生物物理课后作业Word文件下载.docx
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例如血红蛋白质。
它是由两个由141个氨基酸残基组成的α亚基和两个由146个氨基酸残基组成的β亚基。
四个亚基间共有8个非共价键，维系其四级结构的稳定性。
各个亚基间相互作用与接触部位的布局所形成的立体排布，二个单体呈对角排列，形成特定的空间位置关系。
它们之间以非共价键（包括氢键、疏水作用和盐键等）相连结。
2.举例说明蛋白质的变构效应。
T型Hb分子第一个亚基与O2结合，引起构象变化，并引起第二、三、四个亚基与O2的亲和力依次增高，Hb分子构象由T型变为R型。
Hb随红细胞有血循环中往返肺（氧分压高，T型转变为R型）及其它组织（氧分压低，R型转变为T型）之间，Hb的T型与R型不断变化。
3.什么是超二级结构和结构域？
在蛋白质结构中，常常发现两个或几个二级结构单元被连接多肽连接起来，进一步组合成有特殊的几何排列的局部空间结构，这些局域空间结构称为超二级结构。
结构域：
由几个motifs结合排列或由一条长的多肽链折叠形成蛋白质亚基结构中的紧密球状的结构区域，它也是蛋白质的一个功能单位。
4.下载至少一种蛋白质（如：
血红蛋白）的PDB。
使用PDBViewer等软件观察蛋白质结构特点。
两种球蛋白（Glubulin）
生物物理作业三
一、常用的蛋白质分离纯化方法有哪几种？
各自的原理是什么？
答:
常用的方法有：
透析和超过滤、等电点沉淀、有机溶剂提取法、电泳、离子交换层析等。
1、透析和超过滤：
透析是利用蛋白质分子不能透过半透膜地性质,使蛋白质和其他小分子物质如无机盐,单糖,等分开.超过滤是利用压力或离心力,强行使水和其他小分子溶质通过半透膜,而蛋白质被截留在膜上,以达到浓缩和脱盐的作用。
2、等电点沉淀：
每种蛋白质都有自己的等电点,而且在等电点时溶解度最低。
3、有机溶剂提取法:
与水互溶的有机溶剂（如甲醇、乙醇）能使一些蛋白质在水中的溶解度显著降低;
而且在一定温度、值和离子强度下,引起蛋白质沉淀的有机溶剂的浓度不同,pH因此,控制有机溶剂的浓度可以分离纯化蛋白质。
4、电泳：
在外电场的作用下,带电颗粒（如不处于等电点状态的蛋白质分子）将向着与其电性相反的电极移动,这种现象称为电泳。
聚丙烯酰胺电泳是一种以聚。
5、离子交换层析是以离子交换剂为固定相,依据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时结合力大小的差别而进行分离的一种层析方法。
二、什么是核酸？
怎样分类？
各类中包括哪些类型？
核酸是由许多核苷酸单元所构成的高分子化合物.基本结构单位是核苷酸.核酸的分类就是根据所含戊糖种类不同而分为核糖核酸和脱氧核糖核酸.
核糖核酸（RNA）含有的戊糖是核糖，含有的杂环碱有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶.脱氧核糖核酸（DNA）含有的戊糖是2-脱氧核糖，含有的杂环碱有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶。
三、DNA双螺旋结构模型的主要特点是什么？
主要特点：
1、两条反向平行的DNA链，沿着一个轴向右盘旋成双螺旋体。
2、嘌呤与嘧啶碱位于双螺旋的内侧.磷酸与核酸在外侧,彼此通过磷酸二酯键相连接,形成DNA分子骨架。
3、双螺旋的平均直径为2nm两个相邻的碱基对之间相距的高度,即碱基堆积距离为0.34nm两个核苷酸之间的夹角为36度d两条核苷酸链依靠彼此碱基之间形成的氢键相连系而结合在一起e碱基在一条链上的排列顺序不受任何限制。
4、双螺旋体一般不单独存在，而是与蛋白质以更复杂的形式结合，形成具有各种生理活性的核蛋白。
四、维持DNA分子双螺旋结构的力是什么？
主要是碱基堆积力，还有氢键，疏水作用，离子键。
5、为什么DNA制品应保存在较高浓度的缓冲液或溶液中？
高浓度的溶液离子强度越低，一般来说离子强度较低的介质中，DNA的熔解温度较低，熔解温度范围较宽。
所以DNA应该保存到较高浓度的缓冲液或溶液中。
生物物理作业四
一、稳定蛋白质分子三维结构的作用力主要有哪些？
氢键、范德华力、疏水作用、静电作用、
二、根据蛋白质荧光特性，可将其分为哪几类?
各有何特点？
可分为三类：
（1）、只含酪氨酸，不含色氨酸，荧光特性与酪氨酸相同。
（2）、含酪氨酸和色氨酸，荧光特性与色氨酸相似。
（3）、只含苯丙氨酸，荧光特性与苯丙氨酸相同。
三、球蛋白分子运动类型主要有哪些？
（1）、局部运动：
生物大分子中原子涨落，氨基酸残基侧链运动，环与臂位移。
（2）、刚体运动：
螺旋、结构域、亚基的运动。
（3）、大尺度运动：
蛋白质分子开闭的涨落、折叠与去折叠运动。
（4）、集体运动：
弹性体方式、偶联的原子涨落、孤子与其它非线性运动。
四、简述免疫球蛋白结构域之间绕铰链作刚性运动特性。
多域蛋白质中，结构域之间通过空间结构松散灵活的伸展肽连接。
由于化学上牢固结合，空间结构松散，每个结构域可作为刚性的单位，作较大幅度相对自由运动。
铰链连接肽的构象变化不大。
五、什么是蛋白质工程？
其研究主要内容是什么？
根据蛋白质结构研究结果，设计一个新蛋白质的氨基酸序列，通过修饰编码原蛋白质DNA序列，最后创造出新的蛋白质叫做蛋白质工程。
研究主要内容包括在体外改造已有的蛋白质，化学合成新的蛋白质，通过基因工程手段改造已有的或创建新的编码蛋白质的基因去合成蛋白质等。
为获得的新蛋白具备有意义的新性质或新功能，常对已知的其他蛋白质进行模式分析或采取分子进化等手段。
对现有蛋白质的改造，蛋白质构象预测，新蛋白质设计，以蛋白质为靶的药物设计等。
主要分为两部分：
分子设计和分子工程。
六、简述PCR基本原理。
1、双链DNA热变性产生两条单链，作为酶促合成的模板。
2、在较低温度下与两个人工合成的寡聚脱氧核糖核苷酸引物退火。
3、通过DNA聚合酶进行扩增反应，合成模板的互补链。
4、扩增结束后再经热变性、退火和扩增反应，使上轮扩增产物DNA成为追加模板再合成新的互补链。
5、循环往复，经过20-30个反应周期，可使微量DNA模板经过扩增2n倍，（n为反应周期数）。
6、获得足够量的产物，产物长度根据引物设计的部位不同而不同，从几十到数千个碱基对。
七、什么是分子伴娘？
简述分子伴娘的主要功能和作用模型。
在动物、植物、细菌以及人类体内存在，分布广泛的蛋白质称为分子伴娘。
主要功能：
1、蛋白质的生物合成：
蛋白质N端在C端之前合成，如果合成的速度比折叠速度慢，N端在C端合成之前会与其本身或其它分子发生相互作用，在分子伴娘的作用下，可避免错误的快速折叠发生。
2、蛋白质的转运：
新合成蛋白质出入各种细胞器的跨膜转运，通常以非折叠状态运输，定位后再折叠，在膜两侧必须有介导折叠和非折叠的分子伴娘协助。
3、蛋白质功能的发挥：
各种多聚体蛋白复合物正常功能发挥涉及亚基与亚基的相互作用变化，亚基接触区常会短暂暴露，在分子伴娘帮助下才能形成正常功能的多聚体结构。
4、细胞器的发生：
有些多肽由胞浆核糖体合成后再进入细胞器，再与细胞器内合成的其它多肽相互作用形成有活性的多聚体结构。
新合成的蛋白亚基定位于某一细胞器之前，它们的结合倾向必须依靠分子伴娘的调节。
5、应激反应：
环境的压力常导致细胞内蛋白质变性形成失活的不溶性凝聚物。
分子伴娘在动物细胞中防止凝聚物的出现或促进凝聚物解离。
作用模型：
分子伴娘作用于组装前的单体的折叠，组装过程本身并不依赖分子伴娘。
与分子伴娘结合后自由能会发生变化，严格的自装配不需要分子伴娘，辅助的自装配需要分子伴娘与装配。
生物物理作业五
1、生物膜的基本结构特征是是什么？
这些特征与它的生理功能有什么联系？
基本结构特征：
膜脂（磷脂、糖脂和固醇）、膜蛋白（整合蛋白、外周蛋白）、膜糖类（中性糖、氨基糖）。
磷脂双分子层：
细胞的主体架构，将细胞内外分开，维持个体独立性
膜蛋白：
一部分作为运输通道用于运送离子（K,Na等），另一部分作为支撑用（与磷脂一起构成骨架结构）
膜糖类：
用于细胞识别，常用于免疫过程中吞噬细胞识别异己物质
2、简述内在蛋白和外在蛋白的定义、特点以及与膜脂作用的方式。
整合蛋白（内在蛋白）
1、定义：
以不同深度镶嵌在脂质双分子层中，有些还横跨全膜的跨膜蛋白叫作整合蛋白。
2、特点：
整合蛋白与膜结合牢固，只有用剧烈条件：
如表面活性剂或有机溶剂破坏膜结构时，才能从膜上分离。
但分离后常失去正常构型。
去掉有机溶剂或表面活性剂时，整合蛋白能再聚合为水不溶性或与脂类形成膜结构。
3、作用方式：
大多数整合蛋白不溶于水，其疏水区域与脂双层中脂类分子疏水尾部相互作用亲水区域暴露在膜一侧或两侧表面。
外在蛋白（外周蛋白）
大多数为水溶性的，通过与整合蛋白或脂类分子极性头部静电相互作用，而结合于膜内、外表面的蛋白质叫作外周蛋白。
外周蛋白与膜结合比较疏松，用温和方法在不破坏膜结构情况下可将其分离（如：
增加pH，或离子强度）。
外周蛋白并不直接嵌入到细胞膜内，而是作为一种可溶性蛋白通过盐键，二硫键等于内在蛋白、脂和糖相连接。
3、从生物膜结构模型的演化说明人类对生物膜结构的认识过程？
一共经过了5个阶段
1、脂质双分子层模型：
1895年，Overton发现易溶于脂肪的物质容易穿透膜，1902年提出质膜由一层连续的脂类物质组成。
1917年，Langmuir通过展层实验，提出脂单层设想。
1925年，Gorter和Grendel研究红细胞质膜，首次提出质膜的基本结构是双脂分子层。
2、Davson-Danielli模型：
1935年提出“蛋白质-脂质-蛋白质”三明治式细胞膜分子模型。
1954年Danielli加以修改。
3、单位膜模型：
50年代末60年代初，英国伦敦大学Robertson在电镜下对各种生物膜进行观察，发现这些膜都呈三层式结构，中央为明线，两侧为暗线，明线厚约3.5nm，暗线厚约2nm，总厚约7.5nm。
4、流动镶嵌模型：
1972年Singer和Nicolson提出。
强调膜结构流动性
生物膜中各种化学组分是高度不对称的。
膜蛋白分子以镶嵌形式不同程度地与脂双层相结合，象一群孤岛一样无规则分散在脂质的海洋中，表面出分布的不对称性。
脂双层中的内外两层脂类分子在分布上也是不对称的。
5、脂筏模型：
由鞘磷脂和胆固醇构成，非离子去垢剂不溶解。
4、简述细胞融合实验及现象。
将人细胞用红色荧光标记将小鼠细胞用绿色荧光标记；
然后通过某种方法（如可以用电流刺激或用灭活的仙台病毒处理）使2个细胞融合为1个杂交细胞；
刚融合时杂交细胞是一半红（来自人的细胞膜）一半绿（来自小鼠的细胞膜）的；
在37℃下培养40分钟后再观察会发现红色和绿色的荧光混杂在一起无法区分。
细胞膜上的膜蛋白在膜脂分子双层内可以水平侧向运动。
生物物理作业（六）
一、细胞的跨膜物质运输有哪些方式？
（一）被动运输：
指物质从高浓度一侧向低浓度放向的跨膜转运，这是一个不需要外界供给能量的自发过程。
分为简单扩散和协助扩散。
1、简单扩散：
小分子物质沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散，不需要提供能量，没有膜蛋白的协助。
2、协助扩散：
指各种极性分子和无机离子顺浓度梯度或电化学梯度减小放向的跨膜转运。
不需要细胞提供能量，但在特异的膜蛋白的协助下，可使转运效率增加，转运的特异性增强。
（二）主动运输：
有载体蛋白所介导的物质逆着浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向浓度高的一侧进行跨膜转运的方式。
需要能量，有钠钾泵、钙泵、质子泵、ABC转换器。
（三）协同运输：
协同运输是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。
物质跨膜运输所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，二维持这种电化学势的是钠钾泵和质子泵。
1、同向运输：
指物质运输方向与离子转移方向相同。
2、对向运输：
指物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反。
（四）内吞与外排作用，需要能量。
1、内吞作用：
当细胞提取大分子或颗粒时，首先被摄入附着细胞表面，被一小部分质膜逐渐的包围，质膜凹陷然后分离形成细胞内的小囊，其中包含有被摄入的物质。
内吞物质为固体称为吞噬作用：
内吞物质为液体或溶质，称为胞饮作用。
2、外排作用：
大分子物质通过形成小囊泡从细胞内部逐步移至细胞表面，小囊泡的膜与质膜融合，将物质排出细胞。
二、比较主动运输与被动运输的特点及其生物学意义？
主动运输是又载体蛋白质所介导的物质逆着浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向浓度高的一侧进行跨膜转运的方式，其特点：
1、逆浓度梯度（或化学梯度）扩散，2、需要提供能量（由ATP直接供能）或与释放能量的过程偶联（协同运输），并对代谢毒物敏感3、都有载体蛋白，依赖于膜运输蛋白，4、具有选择性和特异性。
被动运输是指物质从高浓度一侧向低浓度一侧的跨膜转运，分为简单扩散和协助扩散，特点是：
1、沿浓度梯度（或化学梯度）扩散，2、不需要提供能量，3、在简单扩散方式下不需要膜蛋白协助，在协助扩散方式下，存在特异的膜蛋白协助，但不需要细胞提供能量。
生物学意义：
主动运输这种物质出入细胞的方式，能够保证活细胞按照生命活动的需要，主动的选择呼吸所需要的营养物质，排出新陈代谢产生的废物和对细胞有害的物质。
被动运输的方式，虽然转运速度慢，但是不消耗能量，在细胞活动中节约大量能量。
这两种方式分工合作，对于维持细胞内正常的生命活动，各项生命活动都有重要意义。
三、说明
泵的工作原理和生物学意义？
钠钾泵就是钠钾ATP酶，是膜中的内在蛋白，它将细胞中的钠离子泵出细胞外，同时又将细胞外的钾离子泵入细胞内。
钠钾ATP酶是通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的改变，导致钠离子、钾离子的亲和力发生变化，在膜内侧钠离子与酶结合，激活ATP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化，构象发生变化，于是钠离子结合的部位专向膜外侧。
这种磷酸化的酶对钠离子的亲和力低，对钾离子的亲和力高，因此在莫外侧释放钠离子而与钾离子结合。
钾离子与磷酸化的酶结合后促使酶去磷酸化，酶的构象恢复原状，于是与钾离子结合的部位转向膜内侧，钾离子与酶的亲和力降低，使钾离子在膜内被释放，而又与钠离子结合，其总的结果是每一循环消耗一个ATP，转运出三个钠离子，转进两个钾离子。
钠钾泵的一个特性是它对离子子的转运循环依赖磷酸化过程，ATP上的一个磷酸基团转移到钠钾泵的一个天冬氨酸残基上，导致构象的变化，通过磷酸化来转运离子的离子泵就叫做P-lype。
它在维持细胞的渗透压、保持细胞的体积和正常生理形态低钠高钾的细胞内环境，尤其是在神经中维持静息电位等过程中有重要意义。
生物物理作业七
1、细胞的电学模型有哪些？
并联电导模型、中心导体模型。
2、叙述生物组织的阻抗特性。
在低频电流下，生物组织具有复杂的电阻性质。
有的表现为欧姆电阻，即在一定范围内，其电压、电流呈线性关系；
有的呈非线性关系，其中还有对称性和非对称性。
如细胞的变阻作用等效为对称元件，细胞的整流作用则为非对称元件。
生物阻抗与生物机体或组织的体积变化有关。
人体各组织和器官电阻率各不相同，同一组织器官的机能状态不同，电阻抗也不同。
生物器官、组织因生命活动而伴有容积变化时，在生物体表可测得生物阻抗相对变化，称为生物器官和组织的阻抗图，如脑阻抗图、心阻抗图、肺阻抗图、肾阻抗图、肝阻抗图等。
各阻抗图均可定义各自的特定参数，可用于临床判断正常与病变器官组织。
三、叙述生物水的介电特性。
生物体内，水不仅提供细胞的生存环境，还很大程度上决定着生物大分子构象和功能，影响生命活动中物质输运、能量转换和信息传递过程。
1、水的偶极矩为1.84D。
（1D=3.338×
10-30C·
m）
2、水分子O—H键角为104.5°
，氢和氧原子平均间距0.0957nm。
3、水分子具有质子施主的能力，能与其它水分子、离子或生物大分子极性基团间形成氢键。
4、液态水氢键能为18.83KJ/mol。
氢键平均寿命10-11秒。
5、水分子与其它离子或生物大分子之间以氢键相联系形成某种结构，这种状态的水为结构水。
生物物理作业八
1、叙述电压钳的技术原理。
控制跨膜电位，用负反馈线路将膜电位固定在实验希望的标定值，同时测量膜电流变化，再以电压与电流之比求出电导变化，用离子通道电导特性变化来描述生物膜电导的变化。
根据简化电缆模型，一小片膜的等效电路如
图所示，因为
所以
令
，即
得出
只要固定膜电位不变，使膜电容电位为0，则膜总电流等于离子电流。
2、叙述离子置换法分离离子电流的原理。
用胆碱离子置换细胞外液中的
以排除
与
，果然得到了纯净的
流，然后将总电流减去
流，即可得到纯
流。
即
三、什么是Nernst方程？
其符号代表的意义是什么？
离子扩散通量；
离子浓度梯度；
电场强度；
离子带电量；
扩散系数；
Faraday常数；
绝对温度；
普适气体常数；
离子浓度。
四、什么是Goldman方程？
为静息电位，
表示相应离子的跨膜通透能力，
为Faraday常熟，
为绝对温度，
为普适气体常数，
为细胞内，
为细胞外。
五、叙述产生静息电位的离子机制。
（1）、细胞内、外离子的分布不均衡；
（2）、膜上离子通道对离子具有不同的通透性；
（3）、生电性钠泵的作用。
六、叙述动作电位产生的离子机制。
静息时，由于细胞内液和外液中存在有各种离子的浓度差，且膜对这些离子的通透性不同。
当轴突膜受到电刺激时，膜产生去极化，使得膜对K+、Na+的通透性和电导发生变化。
首先是Na+通道激活，膜产生去极化，Na+离子开始进入膜内，同时膜进一步去极化，大量Na+离子涌入膜内，膜电位骤增，由负变正，逼近Na+的平衡电位，出现了超射，构成了动作电位的上升相。
随后Na+通道在峰值时失活，同时K+通道激活，钾离子外流逐渐超过钠离子内流。
膜电位下降使膜复极化，构成了动作电位的下降相。
最后，依靠膜上的钠钾泵来完成排Na+摄K+的任务，维持膜内外离子的浓度差，从而使膜电位恢复到静息水平。
生物物理作业九
一、试画出神经动作电位图，指出静息期和动作期、钠电流居主导期和钾电流居主导期。
图中上升段前面的水平段是静息期，上升段和下降段是动作期，上升段为钠电流居主导期，下降段为钾电流居主导期。
2、海兔巨神经细胞的内外主要离子浓度（mmol/L）为
[K+]。
10[Na+]。
485[Cl-]。
485
[K+]i280[Na+]i61[Cl-]i51
求：
（1）K+、Na+和Cl-的Nernst平衡电位。
（2）是否有一跨膜电位可使所有离子均处于平衡中。
（3）如细胞的静息电位为—49mV，哪些离子处于平衡中，哪些离子未处于平衡且向哪个方向运动？
为什么?
（1）
（2）没有一跨膜电位使所有离子处于平衡状态。
（3）都不处于平衡状态。
钾离子内流，钠离子外流，氯离子外流。
3、蛙肌肉神经细胞的内外离子浓度（mmol/L）为
2.2[Na+]。
109[Cl-]。
77
[K+]i124[Na+]i4[Cl-]i1.5
假设Cl-的通透率为K+的10%，Na+的通透率为K+的1%，试使用Goldman方程计算其平衡电位。
4、海兔巨神经细胞的内外主要离子浓度（mmol/L）为
12[Na+]。
480[Cl-]。
490
对于静息膜，它们间的通透率之比为
。
试利用Goldman方程导出细胞静息电位适合的数学表达式。
利用Goldman方程：
和在静息时，这三种离子的通透系数之比为
代入恒场方程求得的静息电位值与试验值一致。
所以将上式改为：
因为
的值很小，钠离子和氯离子对静息电位的贡献很小仅几毫伏，同常忽略不计，因此，Nernst式便成为计算静息电位的基本公式。
又因为细胞两侧离子浓度是由于膜上钠钾泵作用的结果，钠钾泵不断的将细胞外的钾离子泵入膜内，同时又将钠离子从膜内泵出膜外，从而维持了细胞膜两侧离子的浓度差，保持了钾离子浓度的动态平衡。
可以将上式改写为：
即细胞静息电位适合的数学表达式。
5、磁场的生物效应有哪些特点？
非特异性、温和性、可逆性、双相性。
生物物理作业十
一、神经元的主要结构是什么？
神经元的主要结构是细胞体和突起。
细胞体表面有细胞膜，内有细胞质和细胞核。
突起有树突和轴突。
二、什么是受体、配体、神经受体？
受体有什么基本特性？
受体：
在胞膜、胞浆及核中对特定生物活性物质具有识别、能与之结合并产
生生物效应的分子被称为受体。
配体：
与受体有选择性结合的生物活性物质称为配体。
神经受体：
神经元上的受体称为神经受体。
受体的基本性质：
高亲和性、高特异性、饱和性、可逆性、竞争性。
三、简述离子通道的功能特征和分子的结构特征。
离子通道的功能特征：
离子通道的功能部分由孔道、门和受体组成。
在神经细胞膜上至少有5种钾离子通道、3种钠离子通道和3种钙离子通道。
钠离子通道在传导神经动作电位中起关键作用。
它是所有各类通道中第一个被确定其氨基酸顺序的。
具有功能作用的钠离子通道是一个蛋白质分子，长度约为nAchR亚单位链长的4倍。
通常认为闸控机制有三种方式：
1、孔道内的一处被闸住（如电压门控Na离子和K离子通道）。
2、全孔道
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