生物化学复习资料

第一章

内容提要

蛋白质的结构与功能

蛋白质是重要的生物大分子物质，体内分布广，含量丰富，种类繁多。每种蛋白质都有特定的空间构象及生物学功能。

组成蛋白质的基本单位为氨基酸，共20种，除甘氨酸外均为L–α–氨基酸。氨基酸为两性电解质，在溶液的pH等于其pI时氨基酸呈兼性离子。含有共轭双键的色氨酸、酪氨酸在280nm波长附近有最大吸收峰。氨基酸之间通过肽键相连而成肽。肽键是蛋白质分子中的主要共价键也称为主键。小于10个氨基酸组成的肽为寡肽，大于10个氨基酸为多肽，其为链状称为多肽链。多肽链是蛋白质的基本结构，两端分别称为氨基末端（N－末端），羧基末端（C－末端）。

蛋白质的结构分为一级、二级、三级和四级结构。多肽链从氨基末端至羧基末端的氨基酸排列顺序为蛋白质的一级结构，其连接键为肽键，还有二硫键。

二级、三级及四级结构为空间结构（高级结构）。肽键中的六个原子基本上位于同一平面，称为肽单元。蛋白质的主链局部空间构象（而不涉及氨基酸侧链）称为蛋白质的二级结构，主要形式有α－螺旋、β－折叠、β－转角及无规卷曲，以氢键维持其稳定性。两个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互邻近形成的特殊空间构象，称为模体。蛋白质的三级结构是指多肽链主链和侧链的全部原子的空间排布位置。其稳定性维持主要靠次级键。分子量大的蛋白质三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠的较为紧密，各执行其功能，称为结构域。亚基与亚基间通过非共价键结合所形成的空间结构为四级结构。

蛋白质也具有两性解离性质，体内大多数蛋白质的等电点接近pH5.0。所以在人体体液pH7.4的环境下，大多数蛋白质解离成阴离子。蛋白质是生物大分子之一，其颗粒表面的电荷和水化膜是维持蛋白质胶体稳定的重要因素。若除去蛋白质胶体表面电荷和水化膜，蛋白质极易从溶液中下沉析出。一般认为，蛋白质变性主要发生二硫键和非共价键的破坏，不涉及一级结构中氨基酸序列的改变。蛋白质在280nm波长处有特征性吸收峰。

蛋白质的结构与其功能密切相关，一级结构是空间结构的基础，也是功能的基础。一级结构相似的蛋白质，其空间结构及功能也相近。若蛋白质的一级结构发生改变则影响其正常功能，由此引起的疾病称为分子病。

多肽链正确折叠对其形成正确构象和功能的发挥具有重要意义。除一级结构是决定蛋白质折叠成正确空间构象的因素外，还需分子伴侣的参与。若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生，有人将此类疾病称为蛋白构象疾病。

分离、纯化蛋白质是研究单个蛋白质结构与功能的先决条件。通常利用蛋白质的理化性质，采取不损伤蛋白质结构和功能的物理方法来纯化蛋白质。常用的技术有电泳法、层析法、超速离心法等。

二、填空题

1．蛋白质的特征元素是______，它的平均含量为______。

2．组成蛋白质的氨基酸有______种，它们都是______型α－氨基酸，除______外都具有旋光性。 3．蛋白质分子的基本组成单位是______。蛋白质的基本结构化学键是______。 4．血红蛋白是含有______辅基的蛋白质，其中的______离子可结合1分子O2。

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5．血红蛋白的氧解离曲线为______说明第一个亚基与O2结合可______第二个亚基与O2结合，这被称为______效应。

6．蛋白质颗粒表面有许多______可吸引水分子，使颗粒表面形成一层______可防止蛋白质从溶液中______。

7．蛋白质颗粒在电场中移动。移动的速率主要取决于______和______这种分离蛋白质的方法称为______。 8．用凝胶过滤分离蛋白质，分子量较小的蛋白质在柱中滞留的时间较______因此最先流出凝胶柱的蛋白质，其分子量最______。

9．蛋白质可与某些试剂作用产生颜色反应，可用作蛋白质的______和______分析。常用的颜色反应有______和______。

10．多肽链的结构是具有______的，因此，在书写时把______末端写在肽链的______边，把______末端写在______边。

11．镰刀形红细胞性贫血患者的红细胞呈______状，易溶血，因其血红蛋白分子中______条______链上第______位氨基酸异常所致，即由正常的______被______取代。

1．氮；16%

2．20；L；甘氨酸 3．氨基酸；肽键； 4．血红素；二价铁 5．S型；促进；正协同

6．亲水基团；水化膜；析出

7．蛋白质的表面电荷量；分子量；电泳 8．长；大

9．定性；定量；双缩脲；茚三酮反应 10．方向性；氨基；左；羧基；右

11．镰刀；二；β；六；谷氨酸；缬氨酸

三、名词解释

1．肽键 （peptide bond）一个氨基酸的α－羧基和另一个氨基酸的α－氨基脱水缩合形成的酰胺键称为肽键。

2．肽 2．氨基酸通过肽键连接而成的化合物称为肽。

3．氨基酸残基(residue) 3．多肽链中的氨基酸由于参与肽键的形成已非原来完整的分子，故称为氨基酸残基。

4．蛋白质的沉淀 蛋白质分子从溶液中析出的现象称为蛋白质的沉淀。

5．肽单元（peptide unit）肽键中的C－N具有部分双键的性质，因而不能自由旋转，故参与肽键的6个原子：Cα1、C、O、N、H、Cα2被固定在一个平面上，Cα1和Cα2是在平面的两个对角，为反式构型，这就是肽单元，亦称肽键平面。

6．亚基(subunit) 在具有四级结构的蛋白质中，每个具有独立三级结构的多肽链称为蛋白质的亚基。

7．蛋白质的等电点 当蛋白质处于某一pH环境中，所带正、负电荷恰好相等，即净电荷为零，呈兼性离子，此时溶液的pH值被称为蛋白质的等电点。

8．变性作用 在某些理化因素作用下，蛋白质的空间结构被破坏，但不包括肽键和二硫键的断裂。因此

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导致蛋白质的某些理化性质和生物学性质的改变，这种现象称为蛋白质的变性.

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四、简答题

1．为何蛋白质的含氮量能表示蛋白质相对量?实验中又是如何依此原理计算蛋白质含量的?

1．各种蛋白质的含氮量颇为接近，平均为16％，因此测定蛋白质的含氮量就可推算出蛋白质含量。常用的公式为：蛋白质含量(克％)=每克样品含氮克数×6.25×100。

2．何谓肽键和肽链及蛋白质的一级结构?

2．一个氨基酸的α－羧基和另一个氨基酸的α－氨基进行脱水缩合反应，生成的酰胺键称为肽键，肽键具有双键性质。由许多氨基酸通过肽键相连而形成长链，称为肽链。肽链有二端:游离α－氨基的一端称为N－末端，游离α－羧基的一端称为C-末端。蛋白质一级结构是指多肽链中氨基酸排列顺序，它的主要化学键为肽键。

3．什么是蛋白质的二级结构?它主要有哪几种?各有何结构特征?

3．蛋白质二级结构是指多肽链主链原子的局部空间排布，不包括侧链的构象。它主要有α－螺旋、β－折叠、β－转角和无规卷曲四种。在α－螺旋结构中，多肽链主链围绕中心轴以右手螺旋方式旋转上升，每隔3.6个氨基酸残基上升一圈。氨基酸残基的侧链伸向螺旋外侧。每个氨基酸残基的亚氨基上的氢与第四个氨基酸残基羰基上的氧形成氢键，以维持α－螺旋稳定。在β－折叠结构中，多肽链的肽键平面折叠成锯齿状结构，侧链交错位于锯齿状结构的上下方。两条以上肽链或一条肽链内的若干肽段平行排列，通

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过链间羰基氧和亚氨基氢形成氢键，维持β－折叠构象的稳定。在球状蛋白质分子中，肽链主链常出现180回折，回折部分称为β－转角，β－转角通常由4个氨基酸残基组成，第二个残基常为脯氨酸。无规卷曲是指肽链中没有确定规律的结构。

4．举例说明蛋白质的四级结构。

4．蛋白质四级结构是指蛋白质分子中具有完整三级结构的各亚基在空间排布的相对位置。例如血红蛋白，它是由1个α亚基和1个β亚基组成一个单体，二个单体呈对角排列，形成特定的空间位置关系。四个亚基间共有8个非共价键，维系其四级结构的稳定性。

5．变性后蛋白质有何变化？

5．生物学活性丧失，溶解度降低，易被蛋白酶水解，粘度增加。

6．组成蛋白质的基本单位是什么？结构有何特点？

6．组成蛋白质的基本单位是氨基酸，它们都是α－氨基酸，α－碳原子都是不对称碳原子（除甘氨酸外），且除了脯氨酸外（为亚氨基酸），均为L–α–氨基酸。

五、论述题

1．举例说明蛋白质的一级结构、空间结构与功能的关系。

1．一级结构是空间结构和功能的基础。一级结构相似其功能也相似，例如不同哺乳动物的胰岛素一级结构相似，仅有个别氨基酸差异，故它们都具有胰岛素的生物学功能；一级结构不同，其功能也不同；一级结构发生改变，则蛋白质功能也发生改变，例如血红蛋白由两条α链和两条β链组成，正常人β链的第六位谷氨酸换成了缬氨酸，就导致分子病——镰刀状红细胞贫血的发生，患者红细胞带氧能力下降，易出血。 空间结构与功能的关系也很密切，空间结构改变，其理化性质与生物学活性也改变。如核糖核酸酶变性或复性时，随之空间结构破坏或恢复，生理功能也丧失或恢复。变构效应也说明空间结构改变，功能改变。

2．蛋白质变性作用有哪些实际应用？

2．蛋白质的变性作用有许多实际应用，例如临床上用乙醇、煮沸、紫外线照射等消毒灭菌；临床化验室用加热凝固反应检查尿中蛋白质；日常生活中把蛋白质煮熟食用，便于消化；但另一方面，当制备保存蛋

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