第3章 蛋白质化学答案

第三章、蛋白质化学 （一）氨基酸化学部分

1、名称解释

解：必需氨基酸：机体不能自行合成而必须从外界食物摄取的氨基酸。Ile Met Val Leu Trp Phe Thr Lys，对婴儿还有：Arg、His。

非必需氨基酸：能在人体内利用糖代谢中间产物转氨作用合成的氨基酸。

消旋作用：旋光性物质在化学反应中，其不对称原子经过对称状态的中间阶段，失去旋光性的作用。

消旋物：旋光性物质在化学反应中，产生D-型和L-型的等摩尔混合物，失去旋光性的作用。 2、结构式

丙氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、甘氨酸、丝氨酸、谷氨酸、天冬氨酸。

3、为什么组成蛋白质的基本单位是氨基酸。根据氨基酸侧链R基的极性可以分为哪几类？

解：蛋白质水解产物是氨基酸。 分类：

（1）非极性R基氨基酸（8种）：脂肪烃侧链的氨基酸（丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和脯氨酸）；芳香族氨基酸：（苯丙氨酸、色氨酸）；甲硫氨酸（蛋氨酸）。 （2）、不带电荷的极性R基氨基酸：7种；甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、半胱氨酸 （3）、带正电荷的R基氨基酸：碱性氨基酸，3种；赖氨酸、精氨酸、组氨酸。 （4）、带负电荷的R基氨基酸 ：酸性氨基酸，2种；谷氨酸、天冬氨酸。 4、比较几种蛋白质水方法的特点。 解：（1）、酸水解：产物不消旋，为L- 氨基酸；色氨酸被完全破坏；部分分解羟基氨基酸（丝氨酸或苏氨酸）被破坏；Asn、Gln被破坏。

（2）碱解：消旋，产物为D-和L-氨基酸的混合物；多数氨基酸破坏；色氨酸不被破坏

（3）酶解：不消旋，产物为L-氨基酸；不破坏氨基酸；需要几种酶共同作用 5、以芳香族氨基酸为例说明其光吸收特点。

解：在可见光没有光吸收；在紫外部分有特征光吸收，酪氨酸275nm，苯丙氨酸257nm，色氨酸280nm。

6、何为氨基酸等电点？氨基酸在等电点时有什么特性。

解：等电点：氨基酸处于正负电荷数相等即净电荷为零的兼性离子状态时溶液的pH值。

等电点时氨基酸的性质：溶解度最小，可分离不同氨基酸。pH=pI，氨基酸在电场中既不向正极也不向负极移动。pH>pI，氨基酸带净负电荷；pH < pI ，氨基酸带净正电荷。

7、叙述氨基酸和下列物质反应的化学本质，说明反应在生物化学领域的应用。 解：亚硝酸：室温下，氨基酸与亚硝酸作用，很快生成氮气。可用于测游离AA含氮量和蛋白质的水解程度。

甲醛：氨基酸的氨基与甲醛反应生成羟甲基氨基酸和二羟甲基氨基酸，使反应向放出质子的方向移动，酸性增加，PH降低，可用氢氧化钠滴定测游离AA含氮量

和蛋白质的水解程度。

茚三酮：在弱酸溶液中与a-氨基酸共热，氨基酸即被氧化脱氨产生酮酸，酮酸脱羧成醛；茚三酮则被还原为还原茚三酮，再与茚三酮、氨作用产生蓝紫色物质。常用于氨基酸和蛋白质的定性或定量分析。 8、计算甘氨酸、赖氨酸和谷氨酸的等电点。 解：甘氨酸：PI=（2.34+9.60）/2=5.97 赖氨酸：PI=（8.95+10.53）/2=9.74。 谷氨酸：PI=（2.19+4.25）/2=3.22。 9、、欲在PH6.0的正丁醇体系中，利用纸层析分离氨基酸，请判断下列氨基酸的Rf的顺序并说明原因，Val、Leu、Asp、Ser。

解：滤纸纤维上的羟基具有亲水性，因此吸附一层水作固定相，有机溶剂作流动相。Rf 和氨基酸的极性有关，极性越小Rf越大。氨基酸的极性和侧链R的电荷、清水基团、大小有关。在PH6.0时，Asp侧链带电荷，Ser侧链有羟基，Val的侧链比Leu小。所以Rf从大到小的顺序为： Leu、Val、Ser、Asp。

10、欲在PH6.0的缓冲液中，利用离子交换层析分离氨基酸，请判断下列氨基酸的洗脱顺序并说明原因，Leu、Asp、Ser，Lys。

解：氨基酸的阳离子和阴离子在一定PH溶液中能同离子交换剂进行离子交换。在酸性溶液中(对氨基酸的等电点而言)氨基酸本身为阳离子，能同阳离子交换剂(以MA代表)交换阳离子；在碱性溶液中其本身为阴离子，能同阴离子交换剂 (以MB代表)交换明离子。与离子交换剂结合的氨基酸经适当电解质溶液洗脱，氨基酸离子又会重新交换出来，亲和力小的氨基酸（和电荷、极性有关）先被洗脱下来．这样．就可使溶液中的各种氨基酸彼此分开。

在PH6.0时，氨基酸带正电荷从少到大的顺序为：Asp、Leu-Ser、Lys。

而Ser侧链有亲水基团，极性比Leu大。所以，洗脱顺序为：Asp、Ser、Leu、Lys。

（二）蛋白质部分

1、解释下列名词

解：蛋白质一级结构：蛋白质的一级结构指蛋白质多肽连中AA的排列顺序和二硫键的位置。

肽平面 ：-CO-NH-中的四个原子和与它相邻的两个Ca组成的平面。 蛋白质二级结构：多肽链的主链在一级结构的基础上，以肽键平面为基本单位的肽链通过氢键形成而折叠、盘曲 形成的主链构象。有α-螺旋，β-折叠，β-转角结构和无规则卷曲等 。

β-转角：蛋白质分子多肽链上出现180°的回折叫β-转角结构，

蛋白质三级结构：多肽链在二级结构、超二级结构、结构域的基础上，进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。是多肽链上的所有原子（包括主链和侧链）在三维空间的分布。 蛋白质四级结构 ：蛋白质的四级结构:是指蛋白质亚基的相互关系，空间的排列，亚基间通过非共价键聚合而成的具有完整地生物学活性的特定构象。

超二级结构：指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作用，形成规则的，在空间上能够辨认的二级结构组合体。

双缩脲反应：2分子双缩脲与碱性硫酸铜作用，生成粉红色复合物。蛋白质的肽链有此反应盐析：向蛋白质溶液中加入大量的中性盐（硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等）后可以吸去乳胶外层的水、减低蛋白质与水的亲和力而使蛋白质沉淀，此作

用称盐析。，

结构域：指多肽链在二级结构或超二级结构的基础上，进一步卷曲、折叠形成几个相对独立、紧密球状实体。在空间上彼此分隔，各自具有部分生物功能的结构。

寡聚蛋白：由两个或多个亚基组成的蛋白质。具有四级结构的蛋白属于寡聚蛋白或多体蛋白。

盐溶：溶液中低浓度的中性盐能增加蛋白质溶解度的现象 透析：根据蛋白质不能通过半透膜的性质，将待提纯的蛋白质溶液装在半透膜的透袋里放在蒸馏水中，外液不断更换，直至透析袋内无机盐等小分子物质降低到最小为止。

超过滤：根据蛋白质不能通过半透膜的性质，利用压力或离心力，强行使水和其它小分子物质通过半透膜，而蛋白质被保留。

亚基：四级结构中，每个球状蛋白质为亚基（亚单位、单体），亚基可以是一条或多条肽链。

2、说明蛋白质的元素组成、分类和生物学功能

解：组成：蛋白质由C、H、O、N四种元素组成，多数含有S，有的含有微量铁、铜、锌、碘和磷等元素。 分类：

（1）蛋白质分子形状：球状蛋白质、纤维状蛋白质。 （2）蛋白质分子组成：简单蛋白质、结合蛋白质。 （3）生物功能：酶、结构蛋白、防御蛋白等。 生物学功能：作为有机体新陈代谢的催化剂（酶）；生物体的结构成分(胶元蛋白)；贮藏功能（作为生物体养料和胚胎或幼儿生长发育的原料。）；运输功能（血红蛋白）；运动功能（肌动蛋白和肌球蛋白）；调节功能（激素）；参与高等动物的免疫反应（抗体和免疫蛋白）；控制或调节遗传物质核酸的作用（组蛋白）；提供能量等。

3、叙述分析蛋白质一级结构的基本流程

解：测定蛋白质中多肽链的数目；拆分蛋白质分子的多肽链，分离纯化各肽链；拆开多肽链内的二硫键；分析各肽链的氨基酸组成；鉴定多肽链的氨基末端残基和羧基末端残基；用两种不同的裂解方式裂解多肽链成较小的片段；测定各片段的氨基酸顺序；用片段重叠法重建完整多肽链的一级结构；确定二硫键的形成方式。

4、说明蛋白质一级结构测定时多肽链的拆分、二硫键的断裂、N-末端分析、C－末端测分析、二硫键位置确定的原理。

解：多条多肽链组成进行拆分：可用8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍处理，即可分开。

二硫键的断裂：几条多肽链通过二硫键交联在一起。可在可用8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍存在下，用过量的?-巯基乙醇处理，使二硫键还原为巯基，然后用烷基化试剂（ICH2COOH）保护生成的巯基，以防止它重新被氧化。可以通过加入盐酸胍方法解离多肽链之间的非共价力；应用过甲酸氧化法拆分多肽链间的二硫键。 N-端氨基酸分析法：（1）二硝基氟苯（DNFB）法；（2）丹磺酰氯（DNS）法；（3）苯异硫氰酸酯（PTC）法；（4）氨肽酶法。 C－末端测分析：肼解法、还原法、羧肽酶法。

二硫键位置确定：一般采用胃蛋白酶水解含二硫键的蛋白质，水解得到的肽段混合物可用Brown及Hartlny对角线电泳技术分离。

5、叙述Sanger法和Edman法进行N-端氨基酸分析的原理

解：Sanger法：2,4-二硝基氟苯在碱性条件下，能够与肽链N-端的游离氨基作用，生成二硝基苯衍生物（DNP）。在酸性条件下水解，得到黄色DNP-氨基酸。该产物能够用乙醚抽提分离。不同的DNP-氨基酸可以用色谱法进行鉴定。 Edman法：多肽或蛋白质的末端氨基能与PITC作用，生成苯氨基硫甲酰多肽或蛋白质（ PTC-多肽或蛋白质），它们在酸性有机溶剂中加热时，N末端的PTC-氨基酸发生环化，生成苯乙内酰硫脲的衍生物并从肽链上脱离。脱去N末端氨基酸后剩下的肽链仍然是完整的。重复反应可以用来测定氨基酸顺序。

6、叙述蛋白质在胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶、溴化氰作用下的裂解特点。 解：胰蛋白酶：水解Arg、Lys的羧基和其他氨基酸（Pro除外）氨基形成的肽键。

糜蛋白酶：水解Phe, Trp,Tyr(芳香族氨基酸)的羧基和其他氨基酸（Pro除外）氨基形成的肽键。

胃蛋白酶：水解Phe, Trp,Tyr(芳香族氨基酸)的羧基和其他氨基酸（Pro除外）氨基形成的肽键。

溴化氰：水解甲硫氨酸的羧基和其他氨基酸（Pro除外）氨基形成的肽键。 7、叙述维系蛋白各级结构的键。 解：一级结构：肽键、二硫键。

二级结构：链内或链间形成的氢键。

三级结构：氢键、范德华力、疏水键、离子键（盐键）、二硫键 ，疏水键是使蛋白质多肽链进行折叠的主要驱动力。 四级结构：非共价键（次级键）：氢键、范德华力、疏水作用和盐键（离子键） 8、叙述α-螺旋的特点和影响α-螺旋形成的因素

解：α-螺旋：多肽链的主链原子沿一中心轴盘绕所形成的右手螺旋结构。 α-螺旋的特点：

以肽键平面为基本单位，Cα为转折，绕中心轴形成右手螺旋。

a-螺旋是一个棒状结构，紧密卷曲的多肽主链形成棒的内部，侧链向外伸展。 每圈螺旋占3.6个氨基酸残基，沿螺旋轴方向上升0.54nm（螺距）。每个残基绕轴旋转100°，沿轴上升0.15nm。

氨基酸残基侧链‘R’伸向外侧。不计侧链，螺旋直径0.5nm。 相邻的螺圈之间形成链内氢键，氢键的去向几乎与中心轴平行。 从N-末端出发，氢键是由每个肽基的C=O与其前面第3个肽基的N-H 之间形成的。 由氢键封闭的环是13元环，因此α-螺旋也称3.613-螺旋。

影响因素：是由相邻的氨基酸残基的侧链基团决定的，要求相邻的氨基酸残基不产生太大的排斥力，和氨基酸侧链的大小、电荷有关。在肽链上连续排列酸性或碱性氨基酸残基，由于所带电荷同性相斥，不利于α—螺旋的形成。较大的R侧链基团，如I1e、Phe、等集中的区段，因空间位阻的影响，不利于α—螺旋的形成；甘氨酸残基，由于没有侧链的约束。其中Φ与Ψ角可以任意取值，从而使形成α—螺旋所需要的二面角的几率很小。如果在肽链上连续排列，则α—螺旋不能形成；脯氨酸残基，由于其N原子位于刚件的吡咯环上，其Cα—N键不能旋转，因而不可能形成α—螺旋所需的Φ角。加上不可能形成链内氢键。脯氨酸残基是影响α—螺旋形成的最大障碍。

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

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