生物化学 第1章 蛋白质的结构与功能

第1章 蛋白质的结构与功能学习要求掌握蛋白质的概念及其生物学意义、分子组成、结构与功能及其相互关系。熟悉蛋白质的理化性质及其应用。了解蛋白质的分离、纯化与结构分析。基本知识点蛋白质是重要的生物大分子，在体内分布广泛，含量丰富，种类繁多。每一种蛋白质都有其特定的空间结构和生物学功能。L-α-20为：非极性脂肪族氨基酸、极性中性氨基酸、芳香族氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。氨pHpI1010个氨基酸的肽称为多肽。蛋白质的结构可以分为一级、二级、三级和四级结构四个层次。蛋白质的一级结构即氨6面，构成肽单元。二级、三级和四级结构统称为蛋白质的空间构象，二级结构是指蛋白质主α-螺旋、β-折叠、β转角和无规则卷曲，以氢键维持其稳定性；在蛋白质分子中，空间上相邻的两个或三个具有二级结构的肽段，完成特定的生物学功能，称为模体；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。三级结构的形成和稳定主要靠次级键；一些蛋白质的三级结构可形成一个或数个球状或纤维状的区域，各行其功能，称为结构域；四级结构是指蛋白质亚基之间的缔合，主要也靠次级键维系。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，其空间构象与功能也相似，若蛋白质一级结构发生改变则影响其正常功能，由此引起的疾病称分子病。生物体内蛋白质的合成、加工和成熟是一个复杂的过程，其中多肽链的正确折叠对其正确构象的形成和功能发挥至关重要。蛋白质折叠成何种构象，除一级结构为决定因素外，还需要分子伴侣的参与。若蛋白质折叠发生错误，虽然其一级结构不变，但蛋白质构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可以导致疾病发生，该疾病被称为蛋白质构象病。蛋白质的空间构象与功能有密切的关系，蛋白质的空间构象发生改变，可以导致其理化性质变化和生物学活性的丧失。蛋白质发生变性后，只要其一级结构未破坏，仍在一定条件下复性，恢复原有的空间构象和功能。采用不损伤蛋白质结构和功能的物理方法来纯化蛋白质。自测练习题一、选择题（一）A型题蛋白质的基本组成单位是A．L-α-氨基酸B．核苷酸C．肽单元D．L-β-氨基酸E．D-氨基酸2．下列氨基酸不含极性侧链的是A．亮氨酸B．苏氨酸C．丝氨酸D．半胱氨酸E．酪氨酸3．关于组成蛋白质的氨基酸叙述错误的是A．不全是氨基酸B．按R基团的化学特性可分为五类C．280nm处都有吸收峰D．α-氨基，α-E．不同的是由不同的R基团决定的4．稳定蛋白质二级结构的主要化学键是A．盐键B．二硫键C．肽键 D．疏水作用E．氢5．关于蛋白质二级结构叙述错误的是A．蛋白质某一段肽链局部的有规则的重复构象B．仅指主链骨架原子的空间构象C．多肽链主链构象由肽单元上Cα原子所连两个单键的自由旋转角度决定D．整条多肽链中全部原子的空间位置 E．无规卷曲也属二级结构范畴6．关于肽键叙述错误的是A．肽键属于一级结构范畴B．参与肽键形成的六个原子位于同一平面C．肽键具有部分双键性质 D．肽键旋转而形成β-折E．肽键中的C-N键长度比N-Cα单键短7．关于蛋白质三级结构叙述错误的是A．具有三级结构的多肽链都有生物活性B．疏水侧链常分布于分子内部C．三级结构的稳定主要靠次级键D．三级结构是单体蛋白质或亚基的空间构象E．三级结构是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置8．关于蛋白质四级结构叙述正确的是A．由二硫键维系其稳定性B．蛋白质变性时此结构不一定受到破坏C．蛋白质亚基间由非共价键聚合D．是蛋白质保持生物活性的必要条件E．蛋白质都有四级结构9A．-CαCNCαCNCα- B．-CαCHNOCαCHNOCα-C．-CαCONHCαCONHCα- E．-CαCHNOCαCNHOCα-10．每种完整蛋白质分子必定具有A．α-螺旋B．三级结构C．四级结构D．辅基E．β-折叠11．关于蛋白质亚基的叙述，正确的是A．一条多肽链卷曲成螺旋结构BC．两条以上多肽链与辅基结合成蛋白质D．每个亚基都有各自的三级结构E．以上均不是血清白蛋白（pI为4.7）在下列pH值溶液中带正电荷的A．pH4.0 B．pH5.0 C．pH6.0 D．pH7.0 E．pH8.0盐析法沉淀蛋白质的原理是A．中和电荷，破坏水化膜B．盐与蛋白质结合成不溶性蛋白质C．降低蛋白质溶液的介电常数D．调节蛋白质溶液的等电点E．以上均不是蛋白质的最大吸收峰波长是A．260nm B．280nm C．560nm D．450nm 15．蛋白质一级结构与功能的关系是A．一级结构相近的蛋白质，其功能也相近B．相同氨基酸组成的蛋白质功能一定相同C．不同生物来源的同种蛋白质，其一级结构完全相同D．一级结构中任何氨基酸的改变，均可使其生物活性丧失E．一级结构中任何氨基酸的改变，都不会影响其功能16．基因突变引起的蛋白质结构改变，主要变化在A．四级结构B．三级结构C．二级结构D．一级结构E．空间螺17．蛋白质在280nm处有最大的吸收峰，主要是由下列哪组氨基酸引起的A．组氨酸和酪氨酸 B．酪氨酸和色氨酸 C．酪氨酸和苯丙氨酸D．色氨酸和苯丙氨酸 E．苯丙氨酸和组氨酸18．胰岛素分子A链与B链的交联是靠A．疏水键B．盐键C．二硫键D．范德华力E．氢键19．蛋白质在电场中移动的方向取决于A．蛋白质的分子量和它的等电点B．所在溶液的pH值和离子强度C．蛋白质的等电点和所在溶液的pH值D．蛋白质的分子量和所在溶液的pH值E．蛋白质的等电点和所在溶液的离子强度关于α-螺旋构象的特点叙述正确的是A．螺旋方向与长轴垂直B．多为左手螺旋C．肽键平面充分伸展D．靠氢键维持稳定E．以上均不是蛋白质变性是由于A．蛋白质空间构象的破坏B．共价键的破坏C．蛋白质的水解D．蛋白质一级结构的改变E．辅基的脱落22．关于蛋白质肽键的叙述，错误的是A．一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-B．肽键氮上的氢和碳上的氧都参与氢键的形成C．肽键氮上的氢和碳上的氧总是呈反式构型D．在pH0―14范围内，肽键的亚氨基有明显解离倾向E．肽键具有部分双键性质23．下列蛋白质通过凝胶过滤层析柱时最先被洗脱的是A．马肝过氧化氢酶（分子量为247500） B．肌红蛋白（分子量为C．血清清蛋白（分子量为68500）D．牛乳球蛋白（分子量为35000）E．牛胰岛素（分子量为5700）24．下列那种实验技术既可以分离蛋白质又可以测定其分子量A．亲和层析B．超速离心C．透析D．离子交换层析E．超滤25A．丙氨酸 B．甲硫氨酸 C．谷氨酸 D．半胱氨酸 E．脯氨26．含有两个羧基的氨基酸是A．赖氨酸B．丝氨酸C．苏氨酸D．谷氨酸E．亮氨酸27．关于谷胱甘肽的叙述，下列正确的是A．含有胱氨酸B．是体内重要的氧化剂C．其中谷氨酸α-羧基是游离的D．C端羧基是主要的功能基团E．所含肽键均为α-肽键28．蛋白质分子中一个氨基酸发生改变，则该蛋白质A．功能不一定改变B．功能一定改变CD．三级结构一定改变E．二级结构一定不变29．关于蛋白质功能的叙述，错误的是A．催化作用B．运输作用C．机械支持作用D．遗传信息的载体E．免疫作用30．下列叙述正确的是A．沉淀的蛋白质一定变性B．变性的蛋白质一定沉淀C．沉淀的蛋白质就不再有生物活性D．沉淀的蛋白质可溶于酸性溶液或碱性溶液中E．盐析法使蛋白质变性（二）B型题A．Cys B．Pro C．His D．Phe E．Tyr1使多肽链走向转折，不形成α-螺旋在蛋白质280nm处强吸收中贡献最大的A．α-螺旋B．β-折叠C．β-转角D．模体 E．无规则卷4．存在于肽链大转弯处每个肽键的N-H和第四个肽键的羰基氧之间形成氢键具有特殊功能的超二级结构蛋白质变性 B．蛋白质沉淀 C．蛋白质凝固 D．蛋白质复E．蛋白质显色向蛋白质溶液中加入硫酸钠可引起紫外线照射可使调节蛋白质溶液的pH，使其达到pI，则蛋白质易于蛋白质轻度变性后，去除变性因素，可使二级结构B．结构域C．模体D．三级结构E11．锌指结构是无规卷曲是纤连蛋白RGD三肽是14．3-磷酸甘油醛脱氢酶与NAD+结合的区域A．凝胶过滤B．离子交换层析C．亲和层析D．超速离心E．聚丙烯酰胺凝胶电泳15根据蛋白质的生物学特性来分离蛋白质的是根据蛋白质的分子量和所携带的电荷量来分离蛋白质的A．氢键B．二硫键C．疏水键D．盐键 E．肽键18．蛋白质分子中两个半胱氨酸残基可形成蛋白质分子中某些氨基酸的疏水侧链集中可形成蛋白质分子中稳定α-螺旋的化学键是（三）X型题关于氨基酸的叙述，正确的是A．组成人体蛋白质的20种氨基酸都属于α-氨基酸B．亮氨酸的非极性比丙氨酸强CD．氨基酸具有两性解离的性质E．含有共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质2．谷胱甘肽A．是体内重要的还原性物质 B．第一个肽键与一般肽键不C．其功能基团是巯基 D．能消除体内生成的H2O2E．是三肽化合物蛋白质的三级结构A．存在于每个天然蛋白质分子中 B．是指局部肽段空间构象C．属于高级结构 D．形成和稳定主要靠次级键 E．包括模体结4．关于肽单元的叙述，正确的是A．是组成蛋白质二级结构的基本单位B．Cα1、C、O、N、H、Cα2六个原子位于同一平面C．两个α-碳呈反式结构D．在肽单元中，与α-碳相连的单键可以自由旋转E．相邻两个肽单元的相对位置与α-5．下列属于芳香族氨基酸的有Ser B．Phe C．Trp D．Tyr 6．关于分子伴侣的叙述，正确的是A．参与蛋白质的正确折叠C．有些分子伴侣具有形成二硫键的酶活性D．热休克蛋白属于分子伴侣的一种E．不能使错误折叠的蛋白解聚7．关于血红蛋白结合氧的叙述，正确的是A．氧合曲线为S型 B．各亚基与氧的结合具有协同效C．各亚基结合氧能力相同D．血红蛋白与氧结合后结构由紧张态变为松弛态E．存在变构效应蛋白质变性A．仅高级结构受到破坏，一级结构无变化 B．溶解度降黏度增加 D．相对分子质量改变E．一级结构改变9．可根据蛋白质的下列哪些特性来分离、纯化蛋白质A．分子大小 B．溶解度 C．分子所携带的电荷D．对其它分子的生物学亲和力 E．等电点10．具有四级结构的蛋白质是A．肌红蛋白 B．胰岛素 C．血红蛋D．牛胰核糖核酸酶 E．乳酸脱氢酶二、是非题生物体内只有蛋白质才含有氨基酸。所有的蛋白质都具有一、二、三、四级结构。蛋白质分子中个别氨基酸的取代不一定会引起蛋白质活性的改变。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。天然氨基酸都有一个不对称α-碳原子。变性后的蛋白质其分子量也发生改变。蛋白质在等电点时净电荷为零。一个氨基酸残基就是一个肽单元。性因素，其原有功能仍可恢复。都有与氧结合的能力，血红蛋白与氧的亲和力较肌红蛋白更强。二硫键和蛋白质的三级结构密切有关，因此没有二硫键的蛋白质就没有三级结构。后流出柱。学性质。肽单元上α-碳原子所连的两个单键的自由旋转角度决定了肽单元相对空间位置。两条单独肽链经链间二硫键交联，组成蛋白质分子，这两条肽链是该蛋白质的亚基。蛋白质变性是蛋白质分子空间构象被破坏，并不涉及一级结构的改变。7.0。α-Glupoly(Glu)a-螺旋。人体蛋白质的基本组成单位是 ，共种。组成蛋白质的氨基酸根据其侧链的结构及理化性质可分为 、 。蛋白质nm处有特异吸收峰是有赖。谷胱苷肽的第一个肽键是 羧基与半胱氨酸的氨基形成，其功能基 。蛋白质三级结构的形成与稳定主要键维系。蛋白质二级结构是指 局部空间结构，也就是该肽链 的相对空间位置，氨基酸残基侧链的构象。体内有生物活性的蛋白质至少具有 结构，有的还结构。根据蛋白质的组成成分可分为 蛋白质蛋白质。由于肽单元上 原子所连的两个单键的 决定了两个相邻肽单元平面的相空间位置。蛋白质空间构象的正确形成，除 为决定因素外，还需一类称 的蛋白质及其它的一些酶类。血红蛋白的氧解离曲线，说明第一个亚基与O2结合后其它亚基与O2的结合，这种现象被称效应。蛋白质颗粒表面有许基团，可吸引水分子，使颗粒表面形成一，可防止蛋白质从溶液中 。蛋白质为两性电解质，在酸性溶液中电荷，在碱性溶液中电荷。蛋白质的净电荷时，此时溶液的pH值称为该蛋白质。蛋白质颗粒在电场中可向相反电极移动移动的速率主要取决和 这种分离蛋白质的方法称为 。蛋白质可与某些试剂作用产生颜色反应，常用的颜色反应有 。中性盐加入蛋白质溶液中，使蛋白质表面电荷被中和，水化膜被破坏，导致蛋白在水溶液中的稳定因素被破坏而沉淀，这一现象被称为 。组成蛋白质的碱性氨基酸有 ，酸性氨基酸。蛋白质变性后其溶解黏结晶能生物活易被蛋白酶水解。蛋白质的分离通常就利用其特殊理化性质用 、 等不损伤蛋白质空间构象的物理方法来完成。若蛋白质的折叠发生错误，尽管一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可响其正常功能，严重时导致疾病发生，此类疾病称为 。四、名词解释1．peptideunit2．motif3．cooperativity4．electrophoresis5．saltprecipitation6．分子病7．primarystructureof8．chromatography9．proteincoagulation10．proteinisoelectricpoint11．proteindenaturation12．proteinrenaturation13．domain五、问答题生物样品的含氮量能表示其蛋白质含量，为什么？试验中是如何计算的。简述蛋白质的两性解离？利用此性质分离纯化蛋白质的常用方法有哪些？试比较蛋白质的一、二、三、四级结构及维持其稳定的化学键。举例说明蛋白质变性与沉淀的关系。什么是分子伴侣，其作用是什么？常用的分离纯化蛋白质的方法有那几种？各自的作用原理是什么？举例说明蛋白质一级结构、空间结构与功能之间的关系。血清蛋白在电泳时为什么能向阳极泳动？简述蛋白质的元素组成特点、分子组成、结构特点、理化性质。参考答案一、选择题（一）A型选择25．E 26．D 27．C 28．A 29．D 30．D（二）B型选择14．B 15．D 16．C 17．E 18．B 19．C 20．A（三）X型选择1．ABCDE 2．ABCDE 3．ACD 4．ABCD 5．BCD 6．ABCD 7．ABDE8．ABC 9．ABCDE 10．CE二、是非题14．B 15．A 16．B 17．A 18．B 19．B 20．B三、填空题1．L-α-氨基酸202．非极性脂肪族氨基酸极性中性氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸 碱性氨基酸3．280 酪氨酸色氨酸谷氨酸γ- 巯基次级键疏水键氢键 盐键 范德华力蛋白质分子中某一段肽链主链骨架原子不涉及三级四级单纯结合Cα 自由旋转一级结构分子伴侣11．S型 促进正协同12．亲水水化膜析出13．正负 零等电点分子表面的电荷分子量 电泳茚三酮反应双缩脲反应盐析精氨酸组氨酸赖氨酸 天冬氨酸；谷氨酸降低增加消失 丧失透析盐析电泳 层析 超速离心四、名词解释peptideunit—肽单元，是指一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水生6个原子（C1、C、O、NH、C2)C1和C2在平面上所处的位置为反式构型，此同一平面上的6个原子构成所谓的肽单元。motif—模体，是具有特殊功能的超二级结构，由两个或三个具有二级结构的肽段，挥特殊的功能。cooperativity—协同效应，指一个亚基与其配体O2）结合后，能影同效应。electrophoresis—电泳，指带电粒子在电场中向带相反电荷一极泳动的现象。saltprecipitation被中和，导致蛋白质在水溶液中的稳定因素去除而沉淀。primarystructureofproteinN-C-列顺序。chromatography—层析，是蛋白质分离纯化的重要手段之一，待分离蛋白溶液（相）经过一种固态物质时，根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，将待分离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同的速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的。proteincoagulationpH调至等电点，则变性蛋白立即结成絮状的不溶解物，此絮状物仍能溶解于强酸或强碱溶液中。此絮状物如再加热，可变成坚固的凝块，此凝块不再易溶于强酸、强碱溶液中。此现象称为蛋白质的凝固作用。proteinisoelectricpoint—蛋白质的等电点，指当蛋白质溶液处于某一pHpH值称为蛋白质的等电点。proteindenaturation—蛋白质变性，指在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也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不涉及一级结构中氨基酸序列的改变。proteinrenaturation些蛋白质仍可恢复其原有的构象和功能。domain成多个结构较为紧密的区域，并各行其功能，称为结构域。五、问答题生物样品的含氮量能表示其蛋白质含量，为什么？试验中是如何计算的。答：由于蛋白质是体内的主要含氮物，且平均含氮量为16%，因此测定生物样品的含氮量就可以按照下列公式推算出蛋白质的大致含量：每克样品含氮克数×6.25×100=100g样品中蛋白质含量（g%）简述蛋白质的两性解离？利用此性质分离纯化蛋白质的常用方法有哪些？答：蛋白质分子除了两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定pH白质的两性解离性质，可采用电泳法和离子交换层析法分离纯化蛋白质。试比较蛋白质的一、二、三、四级结构及维持其稳定的化学键。N-C-质一级结构中的主要化学键是肽键，有些蛋白质还包括二硫键。②蛋白质的二级结构是指蛋白质某一段肽键的局部空间结构，也就是该肽链主链骨架原α-螺旋、β-叠、β-转角和无规卷曲。维持蛋白质二级结构的主要化学键是氢键。③蛋白质三级结构是整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，即整条肽链所有原子在三维空间的排列位置。蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠次级键：疏水作用、离子键、氢键和范德华力等。2完整的三级结构，称为蛋白质的亚基，亚基与亚基之间呈特定的三维空间分布，并以非共价键相连接，蛋白质分子中各亚基的空间分布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。在四级结构中各亚基间的结合力主要是氢键和离子键。举例说明蛋白质变性与沉淀的关系答：蛋白质变性后，疏水侧链暴露在外，肽链融汇相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出，这一现象称为蛋白质沉淀。使蛋白质沉淀的方法有盐析法、丙酮沉淀、免疫沉淀法等。蛋白质的变性是在某些理化因素作用下，使蛋白质严密的空间构象破坏，即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致理化性质改变、生物学活性丧失，并不涉及蛋白质的一级结构的改变。需要注意变性与沉淀的区别。沉淀的蛋白质不一定变性。例如，硫酸铵沉淀蛋白质；反之，变性的蛋白质易于沉淀，但不一定沉淀。例如，将牛奶煮沸，牛奶中的酪蛋白变性了，但并没有沉淀出来。什么是分子伴侣，其作用是什么？答：分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非天然构象、促进各功能域和整体蛋白正确折叠的保守蛋白质。其作用是：蛋白质在细胞内合成时，还未折叠的肽段有许多疏水基团暴露在外，具有分子内或分子间聚集的倾向，致使蛋白质不能形成正确构象，分子伴侣可逆的与分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。此外，分子伴侣对蛋白质分子中二硫键的正确形成也起到重要作用。常用的分离纯化蛋白质的方法有那几种？各自的作用原理是什么？答：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。通常利用其特殊的理化性质，采用透析、盐析、电泳、层析及超速离心等不损伤蛋白质空间构象的物理方法等，以满足研究蛋白质结构和功能的需要。盐析的原理是破坏了蛋白质的稳定因素—水化膜和电荷层，使蛋白质沉淀。透析可以使大分子蛋白质和小分子化合物分开，主要依据分子量不同进行分离。电泳原理是蛋白质在高于或低于其pI的溶液中是带电的，在电场中能向电场的一极移动。与蛋白质所带电荷、分子量等有关。层析原理是利用待分离蛋白溶液（流动相）经过一种固态物质时，根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，将待分离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同的速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的。分子筛又称凝胶过滤，是层析的一种，层析柱内填满带有小孔的颗粒，一般由葡聚糖制成。蛋白质溶液加于顶部，任其往下渗漏，小分子蛋白质进入孔内，因而在柱中滞留时间较长，大分子蛋白质不能进入孔内而径直流出，因而不同大小的蛋白质得以分离。超速离心利用的是蛋白质在离心场中沉降系数不同而达到分离的目的。举例说明蛋白质一级结构、空间结构与功能之间的关系。答：①蛋白质一级结构是空间构象的基础，空间构象遭到破坏，但是一级结构未破坏，就有可能回复原来的构象，功能仍存在。②一级结构相似的多肽或蛋白质，空间构象与功能也相似。③氨基酸序列提供重要的生物进化信息甚至导致疾病发生。例如：在牛胰核糖核酸酶中加入巯基乙醇和尿素，其空间构象遭到破坏，功能丧失，但是透析去除巯基乙醇和尿素，牛胰核糖核酸酶活性恢复。体内蛋白质所具有的特定的空间构象都与发挥特殊的生理功能有密切的联系，即蛋白质构象是其功能的基础，构象发生改变，功能活性也随之改变。S各亚基与氧的结合具有正协同效应，所以有高效的运输氧的能力。血清蛋白在电泳时为什么能向阳极泳动？答：蛋白质是由氨基酸组成的，因此蛋白质分子中含有游离的氨基和羧基，同时许多氨基酸残基的侧链基团上仍有可解离的基团，因此蛋白质分子具有两性解离和等电点性质，即pH左右，在生理条件下（pH7）多带负电荷，所以电泳时向相反的阳极泳动。简述蛋白质的元素组成特点、分子组成、结构特点和理化性质。答（一）元素组成特点：主要有CN和S。有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁铜锌锰钴钼个别蛋白质还含有碘各种蛋白质的含氮量很接近平均为16％测定生物样品的含氮量就可按下式推算出蛋白质大致含量： 100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数×6.25×100（二）20L-α-α-链各不相同