蛋白质化学
一、名词解释
1．氨基酸（amino acids）:是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的有机化合物，氨基一般连接在α-碳上。氨基酸是肽和蛋白质的构件分子。
2.必需氨基酸（essential amino acids）：指人（或其它脊椎动物）自己不能合成，需要从饮食中获得的氨基酸，例如赖氨酸、苏氨酸等氨基酸。
3.等电点（pI，isoelectric point）：使分子处于兼性分子状态，在电场中不迁移（分子的净电荷为零）的pH值。 4.茚三酮反应（ninhydrin reaction）：在加热条件下，氨基酸或肽与茚三酮反应生成紫色（与脯氨酸反应生成黄色）化合物的反应。
5.肽键（peptide bond）：一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基缩合，除去一分子水形成的酰胺键。 6.肽（peptides）：两个或两个以上氨基酸通过肽键共价连接形成的聚合物。 蛋白质一级结构(primary structure)：指蛋白质中共价连接的氨基酸残基的排列顺序。
7.Edman降解(Edman degradation)：从多肽链游离的N末端测定氨基酸残基的序列的过程。N末端氨基酸残基被苯异硫氰酸酯修饰，然后从多肽链上切下修饰的残基，再经层析鉴定，余下的多肽链（少了一个残基）被回收再进行下一轮降解循环。
8.同源蛋白质（homologous proteins）:来自不同种类生物、而序列和功能类似的蛋白质。例如血红蛋白。 9.酰胺平面（肽单位peptide unit）：又称之肽基（peptide group），是肽链主链上的重复结构。是由参与肽键形成的氮原子和碳原子和它们的4个取代成分：羰基氧原子、酰胺氢原子和两个相邻的α-碳原子组成的一个平面单位。 10.蛋白质二级结构（protein secondary structure）:在蛋白质分子中的局部区域内氨基酸残基的有规则的排列，常见的二级结构有α-螺旋和β-折叠。二级结构是通过骨架上的羰基和酰胺基团之间形成的氢键维持的。
11.蛋白质三级结构（protein tertiary structure）:蛋白质分子处于它的天然折叠状态的三维构象。三级结构是在二级结构的基础上进一步盘绕、折叠形成的。三级结构主要是靠氨基酸侧链之间的疏水相互作用、氢键范德华力和盐键（静电作用力）维持的。
12.蛋白质四级结构（quaternary structure）:多亚基蛋白质的三维结构。实际上是具有三级结构的多肽链（亚基）以适当方式聚合所呈现出的三维结构。
13.α-螺旋(α-helix)：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，一般都是右手螺旋结构，螺旋是靠链内氢键维持的。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，螺距为0.54nm，每一圈含有3.6个氨基酸残基，每个残基沿着螺旋的长轴上升0.15nm。
14.β-折叠(β-sheet)：是蛋白质中的常见的二级结构，是由伸展的多肽链组成的。折叠片的构象是通过一个肽键的羰基氧和位于同一个肽链或相邻肽链的另一个酰胺氢之间形成的氢键维持的。氢键几乎都垂直伸展的肽链，这些肽链可以是平行排列（走向都是由N到C方向）；或者是反平行排列（肽链反向排列）。
15.β-转角（β-turn）:也是多肽链中常见的二级结构，连接蛋白质分子中的二级结构（α-螺旋和β-折叠），使肽链走向改变的一种非重复多肽区，一般含有2～16个氨基酸残基。含有5个氨基酸残基以上的转角又常称之环（loops）。常见的转角含有4个氨基酸残基，有两种类型。转角I的特点是：第1个氨基酸残基羰基氧与第4个残基的酰胺氮之间形成氢键；转角II的第3个残基往往是甘氨酸。这两种转角中的第2个残基大都是脯氨酸。
16.超二级结构（super-secondary structure）：也称之基元（motif）。在蛋白质中，特别是球蛋白中，经常可以看到由若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形成的有规则、在空间上能辨认的二级结构组合体。 17.结构域(structural domain)：较大的多肽链或亚基，多肽链往往在二级结构的基础上先折叠成若干个球状的单位，这种相对独立的三维实体即为结构域。
18.二硫键（disulfide bond）：通过两个（半胱氨酸）巯基的氧化形成的共价键。二硫键在稳定某些蛋白的三维结构上起着重要的作用。
19.蛋白质变性（denaturation）：生物大分子的天然构象遭到破坏导致其生物活性丧失的现象。蛋白质在受到光照、热、有机溶剂以及一些变性剂的作用时，次级键受到破坏，导致天然构象的破坏，使蛋白质的生物活性丧失。 20.复性（renaturation）：在一定的条件下，变性的生物大分子恢复成具有生物活性的天然构象的现象。 21.别构效应（allosteric effect）：又称之变构效应。是寡聚蛋白与配基结合改变蛋白质的构象，导致蛋白质生物活性改变的现象。
22.分子病：蛋白质一级结构改变所引起的疾病，追其根源是由于基因突变引起的遗传病 23.盐析：高浓度的盐使蛋白质沉淀析出的现象 24.盐溶：低浓度的盐促进蛋白质溶解的现象
25.蛋白质等电点(protein isoelectric point)：当蛋白质的净电荷为零，在电场中既不向阴极移动，也不向阳极移动，此时溶液的pH值为该蛋白质的等电点。 二、论述、问答题
1．蛋白质在生命活动中有何重要意义？ 2．其基本结构单元是什么？写出其结构通式。
3．蛋白质中有哪些常见的氨基酸？写出其中文名称和三字缩写符号?
答：甘氨酸；丙氨酸；缬氨酸；亮氨酸；异亮氨酸；苏氨酸；丝氨酸；半胱氨酸；蛋氨酸；天冬氨酸；天冬酰胺；谷氨酸；谷氨酰胺；精氨酸；赖氨酸；苯丙氨酸；酪氨酸；组氨酸；色氨酸；脯氨酸； Gly;Ala;Val;Leu;Ile;Thr;Ser;Cys;Met;Asp;Asn;Glu;Gln;Arg;Lys;Phe;Tyr;His;Trp;Pro 4．什么是氨基酸的等电点，如何进行计算？ 5．何谓谷胱甘肽？简述其结构特点和生物学作用？ 6．什么是构型和构象？它们有何区别？
7．蛋白质有哪些结构层次？分别解释它们的含义。 8．简述蛋白质的a-螺旋和b-折迭。
9．维系蛋白质结构的化学键有哪些？它们分别在哪一级结构中起作用？
答：肽键和二硫键维持一级结构；氢键维持二级结构；疏水键维持三级结构；盐键和范得华力维持四级结构 10．多肽的骨架是什么原子的重复顺序，写出一个三肽的通式，并指明肽单位和氨基酸残基。 11．一个三肽有多少NH2和COOH端？牛胰岛素呢？
12．什么是蛋白质的变性？变性的机制是什么？举例说明蛋白质变性在实践中的应用。 13．试举例说明蛋白质结构与功能的关系（包括一级结构、高级结构与功能的关系）。 14.试比较较Gly、Pro与其它常见氨基酸结构的异同，它们对多肽链二级结构的形成有何影响？ 15.聚赖氨酸（poly Lys）在pH7时呈无规则线团，在pL10时则呈α-螺旋；聚谷氨酸（poly Glu）在pH7时呈无规则线团，在pH4时则呈α-螺旋，为什么？ 16．什么是同工酶？请举例说明
定义：具有不同分子形式(分子组成或结构不同)但却能催化相同的化学反应的一组酶 例如：乳酸脱氢酶有五种亚基组成M4;MH3;M2H2;M3H;H4 17．请举例说明蛋白质一级结构与功能的关系。
答：例同源蛋白质：胰岛素：不同物种一级结构有差异，但其中21种氨基酸的种类和位置不变
细胞色素C：不同物种氨基酸组成有差异，但关键氨基酸都不变，亲缘关系越近的差异越小，反之差异越大 18．一些异常血红蛋白(Hb-D, Hb-J, Hb-N, Hb-C)和正常血红蛋白(Hb-A)仅仅是一个AA差异 Hb- C (α-68): Asn→LysHb- N (β-69): Gly→Asp Hb- J (β-95): Lys→Glu Hb- D (β-6): Glu→Lys
将上述4种异常血红蛋白与正常血红蛋白在pH8.6条件下进行电泳,电泳迁移率如下: 问:a,b,c,d带分别代表哪种异常血红蛋白? 答：b:HB-C；d:HB-J；c:HB-N；a:HB-D
19．丙氨酸在pH4.34的溶液中主要以哪种离子形成存在？
(已知丙氨酸解离基因的pK值分别如下: (a-COOH)=2.34, (a-NH3+)=9.69) 答：PI=(2.34+9.69)/2=6.015
PH4.34小于等电点，所以以Ala+的形式存在 三、单项选择题
（ 2 ）1．测得某一蛋白质样品的氮含量为0．40g，此样品约含蛋白质多少 ①2．00g ②2．50g ③6．40g ④3．00g （ 3 ）2．下列含有两个羧基的氨基酸是
①精氨酸 ②赖氨酸 ③谷氨酸 ④色氨酸 （ 4 ）3．维持蛋白质二级结构的主要化学键是 ①．盐键 ②疏水键 ③肽键 ④氢键
（ 2 ）4．关于蛋白质分子三级结构的描述，其中错误的是 ①天然蛋白质分子均有的这种结构 ②具有三级结构的多肽链都具有生物学活性 ③三级结构的稳定性主要是次级键维系 ④亲水基团聚集在三级结构的表面
（ 1 ）5．具有四级结构的蛋白质特征是： ①由两条或两条以上具有三级结构的多肽链组成
②在两条或两条以上具有三级结构多肽链的基础上，肽链进一步折叠，盘曲形成 ③每条多肽链都具有独立的生物学活性 ④分子中必定含有辅基
（ 3 ）6．蛋白质所形成的胶体颗粒，在下列哪种条件下不稳定 ①溶液pH值大于pI ②溶液pH值小于pI ③溶液pH值等于pI ④在水溶液中
（ 4 ）7．蛋白质变性是由于
①氨基酸排列顺序的改变 ②蛋白质的水解 ③肽键的断裂 ④蛋白质空间构象的破坏 （ 4 ）8．变性蛋白质的主要特点是： ①粘度下降 ②容易被盐析出现沉淀 ③不易被蛋白酶水解 ④生物学活性丧失
( 2 )9．若用重金属沉淀pI为8的蛋白质时，该溶液的pH值应为： ①=8 ②＞8 ③＜8 ④≤8 ( 3 )10．蛋白质分子组成中不含有下列哪种氨基酸？ ①半胱氨酸 ②蛋氨酸 ③瓜氨酸 ④丝氨酸
( 3 ) 11.在寡聚蛋白质中，亚基间的立体排布、相互作用以及接触部位间的空间结构称之谓: ①三级结构 ②缔合现象 ③四级结构 ④变构现象
( 3 )12.形成稳定的肽链空间结构，非常重要的一点是肽键中的四个原子以及和它相邻的两个α-碳原子处于 ①不断绕动状态 ②可以相对自由旋转 ③同一平面 ④随不同外界环境而变化的状态 ( 2 )13.甘氨酸的解离常数是pK1=2.34, pK2=9.60 ，它的等电点（pI）是 ①7.26 ②5.97 ③7.14 ④10.77 ( 2 )14.维持蛋白质二级结构稳定的主要因素是：
①静电作用力 ②氢键 ③疏水键 ④范德华作用力 （ 2 ）15.蛋白质变性是由于
①一级结构改变 ②空间构象破坏 ③辅基脱落 ④蛋白质水解 （ 3 ）16.在下列所有氨基酸溶液中，不引起偏振光旋转的氨基酸是
①丙氨酸 ②亮氨酸 ③甘氨酸 ④丝氨酸 （ 4 ）17.天然蛋白质中含有的20种氨基酸的结构 ①全部是L－型 ②全部是D型
③部分是L－型，部分是D－型 ④除甘氨酸外都是L－型
（ 4 ）18.谷氨酸的pK1(-COOH)为2.19，pK2(-NH3)为9.67，pK3(-COOH)为4.25，其pI是 ①4.25 ②3.22 ③6.96 ④5.93
（ 4 ）19.在生理pH情况下，下列氨基酸中哪个带净负电荷？ ①Pro ②Lys ③His ④Glu （ 1 ）20.组成谷胱甘肽的氨基酸A ① 谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸 ②谷氨酸、胱氨酸和甘氨酸 ③谷氨酰胺、半胱氨酸和甘氨酸
④谷氨酰胺、胱氨酸和甘氨酸 （ 3 ）21.破坏α－螺旋结构的氨基酸残基之一是：
①亮氨酸 ②丙氨酸 ③脯氨酸 ④谷氨酸 （ 4 ）22.当蛋白质处于等电点时，可使蛋白质分子的
①稳定性增加 ②表面净电荷不变 ③表面净电荷增加 ④溶解度最小 （ 3 ）23.蛋白质分子中-S-S-断裂的方法是
①加尿素 ②透析法 ③加过甲酸 ④加重金属盐 （ 1 ）24.血红蛋白分子中四条多肽链之间的连接键是
①非共价键 ②二硫键； ③配位键； ④共价键。 （ 2 ）25.具有四级结构的蛋白质分子特征是：
①必定含有辅基 ②含有两条或两条以上的多肽链；
③每条多肽链都具有独立的生物学活性； ④依赖肽键维系稳定。 （ 4 ）26.下列哪项是属于二级结构的概念？
①多肽链共价主链的氨基酸序列； ②多肽链通过侧链基团相互作用形成的构象； ③蛋白质亚基的排列方式； ④多肽链借助主链氢键形成的a-螺旋和b-折叠 （ 1 ）27.有关多肽链主链肽键形成的正确描述是
① 由一个氨基酸的α—氨基与另一个氨基酸的α—羧基形成 ②由一个氨基酸的α—氨基与自身的α—羧基形成 ③由一个氨基酸的侧链氨基与自身的α—羧基形成
④由一个氨基酸的侧链氨基与另一个氨基酸的α—羧基形成 （ 1 ）28.同工酶 ①催化的化学反应相同 ②酶蛋白的分子结构相同 ③酶蛋白的理化性质相同
④电泳行为相同 （ 1 ）29.盐析法沉淀蛋白质的原理是 ①破坏水化膜
②与蛋白质结合生成不溶性蛋白盐 ③调节蛋白质在溶液中的等电点 ④改变蛋白质的分子量
（ 2 ）30．维持蛋白质三级结构的主要键是：
①肽键 ②疏水键 ③离子键 ④范德华引力 四、多项选择题（在备选答案中有二个或二个以上是正确的，错选或未选全的均不给分）
+
1．含硫氨基酸包括（ AD ）： A．蛋氨酸 B．苏氨酸 C．组氨酸 D．半胱氨酸 2．下列哪些是碱性氨基酸（ ACD ）： A．组氨酸 B．蛋氨酸 C．精氨酸 D．赖氨酸 3．芳香族氨基酸是（ AB ）： A．苯丙氨酸 B．酪氨酸 C．色氨酸 D．脯氨酸 4．关于α-螺旋正确的是（ ABD ）： A．螺旋中每3．6个氨基酸残基为一周 B．多为右手螺旋结构 C．两螺旋之间借二硫键维持其稳定 D．氨基酸侧链R基团分布在螺旋外侧 5．蛋白质的二级结构包括（ ABCD ）： A．α-螺旋 B．β-片层 C．β-转角 D．无规卷曲 6．下列关于β-片层结构的论述哪些是正确的（ ABC ）： A．是一种伸展的肽链结构 B．肽键平面折叠成锯齿状 C．也可由两条以上多肽链顺向或逆向平行排列而成 D．两链间形成离子键以使结构稳定 7．变性蛋白质的特性有（ ABC ） A．溶解度显著下降 B．生物学活性丧失 C.易被蛋白酶水解 D．凝固或沉淀 8．下列哪种蛋白质在pH5的溶液中带正电荷（ BCD ） A．pI为4．5的蛋白质 B．pI为7．4的蛋白质 C．pI为7的蛋白质 D．pI为6．5的蛋白质 9．使蛋白质沉淀但不变性的方法有（ AC ） A．中性盐沉淀蛋白 B．鞣酸沉淀蛋白 C．低温乙醇沉淀蛋白 D．重金属盐沉淀蛋白 五、填空题 1．组成蛋白质的主要元素有__碳___，____氢____，_____氧____，_____氮____。 2．不同蛋白质的含__氮___量颇为相近，平均含量为___16__%。 3．蛋白质具有两性电离性质，大多数在酸性溶液中带_正__电荷，在碱性溶液中带负电荷。当蛋白质处在某一pH值溶液中时，它所带的正负电荷数相等，此时的蛋白质成为 ______两性离子（兼性离子）___，该溶液的pH值称为蛋白质的____等电点______。 4．蛋白质的一级结构是指____氨基酸 _____在蛋白质多肽链中的_____排列顺序____。 5．在蛋白质分子中，一个氨基酸的α碳原子上的____氨基 ____与另一个氨基酸α碳原子上的____羧基 ____脱去一分子水形成的键叫_____肽键___，它是蛋白质分子中的基本结构键。 6．蛋白质颗粒表面的____电荷层 __和____水化膜____是蛋白质亲水胶体稳定的两个因素。 7．蛋白质变性主要是因为破坏了维持和稳定其空间构象的各种_____次级键 ____键，使天然蛋白质原有的___物理化学_与__生物学___性质改变。 8．按照分子形状分类，蛋白质分子形状的长短轴之比小于10的称为___球状蛋白质__，蛋白质分子形状的长短轴之比大于10的称为__纤维状蛋白质__。按照组成分分类，分子组成中仅含氨基酸的称__单纯蛋白质_，分子组成中除了蛋白质部分还分非蛋白质部分的称_结合蛋白质_，其中非蛋白质部分称__辅基__。 9.蛋白质在生物体内的水解是在 各种蛋白 酶的催化下，通过加水分解，使蛋白质的 肽键 键断裂，最后生成 氨基酸 的过程。 10.蛋白质分子二级结构常见的两种类型是__α－螺旋__和_β－折叠 。 六、是非题
（错）1.一氨基一羧基氨基酸的pI为中性，因为-COOH和-NH3的解离度相等。
（对）2.构型的改变必须有旧的共价健的破坏和新的共价键的形成，而构象的改变则不发生此变化。 （错）3.生物体内只有蛋白质才含有氨基酸。
（错）4.所有的蛋白质都具有一、二、三、四级结构。
（对）5.用羧肽酶水解一个肽，发现释放最快的是Leu，其次是Gly，据此可断定，此肽的C端序列是Gly-Leu。 （对）6.蛋白质分子中个别氨基酸的取代未必会引起蛋白质活性的改变。
（错）7.镰刀型红细胞贫血病是一种先天遗传性的分子病，其病因是由于正常血红蛋白分子中的一个谷氨酸残基被缬氨酸残基所置换。
（错）8.镰刀型红细胞贫血病是一种先天性遗传病，其病因是由于血红蛋白的代谢发生障碍。 （错）9.在蛋白质和多肽中，只有一种连接氨基酸残基的共价键，即肽键。 （错）10.天然氨基酸都有一个不对称α-碳原子。 （错）11.变性后的蛋白质其分子量也发生改变。 （对）12.蛋白质在等电点时净电荷为零，溶解度最小。
（错）13.生物体内的氨基酸都是L-型的。 （错）14.糖尿病都是由于胰岛素缺乏引起的。
（对）15.蛋白质的三维结构，在很大程度上是由一级结构所决定的。 （错）16.胰岛素分子的两个二硫键断裂后，活性并不改变。
（错）17.纸层析中每种氨基酸的Rf值是固定不变的，不受溶剂系统，温度，湿度等实验条件的影响。 （错）18.脯氨酸属于脂肪族氨基酸。 （对）19.所有的肽都具有双缩脲反应，无一例外。 （错）20.维持蛋白质三级结构稳定最重要的作用力是氢键。 七、分析计算
分子量为15120的蛋白质，如果其多肽链完全以a-螺旋形式存在，试计算一个分子a-螺旋的长度和圈数(氨基酸残基的平均分子量为120)。 答:一个蛋白质分子a-螺旋的长度为18.9nm，共有35圈。
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