生物化学(第三版)课后习题详细解答

生物化学（第三版）课后习题详细解答

第三章 氨基酸

提要

α-氨基酸是蛋白质的构件分子，当用酸、碱或蛋白酶水解蛋白质时可获

得它们。蛋白质中的氨基酸都是L型的。但碱水解得到的氨基酸是D型

和L型的消旋混合物。

参与蛋白质组成的基本氨基酸只有20种。此外还有若干种氨基酸在某些

蛋白质中存在，但它们都是在蛋白质生物合成后由相应是基本氨基酸

（残基）经化学修饰而成。除参与蛋白质组成的氨基酸外，还有很多种

其他氨基酸存在与各种组织和细胞中，有的是β-、γ-或δ-氨基酸，有些

是D型氨基酸。

氨基酸是两性电解质。当pH接近1时，氨基酸的可解离基团全部质子

化，当pH在13左右时，则全部去质子化。在这中间的某一pH（因不同

氨基酸而异），氨基酸以等电的兼性离子（H3N+CHRCOO-）状态存

在。某一氨基酸处于净电荷为零的兼性离子状态时的介质pH称为该氨

基酸的等电点，用pI表示。

所有的α-氨基酸都能与茚三酮发生颜色反应。α-NH2与2,4-二硝基氟苯

（DNFB）作用产生相应的DNP-氨基酸（Sanger反应）；α-NH2与苯乙

硫氰酸酯（PITC）作用形成相应氨基酸的苯胺基硫甲酰衍生物（

Edman反应）。胱氨酸中的二硫键可用氧化剂（如过甲酸）或还原剂

（如巯基乙醇）断裂。半胱氨酸的SH基在空气中氧化则成二硫键。这

几个反应在氨基酸荷蛋白质化学中占有重要地位。

除甘氨酸外α-氨基酸的α-碳是一个手性碳原子，因此α-氨基酸具有光学

活性。比旋是α-氨基酸的物理常数之一，它是鉴别各种氨基酸的一种根

据。

参与蛋白质组成的氨基酸中色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸在紫外区有光吸

收，这是紫外吸收法定量蛋白质的依据。核磁共振（NMR）波谱技术

在氨基酸和蛋白质的化学表征方面起重要作用。

氨基酸分析分离方法主要是基于氨基酸的酸碱性质和极性大小。常用方

法有离子交换柱层析、高效液相层析（HPLC）等。

习题

1.写出下列氨基酸的单字母和三字母的缩写符号：精氨酸、天冬氨酸、

谷氨酰氨、谷氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸。[见表3-1]

表3-1 氨基酸的简写符号

名称 三字母符号 单字母符号 名称 三字母符号 单字

母符号

丙氨酸(alanine) Ala A 亮氨酸(leucine) Leu L精氨酸(arginine) Arg R 赖氨酸(lysine) Lys K

天冬酰氨(asparagines) Asn N 甲硫氨酸(蛋氨酸)(methionine)

Met M

天冬氨酸(aspartic acid) Asp D 苯丙氨酸(phenylalanine)

Phe F

Asn和/或Asp Asx B

半胱氨酸(cysteine) Cys C 脯氨酸(praline) Pro P

谷氨酰氨(glutamine) Gln Q 丝氨酸(serine) Ser S

谷氨酸(glutamic acid) Glu E 苏氨酸(threonine) Thr T

Gln和/或Glu Gls Z

甘氨酸(glycine) Gly G 色氨酸(tryptophan) Trp W

组氨酸(histidine) His H 酪氨酸(tyrosine) Tyr Y

异亮氨酸(isoleucine) Ile I 缬氨酸(valine) Val V

2、计算赖氨酸的εα-NH3+20%被解离时的溶液PH。[9.9]

解：pH = pKa + lg20% pKa = 10.53 (见表3-3，P133)

pH = 10.53 + lg20% = 9.83

3、计算谷氨酸的γ-COOH三分之二被解离时的溶液pH。[4.6]

解：pH = pKa + lg2/3% pKa = 4.25

pH = 4.25 + 0.176 = 4.426

4、计算下列物质0.3mol/L溶液的pH：(a)亮氨酸盐酸盐；(b)亮氨酸钠

盐；(c)等电亮氨酸。[(a)约1.46,(b)约11.5, (c)约6.05]

5、根据表3-3中氨基酸的pKa值，计算下列氨基酸的pI值：丙氨酸、半

胱氨酸、谷氨酸和精氨酸。[pI:6.02;5.02;3.22;10.76]

解：pI = 1/2（pKa1+ pKa2）

pI(Ala) = 1/2（2.34+9.69）= 6.02

pI(Cys) = 1/2（1.71+10.78）= 5.02

pI(Glu) = 1/2（2.19+4.25）= 3.22

pI(Ala) = 1/2（9.04+12.48）= 10.76

6、向1L1mol/L的处于等电点的甘氨酸溶液加入0.3molHCl，问所得溶液

的pH是多少？如果加入0.3mol NaOH以代替HCl时，pH将是多少？

[pH：2.71；9.23]

7、将丙氨酸溶液（400ml）调节到pH8.0，然后向该溶液中加入过量的甲醛，当所得溶液用碱反滴定至Ph8.0时，消耗0.2mol/L NaOH溶液

250ml。问起始溶液中丙氨酸的含量为多少克？[4.45g]

8、计算0.25mol/L的组氨酸溶液在pH6.4时各种离子形式的浓度

（mol/L）。[His2+为1.78×10-4，His+为0.071，His0为2.8×10-4]

9、说明用含一个结晶水的固体组氨酸盐酸盐（相对分子质量=209.6；

咪唑基pKa=6.0）和1mol/L KOH配制1LpH6.5的0.2mol/L组氨酸盐缓冲液

的方法[取组氨酸盐酸盐41.92g(0.2mol)，加入352ml 1mol/L KOH，用水

稀释至1L]

10、为什么氨基酸的茚三酮反映液能用测压法定量氨基酸？

解：茚三酮在弱酸性溶液中与α-氨基酸共热，引起氨基酸氧化脱氨脱羧

反映，（其反应化学式见P139），其中，定量释放的CO2可用测压法测

量，从而计算出参加反应的氨基酸量。

11、L-亮氨酸溶液（3.0g/50ml 6mol/L HCl）在20cm旋光管中测得的旋

光度为+1.81º。计算L-亮氨酸在6mol/L HCl中的比旋（[a]）。

[[a]=+15.1º]

12、标出异亮氨酸的4个光学异构体的（R，S）构型名称。[参考图3-

15]

13、甘氨酸在溶剂A中的溶解度为在溶剂B中的4倍，苯丙氨酸在溶剂A

中的溶解度为溶剂B中的两倍。利用在溶剂A和B之间的逆流分溶方法将

甘氨酸和苯丙氨酸分开。在起始溶液中甘氨酸含量为100mg ，苯丙氨酸

为81mg ，试回答下列问题：(1)利用由4个分溶管组成的逆流分溶系统

时，甘氨酸和苯丙氨酸各在哪一号分溶管中含量最高？（2）在这样的

管中每种氨基酸各为多少毫克？[（1）第4管和第3管；（2）51.2mg

Gly+24mg Phe和38.4mgGly+36mg Phe]

解：根据逆流分溶原理，可得：

对于Gly：Kd = CA/CB = 4 = q(动相)/p（静相） p+q = 1 = (1/5 + 4/5)

4个分溶管分溶3次：（1/5 + 4/5）3=1/125+2/125+48/125+64/125

对于Phe：Kd = CA/CB = 2 = q(动相)/p（静相） p+q = 1 = (1/3 + 2/3)

4个分溶管分溶3次：（1/3 + 2/3）3=1/27+6/27+12/27+8/27

故利用4个分溶管组成的分溶系统中，甘氨酸和苯丙氨酸各在4管和第3

管中含量最高，其中：第4管：Gly：64/125×100=51.2 mg Phe：8/27×81=24 mg

第3管：Gly：48/125×100=38.4 mg Phe：12/27×81=36 mg

14、指出在正丁醇：醋酸：水的系统中进行纸层析时，下列混合物中氨

基酸的相对迁移率（假定水相的pH为4.5）：(1)Ile, Lys; (2)Phe, Ser

(3)Ala, Val, Leu; (4)Pro, Val (5)Glu, Asp; (6)Tyr, Ala, Ser, His.

[Ile> lys；Phe,> Ser；Leu> Val > Ala,；Val >Pro；Glu>Asp；Tyr>

Ala>Ser≌His]

解：根据P151 图3-25可得结果。

15．将含有天冬氨酸(pI=2.98)、甘氨酸(pI=5.97)、亮氨酸(pI=6.53)和赖

氨酸(pI=5.98)的柠檬酸缓冲液，加到预先同样缓冲液平衡过的强阳离交

换树脂中，随后用爱缓冲液析脱此柱，并分别收集洗出液，这5种氨基

酸将按什么次序洗脱下来？[Asp, Thr, Gly, Leu, Lys]

解：在pH3左右，氨基酸与阳离子交换树脂之间的静电吸引的大小次序

是减刑氨基酸(A2+)>中性氨基酸(A+)>酸性氨基酸(A0)。因此氨基酸的

洗出顺序大体上是酸性氨基酸、中性氨基酸，最后是碱性氨基酸，由于

氨基酸和树脂之间还存在疏水相互作用，所以其洗脱顺序为：Asp, Thr,

Gly, Leu, Lys。第四章 蛋白质的共价结构

提要

蛋白质分子是由一条或多条肽链构成的生物大分子。多肽链是由氨基酸

通过肽键共价连接而成的，各种多肽链都有自己特定的氨基酸序列。蛋

白质的相对分子质量介于6000到1000000或更高。

蛋白质分为两大类：单纯蛋白质和缀合蛋白质。根据分子形状可分为纤

维状蛋白质、球状蛋白质和膜蛋白质。此外还可按蛋白质的生物学功能

分类。

为了表示蛋白质结构的不同组织层次，经常使用一级结构、二级结构、

三级结构和四级结构这样一些专门术语。一级结构就是共价主链的氨基

酸序列，有时也称化学结构。二、三和四级结构又称空间结构（即三维

结构）或高级结构。

蛋白质的生物功能决定于它的高级结构，高级结构是由一级结构即氨基

酸序列决定的，二氨基酸序列是由遗传物质DNA的核苷酸序列规定的。

肽键（CO—NH）是连接多肽链主链中氨基酸残缺的共价键，二硫键是

使多肽链之间交联或使多肽链成环的共价键。

多肽链或蛋白质当发生部分水解时，可形成长短不一的肽段。除部分水

解可以产生小肽之外，生物界还存在许多游离的小肽，如谷胱甘肽等。

小肽晶体的熔点都很高，这说明短肽的晶体是离子晶格、在水溶液中也

是以偶极离子存在的。

测定蛋白质一级结构的策略是：（1）测定蛋白质分子中多肽链数目；

（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-末端和C-末端残

基；（6）断裂多肽链成较小的肽段，并将它们分离开来；（7）测定各

肽段的氨基酸序列；（8）利用重叠肽重建完整多肽链的一级结构；

（9）确定半胱氨酸残基形成的S-S交联桥的位置。

序列分析中的重要方法和技术有：测定N-末端基的苯异硫氰酸酯

（PITC）法，分析C-末端基的羧肽酶法，用于多肽链局部断裂的酶裂解

和CNBr化学裂解，断裂二硫桥的巯基乙醇处理，测定肽段氨基酸序列

的Edman化学降解和电喷射串联质谱技术，重建多肽链一级序列的重叠

肽拼凑法以及用于二硫桥定位的对角线电泳等。