中科院化学生物学期末复习 试卷 复习重点.doc

名词解释试卷中的1 乙酰辅酶A：生物大分子的代谢中间物，一种活泼的二碳化合物。其在氧化生成CO2和H2O的过程中生成NADH,FADH2，通过氧化磷酸化过程生成大量ATP。2核酶：具有催化功能的RNA分子，其化学本质为核糖核酸，但具有酶的催化活性。与蛋白酶相比，催化效率较低，是一种较原始的催化酶。3生物电子等排体：电子结构相似的原子、离子、分子，以及具有相似立体和电子构型的基团，它们具有相似的物理及化学性质的基团或取代基，会产生大致相似、相关或相反的生物活性。 4分子自组装：分子之间依靠分子间相互作用，自发的结合起来，形成分立或伸展的超分子。5MALDI-TOF-MS：基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱，一种生物质谱仪，常用飞行时间作为质量分析器。原理是用激光照射样品与基质形成的共结晶薄膜，基质从激光中吸收能量传递给生物分子，而电离过程中将质子转移到生物分子或从生物分子得到质子，而使生物分子电离的过程，适用于混合物及生物大分子的测定。6C60/富勒烯：是一种由60个碳原子构成的稳定分子，形似足球，又名足球烯。它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形。其相对分子质量约为720。7双亲分子：兼性分子，包括一个亲水性的头部和一个疏水性的尾部，如：磷酸分子。能在水溶液中自动形成双分子层结构，使疏水尾部埋于内部，亲水集团露在水面。 8组合技术：组合技术是通过平行合成、高通量表征方式，在短时间内获得大量化合物形成材料库并进行筛选的技术。9分子探针：以分子杂交为基础的技术均用探针（probe）来检测具有互补序列的核酸序列。探针既可以是克隆的或PCR扩增的DNA分子，也可以是人工合成的寡聚核苷酸或经体外转录的RNA分子。10手性力：即对称力、螺旋力。 手性（chirality): 如果一个分子的镜像结构不能与这个分子本身重合，这个分子就是一个手性分子.11 构效关系SAR：构效关系指的是药物或其他生理活性物质的化学结构与其生理活性之间的关系，广义的构效关系研究的对象则是一切具有生理活性的化学物质，包括药物、农药、化学毒剂等。 定量构效关系 QSAR: Hansch分析， 三维定量构效关系。12单细胞检测/单分子检测：即单分子水平上的生物分子研究，从而揭示生物大分子的结构和功能,是一种考察细胞系统内动力学变化、表面结构以及物质相互作用的精妙方法。其两种主要研究方法是STM和AFM。13分子开关:指通过激活机制或失活机制精确控制细胞内一系列信号传递的级联反应的蛋白质。细胞内信号传递作为分子开关的蛋白质可分两类：一类开关蛋白（switch protein）的活性由蛋白激酶使之磷酸化而开启，由蛋白磷酸酯酶使之去磷酸化而关闭。另一类主要开关蛋白由GTP结合蛋白组成，结合GTP而活化，结合GDP而失活。 14分子识别：是指分子选择性相互作用，例如抗体与抗原之间，酶与底物之间，激素与受体之间的专一结合。分子识别是通过两个分子各自的结合部位来实现的。要实现分子识别，一要求两个分子的结合部位是结构互补的，二要求两个结合部位有相应的基团，相互之间能够产生足够的作用力，使两个分子能够结合在一起。分子识别是一中普遍的生物学现象。糖链、蛋白质、核酸和脂质各自间以及他们相互之间都存在分子识别。15生物钟：能够在生命体内控制时间、空间发生发展的质和量叫生物钟，它实际上是生物体生命活动的内在节律性，由生物体内的时间结构序所决定。17肽核酸：一类以多肽骨架取代糖磷酸主链的DNA类似物。18STM:Scanning Tunneling Microscope,扫描隧道显微镜,是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子。 AFM:Atomic Force Microscope，即原子力显微镜，它是继扫描隧道显微镜之后发明的一种具有原子级高分辨的新型仪器， 与STM相比，由于能观测非导电样品，因此具有更为广泛的适用性。这两种主要的单分子研究方法。 19组合化学：组合化学是一项新型的将化学合成、组合理论、计算机辅助设计及机械手结合一体的化学技术，它利用一系列合成、测试技术，在短时间内合成数目庞大的有机化合物，经过高效生物活性筛选，从中发现一批具有活性的药物前体。20光学异构体：又称旋光异构体，含有至少一个不对称原子，具手性。它们的空间结构是左手和右手的关系，彼此互相呈左右体，由于分子链上不对称原子所带基团的排列方式不同导致旋光方向不同。21先导化合物：指通过生物测定，从众多的候选化合物中发现和选定的具有某种药物活性的新化合物，一般具有新颖的化学结构，并有衍生化和改变结构发展潜力，可用作研究模型，经过结构优化，开发出受专利保护的新药品种22分子逻辑器件：将逻辑语言应用于分子，利用分子具有的特定的构型、电性、立体结构、亲水性等特征来控制反应的进行与否、物质转运与否等过程。其机制就像数学中的不同的逻辑符号“and、or”控制不同程序一样，具有这种功能的分子叫做分子逻辑器件。23.化学键：分子或原子间相互吸引而连接起来的一个概念,表明各原子间因电子配合关系而产生的相互结合. 通常可分为离子键, 共价键和金属键三种。24.生物调控：指通过良种选育、杂交育种，应用遗传与基因工程技术，创造出转化效率高、能适应外界环境的优良物种，达到对资源的充分利用。包括物理作用、化学作用、生物作用等。25.超分子体系：超分子化学是关于分子间通过非共价键合专一性识别、反应、输运、调控等过程的学科。超分子体系是由两个或两个以上的分子通过分子间超分子作用联接起来具有一定结构和功能的实体或聚集体。26.辅酶:又叫辅因子，是一类可以将化学基团从一个酶转移到另一个酶上的有机小分子，对于特定酶的活性发挥是必要的。与酶较为松散地结合，通过透析方法可以除去，如辅酶和辅酶等。27.前药设计：前药一类体外活性较小或没有活性，体内经过酶或者非酶作用，释放出活性物质而发挥药理作用的化合物。前药设计就是通过将原药设计为前药改善原药理化性质、生物药剂学性质及药物代谢动力学性质，达到改善药物动力学、降低药物毒副作用、掩蔽药物不良气味或者使药物在特定部位吸收的目的。28.化学传感器：对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。对比于人的感觉器官，化学传感器大体对应于人的嗅觉和味觉器官。但并不是单纯的人器官的模拟，还能感受人的器官不能感受的某些物质，如H2、CO。39.H键：属分子间作用力. 化合物的分子通过它的H原子与同一分子或另一分子中含有未共用电子对的“电负性”相当大而原子半径较小的原子(O,N,Cl,F)联系而成的键.它在DNA结构中起重要作用。30.定向进化技术：指通过人为创造特殊的进化条件，模拟自然进化机制（随机突变、基因重组、自然选择），对生物进行改造并定向选择所需性状的技术。DNA改组是目前最方便、有效的一种分子水平的体外定向进化技术，该技术同倾向错误PCR 相结合，通过对单基因或相关基因家族的靶序列进行多轮随机诱变、重组和高通量的筛选，可以有效富集正突变，去除负突变，提高突变文库的丰度，从而创造新基因和获得期望功能的蛋白质。PPT中给出的名词解释：1. 自杀基因（suicide gene），是指将某些病毒或细菌的基因导入靶细胞中，其表达的酶可催化无毒的药物前体转变为细胞毒物质，从而导致携带该基因的受体细胞被杀死，此类基因称为自杀基因。2. 生物转化(biotransformation)：机体将一些内源性或外源性非营养物质进行化学转变，增加其极性(或水溶性)，使其易随胆汁或尿液排出，这种体内变化过程称为生物转化(biotransformation)。3. 固相合成：就是使用固态的惰性聚合物作支点或依靠, 在其上进行合成反应, 所得到最终产物可用化学或光化学方法与作为支点的聚合物脱离。4. 分子受体：通过共价键结合的有机结构，它有能力通过分子间各种相互作用力选择性地结合离子或分子底物（或两者同时发生，从而形成两个或更多物种有序体，即超分子。5. 受体：是指激素和神经递质作用的靶，它们在细胞间转换信号。广义的受体包括所有的生物大分子，如激素和神经递质的受体、酶、其它蛋白质和核酸。6. 软药：一类本身有治疗作用或生物活性的化学实体，当在体内起作用后，经过预料的和可控的代谢作用，转变成无活性和无毒的化合物。（特点：代谢作用一般是一步反应，生物半衰期短，容易代谢失活。目的：药物起效后，即刻经过简单的代谢转变成无活性或者无毒的物质，减少毒副作用，提高治疗指数和安全性）7. 有序分子组装体: 分子通过各种相互作用形成有序结构并具有特定性能8. 反义核苷酸：能够与DNA 或信使RNA发生特异性结合，分别阻断核酸的转录或翻译功能，阻止与病理过程相关的核酸或蛋白质的生物合成。这种可与DNA或信使RNA结合的互补链称作反义寡核苷酸。9. 类似物设计（analog design）：以现有药物或者具有生物活性的物质为先导物，按照预先的设想经过结构修饰或改造，从而获得疗效比先导物更好、毒性更小的新药。10. 前药 Prodrug：一类体外活性较小或没有活性，体内经过酶或者非酶作用，释放出活性物质而发挥药理作用的化合物。11. 软药 soft drug：一类本身有治疗作用或生物活性的化学实体，当在体内起作用后，经过预料的和可控的代谢作用，转变成无活性和无毒的化合物。12. 间接药物设计：从一系列有一致活性的化合物中找出结构、性质与生物活性之间的定量关系，进而预报新的化合物，指导新药设计。13. 对接(docking) 当受体三维结构已知时，可以根据形状互补、性质互补的原则将配体放置在受体的活性部位，使之形成有利于相互作用的配体受体复合物。14. 靶向制剂/靶向给药系统（targeting drug system TDS）：载体将药物通过局部 给药或全身血液循环而选择性地浓集定位于靶组织、靶器官、靶细胞或细胞内结构的给药系统。15. 生物传感器：biosensor，对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（如酶、抗体、抗原等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。简答题试卷：一. 糖尿病有何危害性？请列举糖尿病的主要类型及可能代谢原因？并从化学生物学角度指出有何途径可降低血糖？若研发一种糖尿病治疗药物，请列出从先导化合物到药物上市的基本过程？答：糖尿病的危害性，它是一种常见的内分泌疾病，是由于人体内胰岛素绝对或相对缺乏而引起的血中葡萄糖浓度升高，进而糖大量从尿中排出，并出现多饮、多尿、多食、消瘦、头晕、乏力等症状。进一步发展则引起全身各种严重的急、慢性并发症，威胁身体健康。糖尿病通常分为1型糖尿病和2型糖尿病两种。1型糖尿病病因：自身免疫系统缺陷。2型糖尿病是胰岛素不能有效发挥作用(与受体结合含量少)所致。血糖在体内的代谢途径很多，来源有体外摄取、肝糖原分解以及非糖物质糖异生转化，而消耗途径则有氧化分解供能、合成肝糖原肌糖原、转化为其他营养物质或者其他糖类。胰岛素参与各个代谢途径调节血糖浓度，当调节失衡时，葡萄糖在血液中大量存在，人体却不能顺利的吸收利用，最终大量的葡萄糖从尿液排出。1型糖尿病患者会产生异常的抗体损伤人体胰岛分泌胰岛素的细胞，使之不能正常分泌胰岛素，导致血糖代谢失调，造成糖尿病。2型糖尿病有一定的遗传、人种、年龄等因素的影响，但主要因素是环境，最常见的是肥胖，过多的摄取，导致营养过剩，血液内长期存在大量葡萄糖，身体对胰岛素的敏感性逐渐降低，血糖升高，导致糖尿病。要降低血糖就得从其代谢途径入手，最直接的便是提高患者体内的胰岛素含量或者增加受体敏感性。也可用能减少肝脏输出葡萄糖的能力的药物，可帮助肌肉细胞、脂肪细胞和肝脏从血液中吸收更多的葡萄糖，从而降低血糖水平。此外，也可使用能抑制人体消化道对糖类吸收的药物。二、 请简述药物化学中的重要概念“构效关系”及“靶向运输”？并进一步解释药物的靶向性对于癌症治疗的重要意义？(10分）答：构效关系指的是药物或其他生理活性物质的化学结构与其生理活性之间的关系，广义的构效关系研究的对象则是一切具有生理活性的化学物质，包括药物、农药、化学毒剂等。靶向运输：载体将药物通过局部给药或全身血液循环而选择性地浓集定位于靶组织、靶器官、靶细胞或细胞内结构。目的:提高药效，降低毒副作用，提高药品的安全性、有效性、可靠性和患者的顺从性。分类：被动靶向制剂，主动靶向制剂，物理化学靶向制剂。癌症治疗中，如果直接使用无靶向针对性的生长干扰药物，容易对健康细胞造成伤害，由于癌细胞的顽固和转移性，给药往往得不偿失。而通过研究恶性肿瘤细胞内的信号转导、细胞凋亡的诱导、血管生成以及细胞与胞外基质的相互作用等，以一些与肿瘤细胞分化增殖相关的细胞信号转导通路的关键酶作为药物筛选靶点,发现选择性作用于特定靶位的高效、低毒、特异性强的新型抗肿瘤药,既可以有效追踪消灭癌细胞有能避免对健康细胞的杀伤，因此药物靶向性对癌症治疗具有重要意义。三、 身体健康是人类美好生活的基础。若你想研发一种抗衰老药“不老丹一号”，请列出从先导化合物到药物上市的基本过程？(10分）1. 基础研究（运用先进技术发现新化学实体）和可行性分析（如何生物模型？如何进行结构改造和优化？考察基础研究成果的可靠性、有效性以及适应市场的价格能力。）2. 项目研究（确定一个新的化合物是否具备进入临床试验的条件） 1)一般药学研究：药物化学，药物制剂，药物活性，质量标准 2)临床前药理研究：药效学，药物代谢动力学，毒理学3临床研究与评价（以人体为对象，研究药物在人体内作用规律以及人体与药物之间的相互作用过程。对新药的安全和有效性做出评价，促进新药开发，推动药物治疗学发展，指导临床合理用药。） 1)临床药理研究与评价的项目 2)临床四期研究与评价四、 如果想开发一种抗HIV的新药，列出从先到化合物到药物上市的主要过程和目的。（10分） 抗艾滋病药物齐多夫定的半衰期较短，且不易渗入脑组织。如用1,4-二氢1-甲基烟酸将其糖上第5位羟基酯化，则因增高脂溶性而有利于渗入脑内，更因在体内经酯酶水解作用逐渐进行，可起长效作用，最终在体内水解为齐多夫定而发挥治疗艾滋病的作用。 五、请解释中国“天人合一”古典思想中表达的人与自然要和谐相处的重要性？请从化学生物学和环境学等角度进行说明。（5分）六、请从化学生物学等角度分别简要说明下列中国古典思想中表达的人与自然/环境要和谐相处的重要性和合理性：1）“天人合一”；2）“日出而作，日落而息”。（10分）答：（1）天人合一：“天人合一”是中国古典哲学的根本观念之一，“天人合一”有两层意思：一是天人一致。宇宙自然是大天地，人则是一个小天地。二是天人相应，或天人相通。是说人和自然在本质上是相通的，故一切人事均应顺乎自然规律，达到人与自然和谐。 从环境学来说：人类的生存和发展必须与整个地球及其宇宙环境的能量转换、物质循环和动态平衡相协调。在把握人类社会与自然界相互作用的基础上，来实现人类发展与地球进化的高度协同，避免过度的资源滥用和环境破坏，使个人、社会和全人类都为维护我们这颗生命的行星而协调一致，由此才能获得真正的和谐与进步。 从化学生物学角度：天即物质世界。人：即生命。生命的起源来自宇宙，无机小分子向有机小分子的转变是生命形成的基础。 （2）即生物钟，它在生命体内控制时间、空间发生发展的质和量，实际上是生物体生命活动的内在节律性，由生物体内的时间结构序所决定。七、 食品安全是中国近年来的一个难言之隐。目前在市场上的转基因食品（大豆、玉米等）主要分三大类，一是抗除草剂（主要为草甘膦）转基因食品，二是抗虫（主要含Bt蛋白）转基因食品，三是抗除草剂与抗虫结合型的。草甘膦（Glyphosate）（结构见下），是由美国孟山都公司开发的除草剂，又称镇草宁、农达(Roundup)等。其对中炭钢、镀锌铁皮（马口铁）有强烈腐蚀作用，为什么？(10分） 答：羧基和磷酸根是草甘膦的主要活性基团，因此它具有强烈的金属络合性，因此会强烈腐蚀中炭钢、镀锌铁皮（马口铁）。它的除草作用主要是通过抑制EPSPS合成酶阻碍植物方向氨基酸的合成，从而除草，因此是一种非选择性的植物杀伤剂。转基因抗除草剂的作物，主要是转入高表达的EPSPS合成酶基因，产生大量的EPSPS合成酶以此来抵抗草甘膦的作用。但在这种条件下生长的转基因作物会在体内积累草甘膦，导致金属含量偏高、以及D-氨基酸含量的增加，而且草甘膦结构不易降解，无论是高温还是胃酸都难以使其分解。八、食品安全是中国政府近年来的一个难言之隐。主要有非法添加剂和化学污染物等问题。你能否从分子识别、配体受体关系等角度提出如何专一、灵敏检测它们的哲学思路？（5分） 九、请列举至少四种配体与受体作用中常见的非共价作用力并做简要解释？并从热力学第二定律角度，解释配体-受体相互作用过程中的自由能（G）、焓（H）、内能（U）、熵（S）等的变化趋势及原因？(10分）十、配体与受体作用中常见的作用力可能有：离子键，氢键，疏水作用，范德华力，偶极键甚或共价键等，请从大到小列出它们的强度顺序。另外，从热力学第二定律角度，解释配体-受体相互作用过程中的自由能（G）、焓（H）、内能（U）、熵（S）等的变化趋势及可能原因？(10分）答：离子键：指带相反电荷离子之间的相互作用。离子键属于化学键，大多数的盐，碱，活泼金属氧化物都有离子键。 偶极键：一个极性溶剂分子带有部分正电荷的正端和带部分负电荷的负端。正离子与溶剂的负端，负离子与溶剂的正端相互吸引，称为离子-偶极作用， 氢键：属分子间作用力. 化合物的分子通过它的H原子与同一分子或另一分子中含有未共用电子对的“电负性”相当大而原子半径较小的原子联系而成的键。 疏水作用是指水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏在分子内部的现象。 范德华力（又称分子作用力）产生于分子或原子之间的静电相互作用。 PPT复习：一、 谷胱甘肽的分子结构、特点、生理活性。谷胱甘肽GSH是一种含-酰胺键和巯基的三肽，由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸组成。存在于几乎身体的每一个细胞。半胱氨酸上的巯基为其活性基团（故常简写为G-SH），它有还原型（G-SH）和氧化型（G-S-S-G）两种形式，在生理条件下以还原型谷胱甘肽占绝大多数，谷胱甘肽还原酶催化两型间的互变，这种互变具有很重要的生理作用。谷胱甘肽能帮助保持正常的免疫系统的功能，机体新陈代谢产生的过多自由基会损伤生物膜，侵袭生命大分子，加快机体衰老，并诱发肿瘤或动脉粥样硬化的产生。谷胱甘肽的主要生理作用就是能够清除掉人体内的自由基，保护许多蛋白质和酶等分子中的巯基。谷胱甘肽还具有整合解毒作用，是重金属解毒剂易与某些药物（如扑热息痛）、毒素（如自由基、碘乙酸、芥子气，铅、汞、砷等重金属）等结合，并且也能解毒有机化合物，谷胱甘肽-S-转移酶能催化还原型谷胱甘肽（GSH）与一些卤化有机物、环氧化物等结合，降低环氧化物的毒性，然后在肝内进一步代谢，最后生成硫醚尿酸，从胆汁和尿液排泄，从而对机体起保护作用。它具有广谱解毒作用，不仅可用于药物，更可作为功能性食品的基料，在延缓衰老、保护视力、增强免疫力、解毒护肝、抗肿瘤等功能性食品中广泛应用。此外，还有研究发现，谷胱甘肽具有抑制艾滋病毒的功能。二、 药物的设计原理。安全，可靠和可控性是药物的基本属性。构建药物的化学结构是创建新药的起始点和主要组成部分。药物分子设计是实现新药研制的主要途径和手段。所谓药物分子设计是指通过科学的构思和理性的策略，构建具有预期药理活性的新化学实体的分子操作。药物分子设计可分为两个阶段，即先导化合物的产生和先导化合物的优化。先导化合物又称原型物，简称先导物，是通过各种途径或方法得到的具有某种生物活性的化学结构。先导物未必是可实用的优良药物，可能由于药效不强，特异性不高，药代动力学性质不合理，或者毒性较大等缺点，不能直接药用，但作为新的结构类型和线索物质，对进一步结构修饰和改造，是非常重要的。天然生物活性物质、以生物化学为基础发现先导物、基于临床副作用观察产生的先导物、基于生物转化发现先导物、药物合成的中间体作为先导物、组合化学的方法产生先导物、基于生物大分子结构和作用机理设计先导物、反义核苷酸、幸运发现的先导物导化合物只提供一种具有特定药理作用的新结构类型，作为线索物质，往往由于在药学，药效学，药代动力学的缺点或者不足，存在不良反应而不能临床应用，需要对先导物进行结构改造或者修饰，以优化上述性质。剖裂物、类似物、引入烯键、合环和开环、大基团的引入，去除或置换、改变基团的电性、生物电子等排三、 靶向药物。被动靶向制剂： 载药微粒被摄取，通过生理过程运送至肝、脾等器官（若要求达到其它的部位有一定困难）。如：脂质体、微球、纳米囊，影响这类药物分布的因素主要是微粒表面性质及微粒粒径大小。细胞水平作用机制：吸附作用、脂交换、内吞作用和融合作用。 主动靶向制剂：用修饰的药物载体做为“导弹”，将药物定向的运送到靶区，浓集发挥药效。这要求微粒通过主动靶向到达靶部位而不被毛细血管（47nm）截留，粒径不应大于4nm。物理化学靶向制剂：应用某些物理化学的方法可使靶向制剂在特定部位发挥药效。包括：磁性靶向制剂、栓塞靶向制剂、pH敏感靶向制剂。三、 衰老与抗衰老，长寿。疾病：1)疾病发展的一般规律: 环境中的物质和能(致病因子和营养物)对稳态进行微扰经过放大,不可逆转态产生新的稳态或突变/死亡.2)内源性因素(代谢, 遗传等)引起的疾病群a). 自由基损伤疾病群b). 分子结构异常和分子缺少疾病群c). 异常矿化疾病群3)外源生物因素(细菌微生物, 病毒等)入侵引起的疾病群4)外源物理因素(射线, 电磁场等)引起的疾病群5)外源化学因素(微量元素, 环境污染, 酒精, 吸烟等)引起的疾病群- 中毒性疾病群