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第19届国际生物学奥林匹克竞赛试题(9)实验A-3生物化学和细胞生物学


2009年第44卷第12期

生物学通报

53

第1 9届国际生物学奥林匹克竞赛试题(9)
实验A一3生物化学和细胞生物学4
梁前进1
(1北京师范大学生命科学学院

范六民2
北京 100875

周红章3

刘恩山


北京 100871

2北京大学生命科学学院
100101)

3中国科学院动物研究所北京

中国图书分类号:G634.91 总分:43.总时间:60 本测试的任务如下: 任务1:
min

文献标识码:E

A:B一乳糖酶活性及其抑制的研究(35分) B:B一乳糖酶相应的对抗性表达(4分) C:杀虫剂对细菌生长的相应的Ki值(4分)。 请在答案纸上解答,写在试卷上不能得分。 请确认你拿到了任务中所列的全部材料和设 备。如果缺什么,请举黄牌示意。 考试结束,请将答案纸和试卷放进信封,监考 人将收回信封。 任务1 序号
2.试管

研究B一乳糖酶的活性及其抑制 (A部分,35分) 材料和设备 数量
l 8 l l 20
图1

1.比色仪,配7个1套的杯 3.试管架 4.微量移液器(10.100“L容量) 5.微量移液器(100。1
000

微量移征器的操作

调节方法:通过旋转取液定量头(图1)设定体 积到需要的量.这在体积刻度上看出。 注意每个移液器的容量额度是一定的范围, 这在移液器上有明确标注。 用法:确保移液器吸头很好地安到了吸头固 定头上(图1)。轻缓地按压取液定量头到第1档, 保持住.将吸头竖直伸到液体2-4 mm深度。缓慢 释放取液定量头到原来的位置。将吸到液体的移 液器转移到需要接收所转移液体的管子,注意将 吸头靠近管子内壁。按压取液定量头到第l档.然 后进一步按压、将液体从吸头内彻底释放到管子。 将移液器从管子移开,通过按压吸头弹出按钮将 用过的吸头弹出到废物容器内。 比色器的操作指南- 1)将比色仪电源开关(图2)搬到ON(开的状
态)。

IzL容量)

6.微量移液器吸头(10—100斗L容量)20 7.微量移液器(100。1 000“L容量) 8.培养皿照片 9.永久记号笔 10.吸水纸(卷) 11.盛蒸馏水的废物瓶 12.用来洗涤和丢弃的容器 13.绘图纸 试剂:
标记l
A B C D E F

6 l l l 1 l 1

试剂 13-}L糖酶(I.85 mg/mL) 抑制剂(100 mm01) 青霉素C(0.54 mmoll 小瓶子 小瓶子

容器

蓝色带塞子的管子

磷酸钠缓冲液,pH7.0(10 mrn01) 蓝色带塞子的管子 CuS04一新铜素试刺 HCI(2 m01) 蓝色带塞子的管于 F1色带塞子的管于

?中国科协第19届IBO项目;北京师范大学教学建设‘j改革项日(07-04-09;07—03-01)

万方数据  

生物学通报

2009年第44卷第12期

B一半乳糖酶(p—Lactamase)通过催化下列反 应使青霉素失去活性:

+H’0二——呻

6一laclar!asc

青霉票G

盘尼西林酸

所产生的盘尼西林酸在新铜素(neocuproine) 存在下与CuSO。形成复合物。 I在这项任务中。你的工作是:
图2

比色器的顶面观

?通过绘制一个剂量一反应曲线确定给定抑 制剂的IC卯值和计算抑制剂的Ki值。 ?剂量一反应曲线的绘制方法是,在固定的底 物浓度下测量不同抑制剂存在下的B一半乳糖酶 活性变化。
问题1.A.1

遵循下列给出的操作程序。在

图3

比色器的背面观

答案纸上表1.A.1.中填人吸光值。(18分) I.准备下列反应混合物:
磷酸钠缓冲液. 试管
pH7.0 mL

2)用模式选择钮设定仪器到Absorbance mode (比色模式)(‘‘ABS”)。 3)用波长选择钮将波长调到465
nm。

抑制剂
(100 mm01)0.L

B一半乳糖酶 蒸馏水
ILL

uL

4)在一个比色杯中放人空白对照液。用吸水 纸将比色杯表面擦干净然后将比色杯放进比色皿 承载器中。轻轻地将比色杯推下到全程位置。 5)转动调零(set zero)钮,将比色器调到显示 为0。现在,仪器处于准备检测被测液体的吸光度 的状态。 引言 青霉素类是一种抗生素,在其结构中有B一内 酰胺环。这种抗生素能够杀死细菌,其机理是抑制 细胞壁的合成。然而。这些分子能够被某些细菌激

l 2 3

1.48 1.46 20 40 60 80 100 50

20 20 20 20 20 20 20

1.44



142 1.40 1.38 1.43

5 6

空白对照

Ⅱ.轻柔地混合并在室温下孵育5 min。你可 以利用壁钟或自己的手表来掌握孵育时间。 Ⅲ.加l mL的青霉素G(0.54 mm01)于每一管 中,轻柔混合。在室温下孵育10
min。

活——这些细菌合成一种酶称为B一半乳糖酶。这
些合成B一半乳糖酶的细菌对青霉素具有抗性。因 为有这样的抗性问题.受这样细菌的感染的病人 使用青霉素治病是无效的。克服这种问题的一种 方法是发展有效的B一半乳糖酶抑制剂。 B一半乳糖酶抑制剂的效果可以通过确定其 IC卯和Ki值来估计。抑制剂的IC卯的定义是能够 抑制50%的酶活性的抑制剂的浓度。抑制剂的Ki 是其对酶的结合力(亲和力)的度量。 D一半乳糖酶分析的原理

Ⅳ.加1.5 mL的CuSO。一新铜素试剂到每一管 中并轻柔混合。在室温下孵育5
min。

V.加入100¨L的HCI到每一管中并轻柔混 合,以停止显影。 Ⅵ.将比色仪设定到465
nm。

Ⅶ.使用空白对照(Blank)来设定吸光度到0。 Ⅷ.测量试管l一6的溶液的吸光值.并填入表 中。你应该求得监考人给你的读数指令来读取每

一个吸光度——举黄牌以招呼监考人。

万方数据  

2009年第44卷第12期
表1.A.1 试管
l 2

生物学通报

55

假设B一半乳糖酶对于青霉素G的Km是
吸光度 0.05

mmol。在答案纸中相应的框中写下你的答案

(保留到2位小数)。

3 4

K.=——mmol
任务1 研究D一乳糖酶的活性及其抑制 (B部分,4分) B一半乳糖酶相应的抵抗性表达

5 6

数据分析和解释
问题1.A.2

当液体培养基中生长了青霉素抗性细菌时, B一半乳糖酶就释放到培养基中。这种培养基的上 清液可以用来测定8一半乳糖酶的活性。4种不同 的生物(P,Q,R和S)可能具有青霉素抗性,获得 其培养上清,并且对每种的20斗L样品进行了p一 半乳糖酶活性检测。在465 nm测定了吸光值并给 出数值见下表:
生物


(6分)

I.计算试管1—6中2.5 mL的酶反应体系的 抑制剂的浓度[I](mm01),将这些值填到答案纸中 表格1.A.2.中。 Ⅱ.以青霉素G的水解率作为吸光值,请计算 Vi/V。,其中V。是没有抑制剂时青霉素G被B一半 乳糖酶水解的比率,而Vi是抑制剂存在时青霉素 G被p一半乳糖酶水解的比率。注意对于试管l,
V.=Vo。

吸光值 0.090 0.450 0.075 o.220


R S 表1.A.2

将这些值(保留到2位小数)填到答案纸中的 表1.A.2.中。
试管
l 2 3


[I]㈣l

对这4种生物进行了抗青霉素G的测试,方
、l、,

法是下述的培养皿圆盘状扩散分析法。 1)每种生物分别在温热的生长培养基中孵育, 并倒在一个灭菌的培养皿中。经过冷却,培养基凝
固。

5 6

2)将用不同浓度的青霉素G浸泡过的滤纸 圆片覆盖在培养基表面。 3)将培养皿温育,以使青霉素扩散开来、使生

问题1.A.3在答案纸上所附的作图纸上画 出Vi/V。对[I]的曲线。(5分) 确定抑制剂的IC卯和Ki值。 问题1.A.4通过在曲线中标上数据点来确 定IC卯值,在答案纸中相应的框中写下数值(保留 到2位小数)。(3分)

物生长。 4)对青霉素敏感的生物不能在抗生素圆盘区 域附近生长.而且在圆盘区域周围将获得清亮的 抑菌环带. 你已经得到6个(I~VI)标记的培养皿照片。 培养皿I是一个对照皿.显示没有青霉素G 时生物的均一的生长席。 培养皿Ⅱ是另一个对照皿.包含无生物生长 的培养基。 培养皿Ⅲ到Ⅳ是显示4种生物在青霉素G存 在下的生长。2.5、5、7.5、10和12.5是分别存在于 各个抗生素圆盘区的青霉素G的微升数。 问题1.B.1 观察这些培养皿。推断每个皿

IC50=——mmol
问题1.A.5通过下列等式计算抑制剂的解

离常数Ki:(3分)

IC卯=Ki[1+掣]
I、恤

其中Km是B~半乳糖酶对于青霉素G的米 氏常数(Michaelis—Menten eonstant),[S]是存在于 酶反应混合物中底物(青霉素G)的起始浓度。

中生长的是哪一种生物。将你的答案填在答案纸

万方数据  

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生物学通报

2009年第44卷第12期

蛋白质结构研究先驱——理查兹
郭晓强1
(1解放军白求恩军医学院生化教研宦

冯志霞2
2和J棣华医学院英语教研室

河北行家庄05008l

河北石家庄050081)

摘要

蛋白质空间结构是生命科学领域最重要的研究课题之一,自上世纪中叶以来已取

得一系列重大成就,许多科学家都为此发挥了重要作用,其中刚去世不久的美国耶鲁大学理 查兹教授被称为该领域的先驱。20世纪50年代.理查兹使用核糖核酸酶为材料证明了蛋白质 相互作用的专一性.20世纪60年代还阐明了核糖核酸酶的空间结构,并提出溶剂可及表面积 和内部包装等研究蛋白质折叠机制的概念.从而极大推动了蛋白质结构生物学的发展。
关键词 理查兹 蛋白质空间结构 核糖核酸酶

中国图书分类号:Q1()

文献标识码:E

蛋白质是构成生命的基本物质,同时也是生 命科学研究的重要内容之一。蛋白质由氨基酸组 成,分子量巨大,因此空间结构非常复杂,目前多 种蛋白质(尤其是跨膜蛋白质)空间结构研究仍是 科学难题之一。由于蛋白质结构是其性质和功能 的基础.因此蛋白质空间结构的阐明具有十分重 要的科学意义.进入21世纪.短短几年间就有2 次诺贝尔化学奖授予了蛋白质结构的阐明,也突 显了其重要性。许多科学家都为蛋白质结构早期 研究做出了卓越贡献.其中刚刚去世的耶鲁大学 弗雷德里克?米德尔布鲁克?理查兹(Frederic
dlebrook 1 Mid.

1925年8月19 13.理 查兹出生于美国的纽约 市,从小就对自然科学充 满了兴趣.在化学家姐姐 的启发下。年轻的理查 兹就决定献身化学领 域。1944年,理查兹从菲 利普艾斯特中学(Phillips
Exeter

Academy)毕业后

进入麻省理工学院化学系。由于当时第二次世界 大战正在进行中.因此理查兹在服完兵役后才继 续自己的学业并于1948年获得化学学士学位。为 了继续在化学方面深造.理查兹随后进入哈佛医

Richards)教授就是最著名的先驱之一:11。

核糖核酸酶的研究

岔磅摹爨芬臻皋{津牙墟浮;浮岔也摹;翠,a萍雾雾雾雾器雾番芬二雾零茸皂;≯.;芦.参器雾雾撰雾雾撰爨撰霹零雾零狃撰琴氇阻乏皋
中的表格1.B.1.中。(4分)
表1.B.1.
培养皿 Ⅲ Ⅳ 酶E的Ki V


理区域运用。下表中也显示了4种杀虫剂在每个 区域的残余浓度。
生物 地理Ⅸ域 RI Pl nmol R2 P2 5 nmol 100 nnlol R3 P3 0.45 IJ.mol 30 I.Lmol R4 P4 0.55斗mol 5.5 I.I.mol

杀虫剂

(残余浓度)


60 nlllol

问题1.C.1 任务1

在表1.C.1.中指出细菌B是否能

研究B一乳糖酶的活性及其抑制 (C部分4分)

生长于4区域的每一区域中(用、/表示)。(4分)
表1.C.1.

杀虫剂对于细菌生长的相应K值 4种杀虫剂P1~P4是细菌B生长所必需的酶 E的可逆性抑制剂。它们的K值在下表中给定。 这4种杀虫剂的每一种都在从RI~R4的不同地

地理Ⅸ域
细菌B生长 细菌B不生K

R1

R2

R3

R4

(待续)

万方数据  

第19届国际生物学奥林匹克竞赛试题(9)实验A-3生物化学和 细胞生物学
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 梁前进, 范六民, 周红章, 刘恩山 梁前进,刘恩山(北京师范大学生命科学学院,北京,100875), 范六民(北京大学生命科学学 院,北京,100871), 周红章(中国科学院动物研究所,北京,100101) 生物学通报 BULLETIN OF BIOLOGY 2009,44(12)

引用本文格式:梁前进.范六民.周红章.刘恩山 第19届国际生物学奥林匹克竞赛试题(9)实验A-3生物化学和细胞生 物学[期刊论文]-生物学通报 2009(12)


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