煤制油
一、政策导向
国家发改委于2006年7月17日发布文件称，煤制油品和烯烃尚处在工业化试验和示范阶段，应在取得成功后再推广。
中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要
第十二章优化发展能源工业
加强煤炭清洁生产和利用，发展煤化工，开发煤基液体燃料，有序推进煤炭液化示范工程建设，促进煤炭深度加工转化
国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006━2020年）
能源优先主题：
(2)煤的清洁高效开发利用、液化及多联产大力开发煤液化以及煤气化、煤化工等转化技术能源发展“十一五”规划(2007.4)
第三章建设重点
三、石油替代工程
按照“发挥资源优势、依靠科技进步、积极稳妥推进”的原则，加快发展煤基、生物质基液体燃料和煤化工技术，统筹规划，有序建设重点示范工程。为“十二五”及更长时期石油替代产业发展奠定基础。
煤炭工业发展“十一五”规划(2007.1)
三、煤炭工业发展方针和目标:
深度加工、洁净利用: 发展煤化工，开发煤基液体燃料，推进煤炭气化、液化示范工程建设，弥补油气供应不足，提高国家能源安全保障程度。
煤炭工业发展“十一五”规划(2007.1)
四、煤炭工业发展的主要任务
（八）建设资源节约型和环境友好型矿区
4．有序推进煤炭转化示范工程建设。积极开展气化液化等用煤的资源评价，做好煤化工基
地规划，调控煤化工建设规模，防止低水平、小规模盲目建设，推进煤炭液化示范工程建设。“十一五”期间，完成煤炭液化、煤制烯烃的工业化示范，为后十年产业化发展奠定基础。示范工程包括：采用国内开发的工艺和高效催化剂技术，建成100万吨／年煤炭直接液化示范工程，完成具有自主知识产权的煤直接液化工艺的工业化示范；引进国外成熟技术，建设300万吨／年的间接液化工厂，并完成商业化运行示范；采用不同的自主知识产权技术，分别完成16万吨／年和100万吨／年间接液化示范装置和示范工程；采用自主知识产权技术，完成60万吨／年煤制烯烃示范工程。
煤炭工业发展“十一五”规划(2007.1)
六、政策措施
（六）发展循环经济和保护矿区环境
3．鼓励洁净煤技术产业化。加强技术攻关，解决煤炭气化液化的技术障碍，制定生产和使用煤制油、醇、醚等替代燃料的财税优惠政策，促进煤炭深度加工转化。
自2008年四季度以来，国际原油价格从高位回落，加上煤液化过程中的高耗能和高耗水的特点，煤制油项目广受争议。
为加强煤制油项目管理，经报请国务院同意，国家发展和改革委员会办公厅于 2008年8月4日印发《关于加强煤制油项目管理有关问题的通知》，有关内容如下：
（一）目前我国煤制油仍处于示范工程建设阶段，不能一哄而起、全面铺开。应坚持通过煤制油示范工程建设，全面分析论证，确定适合我国国情的煤制油技术发展主导路线，在总结成功经验的基础上再确定下一步工作。
（二）经我委报请国务院批准，目前可以继续开展工作的煤制油示范工程项目有已开工建设的神华集团公司煤直接液化项目。神华宁
夏煤业集团公司与南非沙索公司合作的宁夏宁东煤间接液化项目，需在认真进行可行性研究后按程序报批，未获批准前不得擅自开工。除上述项目外，一律停止实施其他煤制油项目。各级政府投资主管部门要立即停止煤制油项目的核准，严禁化整为零、巧立名目、违规审批。
（三）对确定可以继续的示范工程项目，有关企业和科研机构要集中力量，加强关键技术和工艺研发，对技术可靠性、项目经济可行性、项目用水需求保障情况等进行充分论证，如具备核准条件，由省级发展改革委上报国家能源局，经国家能源局审查报请国家发展改革委审查，如可行需报请国务院批准后实施。
（四）在示范项目建设过程中，要采用有利于节约资源、提高能效、降低排放的先进技术，加快大型和专用设备自主化进程，注重知识产权制度建设，加强技术队伍培训，尽量减少示范过程中可能出现的问题，努力实现资源节约、环境友好和经济社会的协调发展。
2009年5月，国务院办公厅下发《石化产业调整和振兴规划细则》全文，明确要求要稳步开展现代煤化工示范，坚决遏制煤化工盲目发展势头。今后三年停止审批单纯扩大产能的焦炭、电石等传统煤化工项目，重点抓好现有煤制油、煤制烯烃、煤制二甲醚、煤制甲烷气、煤制乙二醇等五类示范工程。
2009年9月，国务院批转发展改革委等部门《关于抑制部分行业产能过剩和重复建设引导产业健康发展的若干意见》，要求严格执行煤化工产业政策，稳步开展现代煤化工示范工程建设，今后三年原则上不再安排新的现代煤化工试点项目。
在2009年9月22日召开的“煤代油技术及政策”国际研讨会上
了解到：随着伊泰集团、潞安矿业集团、神华包头煤间接液化以及神华煤直接液化示范项目的成功投产，经过一段时间的试运行及摸索，在总结示范项目经验基础上，“十二五”期间国家应当会出台相关规划和政策，鼓励煤制油产业的发展。
二、市场需要
中国煤炭液化发展的必要性
（1）在可预见的将来，中国以煤为主的能源结构不会改变。与
世界大多数国家相比，中国能源资源特点是煤炭资源丰富，而石油、天然气相对贫乏。中国煤炭探明储量为 1145 亿t，储采比为93，按同等发热量计算，相当于目前已探明石油和天然气储量总和的17 倍。石油探明储量为38 亿t，占中国化石能源探明储量的5.6%，储采比为24。天然气探明可采储量为1.37 万亿m3，占化石能源探明储量
的2%，储采比为56。煤炭是中国未来的主要可依赖能源。此外，从
经济上看，煤炭也是最廉价的能源。中国是发展中国家，又是能源消费大国，经济实力和能源供应都要求中国的能源消费必须立足于国内的能源供应，这就决定中国的能源结构必须是以煤为主体。到2050 年，煤炭在中国一次能源消费构成中的比重仍将占50%左右。煤炭大量使用，引发了严重的环境污染问题。中国SO2排放量居世界第一，酸雨覆盖面已超过国土面积的30%，二氧化碳排放量占全球排放量的13%，列世界第二，而其中燃煤造成的SO2、CO2和氢氧化物排放量分别约占
全国总量的85%、85%和60%。中国以煤为主的能源消费结构正面临着严峻挑战，如何解决燃煤引起的环境污染问题已近在眉睫。
（2）石油进口迅速上升，已对中国的能源供应安全构成威胁。石油是保障国家经济命脉和政治安全的重要战略物资。中国石油资源相对贫乏，到时目前为止，其探明可采储量为38 亿t，占世界储量的2.6%。近几年，中国的原油产量一直徘徊在1.6 亿t 左右，且以后也不会有太大增长，这是由中国石油资源的分布特点和开发现状所决定的。但是随着经济发展和人民生活水平的提高，中国终端能源消费正逐步向优质高效洁净能源转化，石油消费量逐年增加。由于国产石油无法满足需求，对进口油依存度越来越高。自1993 年成为石油净进口国后，石油进口量迅速上升，2000 年已达6969 万t，对进口石油的依存度达30%，预计到2020 年可达到50%。进口量的剧增，依存度的加大，已对中国能源供应安全构成威胁。
（3）煤炭液化可增加液体燃料的供应能力，有利于煤炭工业的可持续发展。煤炭通过液化可将硫等有害元素以灰分脱除，得到洁净的二次能源，对优化终端能源结构、减少环境污染具有重要的战略意义。煤炭液化可生产优质汽油、柴油和航空燃料，尤其是航空燃料，要求单位体积的发热量高，即要求环烷烃含量高，而煤液化油的特点就是富含环烷烃，通过加氢处理即可得到优质航空燃料。
发展煤炭液化不仅可以解决燃煤引起的环境污染问题，充分利用中国丰富的煤炭资源优势，保证煤炭工业的可持续发展，满足未来不断增长的能源需求，而且更重要的是，煤炭液化还可以生产出经济适
用的燃料油，大量替代柴油、汽油等燃料，有效地解决中国石油供应不足和石油供应安全问题，且经济投入和运行成本现在也低于石油进口，从而有利于中国清洁能源的发展和长期的能源供应安全。
三、成本分析
对于煤制油项目的经济性，神华煤制油化工有限公司副董事长吴秀章不久前表示：“煤制油项目对油价有很强的依赖性，也和项目所在地的煤质情况、市场煤价都有关系。在现在的煤价下，如果国家油价维持在65—70美元一桶，按照既有的设计条件运转下来，直接液化项目能够盈利，至少不会亏损。”
但是，国家发改委能源研究所高级顾问周凤起算过一笔账，每生产1吨煤制油，将消耗4吨煤炭，比如生产发热量10000大卡的石油，将消耗4吨5000大卡的煤炭，在转化过程中，能量消耗一半。当煤炭价格达到1000元/吨时，煤制油成本价将达10000元/吨，折算成原油价格将在120美元/桶左右。而且新上一个产量为100万吨／年的煤制油项目，还要投资100亿元人民币。因此，发展煤制油从经济效益上看并不划算。
此外，煤制油项目还受到各种因素制约，特别是能源、市场、投资能力、科研力量和国际合作等因素。煤制油项目未能解决的设备问题和技术稳定问题也是其商业化运作的制约因素。因此，除南非曾因禁运而大规模商业性开发煤制油项目外，美国、德国、日本虽纷纷投巨资研究煤制油项目，建设试验工程，但没有真正投入商业运行。
四、工艺技术发展状况
（1）间接液化技术。
间接液化已有70多年历史， 1943年F-T合成技术实现工业化，1956年在南非形成了规模化工业生产，是成熟可靠的煤液化技术。至今，在南非已建成了3个大厂，年耗原煤近5000万吨，生产油品和化学品700多万吨，其中油品近500万吨。SASOL已成为世界煤化工装置的典范。荷兰Shell公司的SMDS技术，美国Mobil公司的MTG 合成技术也建有工业化装置，但均以天然气为原料。国外还有一些先进的合成技术，如丹麦 Topsoe公司的Tigas法和美国Mobil公司的STG法等，但都未工业化，也大多是以天然气为原料。
我国从20世纪70年代开始开展煤炭液化技术研究。在"十五"期间，中国科学院山西煤炭化学研究所合成油工程研究中心(现中科合成油技术有限公司)在前期研究工作的基础上，完成了2000t/a煤炭间接液化工业试验。2001年ICC-IA低温催化剂的合成技术完成中试验证。2007年ICC-II高温催化剂的合成技术进行了中试试验，开发了ICC-I 低温( 230-270℃)和ICC-II高温(250-290℃)两大系列铁基催化剂技术和相应的浆态床反应器技术，并分别形成了两个系列合成工艺，即针对低温合成催化的重质馏分合成工艺ICC-HFPT和针对高温合成催化剂的轻质馏分合成工艺ICC-LFPT。
2002年12月，兖矿集团在上海组建上海兖矿能源科技研发有限公司，开始开展煤间接液化技术的研究和开发工作。2004年3月5000吨级低温费托合成、100吨/年催化剂中试装置建成，并实现一次投料试车成功。2006年4月又开始建设万吨级高温费托合成中试装置
和100吨/年高温费托合成催化剂中试装置， 2007年初高温费托合成催化剂中试装置生产出高温II型催化剂，2007年6 月高温费托合成中试装置一次投料开车成功生产出合格产品。
2010年2月5日，由兖矿集团自主研发完成的“高温流化床费托合成技术”科技成果通过中国石油和化学工业协会组织的技术鉴定。
据兖矿集团介绍，兖矿集团建设了我国唯一的规模为5000吨/年油品的高温流化床费托合成中试装置，位于山东枣庄的鲁南化肥厂，采用两种催化剂连续满负荷运行1580小时，进行了多种工况考核试验。
中石化石科院于2004年开始进行费托合成的相关研究工作，开展了F-T合成的催化剂、反应工程、系统工程等方面的研究工作，开发出了第一代高性能的固定床F-T合成催化剂RFI-1。2006年初RFT-1催化剂通过中石化集团公司组织的中试评议。2006年6月在镇海炼化建设的中石化第一套3000 t/a GTL中试装置中使用。
图1 煤间接液化工艺过程图解
间接液化工艺特点：
1、适用煤种比直接液化广泛；
2、可以在现有化肥厂已有气化炉的基础上实现合成汽油；
3、反应压力为3MPa，低于直接液化，反应温度为550℃，高于直接液化；
4、油收率低于直接液化，需5-7t 煤出1t 油，所以产品油成本比直接液化高出较多。
（2）直接液化
除间接液化工艺外，国外在煤炭的直接液化方面也相当活跃，德国、美国、日本等工业发达国家先后开发了十几种新工艺，其中几种先进技术完成了投煤规模为50-200 t/d的大型中试。比较著名的有溶剂精炼煤法(SRC-l，SRC-2)、供氢溶剂法(EDS)、氢煤法(H-COAL)等。20世纪70年代，德国鲁尔煤炭公司与Veba石油公司和DMT矿
冶及检测技术公司合作开发出了IGOR工艺，其主要特点是反应条件较苛刻(温度470℃，压力30 MPa)，催化剂采用炼铝工业的废渣，液化反应和液化油加氢在一个高压系统内进行，可一次得到杂原子含量极低的液化精制油。循环溶剂是加氢油，供氢性能好，煤液化转化率高。日本于20世纪80年代初专门成立了日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO) ，负责组织十几家大公司合作开发出了NEDOL法烟煤液化工艺。该工艺的特点是反应压力低 (17-19 MPa) ，反应温度为455-465℃；催化剂采用合成硫化铁或天然硫铁矿；固液分离采用减压蒸馏的方法；配煤浆用的循环溶剂单独加氢；液化油含有较多的杂原子还需加氢提质才能获得合格产品。美国HTI工艺是在H-COAL工艺基础上发展起来的。该工艺采用两段催化液化，悬浮床反应器和铁基催化剂。其主要特点是反应条件较温和( 440-450℃，反应压力17 MPa)；催化剂用量少；在高温分离器后面串联有在线固定床反应器，对液化油进行加氢精制；固液分离采用临界溶剂萃取的方法，从液化残渣中最大限度地回收重质油，从而大幅度提高了液化油收率。
我国从20世纪70年代开始开展煤炭直接液化技术研究。1997-2000年煤炭科学研究总院分别与美国、德国、日本等有关机构合作，完成了神华煤、云南先锋煤和黑龙江依兰煤直接液化示范工厂的初步可行性研究。神华集团在对国内外煤直接液化技术进行了认真比选的基础上，采用众家之长和成熟的单元工艺技术，开发出神华自己的煤直接液化工艺路线和催化剂合成技术。以无水无灰基煤计，C4以上油收率为57%-58%，油品重馏分增多，更有利于柴油产品的生
产。催化剂表现出非常高的活性具有生产流程简单、操作平稳方便、投资小、运行成本低等优点。
图2 煤加氢液化工艺过程图解
五、工业化进展
国内外煤制油重点开发项目—南非萨索尔(Sasol)公司。南非与我国非常相似，也是个多煤缺油的国家，煤炭储藏量高达553.33亿吨，储采比为247年。煤炭占一次能源比例为75.6%。南非由于其种族隔离政策逐渐被其它国家从政治上隔绝起来，不能与其它国家进行石油和石油产品的贸易，南非又没有石油储量，因此南非只能利用其丰富的煤炭资源来进行煤炭液化。
南非Sasol公司1955年起就采用煤炭间接液化技术生产汽油、煤油、柴油、合成蜡、氨、乙烯、丙烯、α-烯烃等石油和化工产品。Sasol公司现有二套煤炭间接液化装置，自备煤矿，每年耗煤4600
万吨，生产液体烃类产品760多万吨。公司业务包括煤炭、燃气、合成燃料、油品、聚合物、溶剂、烯烃和表面活性剂的生产和销售。
我国“煤制油”项目介绍
我国目前在建和拟建煤制油的公司主要包括神华集团、潞安矿业
集团、内蒙古伊泰集团和兖矿集团等。
（1）神华集团煤制油项目（投产）
中国神华煤制油有限公司作为神华集团的全资企业，于2003年
6月12日在北京成立。神华煤液化项目包括煤直接液化项目和煤间
接液化项目。
2004年8月，获得国家发改委批准的神华集团煤直接液化项目
在内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇破土动工，这是世界上唯一的大型煤直接液化项目。建设总规模为年产油500万吨，分两期建设，其中一期工程由三条主生产线组成，包括煤液化、煤制氢、溶剂加氢、加氢改质、催化剂制备等14套主要生产装置，公司自备电站。一期工程建成投产后，每年用煤970万吨，可生产各种产品320万吨，其中汽油50万吨，柴油215万吨，液化气31万吨，苯、混合二甲苯等24万吨。其中一期工程首条生产线投资达123亿元，每年可转化350万吨煤，生产108万吨柴油、液化石油气、石脑油等产品。首条生产线2008年12月30日开始投煤，12月31日顺利实现油渣成型，打通全流程，产出合格油品和化工品。并于2009年三季度进行第二
次试车，截至12月，已经总计出产了10万吨左右汽油、柴油等油品，首列石脑油专列于10月18日载着2300吨石脑油出厂运往天津港外销。神华煤制油化工公司18万吨/年的铁剂浆态床间接液化装置也成功试运行。神华集团也已经正式拿到成品油批发执照。
据了解，神华集团将在第一条直接液化生产线工业化运行后，再建一期工程的另外两条生产线，最终达到年产320吨各种产品的能力。
除直接液化煤制油项目外，神华集团还开展了间接液化煤制油项目。神华集团、宁夏煤业集团与南非Sasol公司合作，计划投资300亿元在宁夏建设煤间接液化项目。建成投产后，每年将生产320万吨油品。神华宁煤与沙索公司合作的间接液化煤制油项目可行性研究报告于2009年11月通过预审，该项目环境影响报告书也已编制完成，并于12月开展了环评公示。该项目目前正在进行可行性研究，和南非Sasol公司已签署第二阶段合作补充协议和执行计划。而另一间接液化项目——陕西榆林项目已暂停。
为配合煤制油项目顺利开展，神华集团在上海成立了煤化工研究院，并投资1.8亿元建立了日处理6吨煤的煤液化中试基地。
（2）潞安矿业集团煤制油项目（试车）
潞安集团是一个以煤为基础、多元化发展的现代化企业集团。“十五“时期，全面实施战略管理，立足煤、延伸煤、超越煤，构建了煤—电—化、煤—焦—化、煤—油—化三条主产业链。煤—油—化产业链位于山西长治市屯留煤—油园区，由年产量为800万吨的屯留煤矿及配套选煤厂、规模为270MW的屯留热电厂、煤基合成油厂及整体煤气联合循环发电(IGCC)系统等组成，煤制油作为潞安集团“煤—油—化产业链”的重要组成部分。
煤基合成油示范厂由潞安矿业集团相对控股，联合国内若干集团共同投资建设。示范工厂以中国科学院山西煤炭化学研究所自主研发的催化剂和“煤基液体燃料合成浆态床工业化技术”为核心技术，规模为16万吨/年，主要产品为柴油、液化石油气、石脑油及少量混合
醇燃料。项目是国家“863”高新技术项目和中国科学院知识创新工
程重大项目的延续项目，也是通过国家级项目招标确定的国内首个间接液化煤基合成油示范工厂，被国家发改委列入国家煤化工中长期发展规划和“863”高新技术项目。
项目已通过山西省发改委的立项审批，并报国家发改委核准备案。国家发改委明确答复《关于加强煤制油项目管理有关问题的通知》中的煤制油禁令不包括山西潞安煤基合成油示范厂，并且国家发改委同意潞安的煤基合成油项目成功以后，批准潞安在山西再建300万吨煤变油项目，预计将于2010年底建成投产，同时在新疆上马300万吨煤变油项目。并计划到2020年左右，建成年产1500万吨的煤制油基地。（3）伊泰煤制油项目（投产）
伊泰16万吨/年煤制油项目于2009年3月试车成功，并于9月正式投产，实现了装置负荷在60%至80%之间的长周期运转。截至2009年底，各装置已稳定运行2500多小时，日平均出油量320多吨，主要产品包括柴油、石脑油和LPG。根据伊泰刚发布的2009年年报，公司持股80%的煤制油公司2009年累计生产各类油品24410吨，利用余热的发电装置累计发电1539万度，年度亏损67.45万元。
伊泰煤制油公司和内蒙古石油化学工业检验测试所制定了《F-T 合成柴油》、《F-T合成石脑油》企业标准，这两项标准填补了我国煤制油品标准的空白。
2010年2月12日，伊泰煤制油公司旗下的内蒙古伊泰成品油销售有限公司获得商务部赋予的成品油批发经营资格，这是继神华煤制油
化工有限公司、神华鄂尔多斯煤制油分公司获得成品油批发经营资格后，我国煤制油行业再次获得成品油批发经营资格。
伊泰集团也希望进一步建设年产500万吨的煤制油基地。
（4）晋煤集团甲醇制汽油项目（试车）
晋煤集团10万吨/年甲醇制汽油项目于2009年6月试车成功，该项目配套的30万吨/年煤制甲醇项目所用的“灰熔聚流化床粉煤气化技术”于3季度试车成功。
（5）兖矿煤制油项目（在建）
兖矿集团自主知识产权的陕西榆林100万吨/年间接液化煤制油项目于1月通过了环保部的环评，目前该项目全部二十三份支持文件都已经完备，等待核准。
预计，到2015年，中国的煤制油产业的实际产能将超过每年1200万吨，2020年达到3300万吨。
煤制油项目具有良好的发展前景，但煤制油项目投资巨大，技术有待成熟，还面临水资源、环保等方面挑战。煤制油项目目前仍处于示范工程建设阶段，政府采取严格控制，先行试点，逐步推广的政策。
蛋白质工程的现状发展及展望 摘要: 蛋白质工程是用分子生物学手段对蛋白质进行分子改造的技术。介绍了蛋白质工程的几种常用方法及其基本原理和研究进展。 关键词: 蛋白质工程;定点诱变; 定向进化 20世纪70年代以来, 对蛋白质的分子改造渐渐进入研究领域, 通过对蛋白质分子进行突变, 得到具有新的表型和功能或者得到比原始蛋白相对活力更高的突变体,对蛋白质的分子改造技术逐渐纯熟。蛋白质工程的主要技术分为理性进化和非理性进化,已经在农业、工业、医药等领域取得了较大的进展。 1.理性进化 理性进化主要是利用定点诱变技术, 通过在已知DNA序列中取代、插入或缺失一定长度的核苷酸片段达到定点突变氨基酸残基的目的。运用该技术已有不少成功改造蛋白质的例子。Markus Roth通过同源性比对和定点突变技术, 对EcoR DNA甲基化酶进行改造,使其对胞嘧啶的亲和性增加了22倍。定点突变还主要应用于蛋白质结构和功能的研究方面。酰基载体蛋白(ACP)的主要作用是在单不饱和脂肪酸的特定位置引入双键, Caho通过定点突变研究, 发现将五个氨基酸残基置换之后的酶, 由6- 16 : 0- ACP脱氢酶变成9- 18 : 0- ACP脱氢酶。Van den Burg利用蛋白同源建模和定点突变技术结合的方法将从Bacillus stear other mophilus分离出来的嗜热菌蛋白酶突变, 得到的突变体稳定性提高了8倍, 100 在变性剂存在的情况下还能发挥作用,但是大部分单个氨基酸的改变对于整个蛋白的影响比较小,很难在高级结构上改变蛋白质的三级结构, 从而造成很大的影响, 所以在定点突变的基础上又出现了许多新的技术, 用于改造蛋白质分子。[1] DNA改组( DNA shuffling)技术克服了随机突变的随机性较大的限制,能够直接将多条基因的有利突变直接重组到一起, 它的原理是使用DNase I酶切或超声波断裂多条具有一定同源关系的蛋白编码基因, 这些小片段随机出现部分片段的重叠, 产生的片段在不加引物的情况下进行几轮PCR,通过随机的自身引导或在组装PCR过程中重新组装成全长的基因, 由于存在不同的模板, 使得到的全长基因具有不同谱系之间的重组, 再进行最后一轮PCR,加入全长引物, 扩增得到改造过的全长基因。利用DNA改组已成功进化了编码内酰胺酶、葡萄糖苷酶、脂肪酶、绿色荧光蛋白、烷基转移酶、苯甲基脂酶基因以及编码砷酸盐和阿特拉
蛋白质习题 一、是非题 1．所有蛋白质分子中N元素的含量都是16％。 2．蛋白质是由20种L-型氨基酸组成，因此所有蛋白质的分子量都一样。 3．蛋白质构象的改变是由于分子内共价键的断裂所致。 4．氨基酸是生物体内唯一含有氮元素的物质。 5．组成蛋白质的20种氨基酸分子中都含有不对称的α-碳原子。 6．用凝胶电泳技术分离蛋白质是根据各种蛋白质的分子大小和电荷不同。 7．蛋白质分子的亚基就是蛋白质的结构域。 8．在酸性条件下茚三酮与20种氨基酸部能生成紫色物质。 9．蛋白质变性是其构象发生变化的结果。 10．脯氨酸不能维持α-螺旋，凡有脯氨酸的部位肽链都发生弯转。 11．蛋日质的空间结构在很大程度上是由该蛋白质的一级结构决定的。 12．胶原蛋白在水中煮沸转变为明胶，是各种氨基酸的水溶液。 13．蛋白质和酶原的激活过程说明蛋白顺的一级结构变化与蛋白质的功能无关。 14．利用盐浓度的不同可以提高或降低蛋白质的溶解度。 15．血红蛋白比肌红蛋白携氧能力高．这是因为它有多个亚基。
二、填空题 1．20种氨基酸中是亚氨基酸．它可改变α-螺旋方向。 2．20种氨基酸中除外都有旋光性。 3．20种氨基酸中和分子量比较小而且不含硫，在折叠的多肽链中能形成氢键。 4．20种氨基酸中的一个环氮上的孤对电子，像甲硫氨酸一样，使之在血红蛋白分子中与铁离子结合成为配位体。 5．球蛋白分子外部主要是基团．分子内部主要是基团。 6．1953年英国科学家桑耳等人首次完成牛胰岛素的测定，证明牛胰岛素由条肽链共个氨基酸组成。 7．测定蛋白质浓度的方法有、、 8．氨基酸混合物纸层析图谱最常用的显色方法是 9．用紫外光吸收法测定蛋白质含量的依据是所有的蛋白质分子中都含有、、和三种氨 基酸。 10．1965年中国科学家完成了由53个氨基酸残基组成的的人工合成。 11．目前已知的蛋白质二级结构有、、、和几种基本形式。
蛋白质工程：以蛋白质的结构与功能为基础，利用基因修饰或基因合成而改造现存蛋白质或组建新型蛋白质的现代生物技术，是基因工程的深化和发展。 蛋白质结构：一级结构：蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序。 二级结构：一段连续的肽单位借助氢键排列成具有周期性结构的构象。 三级结构：蛋白质多肽链在各种二级结构的基础上，进一步盘曲折叠形成具有一定规律的三维空间。 四级结构：由两条或两条以上具有独立三级结构的多肽链组成的蛋白质的寡居蛋白，通过肽链间的次级键相互结合形成的空间结构。 蛋白质超二级结构：相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形成规则排列的组合体，以同一结构模式出现在不同的蛋白质中，这些组合体称为超二级结构，或结构模体。 结构域：指二级结构和结构模体以特定的方式组织连接，在蛋白质分子中形成两个或多个在空间上可以明显区分的三级折叠实体。结构域是蛋白质折叠中的一个结构层次，介于超二级结构和三级结构之间，是蛋白质三级结构的基本单位，也是蛋白质功能的基本单位。 蛋白质变性：天然蛋白质分子受到某些物理因素（热、紫外线、高压）或化学因素（有机溶剂、脲、胍、酸、碱）的影响，引起蛋白质天然结构的破坏，导致生物活性的降低或完全丧失。 蛋白质折叠：蛋白质因所含氨基酸残基的亲水性、疏水性、带正电、带负电……等等特性通过残基间的相互作用而折叠成一立体的三级结构。 蛋白质定向进化：在实验室中模仿自然进化的关键步骤-突变、重组和筛选，在较短时间内完成漫长的自然进化过程，有效地改造蛋白质，使之适于人类的需要。 蛋白质的分子设计：蛋白质的分子设计就是为有目的的蛋白质工程改造提供设计方案，确保获得比天然蛋白质性能更加优越的新型蛋白质。 第二遗传密码：氨基酸顺序与蛋白质三维结构之间存在着对应关系，人们称之为第二遗传密码或折叠密码。蛋白质的化学修饰：凡通过活性基团的引入或去除，而使蛋白质一级结构发生改变的过程。 蛋白质组：基因组表达全部蛋白质及其存在方式，或基因组、一个细胞或一种生物表达的所有蛋白质。 蛋白质组学：定量检测蛋白质水平上的基因表达，从而揭示生物学行为，以及基因表达调控的机制的学科。双向电泳：是等电聚焦电泳和SDS-PAGE的组合，即先进行等电聚焦电泳（按照pI分离），然后再进行SDS-PAGE（按照分子大小），经染色得到的电泳图是个二维分布的蛋白质图。 蛋白质芯片：也叫蛋白质微阵列，是将大量蛋白质有规则地固定到某种介质载体上，利用蛋白质与蛋白质、酶与底物、蛋白质与其他小分子之间的相互作用检测分析蛋白质的一种芯片。 噬菌体表面展示技术：噬菌体展示技术是将外源基因或一组一定长度的随机寡居核苷酸片段克隆到特定的表达载体内，使其表达产物与外膜蛋白或噬菌体外壳蛋白以融合蛋白的形式呈现在细胞表面或噬菌体表面。 基因工程抗体：利用基因重组技术对编码抗体的基因按不同需求进行加工改造和重新装配，引入适当的受体细胞，由其编码产生出预期的抗体分子。 抗体酶：通过改变抗体与抗原结合的微环境，并在适当的部位引入相应的催化基团，所产生的具有催化活性的抗体。既有抗体的高度选择性，又有酶的高效催化效率。 单克隆抗体：由一种抗原决定簇激活，并具有相应抗原受体的B细胞产生的针对这一抗原决定簇的抗体。
量子信息论简介 一、什么是量子信息论？ 近20年来，量子力学除了更深入地应用于物理学本身许多分支学科之外，还迅速广泛地应用到了化学、生物学、材料科学、信息科学等领域。量子理论这种广泛，深入应用的结果、极大地促进了这些学科的发展，从根本上改变了它们的面貌，形成了众多科学技术研究热点，产生了许多崭新的学科；与此同时，量子力学本身也得到了很大的丰富和发展。 热点之一就是已经诞生、正在形成和发展中的量子信息科学———量子通信和量子计算机，简称为量子信息论。它是将量子力学应用于现有电子信息科学技术而形成的交叉学科。量子信息论不但将以住的经典信息扩充为量子信息，而且直接利用微观体系的量子状态来表达量子信息。从而进入人为操控、存储和传输量子状态的崭阶段。 近10多年来，量子信息论从诞生到迅猛发展，显示出十分广阔的科学和技术应用前景。这种崭新的交叉结合已经并正在继续大量生長出许多科学技术研究热点，并逐渐形成一片新兴广阔的研究领域，不断取得引人瞩目的輝煌成就。 量子信息论的诞生和发展，在科学方面有着深远的意义。因为它反过来极大地丰富了量子理论本身的内容，并且有助于加深对量子理论的理解，突出暴露并可能加速解决量子理论本身存在的基础性问题。借助这一新兴交叉学科的实验技术，改造量子力学基础，加速变革现有时空观念，加深对定域因果律的认识也许是可能的。 量子信息论在技术方面也有着重大影响。因为它的发展前景是量子信息技朮（QIT）产业，它是更新换代目前庞大IT产业的婴儿，是推动IT产业更新换代的动力，指引IT技朮彻底变革的方向。在这方面大量、迅猛、有效的探索性研究正在逐步导致以下各色各样的新兴分支学科的诞生：量子比特和量子存储器的构造，人造可控量子微尺度结构，量子态的各类超空间传送，量子态的制备、存诸、调控与传送，量子编码及压缩、纠错与容错，量子中继站技朮，量子网络理论，量子计算机，量子算法等等。它们必将对国际民生和金融安全技朮以及国防技朮产生深刻的影响。 目前，一方面是寻求各色各样存取量子信息的载体———量子比特和量子信息处理器。相关的实验和理论研究正在蓬勃开展。实验中的量子信息载体，不仅包括自然的微观系统，更着重于形形色色的人造可控微尺度结构———也就是人造可控量子系统。在研制可控量子比特和量子存储器件时，必须考虑它们和传送环节的光场之间的可控耦合，以保证量子信息的有效写入和取出。这里最重要的是研究光场和人造原子系综的相互作用。 第二方面是关于量子信息的传送。量子通信是量子信息论领域中首先走向实用化的研究方向。目前量子通信主要以极化光子作为信息载体，釆用纠缠光子对作为传送的量子通道。量子通信可以分为光纤量子通信和自由空间量子通信两个方向。关于光纤量子通信方面，建立光纤量子通信局域网和延长光纤量子通信鉅离的时机已经到来。而利用纠缠光子实施自由空间量子通信，其最终目标是通过卫星实现全球化量子通信。量子通信要求长程、高品质、高強度的纠缠光源。这需要掌握包括纠缠纯化、纠缠交换与纠缠焊接的量子中继器技术。同时还需要展开各类量子编码(纠错码、避错码、防错码)研究，各类量子态超空间传送方式研究，进而逐步创立完善的量子网络理论。 第三方面是关于量子计算机。目前的经典计算机受到经典物理原理限制，己经接近其处理能力的极限。而由于量子态迭加原理和量子纠缠特性，量子计算机具有经典计算机无法比拟的、快速的、高保密的计算功能，所以，有必要研究量子计算机。制造量子计算机的核心任务是造出可控多位量子比特的量子信息处理器。这里的关键是寻求能够避免退相干、易于操控和规模化的多位量子比特。这正是制约量子计算机研制进度的主要困难。1994年，计算机专家Chair C.H.Bennett宣布，量子计算机的研制己进入工程阶段。根据近10年来各国量子计算机研制己报导的有关资料预计，量子计算机技术的长远发展，最终有赖于固体方案。关于量子计算机研制进度：乐观估计是到20l0年可以在硅片技朮基础上制造出10多位可控量子比特，从而造出简单的台式计算机; 较稳健的估计是可能在下一个l0年之內; 持悲观估计的人们有个比喻：现在不必做出发展量子计算机的“哈曼顿计划”，因为现在还没有发现“核裂变”。 二、国內外量子信息专业的发展状况 2006年9月1日～4日，来自世界21个国家和地区的近200名科技人员聚集在北京友谊宾馆，参加由中国科大量子信息国家重点实验室举办的亚洲量子信息科学会议。在这次会议中首次提出量子隐形传态思想、首次提出第一个量子密钥分配协议的IBM研究机构科学家Chair C.H.Bennett接受采访时说：“量子信息现在还是个婴儿！”但鉴于量子信息科学技术的巨大发展潜力，目前已受到各国政府、科技专家和公众的广泛关注。 １、国外量子信息的研究和进展： 国际上重要的西方国家（美、英、法、加拿大、以色列、日本、瑞典、奥地利、意大利、瑞士等），特别是美国和欧盟均投入大量人力物力于量子通讯和量子计算的理论和实验研究，量子信息已成为学术界的热门课题，其发展十分迅猛，参与研究的国家、机构和人员日益增多，有关国际会议连接不断。以美国为例，加州理工大学、MIT和南加州大学联合成立了量子信息和计算研究所，其长远目标就是
（一）名词解释 1．两性离子：指在同一氨基酸分子上含有等量的正负两种电荷，又称兼性离子或偶极离子。 2．必需氨基酸：指人体（和其它哺乳动物）自身不能合成，机体又必需，需要从饮食中获得的氨基酸。 3. 氨基酸的等电点：指氨基酸的正离子浓度和负离子浓度相等时的pH值，用符号pI表示。 6．构型：指在立体异构体中不对称碳原子上相连的各原子或取代基团的空间排布。构型的转变伴随着共价键的断裂和重新形成。 7．蛋白质的一级结构：指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，以及二硫键的位置。 8．构象：指有机分子中，不改变共价键结构，仅单键周围的原子旋转所产生的原子的空间排布。一种构象改变为另一种构象时，不涉及共价键的断裂和重新形成。构象改变不会改变分子的光学活性。
9．蛋白质的二级结构：指在蛋白质分子中的局部区域内，多肽链沿一定方向盘绕和折叠的方式。 10．结构域：指蛋白质多肽链在二级结构的基础上进一步卷曲折叠成几个相对独立的近似球形的组装体。 11．蛋白质的三级结构：指蛋白质在二级结构的基础上借助各种次级键卷曲折叠成特定的球状分子结构的构象。 13．蛋白质的四级结构：指多亚基蛋白质分子中各个具有三级结构的多肽链以适当方式聚合所呈现的三维结构。 15．超二级结构：指蛋白质分子中相邻的二级结构单位组合在一起所形成的有规则的、在空间上能辨认的二级结构组合体。 17．范德华力：中性原子之间通过瞬间静电相互作用产生的一种弱的分子间的力。当两个原子之间的距离为它们的范德华半径之和时，范德华力最强。 18．盐析：在蛋白质溶液中加入一定量的高浓度中性盐（如硫酸氨），
使蛋白质溶解度降低并沉淀析出的现象称为盐析。 19．盐溶：在蛋白质溶液中加入少量中性盐使蛋白质溶解度增加的现象。 20．蛋白质的变性作用：蛋白质分子的天然构象遭到破坏导致其生物活性丧失的现象。蛋白质在受到光照、热、有机溶剂以及一些变性剂的作用时，次级键遭到破坏导致天然构象的破坏，但其一级结构不发生改变。 21．蛋白质的复性：指在一定条件下，变性的蛋白质分子恢复其原有的天然构象并恢复生物活性的现象。 22．蛋白质的沉淀作用：在外界因素影响下，蛋白质分子失去水化膜或被中和其所带电荷，导致溶解度降低从而使蛋白质变得不稳定而沉淀的现象称为蛋白质的沉淀作用。 23．凝胶电泳：以凝胶为介质，在电场作用下分离蛋白质或核酸等分子的分离纯化技术。 24．层析：按照在移动相（可以是气体或液体）和固定相（可以是液体或固体）之间的分配比例将混合成分分开的技术。
量子信息学 20世纪前半叶，自然学科诞生了最具影响力的两门学科，量子力学和信息学。前者成为目前研究微观粒子运动规律离不开的理论基础，使人类对自然界的认识发生了里程碑的突破，它解释和预言了大量奇妙的物理现象，如微观粒子的波粒二象性、隧道效应和纠缠现象等等。利用量子力学原理，不仅解释了原子结构、化学键、超导现象、基本粒子的产生和湮灭等重要物理问题，而且也促成了现代微电子技术、激光技术和核能利用技术等的出现。而后者已明显地改变了人们的生产和生活方式，提高了工作效率和生活质量。20世纪末叶，它们交汇在一起，产生了一门新的交叉学科——量子信息学。 鉴于量子信息学研究与应用的巨大潜力，特别是关系到国家信息安全的重大问题，许多国家投入了大量人力物力开展相关方面的研究工作，促进了这一学科在诞生后的10多年时间内飞速发展。目前主要在以下几个方面开展研究。下面简单介绍两个方面。 纠缠理论的研究：在量子信息学中，量子态是信息的载体，量子信息的许多技术是建立在量子态纠缠的基础之上
的。因此，量子纠缠是量子信息学中最重要的研究课题，在理论和实验上均有重要意义。但遗憾的是，对此问题的研究还处于初级阶段。现在只有2×3量子系统纠缠的充要判断|，而对一般量子体系仅有充分性或必要性判据。对于不同纠缠态，其内部的关联程度也是不同的。如果量子态之间纠缠，那么就要掌握其纠缠的程度(即纠缠度)。纠缠度是系统各个部分之间纠缠程度的量度，理想的纠缠度应满足3个条件：①对任意量子态，纠缠度大于零；对正交直积态，纠缠度等于零；②在子系统的么正变换下纠缠度不变；③在局域操作和经典通信条件下纠缠度不能增加。对对多粒子多维纠缠态的纠缠性质研究是目前量子信息学最重要、最活跃的研究方向之一。 量子计算机设计和硬件研究：由于量子计算机具有很高的商业价值，所以研制量子计算机从一开始就是各个国家关注的一个研究重点。目前，关于量子计算机的可行性问题已经解决，IBM公司在实验室中已经研制出7位量子计算机原型系统。由于量子计算机的信息媒介是量子比特，因此对它的储存、处理、提取所使用的方法与设备和经典计算机相比是完全不同的。虽然利用核磁共振、离子阱等物理技术已实现了量子态的纠缠与储存，但总的来说量子器件实现技术还处于实验研究阶段。由于量子态储存过程中，量子系统不可
生物必修一蛋白质计算公式总结 导读：我根据大家的需要整理了一份关于《生物必修一蛋白质计算公式总结》的内容，具体内容：纵观近几年高考试题,与生物必修一蛋白质计算有关的内容进行了不同程度的考查，下面是我给大家带来的，希望对你有帮助。生物必修一蛋白质计算公式[注：肽链数(m);氨基酸总数(... 纵观近几年高考试题,与生物必修一蛋白质计算有关的内容进行了不同程度的考查，下面是我给大家带来的，希望对你有帮助。 生物必修一蛋白质计算公式 [注：肽链数(m);氨基酸总数(n);氨基酸平均分子量(a);氨基酸平均分子量(b);核苷酸总数(c);核苷酸平均分子量(d)]。 1.蛋白质(和多肽)：氨基酸经脱水缩合形成多肽，各种元素的质量守恒，其中H、O参与脱水。每个氨基酸至少1个氨基和1个羧基，多余的氨基和羧基来自R基。①氨基酸各原子数计算：C原子数=R基上C原子数+2;H 原子数=R基上H原子数+4;O原子数=R基上O原子数+2;N原子数=R基上N 原子数+1。②每条肽链游离氨基和羧基至少：各1个;m条肽链蛋白质游离氨基和羧基至少：各m个; ③肽键数=脱水数(得失水数)=氨基酸数-肽链数=n—m ;④蛋白质由m条多肽链组成：N原子总数=肽键总数+m个氨基数(端)+R基上氨基数; =肽键总数+氨基总数肽键总数+m个氨基数(端); O原子总数=肽键总数+2(m个羧基数(端)+R基上羧基数); =肽键总数+2×羧基总数肽键总数+2m个羧基数(端);
⑤蛋白质分子量=氨基酸总分子量—脱水总分子量(—脱氢总原子 量)=na—18(n—m); 2.蛋白质中氨基酸数目与双链DNA(基因)、mRNA碱基数的计算： ①DNA基因的碱基数(至少)：mRNA的碱基数(至少)：蛋白质中氨基酸的数目=6：3：1; ②肽键数(得失水数)+肽链数=氨基酸数=mRNA碱基数/3=(DNA)基因碱基数/6; ③DNA脱水数=核苷酸总数—DNA双链数=c—2; mRNA脱水数=核苷酸总数—mRNA单链数=c—1; ④DNA分子量=核苷酸总分子量—DNA脱水总分子量=(6n)d—18(c—2)。 mRNA分子量=核苷酸总分子量—mRNA脱水总分子量=(3n)d—18(c—1)。 ⑤真核细胞基因：外显子碱基对占整个基因中比例=编码的氨基酸数 ×3÷该基因总碱基数×100%;编码的氨基酸数×6真核细胞基因中外显子碱基数(编码的氨基酸数+1)×6。 3.有关双链DNA(1、2链)与mRNA(3链)的碱基计算： ①DNA单、双链配对碱基关系：A1=T2，T1=A2;A=T=A1+A2=T1+T2， C=G=C1+C2=G1+G2。 A+C=G+T=A+G=C+T=1/2(A+G+C+T);(A+G)%=(C+T)%=(A+C)%=(G+T)%=50%;(双链DNA两个特征：嘌呤碱基总数=嘧啶碱基总数) DNA单、双链碱基含量计算： (A+T)%+(C+G)%=1;(C+G)%=1―(A+T)%=2C%=2G%=1―2A%=1―2T%;(A1+T1)% =1―(C1+G1)%;(A2+T2)%
第一章蛋白质的结构与功能 [测试题] 一、名词解释：1．氨基酸 2．肽 3．肽键 4．肽键平面 5．蛋白质一级结构 6．α-螺旋 7．模序 8．次级键 9．结构域 10．亚基 11．协同效应 12．蛋白质等电点 13．蛋白质的变性 14．蛋白质的沉淀 15．电泳 16．透析 17．层析 18．沉降系数 19．双缩脲反应 20．谷胱甘肽 二、填空题 21．在各种蛋白质分子中，含量比较相近的元素是____，测得某蛋白质样品含氮量为15.2克，该样品白质含量应为____克。 22．组成蛋白质的基本单位是____，它们的结构均为____，它们之间靠____键彼此连接而形成的物质称为____。 23．由于氨基酸既含有碱性的氨基和酸性的羧基，可以在酸性溶液中带____电荷，在碱性溶液中带____电荷，因此，氨基酸是____电解质。当所带的正、负电荷相等时，氨基酸成为____离子，此时溶液的pH值称为该氨基酸的____。 24．决定蛋白质的空间构象和生物学功能的是蛋白质的____级结构，该结构是指多肽链中____的排列顺序。25．蛋白质的二级结构是蛋白质分子中某一段肽链的____构象，多肽链的折叠盘绕是以____为基础的，常见的二级结构形式包括____，____，____和____。 26．维持蛋白质二级结构的化学键是____，它们是在肽键平面上的____和____之间形成。 27．稳定蛋白质三级结构的次级键包括____，____，____和____等。 28．构成蛋白质的氨基酸有____种，除____外都有旋光性。其中碱性氨基酸有____，____，____。酸性氨基酸有____，____。 29．电泳法分离蛋白质主要根据在某一pH值条件下，蛋白质所带的净电荷____而达到分离的目的，还和蛋白质的____及____有一定关系。 30．蛋白质在pI时以____离子的形式存在，在pH>pI的溶液中，大部分以____离子形式存在，在pH 蛋白质工程 一、教学目标 1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。 2.简述蛋白质工程的原理。 3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。 二、教学重点和难点 1.教学重点 （1）为什么要开展蛋白质工程的研究？ （2）蛋白质工程的原理。 2.教学难点 蛋白质工程的原理。 三、教学策略 1.建议采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。 本节内容是基因工程的延伸和发展。由于蛋白质工程刚刚起步，学习内容较少。如何学得充实，又让学生悟出些终身学习的道理，建议采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。 新课一开始，可以带领学生回忆原有知识：要想让一种生物的性状在另一种生物中表达，在种内可以用常规杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就显得力不从心了。基因工程的诞生，为克服这一远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望。于是取得了丰硕成果：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白……至此，人们也只是实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。但一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的，它的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。为了加深这一点的认识，可调动学生从书中找实例（干扰素例子、工业用酶的例子）加以佐证。于是要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。 2.建议加强与已有知识的联系，用逆向思维的方法解决新问题。 学生在必修课中已学习过中心法则及蛋白质具有复杂的空间结构等知识。中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图1-4所示。 图1-4 遗传信息的流动方向 这是学习新知识的基础。既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA。所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。结合课本中插图，可以较明确地说明这一点。 还有两点教学建议需要说明。第一，蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件支撑的，正如课本中开头描述的，它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展而诞生的，也与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的发展等因素有关（本书“前沿动态”中有简要介绍）。第二，说明蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。这样学习，可以 关键词:量子通信安全性中国发展 摘要:用国际顶级量子专家王肇中教授的话说，量子通信就是单模光纤两端加上能代替常用光模块功能的、光量子态的发送和接收设备，实现基于物理加密的保密通信。 量子通信技术基于量子物理学的基本原理，克服了经典加密技术内在的安全隐患，是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式。为了拓展应用、与现有通信系统兼容以及大量减少成本，需对点对点的通信方式进行组网并充分利用经典通信设施。与此同时，量子克隆技术的出现也使得我们开始重新审视量子通信的安全性问题。量子通信是相对最安全的，但任何事情都不是绝对的，有矛就有盾。一方面有“量子非克隆原理”，另一方面有实现近似量子克隆的“量子克隆机”。怎样可靠地评估安全性？怎样进行攻击？是值得研讨的问题。在不久的将来，量子通信与经典通信的融合发展将会带来通信世界的新纪元。 例如一个量子态可以同时表示0和1两个数字，7个这样的量子态就可以同时表示128个状态或128个数字：0~127。光量子通信的这样一次传输，就相当于经典通信方式的128次。可以想象如果传输带宽是64位或者更高，那么效率之差将是惊人的2，以及更高。 1. 欧洲联合了来自12个欧盟国家的41个伙伴小组成立了SECOQC量子通信网络[8][9]。并于2008年10月在维也纳现场演示了一个基于商业网络的安全量子通信系统。该系统集成了多种量子密码手段，包含6个节点。其组网方式为在每个节点使用多个不同类型量子密钥分发的收发系统并利用可信中继进行联网。 息量子通信验证网”在北京开通，在世界上首次将量子通信技术应用于金融信息安全传输。 2014年11月15日，团队研发的远程量子密钥分发系统的安全距离扩展至200公里，刷新世界纪录。 2. 应用与用途 潘建伟教授指出，量子通信技术的实际应用将分三步走：一是通过光纤实现城域量子通信网络；二是通过量子中继器实现城际量子通信网络；三是通过卫星中转实现可覆盖全球的广域量子通信网络。 对市场角度来说，互联网本质上是一个不安全的网络，而量子通信在理论上的绝对保密特征，已经得到物理定理的证明，很显然在军事、国防、金融等领域有着广阔的应用前景。在大众商业市场，随着技术成熟，量子通信也将具有极大的发展潜力。 3.量子通信技术的发展趋势 4.不足 但量子通信本身，仍然处在研究阶段，还远远没有达到大规模商用化的水平，实用的量子通信网络其保密的绝对性还有待商榷。 量子通信面临四项难点：可扩展、强抗毁、广覆盖、立体化 子密钥分发在未来推广应用方面面临两大挑战：融合性和安全性。量子通信从量子力学的 第一章蛋白质的结构和功能 1．有一混合蛋白质溶液，各种蛋白质的pI为4．6；5．0；5．3；6．7；7．3。电泳时欲使其中4种泳向正极，缓冲液的pH应该是 A．5．0B．4．0 C．6．0 D．7．0 E．8．0 2．下列蛋白质通过凝胶过滤层析柱时最先被洗脱的是 A．血清清蛋白(分子量68 500) B．马肝过氧化物酶(分子量247 500) C．肌红蛋白(分子量16 900) D．牛胰岛素(分子量5 700) E．牛β-乳蛋白(分子量35 000) 3．下列哪一物质不属于生物活性肽 A．胰高血糖素B．短杆菌素C．催产素D．胃泌素E．血红素 4．下列关于蛋白质结构叙述中，不正确的是 A．一级结构决定二、三级结构 B．二、三级结构决定四级结构 C．三级结构即具有空间构象 D．无规卷曲是在一级结构上形成的 E．α螺旋又称为二级结构 5. 在中性条件下混合氨基酸在溶液中的主要形式是 A 负电荷离子B．非极性分子C．正电荷离子D．疏水分子E．兼性离子 6．球蛋白分子中哪一组氨基酸之间可形成疏水键 A．Glu-Arg B．Tyr-Asp C．Ser-Thr D．Phe-Trp E．Asp-Glu 7．可以裂解肽链中蛋氨酸残基羧基末端的试剂有 A．羟胺B．溴化氰C．胃蛋白酶 D．中等强度的酸E．胰蛋白酶 8．有一血清清蛋白(pI＝6．85)的混合物，在哪种条件下电泳、分离效果最好? A．pH4．9 B．pH5．9 C．pH6．5 D．pH8.6 E．pH3．5 9．使蛋白质和酶分子显示巯基的氨基酸是 A．蛋氨酸B．胱氨酸C．半胱氨酸D．谷氨酸E．赖氨酸 10．蛋白质分子引起280nm光吸收的最主要成分是 A．肽键B．半胱氨酸的一SH基 C．苯丙氨酸的苯环D．色氨酸的吲哚环 E．组氨酸的咪唑环(异吡唑环) 11．可用于测定多肽N端氨基酸的试剂有 A．丹磺酰氯B．β巯基乙醇C．溴化氰D．羟胺E．甲酸 生物必修一蛋白质计算公式总结生物必修一蛋 白质女王 纵观近几年高考试题,与生物必修一蛋白质计算有关的内容进行了不同程度的考查，下面是WTT给大家带来的生物必修一蛋白质计算公式总结，希望对你有帮助。 生物必修一蛋白质计算公式 [注：肽链数(m);氨基酸总数(n);氨基酸平均分子量(a);氨基酸平均分子量(b);核苷酸总数(c);核苷酸平均分子量(d)]。 1.蛋白质(和多肽)：氨基酸经脱水缩合形成多肽，各种元素的质量守恒，其中H、O参与脱水。每个氨基酸至少1个氨基和1个羧基，多余的氨基和羧基来自R基。①氨基酸各原子数计算：C 原子数=R基上C原子数+2;H原子数=R基上H原子数+4;O原子数=R基上O原子数+2;N原子数=R基上N原子数+1。②每条肽链游离氨基和羧基至少：各1个;m条肽链蛋白质游离氨基和羧基至少：各m个;③肽键数=脱水数(得失水数)=氨基酸数-肽链数=n m ;④蛋白质由m条多肽链组成：N原子总数=肽键总数+m个氨基数(端)+R基上氨基数; =肽键总数+氨基总数 ≥ 肽键总数+m个氨基数(端); O原子总数=肽键总数+2(m个羧基数(端)+R基上羧基数); =肽键总数+2-羧基总数 ≥ 肽键总数+2m个羧基数(端); ⑤蛋白质分子量=氨基酸总分子量脱水总分子量( 脱氢总原子量)=na 18(n m); 2.蛋白质中氨基酸数目与双链DNA(基因)、mRNA碱基数的计算： ①DNA基因的碱基数(至少)：mRNA的碱基数(至少)：蛋白质中氨基酸的数目=6：3：1; ②肽键数(得失水数)+肽链数=氨基酸数=mRNA碱基数/3=(DNA)基因碱基数/6; ③DNA脱水数=核苷酸总数 DNA双链数=c 2; mRNA脱水数=核苷酸总数 mRNA单链数=c 1; ④DNA分子量=核苷酸总分子量 DNA脱水总分子量=(6n)d 18(c 2)。 mRNA分子量=核苷酸总分子量 mRNA脱水总分子量=(3n)d 18(c 1)。 ⑤真核细胞基因：外显子碱基对占整个基因中比例=编码的氨基酸数-3÷该基因总碱基数-100%;编码的氨基酸数-6≤真核细胞基因中外显子碱基数≤(编码的氨基酸数+1)-6。 量子力学和物质波 量子力学是20世纪最成功的理论之一，物质波是量子力学从建立到完成过程中起决定性作用的概念之一。本文从量子力学的建立和发展过程出发，对量子力学与物质波的关系给出了论证：量子力学的建立过程就是对物质波的认识过程；量子力学的框架就是围绕粒子的波动性（波函数）来完成的；量子力学的含义就是给物质波一个物理解释。文章最后作者根据自己的观点给出了解决“量子物理论战”的一条可能途径。 量子力学是关于微观粒子运动的一门科学，其核心内容是描述微观粒子的波粒二象性——微观粒子的运动规律类似于波的运动；而微观粒子在被一些实验手段测量时又体现经典粒子的性质，如，具有动量、质量、电荷——这看似矛盾的性质被统一于物质波的概念中。虽然我们对量子力学仍有疑问，但是它的成功已经被无数实验确认，而且数学证明它也是自洽的，它自身的内部体系已经变得几乎无懈可击；所以我们要有所突破只能从外部，从它的假设入手。我想，最有可能突破的就是它的统计解释，也就是量子力学的主要任务——描述物质波。当然这一切需要实验的支持。由此可见物质波对于量子力学的意义。。 量子力学是20世纪最成功的物理理论之一，熟悉它的建立过程对我们更好的理解量子力学会有很大的帮助。我们将会看到，量子力学的建立过程就是对物质波的认识过程。 1914年，密立根用实验完全确认了爱因斯坦的光量子理论。1923年，康普顿的X射线散射实验证实了辐射的粒子性；在康普顿的“X射线在轻元素上的散射的量子理论”中写道：“这个实验非常令人信服的指出，辐射量子确实既带有能量，也带有定向的动量。” 至此能量的量子化观念就完全建立起来了。需要说明的是，普朗克、爱因斯坦等人的关于能量量子化的工作虽然与物质波没有直接联系，但是确实为物质波的提出提供了很好的启示。 能量量子化观念建立以后，考虑到光子和实物粒子的类比，1923年9月到10月间，德布罗意在《法国科学院通报》上先后发表了分别题为《辐射——波与量子》、《光学——光量子、衍射和干涉》、《量子、气体分子运动论和费马原理》的论文，逐步阐述了他关于物质波的思想，随后在1924年向巴黎大学科学院提交的博士论文《量子理论研究》中完善了物质波的理论：能量子(光子)的波粒二象性同样也适应于物质，写出了有关物质波的关系式 物质波的概念在量子物理学发展过程中起了纽带的作用，它既深化了量子化的观念，把量子化推广到所有物质，使我们对世界物质有了新的认识；又是波动力学的出发点，正是对于物质波的追问，才导致了量子力学的诞生。 物质波的概念提出后，接下来的任务就是找到一个描述它的数学理论，这就导致了量子力学的建立。我们将看到量子力学的体系是怎样围绕物质波的概念建立的。 波函数，确定力学量的取值情况 精品文档 精品文档 1.某蛋白质分子由M 个氨基酸、4条肽链组成，则该蛋白质分子（ ） A ．共有M 个肽键 B ．至少含有20种氨基酸 C ．至少含有4个羧基 D ．水解时需要M+4个水分子 2.组成蛋白质的氨基酸之间的肽键结构式是（ ） A.NH －CO B. NH2－COOH C.－NH 2－COOH － D.－NH －CO － 3.生物体内的蛋白质千差万别，其原因不可能是（ ） A ．蛋白质的空间结构不同 B ．组成蛋白质的氨基酸种类和数量不同 C ．氨基酸排列顺序不同 D ．组成肽键的化学元素不同 4. 某同学在显微镜下观察落花生子叶的切片，当转动细准焦螺旋时，有一部分细胞看得清楚，另一部分细胞较模糊，这是由于（ ） A ．反光镜未调好 B ．显微镜物镜被破坏 C ．细准焦螺旋未调好 D ．标本切得厚薄不均 5．免疫球蛋白IgG 的结构示意图如右，其中-S-S-表示连接两条相 邻肽链的二硫键。若该IgG 由m 个氨基酸构成，则该IgG 有肽键数 （ ） A ．m 个 B ．(m-4)个 C ．(m-2)个 D ．(m+1)个 6．两个氨基酸分子缩合形成二肽，并生成一分子水，这一分子水中的氢来自于（ ） A ．羧基和氨基 B ．氨基 C ．羧基 D ．连接在碳原子上的氢 7．用光学显微镜观察同一材料的同一部分时，高倍镜视野与低倍镜视野相比,前者（ ） A ．亮，看到的细胞数目多 B ．暗，看到的细胞数目多 C ．亮，看到的细胞数目少 D ．暗，看到的细胞数目少 8．人体的肌肉主要由蛋白质构成，但平滑肌和骨骼肌的功能不同，其根本原因是（ ） A ．属于不同系统 B ．在人体内的分布位置不同 C ．肌肉细胞的形状不同 D ．所含蛋白质分子结构不同 9.使用高倍镜观察装片的步骤是（ ） （1）转动转换器把低倍物镜移走，换上高倍镜 （2）在低倍镜下找到目标 （3）将目标移到视野中央 （4）调节细准焦螺旋和反光镜，直到视野适宜，物象清晰为止 A.（2）（3）（4）（1） B. （2）（4）（1）（3） C.（2）（3）（1）（4） D.（3）（4）（2）（1） 10．用普通光学显微镜观察组织时,下列说法正确的是（ ） A ．用10倍物镜观察组织时镜头与玻片的距离比用40倍物镜观察时近 B ．若将玻片标本向右移动，一污点不动，则污点在反光镜上 C ．若载玻片上有d 字母，则视野中呈现p 字母 D ．换上高倍物镜后一定要用凹面镜和放大光圈 11.某22肽被水解成1个4肽，2个3肽，2个6 肽，则这些短肽的氨基总数的最小值及肽键 蛋白质工程的应用与发展前景 摘要：蛋白质工程是生物工程中五大工程之一，本文对蛋白质工程作了简要概述，介绍了蛋白质工程的特点，并从蛋白质结构分析结构、功能的设计和预测、蛋白的创造和改造等方面对蛋白质工程研究内容进行详细论述，并以实力作了蛋白工程应用。 关键词：蛋白质工程研究内容应用 蛋白质是一切生命的基础，是生命的几乎体现着，离开了蛋白质，生命将不复存在。在一切生物学过程中都起着关键的作用。1983年，美国生物学家厄尔默首先提出了“蛋白质工程”的概念n]，随即被广泛接受和采用。蛋白质工程是以蛋白质结构与功能关系的知识为基础，通过周密的分子设计，把蛋白质改造为舍乎人类需要的新的蛋白质。人们利用分子遗传学的知识和对蛋白质结构的了解，在实验室条件下，设计出垒新的优良蛋白质。实际上蛋白质工程包括蛋白质的分离纯化，蛋白质结构和功能的分析、设计和预测，通过基因重组或其它手段改造或创造蛋白质。从广义上来说，蛋白质工程是通过物理、化学、生物和基因重组等技术改造蛋白质或设计合成具有特定功能的新蛋白质。 目前，蛋白质工程尚未有统一的定义。一般认为蛋白质工程就是通过基因重组技术改变或设计合成具有特定生物功能的蛋白质。实际上蛋白质工程包括蛋白质的分离纯化，蛋白质结构和功能的分析、设计和预测，通过基因重组或其它手段改造或创造蛋白质。从广义上来说，蛋白质工程是通过物理、化学、生物和基因重组等技术改造蛋白 质或设计合成具有特定功能的新蛋白质。 1、蛋白质工程的由来 蛋白质工程是在基因工程冲击下应运而生的。基因工程的研究与开发是以遗传基因，即脱氧核糖核酸为内容的。这种生物大分子的研究与开发诱发了另一个生物大分子蛋白质的研究与开发。这就是蛋白质工程的由来。它是以蛋白质的结构及其功能为基础，通过基因修饰和基因合成对现存蛋白质加以改造，组建成新型蛋白质的现代生物技术。这种新型蛋白质必须是更符合人类的需要。因此，有学者称，蛋白质工程是第二代基因工程。其基本实施目标是运用基因工程的ＤＮＡ重组技术，将克隆后的基因编码加以改造，或者人工组装成新的基因，再将上述基因通过载体引入挑选的宿主系统内进行表达，从而产生符合人类设计需要的“突变型”蛋白质分子。这种蛋白质分子只有表达了人类需要的性状，才算是实现了蛋白质工程的目标。 ２蛋白质工程原理和基本操作 ２.１分子设计 由于基因工程的发展，人们已经可以运用基因重组等理论和方法去设计并制造出预想的各种性能的蛋白质。这种改变蛋白质的操作可以在蛋白质水平上，也可以在基因水平上。如基因水平的改变，是在功能基因开发的基础上，对编码蛋白质的基因进行改造，小到可改变一个核苷酸，大到可以加入或消除某一结构的编码序列。蛋白质水平的改变则主要是对制造出的蛋白质进行加工、修饰，如磷酸化、糖基化等。蛋白质的化学修饰条件剧烈，无专一性，而基因操作则比较方便，在 第一章蛋白质 （一）氨基酸 1．组成蛋白质的氨基酸都为α-氨基酸（除Pro），都为L型（除Gly） 2．非极性R基氨基酸丙氨酸 Ala 缬氨酸 Val 亮氨酸 Leu 异亮氨酸 Ile 脯氨酸Pro（亚氨基）苯丙氨酸Phe（苯环）色氨酸 Trp(苯环) 甲硫氨酸 Met（含硫） 不带电荷的极性R基氨基酸甘氨酸 Gly 丝氨酸Ser（羟基）苏氨酸Thr（羟基）半胱氨酸 Cys（巯基）酪氨酸 Tyr(苯环、羟基) 天冬酰胺Asn 谷氨酰胺 Gln ▲除Gly以外，都能形成氢键 碱性氨基酸赖氨酸Lys 精氨酸 Arg（胍基）组氨酸His（咪唑基） 酸性氨基酸天冬氨酸 Asp 谷氨酸 Glu 3．必需氨基酸 Ile Met Val Leu Trp Phe Thr Lys（“一家写三两本书来”） 4．稀有的蛋白质氨基酸通常是常见氨基酸的衍生物，如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸；非蛋白质氨基酸,如瓜氨酸、鸟氨酸 5．两性性质和等电点使氨基酸净电荷为零时溶液的pH值，用 pI 表示 中性氨基酸pI = 1/2 ( pK1' + pK2' ) 酸性氨基酸pI = 1/2 ( pK1' + pK R' ) 碱性氨基酸pI = 1/2 ( pK2' + pK R' ) pH > pI 带负电，移向正极；pH < pI 带正电，移向负极； pH = pI 不带电，不移动。6.氨基酸的重要化学反应 茚三酮反应在酸性条件下，氨基酸与茚三酮共热，生成紫色化合物 Sanger反应在弱碱溶液中，氨基酸的α-氨基与2,4-二硝基氟苯(DNFB) 反应，生成黄色的二硝基苯氨基酸（DNP-AA） Edman反应可用层析法加以分离鉴定 （二）肽 1．肽：一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基脱去一分子水而形成酰胺键，这个键称为肽键（peptide bond），产生的化合物叫做肽（peptide）。 2．肽的结构：无分枝的长链；具有方向性；两个末端分别为N端(氨基端)和C端(羧基端)；由“N-C-C”单元的周期性连接，构成多肽链的主链 3．简述谷胱甘肽的结构特点和功能 结构（GSH）：Glu-Cys-Gly 功能：参与氧化还原反应；保护巯基酶类的活性；防止H2O2等在生物体内的积累 （三）蛋白质的分子结构 1.蛋白质的一级结构：蛋白质的一级结构（primary structure）是指蛋白质肽链中氨基酸的排列顺序。 2.蛋白质的二级结构指多肽链本身通过氢键沿一定方向盘绕、折叠而形成的构象。氢键是维持二级结构的主要作用力。 3.天然蛋白质主要二级结构单元包括：a-螺旋 (a-helix) b-折叠 (b-pleated sheet) b-转角 (b-turn) 无规卷曲 (nonregular coil) 4.α-螺旋(α-helix)α-螺旋蛋白质中最常见、含量最丰富的二级结构 ◆肽链中的酰胺平面绕Cα相继旋转一定角度形成α-螺旋，呈右手螺旋。酰胺平面平行于 中心轴； ◆螺旋体中所有氨基酸残基侧链都伸向外侧； ◆每个氨基酸残基的N-H都与前面第四个残基C=O形成氢键；高中生物1.1.3 蛋白质工程 教案(1)(中图版选修3)
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