刘国琴《生物化学》(第2版)笔记和考研真题详解(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者:圣才电子书

出版社:圣才电子书

格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT

刘国琴《生物化学》(第2版)笔记和考研真题详解

刘国琴《生物化学》(第2版)笔记和考研真题详解试读:

第一章 绪 论

1.1 复习笔记

一、生物化学发展简史

1.生物化学学科的建立

①18世纪下半叶,化学成就大量积累。

②19世纪前半叶,许多化学家开始从事生命体的研究。

a.1828年,F.Wöhler发现无机化合物氰化铵经过加热能合成生物分子——尿素;

b.1842年,J.von Liebig提出“代谢”这个概念,指出代谢是生物体内物质的合成与分解过程;

③19世纪40年代,广泛进行分离、鉴定细胞的各种化学成分的研究,其中最为突出的是德国化学家F.Hoppe-Seyler。

④19世纪末期,德国生物化学家E.Fischer于1894年提出了用于揭示底物与酶关系的“锁-钥”假说,并提出了蛋白质肽键理论。

2.生物化学学科的发展

①进入20世纪后,生物化学在物质分离和研究上取得了很多成果。

a.从动物组织中分离到胰岛素、甲状腺素和肾上腺素作为药用;

b.英国剑桥大学F.G.Hopkins发现维生素;

c.德国生物化学家O.F.Meyerhof在肌肉代谢取得成就;

d.德国化学家R.Willstatter在色素方面取得成果;

e.O.H.Warburg在细胞呼吸方面取得成果。

②20世纪前半叶生物化学有三个重大发现:激素、维生素和酶。

③20世纪中叶,生物化学已成为一门独立的学科,而且它在代谢方面的深入研究催生了生物力能学诞生。

生物力能学是研究细胞如何将营养物质中的化学能转变成为生物可以利用的一种“通货”——ATP的学科。

3.生物化学学科的成果

①20世纪中叶以后,生物化学得以迅猛发展。

a.1944年,美国微生物学家O.Avery等通过肺炎球菌转化实验,证明了遗传物质是DNA;

b.1953年,J.Watson与F.Crick创造性地提出了DNA双螺旋结构模型;

c.1958年,Crick提出了分子生物学的中心法则;

d.1966年,M.W.Nirenberg等破译了遗传密码,提出三联体学说;

e.1975年,F.Sanger等建立了DNA酶法测序;

f.1976年,A.M.Maxam与W.Gi1bert用化学法解决了DNA碱基序列测定。

②20世纪70年代核酸序列的准确测定和限制性内切酶的发现,使DNA重组获得成功,由此开创了基因工程新时代,并促进了分子生物学、分子医学、分子农业的发展。

③21世纪以来,生命科学已经进入到后基因组时代,产生了功能基因组学、比较基因组学、蛋白质组学以及互作学等一系列新学科。

二、生物分子的特性

1.生物分子由轻元素组成

按生物体内原子总数的百分比计算,其含量最多的是C、H、O、N这4种元素,占细胞总物质的99%以上。它们相对原子质量较小,都属于容易形成较强化学键的轻元素。

2.生物分子是含碳化合物

细胞干重的一半是碳元素。C可与H、O和N形成多种形式的共价键,且碳-碳之间可以单、双、三键多种形式相互连接,形成各种形式的碳骨架,结合各种功能基团,最后形成具有特殊性质与功能的生物分子。

3.生物大分子为多聚体

4.生物分子具有三维结构特征

碳原子呈四面体,碳原子参与形成的单键可以自由旋转。

5.生物分子之间的互作具有立体特异性

生物分子在细胞内不是孤立存在,它们相互识别、相互结合、相互作用,这些互作不仅具有严格选择性,而且作用部位是特定的,具有立体特异性。

三、水——生命的介质

1.水在生命体中的作用

①水是生命的溶剂;

②水是许多生物化学反应的底物或产物;

③水有利于生物大分子结构的形成;

④水有助于调节体温。

2.水的特性(1)水的极性

水是极性分子,由2个H和1个O组成。2个H和O的共价连接不是共线性结构,而是以104.5°的夹角伸出,O呈电负性,H呈电正性,整个分子为偶极结构。(2)水的密度

水在4℃时密度最大,在0℃时冻结成的冰密度最小。(3)水的溶解性

水是很好的溶剂,这与它的极性有关。水的介电常数为78.5,比大多数有机溶剂高许多。(4)水对双亲性分子的作用

大多数生物分子都具有亲水和疏水双亲性。对于双亲性分子,水倾向于水化亲水性部分,同时排开疏水部分,使这些分子形成分散于水中的聚集体——微团或双分子层。(5)水的可解离性+-+

液态水分子能有限地解离成H和OH。H并不实际存在于水中,而是与一个水分子结++

合形成水合氢离子HO,通常用H表示。2+-HO→H+OH2

1.2 名校考研真题详解

由于本章为非重点章节,故暂未编选考研真题。

第二章 蛋白质构件分子——氨基酸

2.1 复习笔记

一、氨基酸

1.氨基酸概述

从细菌到人类细胞,所有蛋白质都由L-α-氨基酸组成,氨基酸分子中的4个基团——氨基、羧基、氢原子和R基团都连在同一个α-碳原子上,R基团称为侧链。其分子结构通式如图2-1所示。图2-1  氨基酸分子式

2.标准氨基酸(1)标准氨基酸的定义

在蛋白质氨基酸(自然界中参与构成蛋白质的氨基酸)中,有20种氨基酸出现频率高,有自己的密码子,直接作为合成蛋白质的构件分子,这类氨基酸称为标准氨基酸或常见氨基酸。(2)标准氨基酸的分类

①非极性、脂肪族侧链氨基酸组

包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和甲硫氨酸6种。 侧链都是非极性脂肪族,在生理pH下不带电荷(图2-2)。图2-2  非极性、脂肪族侧链氨基酸

②非极性、芳香族侧链氨基酸组

包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸3种。其侧链基团都有共轭双键,都属于芳香族氨基酸,疏水性强,在生理pH下不带电荷(图2-3)。

a.苯丙氨酸侧链含有苯环;

b.酪氨酸侧链含有酚基(酚羟基有一定极性);

c.色氨酸侧链含有吲哚基。图2-3  非极性、芳香族侧链氨基酸

③极性、不带电荷R侧链组

包括丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺6种。其侧链具有一定极性,但在生理pH下不会发生解离(图2-4)。

a.丝氨酸、苏氨酸侧链都含有脂肪族羟基;

b.半胱氨酸含有高反应活性的巯基,可形成二硫键,对维持蛋白质三维结构有特殊作用;

c.脯氨酸为亚氨基氨基酸,侧链以环状形式(四氢吡咯环)连接在α-碳原子上;

d.天冬酰胺和谷氨酰胺都含有酰胺基团,后者侧链比前者多1个碳原子。图2-4  极性、不带电荷R侧链氨基酸

④带负电荷R侧链组

包括天冬氨酸、谷氨酸2种。其侧链都带有一个羧基,在生理pH下带负电荷,又称酸性氨基酸(图2-5)。图2-5  带负电荷R侧链氨基酸

⑤带正电荷R侧链组

包括赖氨酸、精氨酸和组氨酸3种。这3种氨基酸在生理pH下具有获得质子的能力,又称碱性氨基酸(图2-6)。

a.赖氨酸侧链含有ε-氨基,在生理pH下发生质子化而带正电荷;

b.精氨酸侧链含有胍基,在生理pH下发生质子化而带正电荷;

c.组氨酸含有咪唑基,在生理pH下可以接受一个质子而带正电荷,也可以给出一个质子,这取决于它的局部微环境。组氨酸常存在于酶分子的活性部位,在酸碱催化中起重要作用。图2-6  带正电荷R侧链(3)标准氨基酸的命名

描述标准氨基酸常用三字母缩写符号或单字母符号,见表2-1。表2-1  20种常见氨基酸缩写符号、pK值和pI值p三单pK1KpK2字字Rα-pI中文名称英文名称母母α-COO符符+NH侧3H号号链甘氨酸G2.355.97Glycine9.78Gly10丙氨酸A2.356.02Alanine9.87Ala.缬氨酸V2.295.974Valine9.74Val6亮氨酸L2.335.98Leucine9.74Le8u异亮氨酸I2.326.02Isoleucine9.76.Ile甲硫氨酸M2.135.753Methionine9.287Me脯氨酸P1.956.30Proline10.t164苯丙氨酸F2.205.48Phenylalani0Prone9.31.色氨酸W2.465.89Ph5Tryptophan9.41丝氨酸S2.195.68e4Serine9.21苏氨酸T2.096.53Trp1Threonine9.102天冬酰胺N2.145.41Ser.Asparagine8.72谷氨酰胺Q2.175.65Thr4Glutamine89.13酪氨酸Y2.205.66AsTyrosinen69.21半胱氨酸C1.925.02

3.非标准氨基酸(1)非标准氨基酸的定义

非标准氨基酸是指除了20种蛋白质标准氨基酸外,生物体中发现的300多种不同的氨基酸(图2-7)。图2-7  非标准氨基酸(2)非标准氨基酸的分类

①蛋白质稀有氨基酸

此类氨基酸虽构成蛋白质,但出现频率小,大多为标准氨基酸的衍生物,没有自己的密码子,是在蛋白质合成后经氨基酸修饰形成的。

②硒代半胱氨酸和吡咯赖氨酸

这两种氨基酸不仅参与构成蛋白质,而且有自己的密码子,分别被排在20种标准氨基酸之后,标注为第21、22种氨基酸。

③D-氨基酸

许多种细菌和真菌能合成D-氨基酸并用于构建细胞壁或作为某些抗生素的组分。

④呈游离状态存在的氨基酸

此类氨基酸包括合成标准氨基酸的前体物、生物化学代谢途径的中间物等。

二、氨基酸性质

1.氨基酸的酸-碱性质(1)氨基酸的带电性

①在中性水溶液中,氨基酸分子完全离子化,α-氨基质子化为带一个正电荷的,α-羧基处于解离状态而带一个负电荷(—-0COO),整个分子为偶极离子或称兼性离子,用“A”表示;

②在pH=1时,α-氨基发生质子化,α-羧基不解离,整个分子带+正电荷,用“A”表示;

③在pH=11时,α-羧基解离出一个质子,α-氨基不发生质子化,-整个分子带负电荷,用“A”表示。(2)氨基酸的解离

α-羧基解离常数以K表示,α-氨基解离常数以K表示。以甘氨酸12为例,其解离反应分两步:

①α-羧基的解离

②α-氨基的解离(3)氨基酸的等电点

①氨基酸等电点的定义

氨基酸分子静电荷为零,即氨基酸分子所带正电荷和负电荷数相等时溶液的pH为氨基酸等电点(pI)。

②不同氨基酸等电点的计算

a.一氨基、一羧基氨基酸

b.碱性氨基酸或酸性氨基酸,因为侧链也能发生解离,因此除了pK和pK外,还有pK,即侧链基团解离一半时所对应的pH。12R

第一,碱性氨基酸

第二,酸性氨基酸

③氨基酸等电点与溶液pH的关系

a.当pH=pI时,氨基酸净电荷为零,在电场中不移动;

b.当pH>pI时,氨基酸分子带负电荷,在电场中向正极移动;

c.当pH<pI时,氨基酸分子带正电荷,在电场中向负极移动。

2.氨基酸的化学反应(1)桑格反应(Sanger reaction)

在弱碱性反应条件下,2,4-二硝基氟苯(DNFB)与氨基酸的α-氨基反应生成黄色2,4-二硝基苯基氨基酸,即DNP-氨基酸。(2)艾德曼反应(Edman reaction)

在弱碱性条件下,苯异硫氰酸酯(PITC)使氨基酸的α-氨基发生烷基化,形成苯氨基硫甲酰衍生物——PTC-氨基酸。(3)茚三酮反应

α-氨基和α-羧基都参与的反应。在弱酸性溶液中,氨基酸和水合茚三酮共热,氨基酸发生氧化脱氨、脱羧反应,产生紫蓝色物质。脯氨酸显色特殊,生成产物颜色为黄色。(4)巯基反应

①蛋白质二硫键的形成

半胱氨酸是唯一含有巯基的氨基酸,在氧化环境中,两个半胱氨酸的巯基靠近,以二硫键相连形成胱氨酸,如图2-8所示。图2-8  巯基反应

②蛋白质二硫键的断裂

a.氧化法

氧化法断裂二硫键常用试剂为过甲酸,二硫键在断裂时,硫原子被氧化成磺酸基团。

b.还原法

还原法断裂二硫键常用还原性试剂β-巯基乙醇,反应如下:Cys-S-S-Cys+β-巯基乙醇→2Cys-SH

用烷基化试剂(如碘乙酸)处理可防止所产生的两个巯基再形成二硫键。

3.氨基酸的光学活性与构型(1)氨基酸的光学活性

①具有光活性的分子一般都含有不对称中心或称手性中心。氨基酸(除甘氨酸)的C原子为手性碳原子,因此具有光学活性;

②具有一个手性碳原子的化合物,存在一对互为镜像对称的立体异构体,称为对映体。(2)氨基酸的构型

氨基酸一般有L-、D-两种构型。以D-甘油醛为参照,氨基酸羧基在上,侧链在下时,如果α-氨基位于左侧则为L-构型,位于右侧为D-构型,如图2-9所示。图2-9  氨基酸立体异构体的命名

4.氨基酸的紫外光谱性质

在近紫外区(200~400nm),三个芳香族氨基酸——酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸有特征吸收峰。

①酪氨酸的最大吸收波长是275nm;

②色氨酸的最大吸收波长是280nm;

③苯丙氨酸的最大吸收波长为257nm。

三、氨基酸的分离分析

1.分配柱层析(1)分配柱层析原理

分配柱层析是基于氨基酸的溶解度差异,利用待分离的不同组分在流动相和固定相之间分配系数的差异而进行分离的方法。(2)分配柱层析过程

①在玻璃管中填充一种兼亲水性和一定机械力的介质,使其在溶剂中下沉形成一定高度,即层析柱。

②将氨基酸样品加到柱床表面,然后用一个溶剂系统作为洗脱剂自上而下洗脱,氨基酸便随流动相按照有效分配系数被分离。

③分部收集洗出液,结合茚三酮显色可定量氨基酸;结合纸层析或薄层层析,可定性氨基酸。

2.纸层析(1)纸层析原理

纸层析是基于氨基酸的溶解度差异,利用滤纸作为支持介质进行的分配层析。(2)纸层析过程

①在滤纸靠近某角的位置点上氨基酸混合液样品,这个点称为“原点”。

②将点样后的滤纸放入密闭容器中,使点样一侧与一个溶剂系统接触。氨基酸按照溶解度大小被推展,溶解度越大,被推得越远,因而被分离。

③将茚三酮溶液喷洒在滤纸上,蓝紫色的氨基酸点(脯氨酸为黄色)便可呈现出来。

3.薄层层析(1)薄层层析原理

薄层层析属于分配层析,利用待分离的不同组分在流动相和固定相之间分配系数的差异而进行分离的方法。(2)薄层层析过程

①将精制粉状介质制成糊状涂在玻璃板上形成均匀薄层,晾干。

②将氨基酸样品点在一侧,然后放入层析缸中,使点样一端靠近溶剂,氨基酸按照溶解度不同被推展、分离。

③用茚三酮显色出各氨基酸位点,在有标准样品做对照的情况下,可鉴定未知氨基酸。

4.离子交换柱层析(1)离子交换柱层析原理

离子交换柱层析是利用键合在固定相表面的具有交换能力的离子基团,根据流动相待分离组分的离子可逆结合能力的差异进行物质分离的方法。(2)离子交换柱层析过程

分离氨基酸通常用阳离子交换剂。

①将氨基酸样品pH调至等电点以下,氨基酸将带正电荷。

②当样品流经阳离子交换柱,各氨基酸便与树脂阳离子发生交换、“挂”在交换剂上。

③用具有pH梯度和盐梯度的缓冲液自上而下洗脱时,随着pH升高,氨基酸所带正电荷数减少,与树脂的结合力降低;随着盐浓度升高,氨基酸进一步减小与树脂的结合力。

④混合液中氨基酸便按照正电荷从少到多、侧链疏水力从弱到强的顺序被洗脱、分离。

2.2 名校考研真题详解

一、选择题

1.当溶液的pH值低于蛋白质等电点,蛋白质携带电荷性质是(  )。[武汉科技大学2015研]

A.正电荷    

B.负电荷

C.不带电

D.无法确定【答案】A【解析】蛋白质是两性电解质,当pH>pI(等电点)时带负电荷,在电场作用下向正极移动;pH<pI时带正电荷,在电场作用下向负极移动;pH=pI时净电荷为零。

2.下列不属于芳香族氨基酸的是(  )。[武汉科技大学2014、2015研]

A.Phe 

B.Lys 

C.Tyr 

D.Trp【答案】B【解析】芳香族氨基酸是指含有芳香环的氨基酸,包括酪氨酸(Tyr)、苯丙氨酸(Phe)、色氨酸(try)等。

3.下列哪种氨基酸属于亚氨基酸?(  )[浙江农林大学2012研]

A.丝氨酸  

B.脯氨酸 

C.亮氨酸  

D.组氨酸【答案】B【解析】亚氨基酸的结构是中心C原子上连一羧基(—COOH),一亚氨基(—NH—),一氢(—H)和R基(任意基团)。D项,脯氨酸的分子中含有亚氨基(—NH—)和羧基,为亚氨基酸。

4.下列在280nm波长处吸光值最大的是(  )。[浙江大学2010研]

A.色氨酸 

B.半胱氨酸 

C.赖氨酸 

D.苯丙氨酸 

E.酪氨酸【答案】A【解析】色氨酸、酪氨酸以及苯丙氨酸在280nm波长附近有吸收峰,但色氨酸具有吲哚环,共轭最大,吸收最强。

5.蛋白质中可能发生磷酸化的氨基酸残基是(  )。[电子科技大学2010研]

A.Serine 

B.Lysine 

C.Phenylalanine  

D.Glycine【答案】A【解析】蛋白质磷酸化是指由蛋白质激酶催化的把ATP的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基(丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸)上的过程。A项,Serine的中文名称是丝氨酸。

6.以下哪个是正确的?(  )[浙江大学2009研]

A.氨基酸能作为质子的供体和受体 

B.酸性越强,K值越高m

C.酸性越强,pH越小 

D.氨基酸是两性的

E.以上均正确【答案】E【解析】AD两项,氨基酸中含有碱性的氨基和酸性的羧基,在水溶液或结晶内基本上均以兼性离子或偶极离子的形式存在,可作为质子的供体和受体;B项,K值只与氨基酸性质有关,酸性越强,K值越mm+高;C项,氨基酸酸性越强,能电离出的H越多,pH越小。

7.蛋白质分子组成中不含有下列哪种氨基酸?(  )[电子科技大学2009研]

A.半胱氨酸 

B.蛋氨酸 

C.胱氨酸 

D.瓜氨酸【答案】D【解析】组成蛋白质分子的氨基酸包括:①必需氨基酸:赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。②非必需氨基酸:丙氨酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、组氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸。

8.在人类食物摄取中,必需氨基酸指什么?(  )[浙江大学2009研]

A.在所有蛋白合成中必需  

B.只可获取于动物蛋白中

C.人体自身不能合成  

D.不能由DNA编码

E.在肝脏中不会被降解【答案】C【解析】必需氨基酸是指人体自身不能合成或合成速度不能满足人体需要,必须从食物中摄取的氨基酸。其氨基酸种类与机体发育阶段和生理状态有关,成人维持氮平衡必需的是亮氨酸、异亮氨酸等8种氨基酸,儿童生长必需的还有精氨酸和组氨酸。

9.组氨酸的羧基、咪唑基、氨基的解离常数分别为1.82、6.00和9.17,其等电点为(  )。[中科院研究生院2008研]

A.3.91

B.7.59  

C.5.75

D.8.50【答案】B【解析】组氨酸为碱性电解质,其等电点计算公式为(pK+pK)/2,R2即(9.17+6.00)/2=7.585≈7.59。

10.(多选)下列关于蛋白质中L-氨基酸之间形成肽键的叙述,哪些是正确的?(  )[浙江农林大学2012研]

A.具有部分双键的性质 

B.能自由旋转

C.比通常的C—N单键短

D.都正确【答案】AC【解析】肽键的特点:①肽键中的C—N键较通常的C—N单键短;②肽键中的C—N键有部分双键性质;③肽键中的C—N键不能旋转;④连接在肽键两端的基团处于反式构型,并处于一个平面上。

二、填空题

1.在20种氨基酸中,酸性氨基酸有______和______两种,具有羟基的氨基酸是______和______,能形成二硫键的氨基酸是______。[浙江农林大学2012研]【答案】Asp;Glu;Ser;Thr;Cys

2.在天然的氨基酸中,含硫的氨基酸有 、 两种。[厦门大学2009研]【答案】甲硫氨酸;半胱氨酸【解析】含硫氨基酸有甲硫氨酸、半胱氨酸和胱氨酸三种,甲硫氨酸和半胱氨酸为天然氨基酸,胱氨酸是半胱氨酸的加氢衍生物。

3.谷氨酸的pK=2.19,pK=9.67,pK=4.25,其等电点12R为  。[厦门大学2009研]【答案】3.22【解析】谷氨酸为酸性氨基酸,其等电点计算公式为为(pK+1pK)/2。R

三、判断题

1.蛋白质在280nm波长处有最大吸收,主要是因为蛋白质含有苯环的氨基酸。(  )[武汉科技大学2014研]【答案】对【解析】含有苯环的氨基酸含有共轭体系,在280nm处有最大吸收峰。

2.人体中有8种必需氨基酸必须从食物摄取。(  )[中山大学2009研]【答案】对【解析】必需氨基酸是指人体自身不能合成或合成速度不能满足人体需要,必须从食物中摄取的氨基酸。包括甲硫氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸8种。

四、名词解释

等电点与兼性离子状态[暨南大学2011研]

答:氨基酸的等电点是指使氨基酸处于净电荷为零,即氨基酸分子所带正电荷和负电荷数相等时的溶液pH值。此时氨基酸所处的状态称为兼性离子状态。在氨基酸等电点(pH=pI)时,羧基以—-+COO,氨基以—NH形式存在。这样的氨基酸分子含有一个正电3荷和一个负电荷,称为兼性离子。

五、简答题

1.有一球状蛋白质,在pH 7的水溶液中能折叠成一定的空间结构。通常情况下,非极性氨基酸侧链位于分子内部形成疏水核,极性氨基酸的侧链位于分子外部形成亲水面。请问:(1)虽然Ser、Thr、Asn和Gln是极性氨基酸,为什么它们多数是位于球状蛋白质的分子内部?(2)在球状蛋白质分子内部和外部都可以发现Cys,为什么?[厦门大学2009研]

答:(1)Ser、Thr、Asn和Gln是极性氨基酸,位于球状蛋白质的分子内部的原因

Ser、Thr、Asn和Gln在pH 7时含有不带电荷的极性氨基酸,参与分子内部的氢键形成,减弱了它们的极性,所以位于球状蛋白质内部。(2)在球状蛋白质分子内部和外部都可以发现Cys的原因

Cys本身为不带电荷的极性氨基酸,可以在球蛋白外部存在,但其常常参与链内和链间的二硫键形成,使其极性减弱,所以在球状蛋白质分子内部和外部都可以发现Cys。

2.写出20种氨基酸的3字母和1字母的缩写,根据R基团的极性、电荷及苯环氨基酸可以分成哪五大类?哪些是人体的必需氨基酸和非必需氨基酸?[浙江大学2008研]

答:(1)20种氨基酸的3字母和1字母的缩写

丝氨酸Ser S,苏氨酸Thr T,天冬酰胺Asn N,谷氨酰胺Gln Q,酪氨酸Tyr Y,半胱氨酸Cys C,天冬氨酸Asp D,谷氨酸Glu E,组氨酸His H,赖氨酸Lys K,精氨酸Arg R,甘氨酸Gly G,丙氨酸Ala A,缬氨酸Val V,亮氨酸Leu L,异亮氨酸Ile I,脯氨酸Pro P,色氨酸Trp W,苯丙氨酸Phe F,甲硫氨酸Met M。(2)据R基团的极性、电荷及苯环氨基酸的分类

①极性不带电荷:丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、半胱氨酸。

②极性带负电荷:天冬氨酸、谷氨酸。

③极性带正电荷:组氨酸、赖氨酸、精氨酸。

④非极性带苯环:苯丙氨酸、酪氨酸。

⑤非极性不带苯环:甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、脯氨酸。(3)①人体必需氨基酸

甲硫氨酸、色氨酸、赖氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸。

②人体非必需氨基酸

丝氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、半胱氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸、精氨酸、甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸。

第三章 蛋白质结构与功能

3.1 复习笔记

一、蛋白质一级结构

1.肽键与肽基(1)肽键

肽键是由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基发生缩合反应,脱去一分子水形成的酰胺键,如图3-1所示。图3-1  氨基酸的缩合反应(2)肽基

①肽基的定义

肽键连同与之相连的4个原子(羰基氧、氨基氢和2个α-碳原子)称为肽基,如图3-2所示。图3-2  肽基与肽键

②肽基的特征

a.肽基呈刚性平面结构;

b.肽基具有极性;

c.大多数肽基为反式构象。

2.多肽链的方向性及大小(1)多肽链的方向性及书写

①多肽链的方向性

多肽链是由多个氨基酸通过肽键按顺序连在一起形成的,除特殊的环状多肽外,多肽链一般为具有方向性的线性结构,两个末端是不+同的:一端为游离的α-NH,称为氨基端或N端;另一端为游离的α-3-COO,称为羧基端或C端。

②多肽链的书写

将N端氨基酸残基作为起始端,按从左到右的方向写出多肽链中氨基酸的排列顺序。

a.以三字母形式表示,如AlaGlyTyrGlyTyr;

b.以单字母形式表示,如AGYGY。(2)多肽链的组成及大小

①多肽链的组成

多肽链由一条主链和多个R基侧链组成。主链由“α-碳原子—羰基碳—氨基氮”重复单位构成。不同主链,长度差别很大。

②多肽链的大小

a.由两个氨基酸残基组成的称为二肽,由三个氨基酸残基组成的称为三肽……。

b.含有几个至十几个氨基酸残基的肽称为寡肽,更长的称为多肽。

生物体内有些寡肽或多肽含量虽然很少,但具有重要的生物学活性,称为活性肽,如谷胱甘肽(GSH)。

第一,谷胱甘肽的组成

谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽,活性基团为巯基。

第二,谷胱甘肽的功能

ⅰ.作为巯基缓冲剂,维持血红蛋白或其他巯基酶Cys残基处于还原状态;

ⅱ.用于消除脂质过氧化物对细胞膜的破坏,是生物体很好的氧化还原缓冲剂。

3.蛋白质氨基酸的顺序

蛋白质的氨基酸顺序具有特异性。例如牛胰岛素的氨基酸顺序,如图3-3所示。

胰岛素由两条多肽链组成:A链含21个氨基酸残基,B链含30个氨基酸残基,各氨基酸残基有严格的顺序。整个蛋白质含有两个链间二硫键,一个链内二硫键。图3-3  牛胰岛素分子一级结构

4.蛋白质序列测定(1)直接测序法

①基本策略

a.制备测序用蛋白质样品;

b.对多肽链进行分段测序;

c.拼凑完整多肽链的一级结构。

②生物化学技术

a.多肽链末端氨基酸残基分析

第一,N端氨基酸残基分析:氨肽酶法、桑格法、丹磺酰氯法和Edman降解法等。

第二,C端氨基酸残基分析:羧肽酶法和肼解法。

b.多肽链的分离

用β-巯基乙醇或二硫苏糖处理断裂多肽链之间或多肽链内部的二硫键,用碘乙酸进行保护防止自由巯基再氧化成二硫键。

c.多肽链氨基酸组分分析

将多肽链进行彻底水解,释放出自由氨基酸,再用层析技术对氨基酸进行鉴定。

第一,酸水解(6mol/L HCl,回流煮沸20h),优点是产物仍为L-氨基酸,缺点是色氨酸被破坏,羟基氨基酸和酰胺类氨基酸受到不同程度破坏;

第二,碱水解(5mol/L NaOH,回流煮沸20h),优点是色氨酸稳定,缺点是产物中除L-氨基酸,还有D-氨基酸,有消旋现象,而且大多数氨基酸被破坏。

d.多肽链的专一性裂解

第一,酶法

ⅰ.胰蛋白酶专门水解由赖氨酸或精氨酸的羧基形成的肽键;

ⅱ.胰凝乳蛋白酶专门水解由芳香族(或具有大的疏水侧链)氨基酸的羧基形成的肽键。

第二,化学法

最常用的化学裂解药物是溴化氰(CNBr),可专一性水解Met的羧基形成的肽键。

e.肽段氨基酸序列测定

利用Edman降解原理,将样品吸附在PVDF膜上,循环进行降解反应,对每一次反应液的PTH-氨基酸进行分析,测得氨基酸顺序。

f.蛋白质氨基酸顺序的拼接与二硫键的确定

第一,根据一套肽段中每个肽段的序列,并结合另一套肽段中重叠肽的氨基酸顺序,拼接出整个多肽链的顺序。

第二,二硫键的确定:对角线电泳法。

③优缺点

a.优点:获得的数据直接,说服力强;灵敏度比较高。

b.缺点:需要高纯度样品,对于含量低、难纯化的蛋白质不适宜;操作步骤多,耗时耗力,价格昂贵。(2)质谱法与串联质谱法

①质谱法测定多肽链分子质量

质谱(MS)是根据带电粒子的质荷比“m/z”不同而对物质进行鉴定的一种技术。

a.基质辅助激光解吸离子化-飞行时间-质谱(MALDI-TOF-MS)。

b.电喷雾电离质谱(ESI-MS)。

②串联质谱用于多肽链测序

将两个质谱(MS-1、MS-2)串联起来,即串联质谱(MS/MS)。其优点有:

第一,快速,小于25个氨基酸残基的多肽链只需几分钟即可完成。-12

第二,灵敏度高,亚皮摩尔量级(小于10mol/L)蛋白质样品即可。

第三,氨基酸残基的修饰基团能够得到鉴定。(3)推定法

①推定法原理

蛋白质的氨基酸顺序是由翻译它的模版mRNA的碱基顺序决定的,通过测定cDNA(与mRNA序列互补的DNA)的碱基顺序可以推测出蛋白质的氨基酸顺序。

②优缺点

a.优点:简便快捷,对于多肽链长、生物体内含量低的蛋白质,从基因入手利用推定法获知蛋白质氨基酸顺序十分有效。

b.缺点:并非所有的推定都是正确的,不能确定功能蛋白质是否有翻译后加工和修饰。

5.蛋白质数据库与蛋白质序列比对分析(1)一级结构与功能

①蛋白质一级结构相同,生物功能就相同;但生物功能相同,一级结构并非完全相同;

②蛋白质的一级结构与生物功能的关系是辩证的,既具有保守、严格的对应关系,又有一定变异性,以适应物种进化的需要。(2)同源蛋白

①定义

同源蛋白是指存在于不同生物中的一组序列和功能相似的蛋白质,同源蛋白质之间可能长度有差别,但局部特征序列是一致的。

②进化关系

a.同源蛋白之间在进化上有亲缘关系。序列相似性越高,进化关系越近;反之,进化关系越远。

b.根据同源蛋白的序列相似性绘制出的分子系统树或称进化树,可以在分子水平显示同源蛋白之间的进化关系。(3)不变残基与可变残基

①不变残基

在同源蛋白中,有些位点的氨基酸残基在进化上比较保守,称为不变残基或保守残基,如果发生突变,蛋白质极易丧失正常功能。

②可变残基

在同源蛋白中,有些位点的氨基酸残基可以发生改变,称为可变残基。可变残基在同类氨基酸之间发生保守性替代,对蛋白质的结构和功能没有特殊影响。

二、蛋白质二级结构

1.蛋白质构象

构象是指分子中各原子的空间排列,构象的变化不涉及共价键的断裂。蛋白质的功能不仅取决于其一级结构,还取决于其天然构象。

2.研究蛋白质构象的技术

①X射线衍射技术

②核磁共振(NMR)技术

③圆二色技术

④荧光偏振技术

⑤拉曼光谱技术

3.多肽链折叠的空间限制(1)多肽链的空间结构

多肽链主链结构由一个个肽基平面组成,各平面之间通过C连α接。(2)多肽链的二面角

①定义

在肽基平面中,与C相连的两个化学键(N—C;C—C)是典ααα型的单键,可以绕键轴旋,N—C单键旋转角度定义为φ(phi)角,αC—C单键旋转角度定义为ψ(psi)角。φ和ψ这两个构象角称为二α面角。

②特点

大多数多肽链主链构象可以用二面角表示,二面角决定了相邻两个肽基平面的空间位

置。(2)多肽链折叠的空间限制

蛋白质多肽链在形成构象时,由于相邻氨基酸残基R侧链产生的空间位阻,具有很大的局限性。

3.蛋白质二级结构(1)蛋白质二级结构定义

蛋白质二级结构是指多肽链借助氢键沿一维方向所形成的周期性结构。(2)蛋白质二级结构分类

①α-螺旋

a.α-螺旋定义

α-螺旋是指多肽主链借助氢键紧密卷曲而成的周期性螺旋状构象,如图3-4所示。

b.α-螺旋结构特点

第一,每个α-螺旋含有3.6个氨基酸残基,螺距为0.54nm,相邻氨基酸轴向距离为0.15nm;

第二,α-螺旋为右手螺旋,其中每一个氨基酸的C=O和它前面第四个氨基酸残基的N—H形成氢键,氢键方向和螺旋轴的方向基本一致;

第三,每一个氢键闭合形成的环包含13个原子,如图3-5所示;

第四,在α-螺旋中,氨基酸侧链以螺旋形式向外伸展,特征二面角为:φ=-57°,φ=-48°;

第五,在α-螺旋中,Glu、Ala和Leu出现频率比较高,Pro由于无酰胺氢,不能形成链内氢键,它的出现往往引起α一螺旋的终止。图3-4  α-螺旋图3-5  α-螺旋中的氢键

②β-折叠片

a.β-折叠片定义

β-折叠片是指两条或多条(通常2~5条)几乎完全伸展的多肽链或同一多肽链之中的不同肽段,靠氢键侧向聚集在一起形成的片状结构。

b.β-折叠片结构特点

第一,在β-折叠片中,多肽主链为锯齿状折叠构象,氨基酸侧链交替分布在片层平面的两侧,相邻氨基酸的轴向距离为0.35nm;

第二,如果相邻多肽链的走向相同,则称为平行β-折叠片;如果是反向排列的,就称为反平行β-折叠片。

③非重复性二级结构

非重复性二级结构是指在球状蛋白质中除α-螺旋和β-折叠片外以转角、卷曲或环等构象形式出现的不呈现重复性的结构。

4.蛋白质超二级结构(1)蛋白质超二级结构定义

蛋白质超二级结构是指在蛋白质中,特别是球状蛋白质中,若干相邻的二级结构单元彼此相互作用,形成有规则的组合体。包括螺旋-环-螺旋,卷曲螺旋,螺旋束、βαβ单元、β-发夹、β-曲折、希腊钥匙拓扑结构、β-三明治等,如图3-6所示。图3-6  蛋白质超二级结构(2)蛋白质超二级结构与功能的关系

①角蛋白

角蛋白是组成动物皮肤和皮肤衍生物的结构蛋白质,有多种,其中由α-螺旋结构组成的称为α-角蛋白。α-角蛋白伸缩性好,构成毛发、鳞、角、蹄、爪等。

②胶原蛋白

胶原蛋白存在于多细胞动物,在脊椎动物中含量尤为丰富,是组成骨、腱、软骨、牙齿和血管等组织的结构蛋白。其基本结构是三螺旋或称为胶原螺旋。

③丝心蛋白

丝心蛋白是蚕丝、蜘蛛丝的主要成分,由β-折叠结构组成。丝心蛋白一级结构含有6个残基的重复序列:Gly-ser-Gly-Ala-Gly-Ala,其中Gly高频率间隔出现。β-折叠的层层堆集赋予丝心蛋白一定的柔性和抗张能力。

三、蛋白质三级结构

1.蛋白质三级结构的定义

蛋白质三级结构是指一条多肽链借助各种次级键折叠成的具有特殊肽链走向的紧密构象。

2.结构域

结构域是指在比较大(含200个以上氨基酸残基)的蛋白质三级结构中,常出现的一个以上相对独立的紧密结构区域。

3.多肽链的折叠与蛋白质变性(1)多肽链的折叠

在细胞内,蛋白质生物合成过程中伴随多肽链的自发折叠。多肽链折叠有的为快速自发过程,有的则需要由一类称为分子伴侣的蛋白辅助完成,或有异构酶参与。(2)蛋白质的变性

①蛋白质变性的定义

蛋白质变性是指天然蛋白质分子当受到某些过激的物理因素或化学因素的影响时,次级键会被破坏,导致天然构象解体,生物活性丧失的过程。

②蛋白质变性的因素

a.物理因素:高热、高压、紫外线、X射线、超声波、甚至过度搅拌等;

b.化学因素:强酸、强碱、重金属盐、三氯乙酸等。

③蛋白质变性后的变化

溶解度降低,扩散系数降低,黏度增加,对蛋白酶的水解更敏感等。(3)蛋白质的复性

蛋白质的复性是指对于单一蛋白质,如果变性条件不剧烈,除去变性因素后,蛋白质还可恢复其天然构象和生物学活性的现象。

4.肌红蛋白的结构与功能(1)肌红蛋白的结构

①肌红蛋白相对分子质量为16700,由一条含有153个氨基酸残基的多肽链和一个血红素组成,如图3-8所示;

②整个分子致密结实,呈扁平状,分子大小为4.5nm×3.5nm×2.5nm;

③含有8段α-螺旋(分别命名为A,B,C,…,H),占多肽链的75%;

④外表面既有亲水性氨基酸残基,又有疏水性氨基酸残基,但分子内部多为疏水性氨基

酸残基或极性氨基酸残基的疏水部分。

⑤分子表面有一个由多肽链折叠成的疏水裂缝(或凹穴),主要由Val68和Phe43的侧

链组成,还有两个His,裂缝中嵌有血红素。

血红素对肌红蛋白功能的影响:2+

a.血红素分子自由存在时将相互靠近,这极易引起Fe自氧化3+为Fe;2+

b.血红素中的Fe与氧形成配位键(O—O—Fe)时,3个原子在一条直线上,这会导致氧结合力过强而不利于氧的释放。(2)肌红蛋白的功能

肌红蛋白的生物功能是在肌肉中储存和供应氧。

四、蛋白质四级结构

1.蛋白质四级结构定义

蛋白质四级结构是指由多个多肽链以球状亚单位(亚基)形式缔结在一起,形成一个有功能的聚集体的结构。

2.血红蛋白的四级结构(1)血红蛋白的四级结构概述

①血红蛋白由2个α亚基和2个β亚基组成,为αβ异四聚体,如图223-7所示;

②四个亚基间并非均等接触,α亚基和β亚基之间接触面更大一些,可以看作αβ二聚体,两个αβ二聚体呈二折旋转对称;

③整个分子大小为6.4 nm×5.5 nm×5.0nm;

④α链为141个氨基酸残基,β链为146个氨基酸残基;

⑤α链和β链在一级结构上与肌红蛋白只有20%多的序列一致性,其中近端His和远端His非常保守。图3-7  血红蛋白(2)血红蛋白的四级结构与功能关系

①血红蛋白亚基可逆结合氧的能力是通过多肽链的折叠和血红素实现的;

②细胞中产生的NO可作为信号分子,当完成信号传递后,必须-对它进行清除。氧合血红蛋白能够催化NO形成NO,避免NO积累3引起的毒性。

2.氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白(1)氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白定义

结合氧的血红蛋白称为氧合血红蛋白,去掉氧的血红蛋白称为脱氧血红蛋白。(2)血红蛋白的特点

血红蛋白是别构蛋白,它在结合氧前后构象不同。主要包括两大变化:2+

a.血红素中Fe的移动:脱氧时,整个分子各亚基之间被离子2+键约束,血红素第六个配位键空位。由于近端His的作用,Fe移出2+血红素平面0.055nm,远端His离Fe太远,不能发挥协助作用(T-态构象);

b.两个αβ二聚体之间的滑动:当氧与血红蛋白分子中的一个亚2+基结合时,诱导Fe移进血红素平面,这使得亚基之间的部分盐键破坏,导致每个αβ二聚体相对于对称轴有15°的扭动(R-态构象)。

3.血红蛋白亚基间的协同效应(1)肌红蛋白和血红蛋白氧合曲线

曲线纵坐标为氧合度(y),即结合的氧分子占蛋白质氧合位点的比例;横坐标为氧分压pO,如图3-8所示。2图3-8  肌红蛋白(Mb)、血红蛋白(Hb)氧合曲线(2)肌红蛋白和血红蛋白与氧结合规律

①血红蛋白的氧合曲线是S形,p较低,在低氧分压下与氧气有50较强的亲和力;

②肌红蛋白氧合曲线是双曲线形,氧合肌红蛋白的比例随氧分压增加急剧上升,在低氧分压时氧饱和度很低,容易卸载氧。(3)血红蛋白亚基间的协同作用

①血红蛋白的4个亚基中一个亚基与氧结合可触发其他亚基由T-态构象转变为R-态构象,从而增加血红蛋白与氧的亲和力;

②脱氧血红蛋白是一个紧凑的分子,4个亚基之间有8个离子键存在,氧合作用时,拆断部分离子键,分子构象发生变化,铁原子移动到血红素辅基的平面内,表现出与氧的高亲和。+

4.H、CO以及BPG对血红蛋白结合氧的影响2(1)pH及CO对血红蛋白氧亲和力的影响2+

机体呼吸产生CO的两条运输途径都会产生H,使组织pH下降,2低pH和高浓度CO2

会降低血红蛋白的氧亲和力,pH和CO对血红蛋白氧亲和力的2影响称为波尔效应。(2)2,3-BPG对血红蛋白氧亲和力的影响

2,3-BPG在血红蛋白上的结合位点不同于氧的结合位点,在生理条件下,它与血红蛋白的两个β-链形成交联后,使血红蛋白四级结构趋向T态,不利于氧的结合,使P增加,从而降低氧亲和力。50

5.镰刀形细胞贫血病的分子基础

正常的血红蛋白表示为HbA,镰刀形细胞血红蛋白表示为HbS,镰刀形细胞贫血病是由于β亚基N末端的肽段出现异常,第6位Glu变成了Val。

3.2 名校考研真题详解

一、选择题

1.蛋白质的三级结构取决于(  )。[武汉科技大学2015研]

A.二硫键数目

B.环境条件

C.亚基的多少

D.一级结构【答案】D【解析】蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序,是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的,含有其空间结构的全部信息,决定了蛋白质的二级、三级等高级结构。

2.以下不可用于蛋白质构象解析研究的是(  )。[武汉科技大学2014研]

A.X衍射

B.圆二色性

C.荧光偏振 

D.核磁共振【答案】A【解析】X衍射是利用X射线在晶体物质中的衍射效应进行物质结构分析的技术。蛋白质分子很大,结构变化多端,将蛋白质培养成晶体非常困难。

3.镰刀形红细胞贫血病是异常血红蛋白纯合子基因的临床表现。β-链变异是由下列哪种突变造成的?(  )[浙江农林大学2012研]

A.插入

B.缺失  

C.点突变 

D.染色体不分离【答案】C【解析】人血红蛋白由两条α、β链构成。镰刀型细胞贫血症是由于患者的β链第6位的谷氨酸替换为缬氨酸,发生点突变,导致血红蛋白聚集为纤维状,使红细胞形状改变。

4.蛋白质变性后的下面哪个变化是不正确的?(  )[浙江农林大学2011研]

A.蛋白的空间构象改变 

B.分子量不变

C.次级键断裂 

D.一级结构发生改变【答案】D【解析】蛋白质变性是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被改变,从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失的现象,其一级结构不发生改变。

5.维持蛋白质螺旋结构稳定主要靠哪种化学键(  )。[浙江大学2010研]

A.离子键 

B.氢键 

C.疏水键 

D.二硫键【答案】B【解析】蛋白质螺旋结构主要是二级结构中的α-螺旋,氨基酸侧链R基团伸向螺旋外侧,每个肽键的N—H和第四个肽键的羰基氧形成氢键,肽链中的全部肽键都可形成氢键,从而维持α-螺旋结构的稳定。

6.典型的蛋白质α-螺旋结构是(  )。[厦门大学2009研]

A.2.6  13

B.3.6  13

C.3  10

D.5.610【答案】B【解析】α-螺旋是蛋白质中常见的一种二级结构,分为左手螺旋和右手螺旋,一般为右手螺旋。结构特点:①肽链以螺旋状盘卷前进,每圈螺旋由3.6个氨基酸构成,螺距5.44nm;②每个氨基酸残基的N—H与其氨基侧相间三个氨基酸残基的C=O形成氢键,包含13个原子。

7.以下多肽序列中,那个最有可能形成α-螺旋结构?(  )[浙江大学2009研]【答案】A【解析】Pro(脯氨酸)的α-碳原子参与吡咯环的形成,使α-碳原子-N键不能旋转,使α-螺旋中断,产生“结节”。BCD三项中均有Pro存在,不利于α-螺旋的形成。

8.溴化氰(CNBr)作用于(  )。[电子科技大学2009研]

A.甲硫氨酰-X

B.精氨酰-X

C.X-色氨酸

D.X-组氨酸(X代表氨基酸残基)【答案】A【解析】溴化氰可断裂甲硫氨酸的羧基形成的肽键。.

9.当登山者爬至接近山顶时,他们经常会加快呼吸速率来应付“稀薄的空气”,这是由随高度升高氧压减低造成的。然而空气的流通加速会使血液中溶解的CO水平的降低。以下哪项能正确描述血液中2溶解CO浓度的降低对血液pH的影响?(  )[浙江大学2009研]2+

A.会加速HCO→H+HCO反应,使pH降低233

B.会加速HCO→HO+CO反应,使pH降低2322+-

C.会加速H+HCO→HCO反应,使pH升高323+-

D.会减慢H+HCO→HCO反应,使pH降低323

E.无影响【答案】C+【解析】CO在血液中存在动态平衡:CO+HO↔HCO↔H+22223-HCO。空气的流通加速使血液中溶解的CO水平的降低时,反应32+向左进行,使游离H降低,血液pH升高。

二、填空题

1.蛋白质亚基之间存在界面。界面的大部分是由  组成。亚基之间主要的化学作用力是  。[暨南大学2011研]【答案】极性基团和疏水基团;非共价键

2.具有三股螺旋结构的蛋白是________,有的蛋白质仅有三级结构而无四级结构,例如________和________。介于二级和三级结构之间存在的蛋白结构层次被称为________和________。测定蛋白质三级结构的主要方法是________和________。[电子科技大学2010研]【答案】胶原蛋白;肌红蛋白;核糖核酸酶;结构域;超二级结构;X-衍射技术;核磁共振

3.第一个被解析出晶体结构的蛋白是  。[中山大学2009研]【答案】肌红蛋白【解析】肌红蛋白是由一条肽链和一个血红素辅基组成的在肌肉内储存氧的蛋白质,是世界上第一个被描述三级结构的蛋白质。

4.在体内具有氧化还原作用的最小肽称为  。[厦门大学2009研]【答案】谷胱甘肽【解析】谷胱甘肽(GSH)是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸结合,含有巯基的三肽,存在于几乎身体的每一个细胞,具有抗氧化和解毒作用。

5.蛋白质折叠的推动力主要来自于非共价作用中的  。[中山大学2009研]【答案】疏水相互作用【解析】疏水相互作用对大多数蛋白质的结构和性质非常关键,为蛋白质的折叠提供了主要的推动力,使疏水残基处在蛋白质分子的内部。

6.疯牛病是由于蛋白质的  的疾病。[中科院研究生院2008研]【答案】错误折叠

三、判断题

1.蛋白质多肽链中氨基酸的种类数目、排列次序决定它的二级、三级结构,即一级结构含有高级结构的结构信息。(  )[武汉科技大学2014研]【答案】对【解析】蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序,是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的,含有其空间结构的全部信息。不同氨基酸残基的数目、性质及在多肽链中的位置决定蛋白质的空间构象。

2.血红蛋白和肌红蛋白具有相同的生物功能,因此它们具有相同的空间结构。(  )[浙江农林大学2012研]【答案】错【解析】血红蛋白是一种寡聚蛋白,由4个(ααββ)亚基组成,肌红蛋白只由一条多肽链组成。

3.对功能蛋白质分子中的个别氨基酸进行替换可能会增强其功能或稳定性。(  )[武汉科技大学2012研]【答案】对【解析】蛋白质工程可以对已有蛋白质进行改造或直接创造一种新的蛋白质。蛋白质的氨基酸种类、数量、排列顺序和空间结构的不同造成了蛋白质的多样性。替换或剔除某个特定的氨基酸,会增强其功能或稳定性。

4.蛋白质构象的改变是由于分子内共价键的断裂所导致的。(  )[厦门大学2009研]【答案】错【解析】蛋白质空间构象的特征主要决定于次级键。维系二三级结构的主要是氢键、疏水作用、离子键、范德华力等次级作用。蛋白质构象的改变是由于维持其空间结构的次级键的断裂导致的,其分子内的共价键未受影响,即不影响其一级结构。

四、名词解释

1.α-螺旋[武汉科技大学2012研]

答:α-螺旋是蛋白质中常见的一种二级结构,肽链主链绕假想的中心轴盘绕成螺旋状,一般为右手螺旋结构,螺旋是靠链内氢键维持。每个氨基酸残基(第n个)的羰基氧与多肽链C端方向的第4个残基(第n+4个)的酰胺氮形成氢键。在典型的右手α-螺旋结构中,,每圈螺旋含有3.6个氨基酸残基,每个残基沿轴上升0.15nm,螺旋的半径为0.23nm,螺距为0.54nm。

2.蛋白质的结构域[厦门大学2009研;暨南大学2011研;武汉科技大学2013A研;武汉大学2013研]

答:蛋白质的结构域是指在较大的蛋白质分子中,由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系,形成两个或多个在空间上可以明显区分的紧密球状结构区域。它是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个层次,一般每个结构域约由100~200个氨基酸残基组成,各有独特的空间构象,并承担不同的生物学功能。

3.蛋白质变性[浙江农林大学2011研;武汉科技大学2013B研]

答:蛋白质变性是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象改变,即有序的空间结构变成无序的空间结构,从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失的现象。蛋白质变性后次级键被破坏,但一级结构并未改变。

4.超二级结构[浙江农林大学2012研]

答:超二级结构是指在多肽链内顺序上相互邻近的二级结构常常在空间折叠中靠近,彼此相互作用,形成规则的二级结构聚集体,是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个层次。有α螺旋组合(αα)、β折叠组合(βββ)和α螺旋β折叠组合(βαβ)三种基本形式,其中以βαβ组合最为常见。

五、简答题

1.蛋白质primary structure的研究内容有哪些?[电子科技大学2011研]

答:蛋白质一级结构的研究内容如下:(1)确定蛋白质的氨基酸组成测定

用阳离子交换色谱分离或茚三酮柱后衍生法对蛋白质水解液及各种游离氨基酸的组分含量进行分析。(2)肽链数目的确定肽键数=脱水缩合产生的水分子数=氨基酸数-肽链数肽链数目=氨基酸数目-肽键数目(3)末端氨基酸种类测定

①N末端分析:DNFB法;DNS法;PITC法;氨肽酶法。

②C末端分析:肼解法;还原法;羧肽酶法。(4)氨基酸的排列顺序测定

Edman降解法;酶解法;质谱法。(5)二硫键位置的测定

对角线电泳法确定二硫键在肽链中的位置。

2.为什么血红蛋白比肌红蛋白更适合担当血液中氧气运输蛋白的责任?(包括对肺及其外围组织氧压的讨论,和对这两种蛋白对氧气结合曲线的讨论)[浙江大学2009研]

答:血红蛋白和肌红蛋白是两种以血红素为辅基并能与氧分子可逆结合的蛋白质。(1)血红蛋白和肌红蛋白结构比较

①肌红蛋白是由一条肽链和一个血红素辅基组成的结合蛋白。

②血红蛋白是一个由两个α亚基和两个β亚基两种类型亚基组成的四聚体。α和β都很类似于肌红蛋白,只是肽链稍微短一点。α和β隔着一个空腔彼此相向。无论是α还是β亚基,它们的三级结构几乎与肌红蛋白相同。(2)血红蛋白和肌红蛋白分布及功能比较

①血红蛋白主要存在于脊椎动物血液的红细胞中,功能是将大气中的氧输送给机体;

②肌红蛋白存在于肌细胞中,从软体动物到人的各种动物中都有,功能是储存氧气,当机体需要时再释放。(3)血红蛋白和肌红蛋白氧合过程比较

血红蛋白和肌红蛋白氧合曲线如下图所示:

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

下载完整电子书

若在网站上没有找合适的书籍,可联系网站客服获取,各类电子版图书资料皆有。

客服微信:xzh432

登入/注册
卧槽~你还有脸回来
没有账号? 忘记密码?