第二章蛋白质化学Protein Chemistry
第一节蛋白质概述
一、蛋白质的概念
蛋白质是一切生物体中普遍存在的四类生物大分子之一，是生物功能的主要载体。生物遗传形状（存在于信息大分子DNA中）是通过蛋白质来表现的。
蛋白质是由天然氨基酸(amino acid)通过肽键(peptide bond)连接而成的生物大分子，分子量一般在一万到一百万，甚至高达数百万。
蛋白质种类繁多、各具一定的相对分子量、复杂的分子结构和特定的生物功能。
成千上万种蛋白质，在结构和功能上的惊人的多样性归根结底是由20种常见氨基酸的内在性质造成的。
这些性质包括：
①聚合能力；
②特有的酸碱性质；
③侧链的结构及其化学功能的多样性；
④手性。
本节主要讲述这些性质，它们是讨论蛋白质和酶的结构、功能以及许多其他有关问题的基础。
二、蛋白质的化学组成
1、元素组成
C、H、O、N、P、S
蛋白质元素组成的一个特征是∶无论样品来源如何，其含N量一般均在15-17%，平均16%，即1克的N相当于6.25克的蛋白质。
粗蛋白% == N% 6.25
这是凯氏定氮法测定蛋白质含量的基本原理。这里要注意两点：
（1）所测蛋白为粗蛋白
（2）对于某些蛋白质已知含氮量则不用6.25。如小麦为5.83,大豆为5.71等。
2、蛋白质的分子组成
蛋白质=多肽链+非蛋白质物质(辅基)
polypeptide nonprotein （cofactor）
蛋白质在酸、碱、酶的作用下由大分子逐渐水解为分子量较小的胨、肽，最终水解成氨基酸。可见氨基酸是一切蛋白质分子组成的基本单位。有些结合蛋白质含有其它一些小分子物质。
三、蛋白质的分类（至少四类）
(1)根据蛋白质的分子形状分类∶
球状蛋白质（Globular protein）：易溶解、能成结晶。
纤维状蛋白质（Fibrous protein- ）：分子形状不对称，类似棒状或纤维状。难溶，结构物质。
(2)根据蛋白质的化学组成分类∶
简单蛋白质（Simple protein）----只含有氨基酸。如∶溶菌酶
复合蛋白质（Conjugated protein ）----由简单的蛋白质和非蛋白质物质结合而成。如∶血红蛋白(血红素) 复合蛋白质又可分为∶色蛋白（血红蛋白）、糖蛋白、磷蛋白（AA-OH结合，卵黄蛋白）、核蛋白（核糖体-RNA）、脂蛋白（血浆脂蛋白）
(3)根据蛋白质的溶解度分类∶
清蛋白Albumin ∶溶于水（血清白蛋白）。
球蛋白Globulin ∶微溶于水，而溶于稀盐溶液（大豆球蛋白）。
谷蛋白Glutelin ∶不溶于水、醇及盐溶液，而溶于稀酸或碱（米蛋白）。
醇溶蛋白Gliadin ∶不溶于水，但溶于70-80%的乙醇（玉米醇溶蛋白）。
精蛋白Protamine ∶溶于水及酸性溶液，呈碱性。
组蛋白Histone ∶溶于水及稀酸性溶液，含较多的精氨酸和赖氨酸。
硬蛋白Scleroprotein ∶不溶于水、盐、稀碱、稀酸溶液。
(4)根据蛋白质的功能分类∶
活性蛋白质（Active protein）∶如酶(Enzyme ）and 、激素（Hormone）、抗体（antibody)等。
非活性蛋白质（Passive protein）∶是一类结构蛋白质，多起保护和支撑作用。如胶原蛋白和角蛋白(Collagen and keratin) 。
四、蛋白质的分布和生物学意义
形态学功能（Morphological function）毛发、皮肤-角蛋白，骨骼、牙齿-钙+胶原蛋白
生理学功能（Physiology function）：催化、调节、运输、生物膜等
营养学功能（Nutritional function）：外源蛋白的营养功能
第二节蛋白质的基本结构------氨基酸
一、蛋白质的水解
蛋白质可以被酸、碱和蛋白酶水解，在水解过程中逐渐降解成分子量越来越小的肽段，直到最后成为氨基酸的混合物。
蛋白质→多肽→寡肽→二肽→氨基酸
根据蛋白质的水解程度可分为∶完全水解、部分水解
三种蛋白质水解方法的优缺点∶
1、酸水解∶6mol/L盐酸或4mol/L硫酸水解，20小时左右，完全水解。
优点∶不引起消旋作用，得到的是L-氨基酸。
缺点∶色氨酸完全被沸酸破坏，羟基氨基酸和酰胺被部分水解。
2、碱水解∶5mol/LNaOH共煮10-20小时，即可完全水解。
在水解过程中，多数氨基酸有不同程度的破坏，产生消旋作用。特别是引起精氨酸脱氨。
3、酶水解∶
不产生消旋作用，也不破坏氨基酸。
但一种酶往往水解不彻底南需要几种酶的协同作用才能使蛋白质完全水解，并且酶水解所需时间较长。
常用的蛋白酶有∶动物蛋白酶、植物蛋白酶、微生物蛋白酶
二、氨基酸（Amino acid）的结构与分类
1、氨基酸的结构通式∶
（1）都是α-AA，有酸性的-COOH基和碱性的—NH2，为两性电解质。
（2）如果R≠H，α-C为不对称C原子，因而是光学活性物质。
第一特点使不同氨基酸具有某些共同的化学性质；第二特点使各种氨基酸具有某些共同的物理性质。
除Gly无不对称C原子因而无D-及L-型之分外，一切α-氨基酸的α-C原子都为不对称C原子，都具有光学活性，能使偏振光平面向左或向右旋转，向右旋转的叫右旋体，以（+）表示，向左旋转的叫左旋体，以（-）表示。氨基酸的D-及L-型（即氨基酸的光学异构体的表示方法及命名）是以甘油醛或乳酸为原始参考标准的。
由于在天然蛋白质中发现的氨基酸都属L型，因此L型氨基酸称为天然氨基酸。（目前还不能肯定高等动植物是否含有D-型氨基酸，但在细菌中也有发现，且是与氨基糖结合，其生物学功能尚难确定）
命名：氨基酸的化学名称根据有机化学标准命名法命名，如：
α，ε-二氨基己酸（赖氨酸）
通常多用俗名，即根据天然氨基酸的来源和性质命名。如α-氨基乙酸由于具有甜味而称甘氨酸等。
2、常见氨基酸的分类及结构
氨基酸通常根据R基团的结构和性质，有三种主要分类方法∶
(1)、根据R基团的化学性质分为：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环族氨基酸
(2)、根据R基团的酸碱性分为：酸性氨基酸、碱性氨基酸、中性氨基酸
(3)、根据R基团的电性质分为∶R基团带电荷AA（酸、碱）、R基团不带电荷［极性氨基酸（羟基、酰胺、巯基）、非极性氨基酸（烃链、芳香环、硫甲基）］
3、蛋白质分子中的非标准氨基酸
稀有氨基酸
非蛋白氨基酸
自然界中还有150多种不参与构成蛋白质的氨基酸。
另外还有从营养学角度分的
根据氨基酸对人体生理的重要性和体内能否合成，将氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸两大类。
必需氨基酸（essential amino acids）：
对成人有八种必需氨基酸：苏氨酸，缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，赖氨酸，色氨酸，苯丙氨酸和蛋氨酸。而精氨酸，组氨酸是幼儿所必需的，故称为半必需氨基酸。
三、氨基酸的理化性质
（一）物理性质∶
1.晶形和熔点：α-氨基酸均为无色晶体，不同氨基酸晶形不同，氨基酸熔点较高
2.全部能溶酸碱性溶液中，少数能溶于有机溶剂，溶水能力与Ｒ基团的极性有关
（二）氨基酸的旋光性（rotation）
从α-氨基酸的结构通式可以看出，除R基为氢原子外，即除甘氨酸外，均含有不对称碳原子，其上四个取代基在空间的排列可以有两种不同的方式，即L型和D型，它们彼此是一种不能叠合的物体与镜象关系或左右手关系，分子的这两种形式称为光学异构体（optical isomers）、对映体(enantiomers)或立体异构体（stereoisomers）。
一个旋光化合物的旋光性可以用旋光率[α]D t（或称比旋光度）来表示，它是α-氨某酸的物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的一种根据。
[α] D t＝＝αD t×100/(L×C)
[α] D t为旋光率
L为旋光管的长度，单位为分米；
C为溶液浓度，即100ml溶液中所含溶质的克数
αD t是在钠灯（D线，λ＝589.6或589.0nm）为光源，温度为t，管长为L，浓度为C时所测得的旋光度。
注意旋光率（比旋光度）不等于旋光度。
如何用它鉴别和测定AA含量？
氨基酸的旋光符号和大小取决于它的R基性质，并且与测定的溶液pH有关。
当溶剂、温度、ＰＨ一定，[α] D t值是定值。
pH对L-亮氨酸（Ⅰ）和L-组氨酸（II）的[α]25℃D值的影响
ＰＨ通过影响Ｒ基团的解离而影响旋光度
（三）吸光性
所有的氨基酸在可见光范围内均无吸收，只有下列氨基酸在近紫外有吸收。
Tyr : λmax=275nm
Trp : λmax=280nm
Phe : λmax=259nm
2、氨基酸的两性解离及等电点
氨基酸晶体具有很高的熔点，一般在200℃以上。
例如甘氨酸在233℃熔解并分解，酪氨酸的熔点更高（340℃），但是普通的有机化合物如二苯胺熔点为53℃。
此外，还发现氨基酸能使水的介电常数增高，而一般的有机化合物如乙醇、丙酮等却使水的介电常数降低。
推测：氨基酸在晶体或水中主要是以兼性离子(zwittterion)亦称偶极离子(dipolarion)的形式存在，不带电荷的中性分子为数极少。
氨基酸的滴定曲线
(1)反映在不同的pH条件下，AA的带电状态、两性解离及等电点。
(2) 计算出氨基和羧基的解离常数∶
pH=pK + lg[质子受体]/[质子供体]
氨基酸的等电点Isoelectric point of Amino Acids
氨基酸（AA）溶液在某一pH时，AA的氨基和羧基的解离度完全相同，此时，AA分子所带的正、负电荷相等，即AA分子的净电荷为零，它在电场中既不向阳极移动，也不向阴极移动，此时，AA溶液所处的pH就称为该AA的等电点(Isoelectric point，用pI表示)。
AA在溶液中的带电状态与溶液pH的关系∶
当pH=pI时，净电荷为0；
当pH 当pH>pI时，AA带负电。 当溶液pH偏离pI越远，AA所带的净电荷数目越多。 等电点的计算：取决于氨基酸的解离常数 对于一氨基一羧基的AA: pI=(pK1 + pK2)/2 对于一氨基二羧基的AA: pI=(pK1 + pK R)/2 对于二氨基一羧基的AA: pI=( pK R+ pK2)/2 3、氨基酸的重要化学反应 （1）α－氨基的反应 A、与亚硝酸的反应 注：1、此反应氮来自AA和亚硝酸，各占50%，反应是定量的。 2、α-氨基的反应比其它氨基要快得多（3-4分，可控制时间来控制其它氨基的干扰），且亚氨基及杂环中的结合氮（如Arg，His，Try）无此反应。 3、可用于氨基酸定量及蛋白质水解程度的测定。 ４、Pro是一个亚氨基酸，没有此反应 B、与甲醛反应（甲醛滴定法） AA是一个两性电解质，但不能用酸、碱直接来滴定，因为等当点的pH或过高（12－13）或过低（1－2）没有适当的指示剂可以被选用。甲醛与－NH2结合后降低了氨基的碱性，是滴定终点移到了9附近。 注意： 1、甲醛的加入使氨基的酸性大大增强，氨基的PKa下降到6.5（原为9.7）溶液的PH降到6.7，此时可用酚酞作指示剂，以NaOH进行滴定，每释放一个氢相当于一个氨基酸。 2、此反应可用来测定蛋白质的水解程度 C、与酰化试剂反应： 该反应在多肽、蛋白质的人工合成中被用作氨基的保护试剂 如：与丹磺酰氯、苄氧（苯甲氧）甲酰氯反应 D、烃基化反应： 该反应用于鉴定多肽和蛋白质的氨基末端。 如：2，4－二硝基氟苯（DNFB） ⑵. α-羧基的反应 HOOC-CH2-CH2-CHCOOH→HOOC-CH2-CH2-CH2+CO2脱羧 NH2NH2 成盐 ⑶.氨基和羧基共同参与的反应 A、成肽反应 B、与茚三酮的反应 注意：与Pro反应产物是黄色 4、氨基酸的分离制备和分析鉴定 目前分离分析常用方法——层析法 层析技术三个条件： ⑴.水不溶性惰性支持物（载体） ⑵.流动相（溶剂系统） ⑶.固定相（附着在支持物上的水、离子、活性基团） 根据作用原理不同，具体技术有： 吸附层析 离子交换层析 分配层析（纸层析） 分子过滤层析等 一、肽的概念 1、结构：肽是氨基酸链 氨基酸通过肽键连接形成的链状化合物称为肽(peptide） 肽是氨基酸的线性聚合物，因此常称为肽链(peptide chain）。 2、肽与氨基酸的区别 相同点：均含有α-COOH，α-NH2； 不同点：（1）肽中α-COOH，α-NH2的距离比氨基酸大，可离子化程度较低。一般肽链越大，可离子化程度越低。（2）肽中N端的α-NH2的PK比游离氨基酸小，而C端的α-COOH的PK比游离氨基酸大，R基的PK在两者之间。 二、生物活性肽 生物体内一些具有特殊功能的肽，称为生物活性肽（天然肽） 一般多为寡肽和分子较小的多肽 生物活性肽一般与机体的免疫防御、代谢调节等功能有关。 如：谷胱甘肽（GSH）、神经肽、抗菌肽 1、谷胱甘肽----参与氧化还原反应 谷胱甘肽（GSH）是活细胞的重要组成成分，活性的SH极易被氧化（变成GSSG），在生物氧化，-SH保护，酶活性和氨基酸运输中具有重要作用。 2、其它肽 第三节蛋白质的结构 一、蛋白质分子的基本化学结构（共价结构）---- 一级结构 根据国际纯化学与应用化学联合会(IUPAC)1969年的规定，一级结构专指氨基酸序列，而蛋白质的化学结构则包括肽链数目、端基组成、氨基酸序列和二硫键的位置，又称共价结构。氨基酸如何连接成肽链及氨基酸在肽链中的连接次序。肽键是主要连接键（-CO-NH-），多肽链（多个氨基酸以肽键结合形成的链）是一级结构的主体。1.一级结构（线性结构） 蛋白质的一级结构(primary structure)指它的氨基酸序列。 二硫键：价键牢固，稳定蛋白质结构 —SH+—SH—→—S—S— 巯基二硫键 维持蛋白质一级结构的作用力是：肽键、二硫键。 蛋白质一级结构的测定－－氨基酸序列分析 氨基酸序列分析的一般步骤 (1)测定蛋白质分子中多肽链的数目； (2)拆分蛋白质分子的多肽链； (3)断开多肽链内的二硫桥； (4)分析每一多肽链的氨基酸组成； (5)鉴定多肽链的N一末端和C一末端残基； (6)裂解多肽链成较小的片段； (7)测定各肽段的氨基酸序列； (8)重建完整多肽链的一级结构； (9)确定半胱氨酸残基间形成的S-S交联桥的位置 二、蛋白质的空间结构 1、构型与构象 构型：是由于化合物中某一不对称碳原子四种不同的取代基团的空间排列所形成的一种光学活性立体结构。 构型的转变必须发生化学键的断裂 构象：是分子内所有原子和原子团的空间排布所形成的一种立体结构。 只要分子中发生C－C键的转动，就会发生构象的变化。 影响蛋白质构象的作用力有哪些？ 内力（内因）：蛋白质分子内各原子间作用力 外力（外因）：与溶剂及其他溶质作用力 内因为主，外因通过改变内因起作用 按不同种类内力以及产生的构象变化把构象划分为二、三、四级层次。 3、蛋白质的二级结构（Protein Secondary Structure） 蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中多肽链本身（主链或骨架）的折叠方式，它借助于氢键排列成自己特有的α-螺旋和β-折叠等片段，它是一种有规则的重复构象象弹簧的螺圈延一维方向伸展。 蛋白质的二级结构限于主链原子的空间排列。 多肽链的二级结构主要有以下几种方式∶ (1) α-螺旋结构（αHelix ） (2) β-折叠结构（βpleated sheet ） (3) β-转角（βbend or βturn ） (4) 无规卷曲(random coil) 由于蛋白质主链的基本构象都是以酰胺平面为基本结构单位，有规则的盘曲而成，因此，在讨论主链构象之前先认识酰胺平面。 (1) 酰胺平面与二面角(Φ、Ψ) 酰胺平面（amide plane ）或称肽平面（peptide plane）： 每个肽单位的六个原子（Cα－CO－NH－Cα）都被酰胺键固定在同一个平面上，该平面称为酰胺平面（或肽平面）。 二面角(Φ、Ψ)：绕Cα－C键旋转的角度称Ψ角；绕N－Cα键旋转的角称Φ角。 蛋白质的二级结构——蛋白质多肽链本身的盘绕与折叠方式。 包括α—螺旋、β—折叠片、β—转角、自由回转四种方式。 A. α—螺旋（蛋白质最常见的二级结构形式） α—螺旋是肽链的盘绕形式 有左右手之分 α-螺旋结构特点∶ 1) 主链绕中心轴按右手螺旋方向盘旋，每3.6 个氨基酸残基前进一圈，每圈前进距离是0.54nm，每个氨基酸残基占0.15nm。 2) 每个氨基酸残基的亚氨基与它前面第四个基酸残基的羰基氧原子形成氢键，氢键与螺旋轴近似平行。 3)侧链R在螺旋的外侧。 α-螺旋的稳定性是靠氢键来维持的。 α-螺旋有左手螺旋和右手螺旋两种，但天然的蛋白质大多是右手螺旋。 影响α-螺旋形成和稳定的因素： 氨基酸的组成和排列顺序（如肽中Pro无法形成氢键，不能α-螺旋）；氨基酸所带电荷性质（如不带电多聚丙氨酸在PH7水中能自发形成α-螺旋，但多聚Lys在同样条件下由于R基带正电荷，相排斥，不能形成α-螺旋）；R 侧链大小（在α-C边大R基由于空间位阻不能形成α-螺旋）。 B、β-折叠结构(β-片层结构)∶ β-折叠结构是两条或两条以上充分伸展成锯齿状折叠构象的多肽链，侧向聚集，按肽键的长轴方向平行并列，形成折扇状的结构。 β-折叠构象靠相邻肽链主链亚氨基和羰基氧原子之间形成有规则的氢键来维系。 C、β-转角∶ 又称U形回折、β-转弯或发夹结构。 蛋白质分子的主链在盘曲折叠运行中，往往发生180度的急转弯，这种回折部位的构象，即所谓的β-转角。 β-转角是由4个连续的氨基酸残基组成的，第一个氨基酸残基的羰基氧原子与第四个氨基酸残基的亚氨基连接来稳定构象。 Gly 、Asp、Asn和Trp常常出现在β-转角中。 作用力——同样是肽键衍生来的氢键 但由于只有这一个氢键，只形成β—转角结构。 O ……（氢键）………H —C—（NH—CH—CO）2—N— Ｒ D、无规卷曲∶ 它是多肽主链不规则、多向性地随机盘曲所形成的构象。 球蛋白分子中常见的一种主链构象。 以上是蛋白质的二级结构的主要构象，它们在不同的蛋白质分子中的分布差别很大。 (3) 蛋白质的超二级结构(super-secondary structure) 是指二级结构的基本结构单位(α-螺旋、β-折叠等)相互聚集，形成有规则的二级结构的聚集体。 已知的超二级结构有3种基本组合形式∶ α-螺旋的聚集体(αα) α-螺旋与β-折叠的聚集体(βαβ) β-折叠的聚集体(βββ和βαβ) 由二级结构组成的三级结构组件，主要存在于球状蛋白质。 (4) 蛋白质的结构域∶ 在较大的球状蛋白质的分子中，多肽链往往形成几个紧密的球状构象，彼此分开，以松散的肽链相连，此球状构象就是结构域(structural domain)。 结构域是指花式或二级结构组合而成的局部折叠区域 球状蛋白质的独立折叠单位，通常也是蛋白质的功能单位（功能域） 小的单体蛋白质只有一个结构域结构域＝三级结构 大的单体蛋白质有多个结构域 ４、蛋白质的三级结构 A、球状蛋白质分子的三级结构 球状蛋白质分子的二级结构不是活性分子的结构形式，需要在二级结构的基础上再盘曲折叠形成三级结构。 蛋白质分子的三级结构是指蛋白质分子在一、二级结构的基础上，借助于各种非共价键在三维空间盘曲、折叠成具有特定走向的紧密、近似球状的构象。 球状构象给出最低的表面积和体积比，因而使蛋白质与环境的相互作用降到最小，最稳定。 蛋白质分子的三级结构包括全部主链、侧链在内的所有原子的空间排部，但不包括肽链间的相互关系 球状蛋白质分子三级结构的构象特征∶ (1)三级结构的构象近似球形。 (2)分子中的亲水基团大多相对集中在球形分子的表面，疏水基团相对集中在分子内部。 (3)三级结构构象的稳定性主要靠疏水的相互作用来维系。 (4)三级结构形成后，蛋白质分子的生物活性中心就形成了。在球形分子的表面往往有一个很深的裂隙，活性部位就在其中。 三级结构的典型例子是∶肌红蛋白 维系三级结构稳定的作用力有氢键，离子键，疏水键和范德华力，以疏水键起主要作用。 B、纤维蛋白分子的三级结构 在纤维蛋白分子中螺旋肽链一般为平行排列，例如角蛋白、丝心蛋白、胶原蛋白的三级结构都是如此。维系蛋白质空间结构的化学键： (1)氢键(hydrogen bond) (2) 离子键(盐键)(Electrostatic interactions) ((3) 二硫键(disulfide bond) (4) 配位键(金属键)(metal bond) (5)疏水相互作用(hydrophobic interaction) (6) 范德华力(van der waals force) 键能：肽键、二硫键＞离子键＞氢键、疏水键＞范德华力 离子键、氢键、疏水键、范德华力这四种键能远小于共价键，称次级键 次级键微弱但却是维持蛋白质三级结构中主要的作用力,原因何在? 数量巨大 5、球状蛋白质分子的四级结构 有些球状蛋白质分子是由两个或两个以上的、具有独立三级结构的肽链单位缔合而成的，这种蛋白质通常称为寡聚蛋白或多体蛋白（multimeric protein）。 寡聚蛋白分子中的每一个三级结构单位称为一个亚基(或亚单位subunit、单体monomer)。 所谓蛋白质分子的四级结构是指∶寡聚蛋白分子中亚基与亚基之间的立体排布及相互作用关系。 亚基的数目和类型也是四级结构研究的内容。 四级结构的稳定主要靠亚基之间的疏水相互作用来维系。 三、多肽、蛋白质结构与功能的关系 （一）多肽的结构与功能 生物体中存在多种活性肽，如：生长激素、加压素、催产素等。 （二）蛋白质的一级结构决定高级结构 1、核糖核酸酶的可逆变性 2、蛋白质前体的激活 ３、分子病镰刀状贫血病—血液中大量出现镰刀红细胞，患者因此缺氧窒息 正常型---Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys --- 镰刀型---Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys --- 谷A（极性）缬A（非极性） 由于缬氨酸上的非极性基团与相邻非极性基团间在疏水力作用下相互靠拢，并引发所在链扭曲为束状，整个蛋白质由球状变为镰刀形，与氧结合功能丧失，导致病人窒息甚至死亡。 （三）蛋白质空间结构与功能的关系 1、血红蛋白的变构效应与运输氧的功能 调节结构改变功能 变构现象：外因通过改变蛋白质构象引起蛋白质功能变化的现象。 血红蛋白 （四）同功能(同源）蛋白质结构的种属差异与保守性 同源蛋白质的氨基酸序列具有明显的相似性 1、胰岛素一级结构的种属差异与保守性 比较各种哺乳类、鸟类和鱼类等动物的胰岛素(insulin)一级结构，发现组成胰岛素分于的51个氨基酸残基中，只有24个氨基酸残基始终保持不变，为不同生物所共有。这些始终不变的氨基酸残基，称为守恒氨基酸残基(守恒残基) 其他绝大多数守恒残基是带有疏水侧链的氨基。 X-光晶体结构分析结果证明．这些非极性的氨基酸对维持胰岛素分子的高级结构起着稳定作用，因而推测．不同动物来源的胰岛素，其空间结构可能大致相同。 一般认为．激素的活性中心以及维持活性中心构象的氨基酸残基不能变，否则激素将失去活性。 2、细胞色素c的种属差异与保守性 细胞色素c广泛存在于一切需氧生物细胞的线粒体之中，是一种包含一个血红素的单链蛋白质。它在呼吸链中起着传递电子的作用。 脊椎动物的细胞色素c的多肽链一般是由104个氨基酸残基所组成的。 对50多种不同生物来源的细胞色素c的一级结构作了比较研究，发现35个氨基酸在各种生物中是保守的．其中都含有Cys－14、Cys－l7、His－18，Met －80、Tyr－48和Trp－59。血红素是细胞色素c呈现电子传递功能的活性中心。 根据各种研究得知，这几个保守残基是保证细胞色素c发挥电子传递功能的关键部位。 同功能蛋白质在种属之间的氨基酸差异大小，通常与这些种属在进化位置的差距大体上相平行。 比较50多种生物的细胞色素c一级结构的种间差异，发现：凡与人类亲缘关系越远的生物．其氨基酸顺序与人的差异越大，这些种属差异可以为生物进化提供重要的依据。 这说明生物进化过程中所发生的种属差异，不仅表现在生物的形态结构上，同时也反映在蛋白质分子的一级结构上．这也揭示了某些蛋白质在进化上可能来自同一祖先蛋白质，而在长期进化过程中不断分化出结构与功能相适应的蛋白质。 第五节蛋白质的重要性质 一、蛋白质的胶体性质 真溶液的溶质分子的颗粒大小<1nm； 胶体溶液中溶质分子的颗粒大小在1-100nm； 蛋白质分子的相对分子量在1-100万，其颗粒大小(2-20nm)属于胶体粒子的范围。 另外，蛋白质分子表面有许多极性基团，亲水性极强，易溶与水形成稳定的亲水胶体溶液。 1、稳定蛋白质胶体溶液的两个因素∶ (1) 表面电荷(在非等电点时)与双电层； (2) 水化膜 蛋白质胶体溶液具有一般胶体溶液的性质∶丁道尔现象、布朗运动、半透膜不透性、吸附性、胶凝性、粘性。 2、蛋白质的膜分离技术（Membrane Separation T echnique ） 利用蛋白质的半透膜不透性，将蛋白质中所含的、可以通过半透膜将低分子物质(如盐等小分子)分离的技术称为膜分离技术(或膜过滤技术)。 膜分离技术可分为∶透析（dialysis ）、超滤（ultrafiltration ） 二、蛋白质的两性解离与等电点 蛋白质中可解离的酸性基团∶ Glu的γ-COOH Asp的β-COOH Tyr的酚羟基 Cys的-SH 碱性基团∶ Lys的ε-NH2 His的咪唑基 Arg的δ-胍基 蛋白质分子的总解离可用下式表示∶ NH+3-P-COOH (P+)→NH+3-P-COO-(P+-)→NH2-P-COO- (P-) 蛋白质的等电点∶蛋白质溶液在特定的pH下，其分子所带的正、负电荷相等，净电荷为零，这一pH称为(用pI表示)。 蛋白质的等电点不是一个恒定值，它受溶液的离子种类和离子强度的影响。 蛋白质在纯水中的带电状态不受其它离子的干扰，完全由H+的解离和结合来决定，这种条件下的等电点称为蛋白质的等离子点(isoionic point) 。 蛋白质的等离子点是特性常数。 蛋白质等电点的大小与其氨基酸组成有关。 对于变性的蛋白质，可由其酸性氨基酸与碱性氨基酸的比例来判断。 对于天然蛋白质，由于其R基团不能完全暴露在外，故不易判断。 在等电状态下，蛋白质分子物理性质有所改变，最显著的是溶解度最小。 根据蛋白质两性解离和等电点的性质发展起来的蛋白质纯化方法有∶ 蛋白质电泳 离子交换法 等电点沉淀法 精品文档 精品文档《第五章蛋白质》习题 一、单选题 1.某一溶液中蛋白质的百分含量为55% ，此溶液的蛋白质氮的百分浓度为( A ) (A) 8.8% (B) 8.0% (C) 8.4% (D) 9.2% (E) 9.6% 2.属于碱性氨基酸（即R基团带正电的氨基酸）的是( C ) (A) 天冬氨酸 (B) 异亮氨酸 (C) 组氨酸 (D) 苯丙氨酸 (E) 半胱氨酸 3.维系蛋白质二级结构稳定的作用力是( E ) (A) 盐键 (B) 二硫键 (C) 肽键 (D) 疏水键 (E) 氢键 4.下列有关蛋白质一级结构的叙述，错误的是( B ) (A) 多肽链中氨基酸的排列顺序 (B) 多肽链的空间构象 (C) 包括二硫键的位置 (D) 蛋白质一级结构 并不包括各原子的空间位置 5.下列有关谷胱甘肽的叙述正确的是( B ) (A) 谷胱甘肽中含有胱氨酸 (B) 谷胱甘肽中谷氨酸的α- 羧基是游离的 (C) 谷胱甘肽是体内重要的氧化剂 (D) 谷胱甘肽是二肽 6.关于蛋白质二级结构错误的描述是( D ) (A) 蛋白质局部或某一段肽链有规则的重复构象 (B) 二级结构是蛋白质分子中多肽链的折叠方式 (C) β-转角属二级结构范畴 (D)二级结构是指整条多肽链中全部氨基酸的空间位置 7.有关肽键的叙述，错误的是( D ) (A) 肽键属于一级结构内容 (B) 肽键中C-N键所连的四个原子处于同一平面 (C) 肽键具有部分双 键性质 (D) 肽键旋转而形成了β-折叠 (E) 肽键中的C-N键长度比C-N单键短 8.有关蛋白质三级结构描述，错误的是( A ) (A) 具有三级结构的多肽链都有生物学活性 (B) 亲水基团多位于三级结构的表面 (C) 三级结构的稳定性由次 级键维系 (D) 三级结构是单链蛋白质或亚基的空间结构 9.正确的蛋白质四级结构叙述应该为( C ) (A) 蛋白质四级结构的稳定性由二硫键维系 (B) 蛋白质变性时其四级结构不一定受到破坏 ( C) 蛋白质亚 基间由非共价键聚合 (D) 四级结构是蛋白质保持生物活性的必要条件 (E) 蛋白质都有四级结构 10.蛋白质α-螺旋的特点有( C ) (A) 多为左手螺旋 (B) 螺旋方向与长轴垂直 (C) 氨基酸侧链伸向螺旋外侧 (D) 肽键平面充分伸展 (E) 靠盐键维系稳定性 11.蛋白质分子中的无规卷曲结构属于( A ) (A) 二级结构 (B) 三级结构 (C) 四级结构 (D) 结构域 12.有关蛋白质β-折叠的描述，错误的是( C ) (A) 主链骨架呈锯齿状 (B) 氨基酸侧链交替位于扇面上下方 (C)由氢键维持稳定，其方向与折叠的长 轴大致水平(D) β-折叠有反平行式结构，也有平行式结构 (E) 肽链几乎完全伸展 13.常出现于肽链转角结构中的氨基酸为( E ,) (A) 脯氨酸 (B) 半胱氨酸 (C) 谷氨酸 (D) 甲硫氨酸 (E) 甘氨酸 14.在各种蛋白质中含量相近的元素是( B ) (A) 碳 (B) 氮 (C) 氧 (D) 氢 (E) 硫 15.下列氨基酸中含有羟基的是( B ) (A) 谷氨酸、天冬酰胺 (B) 丝氨酸、苏氨酸 (C) 苯丙氨酸、酪氨酸 (D) 半胱氨酸、蛋氨 酸 16.蛋白质吸收紫外光能力的大小，主要取决于( D ) (A) 含硫氨基酸的含量 (B) 肽键中的肽键 (C) 碱性氨基酸的含量 (D) 芳香族氨基酸的含量 (E) 脂肪族氨基酸的含量 一、选择题 1．下列有关mRAN的论述，正确的一项是（） A、mRNA是基因表达的最终产物 B、mRNA遗传密码的阅读方向是3′→5′ C、mRNA遗传密码的阅读方向是3′→5′ D、mRNA密码子与tRNA反密码子通过A-T，G-C配对结合 E、每分子mRNA有3个终止密码子 2．下列反密码子中能与密码子UAC配对的是（） A、AUG B、AUI C、ACU D、GUA 3．下列密码子中，终止密码子是（） A、UUA B、UGA C、UGU D、UAU 4．下列密码子中，属于起始密码子的是（） A、AUG B、AUU C、AUC D、GAG 5．下列有关密码子的叙述，错误的一项是（） A、密码子阅读是有特定起始位点的 B、密码子阅读无间断性 C、密码子都具有简并性 D、密码子对生物界具有通用性 6．密码子变偶性叙述中，不恰当的一项是（） A、密码子中的第三位碱基专一性较小，所以密码子的专一性完全由前两位决定 B、第三位碱基如果发生了突变如A G、C U，由于密码子的简并性与变 偶性特点，使之仍能翻译出正确的氨基酸来，从而使蛋白质的生物学功能不变 C、次黄嘌呤经常出现在反密码子的第三位，使之具有更广泛的阅读能力，（I-U、I-C、I-A）从而可减少由于点突变引起的误差 D、几乎有密码子可用或表示，其意义为密码子专一性主要由头两个 碱基决定 7．关于核糖体叙述不恰当的一项是（） A、核糖体是由多种酶缔合而成的能够协调活动共同完成翻译工作的多酶复合体 B、核糖体中的各种酶单独存在（解聚体）时，同样具有相应的功能 C、在核糖体的大亚基上存在着肽酰基（P）位点和氨酰基（A）位点 D、在核糖体大亚基上含有肽酰转移酶及能与各种起始因子，延伸因子，释放因 子和各种酶相结合的位点 8．tRNA的叙述中，哪一项不恰当（） A、tRNA在蛋白质合成中转运活化了的氨基酸 B、起始tRNA在真核原核生物中仅用于蛋白质合成的起始作用 C、除起始tRNA外，其余tRNA是蛋白质合成延伸中起作用，统称为延伸tRNA D、原核与真核生物中的起始tRNA均为fMet-tRNA 9．tRNA结构与功能紧密相关，下列叙述哪一项不恰当（） A、tRNA的二级结构均为“三叶草形” B、tRNA3′-末端为受体臂的功能部位，均有CCA的结构末端 C、TyC环的序列比较保守，它对识别核糖体并与核糖体结合有关 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 （一）名词解释 1．两性离子（dipolarion） 2．必需氨基酸（essential amino acid） 3．等电点(isoelectric point,pI) 4．稀有氨基酸(rare amino acid) 5．非蛋白质氨基酸(nonprotein amino acid) 6．构型(configuration) 7．蛋白质的一级结构(protein primary structure) 8．构象(conformation) 9．蛋白质的二级结构(protein secondary structure) 10．结构域(domain) 11．蛋白质的三级结构(protein tertiary structure) 12．氢键(hydrogen bond) 13．蛋白质的四级结构(protein quaternary structure) 14．离子键(ionic bond) 15．超二级结构(super-secondary structure) 16．疏水键(hydrophobic bond) 17．范德华力( van der Waals force) 18．盐析(salting out) 19．盐溶(salting in) 20．蛋白质的变性(denaturation) 21．蛋白质的复性(renaturation) 22．蛋白质的沉淀作用(precipitation) 23．凝胶电泳（gel electrophoresis） 24．层析（chromatography） (二) 填空题 1．蛋白质多肽链中的肽键是通过一个氨基酸的_____基和另一氨基酸的_____基连接而形成的。 生物化学习题 蛋白质 —、填空题 1. 氨基酸的等电点（pl）是指—水溶液中，氨基酸分子净电荷为0时的溶液PH值。 2. 氨基酸在等电点时，主要以_兼性一离子形式存在,在pH>pI的溶液中，大部分以负/阴离子形式存在,在pH 生物化学-蛋白质化学练习含答案 第三章蛋白质化学练习卷 一、填空题 (一)基础知识填空 1. 组成蛋白质的碱性氨基酸 有、 和。酸性氨基酸有 和。 2. 在下列空格中填入合适的氨基酸名称。 (1) 是带芳香族侧链的极性氨基酸。 (2) 和是带芳香族侧链的非极性氨基酸。 (3) 和是含硫的氨基酸。 (4) 是最小的氨基酸， 是亚氨基酸。 (5)在一些酶的活性中心起重要作用并 含有羟基的分子量较小的氨基酸 是，体内还有另两个含羟基的氨基酸分别是 和。 3. 氨基酸在等电点时，主要以 离子形式存在，在pH>pI的溶液中，大部分以离子形式存在，在 pH 6. 个以内的氨基酸残基所组 成的肽称为寡肽。 7. 1953年维格诺尔德（D. Vingneaud） 第一次用化学法合成了具有生物活性 的肽—，因而获得诺贝尔奖。 9. 人工合成肽时常用的氨基保护基有、、、 。 10. 胰蛋白酶能水解和 的氨基酸的羧基所形成的肽键。 11. 胰凝乳蛋白酶能水解、 和的氨基酸的羧基侧所形成的肽键。 12. 溴化氰能水解羧基侧所 形成的肽键。13. 拆开蛋白质分子中二硫键的常用的 方法有一种还原法，其常用的试剂 是。 14. 蛋白质之所以出现各种无穷的构象 主要是因为键和键 能有不同程度的转动。 15. Pauling等人提出的蛋白质α螺旋模型，每圈螺旋包含 氨基酸残基，高度为 nm。每个氨基酸残基上升 nm。 16. 一般来说，球状蛋白质的 性氨基酸侧链位于分子内部， 性氨基酸侧链位于分子表面。 17. 维持蛋白质一级结构的化学键是 和。 18. 维持蛋白质二级结构的化学键 是。 3 第四章蛋白质化学 一、单项选择题 1．蛋白质分子的元素组成特点是 A．含大量的碳 B．含大量的糖C．含少量的硫 D．含少量的铜E．含氮量约16% 2．一血清标本的含氮量为5g/L，则该标本的蛋白质浓度是 A．15g/L B．20g/L C．31/L D．45g/L E．55g/L 3．下列哪种氨基酸是碱性氨基酸？ A．亮氨酸 B．赖氨酸C．甘氨酸 D．谷氨酸E．脯氨酸 4．下列哪种氨基酸是酸性氨基酸？ A．天冬氨酸 B．丙氨酸C．脯氨酸 D．精氨酸E．甘氨酸 5．含有两个羧基的氨基酸是 A．丝氨酸 B．苏氨酸C．酪氨酸 D．谷氨酸E．赖氨酸 6．在的缓冲液中电泳，哪种氨基酸基本不移动？ A．丙氨酸 B．精氨酸C．谷氨酸 D．赖氨酸E．天冬氨酸 7．在时，哪种氨基酸带正电荷？ A．精氨酸 B．亮氨酸C．谷氨酸 D．赖氨酸 E．苏氨酸 8．蛋氨酸是 A．支链氨基酸 B．酸性氨基酸 C．碱性氨基酸 D．芳香族氨酸 E．含硫氨基酸 9．构成蛋白质的标准氨基酸有多少种？ A．8种 B．15种 C．20种 D．25种 E．30种 10．构成天然蛋白质的氨基酸 A．除甘氨酸外，氨基酸的α碳原子均非手性碳原子 B．除甘氨酸外，均为L-构型 C．只含α羧基和α氨基D．均为极性侧链 E．有些没有遗传密码11．天然蛋白质中不存在的氨基酸是 A．瓜氨酸 B．蛋氨酸 C．丝氨酸 D．半胱氨酸 E．丙氨酸 12．在中性条件下大部分氨基酸以什么形式存在？ A．疏水分子 B．非极性分子 C．负离子 D．正离子 E．兼性离子 13．所有氨基酸共有的显色反应是 A．双缩脲反应 B．茚三酮反应 C．酚试剂反应 D．米伦反应 E．考马斯亮蓝反应 14．蛋白质分子中的肽键 A．氨基酸的各种氨基和各种羧基均可形成肽键 B．某一氨基酸的γ-羧基与另一氨基酸的α氨基脱水形成 C．一个氨基酸的α-羧基与另一氨基酸的α氨基脱水形成 D．肽键无双键性质 简单蛋白质：完全由氨基酸构成的蛋白质 结合蛋白质：由AAs和其他非蛋白质化合物所组成 球状蛋白质：多肽链能够折叠，使分子外形成为球状的蛋白质。 纤维状蛋白质：能够聚集为纤维状或细丝状的蛋白质。主要起结构蛋白的作用，其多肽链沿一个方向伸展或卷曲，其结构主要通过多肽链之间的氢键维持。 单体蛋白质：仅含有AAs 寡聚蛋白质：由两个以上、十个以下亚基或单体通过非共价连接缔合而成的蛋白质。 等电点：蛋白质或两性电解质(如氨基酸)所带净电荷为零时溶液的pH，此时蛋白质或两性电解质在电场中的迁移率为零。符号为pI。 氨基酸残基：在多肽链中的氨基酸，由于其部分基团参与了肽键的形成，剩余的结构部分则称氨基酸残基。它是一个分子的一部分，而不是一个分子。氨基酸的氨基上缺了一个氢，羧基上缺了一个羟基。简单的说，氨基酸残基就是指不完整的氨基酸。一个完整的氨基酸包括一个羧基（—COOH)，一个氨基(—NH2)，一个H，一个R基。缺少一个部分都算是氨基酸残基,并没有包括肽键的。 钛键：氨基和羧基脱去一分子水形成的化学键。 钛键平面：肽键所在的酰胺基成为的刚性平面。由于肽键具有部分双键性质，使得肽基的六个原子共处一个平面，称为肽平面。 同源蛋白质：在不同有机体中实现同一功能的蛋白质。（结构和功能类似的蛋白质。） 蛋白质一级结构：蛋白质多肽链的氨基酸通过肽键连接形成的线性序列。 蛋白质二级结构：指多肽链借助H键折叠盘绕成沿一维方向具有周期性结构的构象。 构象：分子的三维结构即分子中的所有原子在空间的位置总和。 构型：分子中的原子在空间的相对取向。 α-螺旋：它是蛋白质当中最为常见、最丰富的二级结构。多肽主链沿中心轴盘绕成右手或左手螺旋；每个螺旋周期有3.6个氨基酸残基，螺距0.54nm，螺旋直径0.5nm；氨基酸残基侧链伸向外侧；同一肽链上的每个残基的酰胺氢原子和位于它后面的第4个残基上的羰基氧原子之间形成氢键，并且与螺旋轴保持大致上的平行。此外，肽键上的酰胺氢和羰基氧既能形成内部氢键，也能与水分子形成外部氢键。 β-折叠：常见的蛋白质的二级结构之一。呈片状,肽链主链取锯齿状折叠构象；肽链走向可能是平行的，也可能是反平行的。两条或多条肽链之间侧向聚集在一起，相邻多肽链羰基氧和酰胺氢之间形成氢键，氢键与肽链的长轴几乎呈直角；侧链R基交替分布于片层平面两侧。 β-转角：它大多分布在球状蛋白质分子表面，以改变肽链。它是一个发夹式转折，其特点是在于多肽链中第n个残基的一CO基与第n+3个残基的-NH基形成氢键。因此，一个多肽链的走向可以得到很好的扭转。因此，β-转角在球状蛋白质中是重要的二级结构，起到连接其他二级结构的作用。 超二级结构：蛋白质中，由若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形成有规则、在空间上能辨认的二级结构组合体，以充当三级结构的构件。 结构域：对于较大的蛋白质分子（或亚基），多肽链往往由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合而成三级结构，这种独立的折叠单位称为结构域。 蛋白质三级结构：指多肽链在二级结构的基础上借助各种次级键进一步盘绕成具有特定肽链走向的紧密球状构象。 蛋白质四级结构：具三级结构的球状蛋白质以非共价键缔合在一起，形成的聚集体称为蛋白质的四级结构。其中每个球状蛋白质称为亚基。 疏水相互作用：非极性的基团在极性溶液中相互靠近的相互作用。 别构蛋白质：是指除了具有结合底物的活性部位，还具有结合调节物别构部位的蛋白质。别构蛋白的活性部位和别构部位可以分属不同的亚基（活性亚基和调节亚基），活性部位之间以及活性部位与调节部位之间通过蛋白质构象的变化而相互作用。 《第五章蛋白质》习题 一、单选题 1.某一溶液中蛋白质的百分含量为55% ，此溶液的蛋白质氮的百分浓度为( A ) 2.(A) % (B) % (C) % (D) % (E) % 3.属于碱性氨基酸（即R基团带正电的氨基酸）的是( C ) 4. (A) 天冬氨酸 (B) 异亮氨酸 (C) 组氨酸 (D) 苯丙氨酸 (E) 半胱氨酸 5.维系蛋白质二级结构稳定的作用力是( E ) 6. (A) 盐键 (B) 二硫键 (C) 肽键 (D) 疏水键 (E) 氢键 7.下列有关蛋白质一级结构的叙述，错误的是( B ) 8. (A) 多肽链中氨基酸的排列顺序 (B) 多肽链的空间构象 (C) 包括二硫键的位置 (D) 蛋白质一级结构 并不包括各原子的空间位置 9.下列有关谷胱甘肽的叙述正确的是( B ) 10.(A) 谷胱甘肽中含有胱氨酸 (B) 谷胱甘肽中谷氨酸的α- 羧基是游离的 11.(C) 谷胱甘肽是体内重要的氧化剂 (D) 谷胱甘肽是二肽 12.关于蛋白质二级结构错误的描述是( D ) 13. (A) 蛋白质局部或某一段肽链有规则的重复构象 (B) 二级结构是蛋白质分子中多肽链的折叠方式 14.(C) β-转角属二级结构范畴 (D)二级结构是指整条多肽链中全部氨基酸的空间位置 15.有关肽键的叙述，错误的是( D ) 16. (A) 肽键属于一级结构内容 (B) 肽键中C-N键所连的四个原子处于同一平面 (C) 肽键具有部分双 键性质 17. (D) 肽键旋转而形成了β-折叠 (E) 肽键中的C-N键长度比C-N单键短 18.有关蛋白质三级结构描述，错误的是( A ) 19. (A) 具有三级结构的多肽链都有生物学活性 (B) 亲水基团多位于三级结构的表面 (C) 三级结构的稳定性由次 级键维系 (D) 三级结构是单链蛋白质或亚基的空间结构 20.正确的蛋白质四级结构叙述应该为( C ) 21. (A) 蛋白质四级结构的稳定性由二硫键维系 (B) 蛋白质变性时其四级结构不一定受到破坏 ( C) 蛋白质亚 基间由非共价键聚合 (D) 四级结构是蛋白质保持生物活性的必要条件 (E) 蛋白质都有四级结构 22.蛋白质α-螺旋的特点有( C ) 23. (A) 多为左手螺旋 (B) 螺旋方向与长轴垂直 (C) 氨基酸侧链伸向螺旋外侧 24. (D) 肽键平面充分伸展 (E) 靠盐键维系稳定性 25.蛋白质分子中的无规卷曲结构属于( A ) 26. (A) 二级结构 (B) 三级结构 (C) 四级结构 (D) 结构域 27.有关蛋白质β-折叠的描述，错误的是( C ) 28. (A) 主链骨架呈锯齿状 (B) 氨基酸侧链交替位于扇面上下方 (C)由氢键维持稳定，其方向与折叠的长 轴大致水平(D) β-折叠有反平行式结构，也有平行式结构 (E) 肽链几乎完全伸展 29.常出现于肽链转角结构中的氨基酸为( E ,) 30. (A) 脯氨酸 (B) 半胱氨酸 (C) 谷氨酸 (D) 甲硫氨酸 (E) 甘氨酸 31.在各种蛋白质中含量相近的元素是( B ) 32. (A) 碳 (B) 氮 (C) 氧 (D) 氢 (E) 硫 33.下列氨基酸中含有羟基的是( B ) 34. (A) 谷氨酸、天冬酰胺 (B) 丝氨酸、苏氨酸 (C) 苯丙氨酸、酪氨酸 (D) 半胱氨酸、蛋氨 酸 35.蛋白质吸收紫外光能力的大小，主要取决于( D ) 36. (A) 含硫氨基酸的含量 (B) 肽键中的肽键 (C) 碱性氨基酸的含量 37. (D) 芳香族氨基酸的含量 (E) 脂肪族氨基酸的含量 蛋白质 一、概述 1.蛋白质：一切生物体中普遍存在的，由天然氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子；其种类繁多，各具有一定的相对分子质量，复杂的分子结构和特定的生物功能；是表达生物遗传性状的一类主要物质。 2.元素组成：CONH。基本组成单位：氨基酸(氨基酸通过肽键连接为无分支的长链，该长链又称为多肽链)。一些蛋白质含有非氨基酸成分. 3.分类：按形状和溶解性：纤维状蛋白质(形状呈细棒或纤维状，多不溶于水);球状蛋白质(形状接近球形或椭球形，可溶于水);膜蛋白(与细胞的各种膜系统结合而存在。“溶于膜”)。 4.性质：生物大分子；胶体性质；带电性质；溶解性与沉淀；灼烧时可以产生特殊气味；颜色反应；可以被酸、碱或蛋白酶催化水解。 5.为什么加热降低了蛋白质的溶解性？ 二、氨基酸 1.α－氨基酸结构： 2.分类：必需/半必需/非必需~~ 根据R基团的化学结构:脂肪族/芳香族/杂环~~ 根据R基团的极性和带电性质： a.非极性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp b.极性氨基酸： 不带电：Ser、Thr、Tyr、Asn、Gln、Cys； 带正电：His、Lys、Arg； 带负电：Asp、Glu *非极性氨基酸:R基团为一个氢原子/R基团为脂肪烃/R基团为芳香环。 *不带电荷的极性氨基酸:R基团含有羟基/R基团含有巯基(SH)/R基团含有酰胺基。 *带负电荷的极性氨基酸，R基团带有负电。 *带正电荷的极性氨基酸，R基团带有正电。 3.酸碱化学：氨基酸是两性电解质，氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以不带电形式和兼性离子形式离子形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的－NH3+正离子和能接受质子的－COO-负离子。 氨基酸完全质子化时，可以看成是多元酸，侧链不解离可看作二元酸（阳离子—兼性离子—阴离子）。氨基酸的解离常数K1/K2可用测定滴定曲线的实验方法求得，二元酸的滴定曲线可大致分解为2条一元酸的滴定曲线。 4.等电点：在某一pH值下，氨基酸所带正电荷和负电荷相等，即净电荷为零，此时的pH值称为氨基酸的等电点，用pI表示。氨基酸在等电点时主要以兼性离子形式存在。 当氨基酸所处环境pH值等于该氨基酸等电点时，氨基酸净电荷数等于零，在电场中不能移动；氨基酸在等电点可以解离，解离成阳离子和阴离子的数目和趋势相等。 pI值等于等电兼性离子两边的pK值的算术平均值,pI=(pKa1+pKa2)/2。 5.α－氨基、α－羧基参加的反应： 共同参加的反应：茚三酮显色反应。二者的聚合反应（成肽反应）。 侧链R基参加的反应：二硫键的形成和打开 6.氨基酸巨星： Pro—亚氨基酸；影响蛋白质的空间结构和蛋白质的折叠。 Phe,Trp,Tyr—侧链具有芳香环；有特殊的光谱性质，是生物物理学家的宠儿。 Cys—巯基是很活跃的化学基团；在蛋白质内部和蛋白质之间形成二硫键；影响蛋白质的结构和功能。Asp,Glu,Arg,Lys—侧链带电荷、可解离；影响氨基酸与蛋白质的酸碱性质；参与许多酶的催化作用。His—侧链可解离；可带正电荷；解离常数接近生物体液pH；供出和接受质子的速率很大；在酶和其它蛋白的功能中具有重要地位。 三、肽 1.一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间脱水缩合形成的共价键称为肽键。 两个或两个以上氨基酸通过肽键共价连接形成的聚合物即称为肽，组成肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。 2.肽键是一种酰胺键。由于酰胺氮原子上的孤电子对离域与羰基碳轨道重叠，因此在酰胺氮和羰基氧之间发生共振相互作用。 肽键共振产生几个重要结果： a.肽键具有部分双键性质。 b.限制绕肽键的自由旋转。 c.组成肽键的4个原子和2个相邻的C原子处于同一酰胺平面。 d.在肽平面内，两个C可以处于顺式构型或反式构型，反式构型比顺式构型稳定，肽链中的肽键绝大多数都是反式构型。 e.肽键具有永久偶极，肽基具有较低的化学反应性。 3.肽链具有方向性：N-端氨基酸残基为起点，C-端氨基酸残基为终点。 4.命名：12~20寡肽，后为多肽。 5.肽的物理和化学性质：小肽的理化性质与氨基酸类似。肽的酸碱性质与带电性质取决于肽的末端氨基、羧基和侧链上的基团。肽的等电点可以通过取等电兼性离子两边的pKa的平均值，算出其pI值。 6.双缩脲反应：含有两个或两个以上肽键的化合物都能与CuSO4碱性溶液发生双缩脲反应而生成紫红色或蓝紫色的复合物。可利用这个反应测定多肽与蛋白质的含量。 7.多肽的人工合成方法：多肽的人工合成有两种类型，一种是由不同氨基酸按照一定顺序排列的控制合成，另一种是由一种或两种氨基酸聚合或共聚合。 四、一级结构 1.每一种天然蛋白质都有自己特有的三维空间结构，这种三维结构通常被称为蛋白质的构象。一个给定的蛋白质理论上可采取多种构象，但该蛋白质在生理条件下占优势的构象只有一种或很少几种，它们在热力学上是最稳定的，处于这种有生理功能的构象状态的蛋白质称为天然蛋白质 2.一级结构：多肽链的氨基酸序列。 二级结构：多肽链借助氢键排列成的局部规则结构（如α螺旋）。 三级结构：多肽链借助多种非共价键折叠成的特定三维空间结构。 四级结构：指寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互关系和结合方式。 生物化学 第一章蛋白质化学 第一节蛋白质的重要性 ?蛋白质是机体最丰富的有机分子，占人体重量的16~20%，占干重的45%，肺组织高达80%。 ?蛋白质的生物学功能：生物催化作用、调节作用（激素，基因表达调控作用）、免疫防御与保护作用（细胞因子、补体、抗体）、转运和储存作用（转运蛋白）、结构功能（保护和维持细胞、组织、器官的正常生理形态，细胞骨架）、运动与支撑作用、信息接收 传递作用（受体蛋白）、生物膜功能 ?蛋白质组学：蛋白质组指的是基因组编码的全部蛋白质，即包括一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质；蛋白质组学本质上指的是在机体整体水平上系统地研究蛋白质的 特征，包括蛋白质的表达水平、翻译后的修饰、蛋白与蛋白相互作用等，由此获得蛋白 质水平上的关于疾病发生、细胞代等过程的整体而全面的认识。 第二节蛋白质的化学组成 ?蛋白质含氮量平均为16%，蛋白质的含量=含氮量x6.25。 ?天然存在的氨基酸约180种，组成蛋白质的氨基酸只有20余种（基本氨基酸）。 ?基本氨基酸的共同特点：①除脯氨酸为α-亚氨基酸外，其他组成蛋白质的基本氨基酸均为α-氨基酸；②除甘氨酸外，其他氨基酸的α-碳原子为手性碳原子，且天然蛋白质中基本氨基酸皆为L-型；③不同的氨基酸的R链不同，对蛋白质的空间结构和理化性质有重要影响。 ?20种常见氨基酸的名称和结构式（见书P11） ?氨基酸的分类非极性R基氨基酸：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、色氨酸；极性不带电R基氨基酸（易溶于水）：甘氨酸、丝氨酸、 氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺；带负电的R基氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸；带正电的R基氨基酸：赖氨酸、组氨酸、精氨酸。 ?氨基酸的物理性质：①高熔点，200℃以上，以离子状态存在；②一般均溶于水，溶于强酸、强碱；不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂；③氨基酸一般有味；④除甘氨酸外均有旋 光性。 ?氨基酸的化学性质：①两性解离与等电点：pH高于等电点带负电，低于等电点带正电。 等电点时主要以两性离子存在，极少量以中性分子存在。中性氨基酸的pI在微酸性围，践行氨基酸的pI在碱性围，酸性氨基酸的pI在酸性围。②紫外吸收性质：色氨酸（280nm）、酪氨酸（275nm）和苯丙氨酸（257nm）含有苯环共轭双键系统，具有紫外吸收特性。③茚三酮反应：与大多数α-氨基酸加热反应产生蓝紫色物质，与脯氨酸、羟脯氨酸反应呈黄色，与天冬酰胺反应呈棕色；④α-羧基的反应：与碱、醇、硼氢化锂反应；⑤R基的反应：Million反应（Tyr-红色）、Folin反应（Tyr-蓝色）、坂口反应（Arg-红色）、Pauly反应（His、Tyr-橘红色）、乙醛酸的反应（Trp-紫红色环）。 ?氨基酸的功能：①寡肽、多肽、蛋白质的基本结构单位；②多种生物活性物质的前体； ③作为神经递质或神经营养素；④参与生物体的物质代和能量代。 第三节蛋白质的分子结构 ?蛋白质的一级结构包括：①组成蛋白质的多肽链的数目；②多肽链的氨基酸顺序；③多肽链或链间二硫键的数目和位置。 ?体多肽和蛋白质生物合成时，均是从氨基端开始，延长到羧基端终止，因此N末端被定为多肽链的头。 ?蛋白质一级结构的概念：蛋白质是由不同种类、数量和排列顺序的氨基酸，通过肽键而构成的高分子有机含氮化合物。它是蛋白质作用的特异性、空间结构的差异性和生物学 蛋白质 1、氨基酸(amino acid，aa)：蛋白质多肽链的基本结构单位，或称构件分子、构造单元（building block） 2、旋光性：旋光物质使平面偏振光的偏振面发生旋转的能力 3、氨基酸的等电点：当氨基酸在某一pH值时，氨基酸所带正电荷和负电荷相等，即净电荷为零，此时的pH值称为氨基酸的等电点，用pI表示。氨基酸在等电点时主要以兼性离子形式存在 4、肽键：一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。组成肽的氨基酸单元称为氨基酸残基 5、氨基酸顺序：在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序 6、蛋白质：成百上千个氨基酸分子以肽键相连，组成的长链分子（多肽链） 7、蛋白质的一级结构：蛋白质多肽链的氨基酸排列顺序和连接方式 8、同源蛋白质：进化上相关的一组蛋白质，它们常在不同物种中行使着相同的功能 9、序列同源性：同源蛋白质的氨基酸序列具有明显的相似性，这种相似性称序列同源性 10、不变残基：同源蛋白质的氨基酸序列中有许多位置的氨基酸残基对所有已经研究过的物种来说都是相同的，称为不变残基 11、可变残基：其它位置的氨基酸残基对不同物种有相当大的变化，称可变残基 12、进化树：根据同源蛋白质氨基酸差异数所提供的信息可以构建物种进化树，显示在进化过程中各个物种的起源和出现顺序 13、疏水相互作用：非极性分子进入水中，有聚集在一起形成最小疏水面积的趋势，保持这些非极性分子聚集在一起的作用则称为疏水作用。对蛋白质来说，在水相溶液中，球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏在分子的内部，这种现象可称为疏水作用 14、盐键（又称离子键）：正电荷和负电荷之间的一种静电作用 15、肽平面：因为肽键不能自由旋转，所以肽键的四个原子和与之相连的两个α碳原子共处一个平面，称肽平面 16、蛋白质的二级结构：指蛋白质主链的折叠产生的有规则的构象。 17、二级结构元件：主要有α-螺旋、β-折叠片、β-转角和无规卷曲 18、影响α-螺旋稳定性的5个因素：相连残基R基团的静电排斥或吸引 相邻R基的大小 相隔3个残基的R基的相互作用 Pro和Gly的出现 α-螺旋末端aa 残基的极性 19、超二级结构：相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相互作用，形成有规则，在空间上能辨认的二级结构组合或二级结构串，充当三级结构的构件，称为超二级结构。 20、结构域：多肽链在二级结构及超二级结构的基础上，进一步卷曲折叠，形成三级结构的局部折叠区，它是相对独立的紧密球状实体，称为结构域 21、蛋白质三级结构：一个蛋白质中所有原子的整体排列被称为蛋白质的三级结构。包括一级结构中相距远的肽段之间的几何相互关系和侧链在三维空间中彼此间的相互关系 22、寡聚蛋白：由两个或两个以上独立的球状蛋白质通过非共价键结合成的多聚体 23、亚基：寡聚蛋白中的每个独立的球状蛋白质称为亚基（subunit），亚基一般由一条肽链构成，也称为单体（monomer） 24、原体：对称的寡聚蛋白质分子可视为是由两个或多个不对称的相同结构成分组成，这种相同结构成分被称为原体或原聚体 25、蛋白质的四级结构：指亚基的种类、数量以及各个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布和亚 第三章蛋白质化学练习卷 一、填空题 (一)基础知识填空 1. 组成蛋白质的碱性氨基酸有、和。酸性氨基酸有和。 2. 在下列空格中填入合适的氨基酸名称。 (1) 是带芳香族侧链的极性氨基酸。 (2) 和是带芳香族侧链的非极性氨基酸。 (3) 和是含硫的氨基酸。 (4) 是最小的氨基酸，是亚氨基酸。 (5)在一些酶的活性中心起重要作用并含有羟基的分子量较小的氨基酸 是，体内还有另两个含羟基的氨基酸分别是 和。 3. 氨基酸在等电点时，主要以离子形式存在，在pH>pI的溶液中， 大部分以离子形式存在，在pH 单元测试一：蛋白质化学 班级：姓名：分数： 一．填空题（每空1.5分，共30分） 1.当溶液pH等于某种氨基酸的等电点时，其带_ 零 _电荷；当溶液pH大于某种氨基酸的等电点时，其带_ 负 _电；溶液pH小于某种氨基酸的等电点时，其带_ 正电。 2.盐浓度低时，盐的加入使蛋白质的溶解度_ 增大 _，称为_ 盐溶__现象。当盐浓度高时,盐的加入使蛋白质的溶解度降低，称为盐析现象。 3.由甘氨酸、赖氨酸、谷氨酸、丙氨酸、丝氨酸、天冬氨酸6种氨基酸残基组成的肽链 有 5 个肽平面，有 3 个游离羧基。 4.蛋白质分子结构包括一级结构和二级结构。 蛋白质的一级结构是由氨基酸通过肽键连接而成的多肽链。 6.蛋白质分子的基本组成单位是氨基酸。蛋白质的一级结构维持作用力是肽 键。蛋白质的分子结构决定蛋白质的性质和功能。 7.蛋白质二级结构主要有 a螺旋和B折叠形状，维持其稳定结构的化学键是 氢键。 判断题 1．用凝胶过滤(Sephadex G-100)柱层析分离蛋白质时，总是分子量大的先被洗脱下来，分子量小的后下来。对 2．变性后，蛋白质的溶解度增加（减小），这是因为电荷被中和（空间结构被破坏），以及水化膜破坏所引起的。错 3．变性后（物理变性不可逆，化学变性可逆，可复性）的蛋白质在一定条件下，有些还能复性，恢复其生物学功能。对 4．有机溶剂沉淀法分离纯化蛋白质的优点是有机溶剂容易蒸发除去，且不会使蛋白质变性。错 5.蛋白质分子的种类和差别，是由其空间结构决定的。错（一级结构） 6．蛋白质主要是由C、H、O、N四种元素组成。对 7．氨基酸通过肽键连接而成的化合物称为肽。对 8．天然蛋白质的基本组成单位主要是L-α-氨基酸。对 9．肽键(-CO-NH-)中的C-N键可自由旋转，使多肽链出现多种构象。错（不可旋转） 10．维持蛋白质二级结构的化学键是氢键及范德华力（不是）。错 11．蛋白质一级结构对空间结构起决定作用，空间结构的改变会引起功能的改变。对 12．维持蛋白质二级结构稳定的主要作用力是氢键。对 13．蛋白质必须具有四级结构才具有生物活性。错（肌球蛋白是三级结构可存活） 14．蛋白质四级结构中的每个亚基单独都具有生物活性。错（不具有活性） 15．具有四级结构的蛋白质分子一定是由两条或两条以上的多肽链组成的。对 16．溶液中带电粒子在电场中向电性相同（相反）的电极移动，这种现象称为电泳。错 17．溶液pH值等于7时，蛋白质不带电荷。错 18．加热、紫外线、X射线均可破坏蛋白质的空间结构。对 大学生物化学蛋白质习题 参考答案 Prepared on 24 November 2020 《第五章蛋白质》习题 一、单选题 1.某一溶液中蛋白质的百分含量为 55% ，此溶液的蛋白质氮的百分浓度为 ( A ) 2. (A) % (B) % (C) % (D) % (E) % 3.属于碱性氨基酸（即R基团带正电的氨基酸）的是( C ) (A) 天冬氨酸 (B) 异亮氨酸 (C) 组氨酸 (D) 苯丙氨酸 (E) 半胱氨酸 4.维系蛋白质二级结构稳定的作用力是( E ) (A) 盐键 (B) 二硫键 (C) 肽键 (D) 疏水键 (E) 氢键 5.下列有关蛋白质一级结构的叙述，错误的是( B ) 6. (A) 多肽链中氨基酸的排列顺序 (B) 多肽链的空间构象 (C) 包括二硫键的位置 (D) 蛋白质一级结构 并不包括各原子的空间位置 7.下列有关谷胱甘肽的叙述正确的是( B ) 8.(A) 谷胱甘肽中含有胱氨酸 (B) 谷胱甘肽中谷氨酸的α- 羧基是游离的 9.(C) 谷胱甘肽是体内重要的氧化剂 (D) 谷胱甘肽是二肽 10.关于蛋白质二级结构错误的描述是( D ) 11. (A) 蛋白质局部或某一段肽链有规则的重复构象 (B) 二级结构是蛋白质分子中多肽链的折叠方式 12.(C) β-转角属二级结构范畴 (D)二级结构是指整条多肽链中全部氨基酸的空间位置 13.有关肽键的叙述，错误的是( D ) (A) 肽键属于一级结构内容 (B) 肽键中C-N键所连的四个原子处于同一 平面 (C) 肽键具有部分双键性质 (D) 肽键旋转而形成了β-折叠 (E) 肽键中的C-N键长度比C-N单键短 14.有关蛋白质三级结构描述，错误的是( A ) 15. (A) 具有三级结构的多肽链都有生物学活性 (B) 亲水基团多位于三级结构的表面 (C) 三级结构的稳定性由次 级键维系 (D) 三级结构是单链蛋白质或亚基的空间结构 16.正确的蛋白质四级结构叙述应该为( C ) (A) 蛋白质四级结构的稳定性由二硫键维系 (B) 蛋白质变性时其 四级结构不一定受到破坏 ( C) 蛋白质亚基间由非共价键聚合 (D) 四级结构是蛋白质保持生物活性的必要条件 (E) 蛋白质都有四级结构 17.蛋白质α-螺旋的特点有( C ) (A) 多为左手螺旋 (B) 螺旋方向与长轴垂直 (C) 氨基酸侧链伸向螺旋外侧 (D) 肽键平面充分伸展 (E) 靠盐键维系稳定性 18.蛋白质分子中的无规卷曲结构属于( A ) 19. (A) 二级结构 (B) 三级结构 (C) 四级结构 (D) 结构域 20.有关蛋白质β-折叠的描述，错误的是( C ) 21. (A) 主链骨架呈锯齿状 (B) 氨基酸侧链交替位于扇面上下方 (C)由氢键维持稳定，其方向与折叠的长 轴大致水平(D) β-折叠有反平行式结构，也有平行式结构 (E) 肽链几乎完全伸展 22.常出现于肽链转角结构中的氨基酸为( E ,) 23. (A) 脯氨酸 (B) 半胱氨酸 (C) 谷氨酸 (D) 甲硫氨酸 (E) 甘氨酸 24.在各种蛋白质中含量相近的元素是( B ) 25. (A) 碳 (B) 氮 (C) 氧 (D) 氢 (E) 硫 26.下列氨基酸中含有羟基的是( B ) 27. (A) 谷氨酸、天冬酰胺 (B) 丝氨酸、苏氨酸 (C) 苯丙氨酸、酪氨酸 (D) 半胱氨酸、蛋氨 酸 28.蛋白质吸收紫外光能力的大小，主要取决于( D ) 29. (A) 含硫氨基酸的含量 (B) 肽键中的肽键 (C) 碱性氨基酸的含量 30. (D) 芳香族氨基酸的含量 (E) 脂肪族氨基酸的含量 31.下列有关肽的叙述，错误的是( D ) 32. (A) 肽是两个以上氨基酸借肽键连接而成的化合物 (B) 组成肽的氨基酸分子都不完整大学《生物化学》蛋白质习题参考答案复习课程
生物化学试题库及其答案——蛋白质的生物合成 (1)
生物化学蛋白质的结构与功能试题及答案
生物化学习题及答案蛋白质
大学生物化学习题-答案
生物化学-蛋白质化学练习含答案
生物化学--蛋白质部分习题及答案
生物化学名词解释——蛋白质
大学生物化学》蛋白质习题参考答案
生物化学总结 蛋白质
生物化学蛋白质化学
大学生物化学名词解释(上)(复习全)
生物化学-蛋白质化学练习含答案
最新生物化学蛋白质测试题
大学生物化学蛋白质习题参考答案
相关主题
文本预览