表达 ,产生ＨＳＰ ,最终引起植物耐热性的增加 ; (6)积累的ＨＳＰ可反馈抑制ＨＳＦ的活性。总之 ,热激反应调控的本质是高度复杂的 ,研究热激反应的机理应立足于信号转导。
另外两个是PCR原理(15%，略)和
4、蛋白质的组织层次及其生物学功能？（20%）   
答：蛋白质的基本构造可以分为如下四个层次：一级结构：多肽链的共价主链结构中的氨基酸顺序，它决定蛋白质的生物学功能和高级结构的形成即蛋白质的一级结构决定了蛋白质的二级、三级等高级结构，成百亿的天然蛋白质各有其特殊的生物学活性，决定每一种蛋白质的生物学活性的结构特点，首先在于其肽链的氨基酸序列，由于组成蛋白质的20种氨基酸各具特殊的侧链，侧链基团的理化性质和空间排布各不相同，当它们按照不同的序列关系组合时，就可形成多种多样的空间结构和不同生物学活性的蛋白质分子。二级结构：多肽链中有规则的重复结构区域，包括α—螺旋、β—折叠和β—转角，它是氨基酸顺序和三级结构之间的桥梁，决定蛋白质的构象；无任何明显二级结构的区域称为无规则线团。　超二级结构(supersecondary structure)是指在多肽链内顺序上相互邻近的二级结构常常在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成规则的二级结构聚集体。目前发现的超二级结构有三种基本形式：α螺旋组合(αα)；β折叠组合(βββ)和α螺旋β折叠组合(βαβ)(图1－7)，其中以βαβ组合最为常见。它们可直接作为三级结构的“建筑块”或结构域的组成单位，是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个层次，故称超二级结构。结构域(domain)也是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个层次。在较大的蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，形成二个或多个在空间上可以明显区别它与蛋白质亚基结构的区别。三级结构：一条完整的多肽链在三维空间的总体结构。具备三级结构的蛋白质从其外形上看，有的细长(长轴比短轴大10倍以上)，属于纤维状蛋白质，如丝心蛋白；有的长短轴相差不多基本上呈球形，属于球状蛋白质，如血浆清蛋白、球蛋白、肌红蛋白，球状蛋白的疏水基多聚集在分子的内部，而亲水基则多分布在分子表面，因而球状蛋白质是亲水的，更重要的是，多肽链经过如此盘曲后，可形成某些发挥生物学功能的特定区域，例如酶的活性中心等。四级结构：寡聚蛋白质(如血红蛋白)中亚基多肽链相互之问的空间排列。蛋白质的更高级结构可装配成巨大的超分子复合物。例如微管和肌肉。象血红蛋白、质子ATPase等只有维持其稳定的四级结构才能发挥相应有生物学功能。