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简答题（1）合成由600个氨基酸残基组成的大肠杆菌某蛋白时需水解多少个磷酸酐键？ （2）蛋白质的合成为什么需要消耗这样多的自由能？（计算时不考虑合成氨基酸、mRNA、tRNA或核糖体所需的能量）。
  • （1）在蛋白质的合成中，每个氨基酸的活化伴随着两个磷酸酐键的水解。活化反应由氨酰-tRNA合成酶催化：氨基酸+ tRNA+ATP→氨酰-tRNA+AMP+PPi，PPi+H2O→2Pi，在蛋白质合成形成起始复合物的过程中，涉及一分子GTP的磷酸酐键（GTP→GDP+Pi）被水解，在延长反应中，有两分子GTP的磷酸酐键（2GTP→2GDP+2Pi）被水解。因此，在第一个肽键的形成中，共有7个磷酸酐键被水解。其后每延长一个氨基酸残基涉及4个磷酸酐键的水解（包括氨基酸的活化和延长反应）。蛋白质合成的终止涉及一分子GTP磷酸酐键的水解。一分子的GTP在能量上相当于一分子的ATP。因此，合成含600个残基的蛋白质总共需要消耗2400分子的ATP。
    （2）因为所有的不可逆过程都伴随总熵增，当蛋白质合成时，局部的熵减只能通过输入大量的自由能来达到。另外，为了确保氨基序列符合遗传密码的指令，肽链每延长1个氨基酸残基，都要分成多个步骤，有多种因子参与，能量消耗会因此而明显增加。

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