第3章 蛋白质化学答案

9、叙述β-折叠的特点。

解：β-折叠又称β-片层，指两条或多条几乎完全伸展的多肽链侧向平行或反平行排列聚集在一起，由相邻肽链主链上的-NH和 C＝O之间形成有规则的氢键维持的多肽构象;或一条肽链内的不同肽段间靠氢键而形成的构象。 特点：β-折叠的肽链几乎是完全伸展的，所有的肽键都参与链间氢键的交联，氢键与肽链的长轴接近垂直。两个氨基酸残基之间的轴心距为0.35nm。 氢键由相邻两条肽链中一条肽链的羰基和另一条肽链的氨基之间形成。为链间氢键。多肽主链取锯齿状折叠构象。在纤维蛋白中β-折叠主要是反平行，而在球蛋白中反平行和平行两种方式几乎同样广泛存在。反平行折叠片中重复周期为0.7nm，而平行中为0.65nm。 10、举例叙述蛋白质结构与功能的关系

解：蛋白质的性质和生物功能是以其化学组成和结构为基础的。各种蛋白质分子中氨基酸种类、排列次序、肽链的多少和大小以及空间结构等各不相同。因此，一种蛋白质的生物功能的表现，不仅需要一定的化学结构，而且还需要分子的一定空间构象。蛋白质的高级结构是以—级结构为基础的，蛋白质的高级结构必定与蛋白质的一级结构有密切的关系。20世纪60年代初美国科学家进行的牛胰核糖核酸酶复性实验证明了蛋白质的高级结构是由其一级结构决定的。

蛋白质一级结构与功能的关系：细胞色素C的种属差异与生物进化；镰状细胞贫血病血红蛋白；酶原和激素原的激活。

11、何谓蛋白质等电点？等电点时蛋白质的存在特点是什么？

解：在某一pH时，它所带的正电荷与负电荷恰好相等，这一pH称为蛋白质的等电点（pI）。没有其它盐类干扰时，蛋白质质子供体基团解离出来的质子数与质子受体基团结合的质子数相等时的PH为等离子点，是蛋白质的一个特征常数。 特点：

在等电点时蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。在环境pH低于等电点的溶液中，蛋白质粒子带正电荷，在电场中向负极移动在环境pH高于等电点的溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极移动。

在等电点时蛋白质比较稳定，共物理性历如导电性、溶解度、粘度、渗透压等最小，可利用蛋白质等电点时溶解度最小的特性来制备或沉淀蛋白质。 12、叙述蛋白质的胶体的稳定因素

解：蛋白质分子的大小属于胶体质点的范围：1－100nm； 蛋白质分子表面有亲水基团。在水溶液中能与水分子发生水化作用，形成一层水化层；

在一定pH下，蛋白质分子表面的解离基团都带有相同的净电荷，与周围的反离子构成稳定的双电层。

环境中低浓度的离子有利于胶体的稳定

13、叙述蛋白质变性理论，哪些因素可引起蛋白质变性？变性后蛋白质的性质有哪些改变？

解：蛋白质的变性作用：天然蛋白质分子受到某些物理或化学因素影响，生物和理化性质发生改变的过程称为变性作用。 变性的理论：大然蛋白质分子是由多肽链所组成，分子的规则性紧密结构是出分子中的次级键维持，所以很容易被物理和化学的力量所破坏。蛋白质的变性就是大然蛋白质分广中肽链的高度规则的紧密排列方式因氢键及其他次级键被破坏而变为不规则的松散排列

变性蛋白质的特性：溶解度显著减小，不溶于水，在中性溶液中可沉淀和凝固，但溶于酸及碱液中。结晶或生物活性(如免疫性、酶活性)部分或完全消失。粘度和旋光值及分子的不对称性皆有增加，等电点提高。一些侧链基团的暴露,化学性质活跃。变性蛋白质易被酶消化。

蛋白质变性的因素： 热、酸、碱、有机溶剂、光、X射线、紫外线、尿素、盐酸胍、水杨酸、磷钨酸、去垢剂、高压、剧烈振荡等均可引起蛋白质的变性。 14、叙述沉淀蛋白质的方法。

解：一定条件下，蛋白质在溶液中是稳定性的。其稳定性与质点大小、电荷和水化作用有关，任何影响这些条件的因素都会破坏蛋白质溶液的稳定性，使蛋白质从溶液中沉淀出来。

方法：加酸沉淀蛋白质 (等电点)。加中性盐沉淀蛋白质(盐析)。有机溶剂沉淀蛋白质。重金属盐沉淀蛋白质。加热变性凝固。生物碱试剂沉淀蛋白质。抗体对抗原蛋白质的沉淀。

15、蛋白质分离分析技术常用的有哪几种？

解：根据分子量、溶解度的不同、电荷的差异、吸附性质或对其它分子的亲和力等进行分离。

分子量：透析和超过滤，密度梯度离心，凝胶过滤 溶解度：等电点沉淀，盐析，有机溶剂分级分离法 电荷的差异：电泳，离子交换层析 。 吸附性质：吸附层析法。 亲和力：亲和层析

16、简述凝胶过滤、电泳基本原理。

解：凝胶层析法，即凝胶过滤法，是利用凝胶把分子大小不同的物质分离开的一种方法，又称为分子筛层析法，排阻层析法。凝胶本身是一种分子筛，它可以把分子按大小不同进行分离，好象过筛可以把大颗粒与小颗粒分开一样。

SDS —凝胶电泳法：在蛋白质溶液中加入SDS 和巯基乙醇后，巯基乙醇能使蛋白质分子中的二硫键还原，SDS能使蛋白质的氢键、疏水键打开，并结合到蛋白质分子上，形成蛋白质—SDS复合物。在一定条件下，SDS与大多数蛋白质的结合比为1.4gSDS／1g蛋白质。由于十二烷基硫酸根带负电，使各种蛋白质的SDS—复合物都带上相同密度的负电荷，它的量大大超过蛋白质分子原有的电荷量，因而掩盖了不同种类蛋白质间原有的电荷差别。SDS与蛋白质结合后，还引起了蛋白质构象的改变。蛋白质—SDS复合物在水溶液中的形状，近似于雪茄烟形的长椭圆棒，不同蛋白质的SDS复合物的短轴长度都一样，约为1.8nm，而长轴则随蛋白质的抓成正比地变化，这样的蛋白质—SDS复合物，在凝胶电泳中的迁移率，不再受蛋白质原有电荷和形状的影响，而只是椭圆棒的长度也就是蛋白质M的函数。

17．测得一种蛋白质分子中Trp残基占分子量的0.29%，计算该蛋白质的最低分子量（注：Trp的分子量为204Da）。

解：Trp残基MW/蛋白质MW＝0.29%，蛋白质MW＝204/0.29%=64138Da。

18．一种蛋白质按其重量含有1.65%亮氨酸和2.48%异亮氨酸，计算该蛋白质最低分子量。（注：两种氨基酸的分子量都是131Da）。 解：异亮氨酸/亮氨酸＝2.48%/1.65%＝1.5/1＝3/2

所以，在此蛋白质中的亮氨酸至少有2个，异亮氨酸至少有3个。由此推理出： 1.65%＝2×（131－18）/蛋白质MW，蛋白质MW＝13697Da。

19．以nm为单位计算α-角蛋白卷曲螺旋的长度，假定肽链是由100个氨基酸残基组成的。

1. 解：α-角蛋白的每条肽链呈α-螺旋构想，而每个α-螺旋含3.6个氨基酸

残基。在α-角蛋白中，每圈螺旋的长度为0.51nm。因此长度是（100÷3.6）×0.51＝14.2nm。

20、指出下列蛋白质通过凝胶过滤层析柱（蛋白质分离范围从5000到400000）时的洗脱顺序。肌红蛋白：16900；过氧化氢酶：247500；细胞色素C：13370；肌球蛋白：524800；胰凝乳蛋白酶原：23240；血清清蛋白：68500。

解：凝胶过滤是蛋白质分离和纯化的一种较好的方法，它是根据蛋白质分子量的大小达到分离的目的。一般是分子大的先洗脱下来，分子小的后洗脱下来。所以，这些蛋白质洗脱的顺序为：肌球蛋白→过氧化氢酶→血清清蛋白→胰凝乳蛋白酶原→肌红蛋白→细胞色素C。 21、回答下面问题：

①Trp、Gln哪种氨基酸更有可能出现在蛋白分子表面？ ②Ser、Val哪种氨基酸更有可能出现在蛋白分子内部？ ③Leu、Ile哪种氨基酸更少可能出现在α-螺旋的中间？ ④Cys、Ser哪种氨基酸更有可能出现在β-折叠中？

解：①Gln是亲水性残基，它比Trp更有可能出现在蛋白质分子表面。

②Val是非极性残基，它比Ser更有可能位于蛋白质分子的内部。 ③Ile在它的β碳位上有分支，不利于α-螺旋的形成，因此它通常不出现在α-螺旋中。

④侧链小的氨基酸残基常出现在β-折叠中，因为这有利于片层的形成。所以Ser更有可能出现在β-折叠中。

拓展题（说明：1、本部分内容仅作为开拓同学们的思路，不作为必须完成的作业。2、希望同学们借助图书馆完成该部分内容）

1、请设计从猪血中分离SOD酶的工艺路线，说明设计依据和应该注意的问题。 2、请分析蛋白质变性对我们的生活和工作可能产生的影响。

3、某氨基酸溶于pH为7的水中，所得氨基酸溶液pH为6，问此氨基酸pI是大于6、等于6还是小于6？

4、有一种多肽，其侧链上羧基30个（pK＝4.3），嘧唑基有10个（pK＝7），?－N＋H3（pK＝10），设C末端?－羧基pK＝3.5，N－末端氨基pK＝9.5，计算此多肽的pI。

5、多聚赖氨酸（poly－Lys）在pH7时呈无规线团，在pH10时则呈?－螺旋；而多聚的谷氨酸酸（poly－Glu）在pH7时也呈无规线团，而在pH4时则呈?－螺旋，为什么？