生物化学

第一章蛋白质的结构与功能（一）1.蛋白质的二级结构：指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是该肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。蛋白质二级结构包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。维持蛋白质二级结构的化学键是氢键。2.β-折叠(βpleatedsheet)：是蛋白质二级结构的一种，其主要特征是：①多肽链充分伸展，每个肽单元以C-α为旋转点，依次折叠成锯齿结构；②氨基酸侧链交替地位于锯齿状结构的上、下方；③两条以上肽链或一条肽链内的若干肽段平行排列，通过链间羰基氧和亚氨基氢形成氢键，从而稳固β-3.参见本章笔记。4.蛋白质一级结构：蛋白质分子中氨基酸的排列顺序称蛋白质的一级结构。一级结构的主要化学键是肽键，有的还包含二硫键。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。5.生物活性肽：具有生物学活6.肽单元(peptideunit)：参与肽键的6个原子——C-α1，C，O，N，H，C-α2。位于同一平面，C-α1C-α2(trans)构型，此同一平面上的67.盐析：指将硫酸铵、硫酸钠等无机盐类加入蛋白质溶液，破坏蛋白质在溶液中的稳定性因素而沉淀，各种蛋白质盐析时所需的盐浓度及pH均不同。8.氨基酸的等电点：在某一pH值的溶液中，氨基酸解离成阴／阳离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的pH值称该氨基酸的等电点。9.glutathine：即谷胱甘肽，是由谷、半胱和甘氨酸组成的三肽，分子中半胱氨酸的巯基是其主要功能基因，具有还原性和嗜核特性，故谷胱甘肽可保护机体免遭氧化剂和毒物的损害。10.蛋白质变性：在某些物理或化学因素的作用下，蛋白质的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的11.参见本章笔记12.肽平面：参与肽键形成的6个原子(C-α1，C，O，N，H，C-α2)位于同一平面，C-α1和C-α2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成肽平面，即肽单元(peptideunit)13.14.结构域：蛋白质结构中二级结构与三级结构之间的一个层次。在较大的蛋白质分子中，由于多肽链相邻时超二级结构紧密联系，形成二个或多个在空间上可以明显区别的局部区域，这种局部区域称为结构域。结构域与分子整体以共价键相连，一般难以分离，这是它与蛋白质亚基结构的区别，一般每个结构域由100~200个氨基酸组成，各有独特的空间构象，承担不同的生物学功能。例如，免疫球蛋白有12个结构域，补体15.Edman降解法：为肽链氨基酸测序的方法。肽段先与异硫氰酸苯酯反应，异硫氰酸苯酯只与肽段的氨基末端的氨基酸的游离α氨基作用，再用冷稀酸处理，氨基末端残基从肽链上脱落下来，成为异硫氰酸苯酯的衍生物，用层析的方法可鉴定为何种氨基酸的衍生物。残留的肽链可继续与异硫氰酸苯酯作用，逐个鉴定出氨基酸的排列顺序。16.蛋白质四级结构：由两条或两条以上多肽链组成的蛋白质，每一条多肽链都有其完整的三级结构，称为蛋白质的亚基，亚基与亚基之间呈特定的三维空间排布，并以非共价键相连接，这种蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。（二）1.（1）α-螺旋；（2）β-折叠；（3）α-转角；（4）无规2.（1）溶解度降低；（2）黏度增加；（3）结合能力消失（4）生物活性3.4.（1）增加；（25.（1）茚三酮法；（2）Edman6.（1）丝氨酸；（2）苏氨酸；（37.8.（1）带电性质；（2）溶解度；（3）分子大小；（4）吸附力(亲和力)9.（1）α-螺旋；(2)β-折叠；(3)β-转角；（4）氢键10.（1）一级结构；（211.（1）280；（2）26012.（1）一级；（213.5.6614.（1）色氨酸；（2）酪氨酸；（3（三）1.E2.E3.D4.A5.C6.C7.B8.C9.C10.C11.D12.B13.B14.D15.D16.E17.C18.A19.B20.C21.B22.D23.E24.C25.C26.C27.E28.C29.C30AX型题1.ABCD2.BD3.AB4.AD5.BD（四）问答题1.分离纯化蛋白质的方法有多种，应利用蛋白质物理、化学性质的差异，选择合适的方法，将其分离纯化。如本题中可利用清蛋白相对分子质量与其他蛋白不同的性质，采用凝胶过滤层析的方法，也可利用蛋白质沉淀的性质，采用盐析的方法，或利用其两性游离及等电点、分子大小等与其他蛋白的差异采用电泳的方法等。①凝胶过滤层析：层析柱内填充带有网孔的凝胶颗粒，根据清蛋白相对分子质量，选用合适大小网孔的凝胶，将血液加于柱顶端，以其所含的清蛋白球蛋白为例，清蛋白分子小进入凝胶孔内，球蛋白相对分子质量大于网孔的分离上限，不进入孔内而直接流出，清蛋白因在孔内被滞留随后流出，从而清蛋白与球蛋白得以分离，而血液中含有的其他杂蛋白同理因其与清蛋白的分子大小的差异，可以与清蛋白分离，最终得到纯化的清蛋白。②盐析：硫酸铵等中性盐因能破坏蛋白质在溶液中稳定存在的两大因素，故能使蛋白质发生沉淀，不同蛋白质分子颗粒大小不同，亲水程度不同，盐析所需要的盐浓度也不同，从而使蛋白质得以分离。如用硫酸铵分离纯化清蛋白，在半饱和的硫酸铵溶液中，球蛋白即可从血清中沉淀析出而除掉，再加硫酸铵溶液至饱和，则清蛋白沉淀析出，从而清蛋白可以分离出来，再用透析，除去清蛋白中所含的硫酸铵，清蛋白即可被纯化。蛋白质的泳动速度取决于所列的所有情况。2.①多肽与DNFB反应再酶解产生一个游离的DNFB-Ala，说明此肽的N末端氨基酸残基是Ala。②胰蛋白酶水解Lys、Arg羧基侧的肽键，题中多肽无Arg。且被此酶水解成一个三肽和一个四肽，说明第3位氨基酸残基是Lys。③糜蛋白酶水解羧基侧的肽键，此多肽中只存在Phe，且被此酶水解成一个六肽和一个游离氨基酸，说明其第6位氨基酸残基是Phe。④此多肽一共有7个氨基酸残基组成5个Ala，1个Lys，1个Phe，所以剩余的2、4、5、7位全是Ala。故此多肽一级结构为(从N端到C端)：Ala—Ala—Lys—Ala—Ala—Phe—Ala，酪氨酸可以由苯丙氨酸羟化而来；丝氨酸可以有33.肌红蛋白(Mb)氧解离曲线为直角双曲线，而血红蛋白(Hb)的为S状曲线。Mb易与O2结合，而Hb与O2的结合在O2分压较低时较难，这是因为：Mb是只有一个三级结构的单链蛋白质，而Hb分子是由4个亚基组成的四级结构，当Hb中第一个亚基与O2结合以后，促进第二、第三个亚基与O2结合，当前三个亚基与O2结合后，又促进第四个亚基与O2结合，之所以会有这种正协同效应的发生，又是因为Hb分子具有变构效应，当O2与第一个亚基结合后，使Hb分子结构发生变化，由紧张态变为松弛态，亚基间结合松弛，促进第二个亚基与O2结合，依此可影响第三、四个亚基与O2的结合，故其每个亚基与O2结合的平衡常数不相同，反映在氧解离曲线上即为S形曲线。4.由甘氨酸参加合成的物质有谷胱甘肽GSH、嘌呤核苷酸、磷酸肌酸、初级结合胆汁酸。(1)谷胱甘肽(GSH)：①解毒功能。SH基团的嗜核性，能与外源的嗜电子毒物(如致癌剂和药物)等结合，从而避免这些毒物和DNA、RNA及蛋白质结合，以保护机体免遭毒物损害。②GSH是细胞内重要还原剂，它保护蛋白质分子中的SH基团免遭氧化，使蛋白质或酶处在活性状态。③GSH上的氢在谷胱甘肽过氧化物酶的催化下，能还原细胞内产生的H2O2，使其变成H2O，同时GSH成为氧化型即GSSG，后者又在谷胱甘肽还原酶催化下，再生成GSH。因此，GSH是细胞内十分重要的还原剂。(2)嘌呤核苷酸：以甘氨酸为原料生成的嘌呤核苷酸，除了是进一步合成核酸的原料外，还可转变为ATP、GTP等多种在体内物质代谢中起重要作(3)磷酸肌酸：磷酸肌酸以甘氨酸为骨架生成，可把ATP分子中的高能磷(4)初级结合胆汁酸：人体合成的初级游离胆汁酸可与甘氨酸结合生成初级结合胆汁酸，如甘氨胆酸、甘氨鹅脱氧胆酸，它们在随胆汁排入小肠后，有促进脂类消化和吸收的作用。5.琼脂糖凝胶电泳是以琼脂糖为中泳支持物的电泳技术，其特点是：①操作简单，电泳速度快；②凝胶结构均匀，含水量大，样品扩散度较自由电泳小，对样品吸附极微，因此电泳分辨率高，重复性好；③琼脂糖透明无紫外吸收，电泳过程和结果可直接用紫外灯观察；④电泳后样品聚丙烯酰胺凝胶是具有三维网状结构的凝胶，以此为支持物的电泳技术有下列特点：①凝胶一定浓度时机械性能好；②化学性能稳定；③几乎无电渗作用；④样品不易扩散，灵敏度高；⑤分辨率高，尤其在不连续凝胶中，较琼脂糖电泳有更高的分辨率；⑥其可分连续系统和不连续系统，前者主要靠分子筛和电荷效应，后者主要靠分子筛、电荷效应，还有限缩效应，分离效果更好。6.二者依据的原理不同，SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳是根据相对分子质量或分子大小不同的蛋白质通过一定孔径分离胶时受阻滞的程度不同而表现出不同的迁移率对蛋白质进行分离。颗粒小，通过凝胶孔时受到的阻力小，则移动较快；颗粒大、形状不规则的样品分子，通过凝胶的阻力较大，移动慢。凝胶过滤中分子不受电场的作用，样品随洗脱液的流动而移动，相对分子质量小的物质，在不定向扩散中可以进入到凝胶孔内，然后再扩散出来，故流程长，通过柱子的速度慢，后流出层析柱；相对分子质量大的物质，由于不能进入到凝胶孔内部，只能在凝胶颗粒之间7.①蛋白质一级结构是空间结构的基础，特定的空间构象主要是由蛋白质分子中肽链和侧链R基团形成的次级键来维持。在生物体内，蛋白质的多肽链一旦被合成后，即可根据一级结构的特点自然折叠和盘曲，形成一定的空间构象，获得一定功能。以核糖核酸酶为例说明。加入尿素(破坏氢键)和β-巯基乙醇(破坏二硫键)，导致此酶的二、三级结构遭到破坏，酶活性丧失，但肽键不受影响，所以一级结构不变，采用透析去除尿素和β-巯基乙醇后，仍能恢复正常的构象和功能。证明空间构象遭到破坏的核糖核酸酶，只要其一级结构未被破坏，松散的多肽链可循其特定的氨基酸顺序，卷曲折叠成天然的空间构象，酶活性又逐渐恢复至原来水平。②一级结构相似的蛋白质，其基本构象及功能也相似，例如，不同种属的生物体分出来的同一功能的蛋白质，其一级结构只有极少的差别，而且在系统发生上进化位置相距愈近的差异愈小。③在蛋白质的一级结构中，参与功能活性部位的残基或处于特定构象关键部位的残基，如果发生突变，那么该蛋白质的功能也会受到明显的影响。如镰刀型红细胞贫血发生的原因是血红蛋白的一级结构发生了差错，血红蛋白β-亚基的第6位氨基酸应该是谷氨酸，突变为缬氨酸，导致红细胞变形成镰刀状8.由一个氨基酸的氨基与另一氨基酸的羧基脱水缩合而生成的酰胺键称肽键，它具有一定的双键性质，不能自由旋转。蛋白质分子中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构，一级结构的主要化学键为肽键，有些还有二硫键。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。9.蛋白质分离纯化的方法中与等电点有关的有：盐析、等电点沉淀法、（1）盐析：应用中性盐加入蛋白质溶液，破坏蛋白质的水化膜，使蛋白（2）等电点沉淀法：蛋白质在等电点状态时颗粒之间的静电斥力最小，因而溶解度也最小。各种蛋白质的等电点有差别，可利用调节溶液的pH（3）低温有机溶剂沉淀法：加入可与水混溶的有机溶剂如乙醇和丙酮，可降低蛋白质的溶解度使之沉淀。这是因为它降低了溶液的介电常数和破坏了蛋白质的胶体性，因有机溶剂可使蛋白质变性，此方法应在低温（4）电泳方法：根据蛋白质在一定的pH溶液中可带有电荷，成为带电颗粒，在电场中向相反的电极方向泳动，进行蛋白质的分离。由于蛋白质的质量和电荷量不同，其在电场中的泳动速率也不同，从而将蛋白质（5）离子交换层析：蛋白质是两性电解质，在一定的pH溶液中可解离成带电荷的胶体颗粒，可与层析柱内的离子交换树脂颗粒表面的相反电荷相吸引，然后用盐溶液洗脱，带电量小的蛋白质先被洗脱，随着盐浓度增加，带电量多的也被洗脱，分部收集洗脱蛋白质溶液，达到分离蛋白质的目的。10.不同的蛋白质的相对分子质量、溶解度以及在一定条件下带电的情况不同，可根据这些性质的差别分离纯化蛋白质。可采用各种电泳、层