生物化学习题第二章蛋白质化学.doc

第二章  蛋白质化学  一、知识要点 （一）氨基酸的结构 蛋白质是重要的生物大分子，其组成单位是氨基酸。组成蛋白质的氨基酸有 20 种，均 为α-氨基酸。每个氨基酸的α-碳上连接一个羧基，一个氨基，一个氢原子和一个侧链 R 基团。20 种氨基酸结构的差别就在于它们的 R 基团结构的不同。 根据 20 种氨基酸侧链 R 基团的极性，可将其分为四大类：非极性 R 基氨基酸（8 种）； 不带电荷的极性 R 基氨基酸（7 种）；带负电荷的 R 基氨基酸（2 种）；带正电荷的 R 基氨基 酸（3 种）。 （二）氨基酸的性质 氨基酸是两性电解质。由于氨基酸含有酸性的羧基和碱性的氨基，所以既是酸又是碱， 是两性电解质。有些氨基酸的侧链还含有可解离的基团，其带电状况取决于它们的 pK 值。 由于不同氨基酸所带的可解离基团不同，所以等电点不同。PI 的定义。 除甘氨酸外，其它都有不对称碳原子，所以具有 D-型和 L-型 2 种构型，具有旋光性， 天然蛋白质中存在的氨基酸都是 L-型的。酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸具有紫外吸收特性， 在 280nm 处有最大吸收值，大多数蛋白质都具有这些氨基酸，所以蛋白质在 280nm 处也有 特征吸收，这是紫外吸收法定量测定蛋白质的基础。 氨基酸的α-羧基和α-氨基具有化学反应性，另外，许多氨基酸的侧链还含有羟基、氨 基、羧基等可解离基团，也具有化学反应性。较重要的化学反应有：（1）茚三酮反应，除脯 氨酸外，所有的α-氨基酸都能与茚三酮发生颜色反应，生成蓝紫色化合物，脯氨酸与茚三 酮生成黄色化合物。（2）Sanger反应，α-NH2与 2,4-二硝基氟苯作用产生相应的DNB-氨基 酸。（3）Edman反应，α-NH2与苯异硫氰酸酯作用产生相应的氨基酸的苯氨基硫甲酰衍生 物（PIT-氨基酸）。Sanger反应和Edmen反应均可用于蛋白质多肽链N端氨基酸的测定。 氨基酸通过肽键相互连接而成的化合物称为肽，由 2 个氨基酸组成的肽称为二肽，由 3 个氨基酸组成的肽称为三肽，少于 10 个氨基酸肽称为寡肽，由 10 个以上氨基酸组成的肽称 为多肽。 （三）蛋白质的结构 蛋白质是具有特定构象的大分子，为研究方便，将蛋白质结构分为四个结构水平，包括 一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。一般将二级结构、三级结构和四级结构称为三 维构象或高级结构。 一级结构指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序。肽键是蛋白质中氨基酸之间的主要连接 方式，即由一个氨基酸的α-氨基和另一个氨基酸的 α-之间脱去一分子水相互连接。肽键 具有部分双键的性质，所以整个肽单位是一个刚性的平面结构。在多肽链的含有游离氨基的 一端称为肽链的氨基端或 N 端，而另一端含有一个游离羧基的一端称为肽链的羧基端或 C 端。 蛋白质的二级结构是指多肽链骨架盘绕折叠所形成的有规律性的结构。最基本的二级结 构类型有α-螺旋结构和 β-折叠结构，此外还有 β-转角和自由回转。右手 α-螺旋结构是 在纤维蛋白和球蛋白中发现的最常见的二级结构,每圈螺旋含有 3.6 个氨基酸残基，螺距为 0.54nm,螺旋中的每个肽键均参与氢键的形成以维持螺旋的稳定。β-折叠结构也是一种常见 的二级结构，在此结构中，多肽链以较伸展的曲折形式存在，肽链（或肽段）的排列可以有 平行和反平行两种方式。氨基酸之间的轴心距为 0.35nm,相邻肽链之间借助氢键彼此连成片 层结构。 结构域是介于二级结构和三级结构之间的一种结构层次，是指蛋白质亚基结构中明显分 开的紧密球状结构区域。 超二级结构是指蛋白质分子 中的多肽链在三维折叠中形成有规则的三级结构聚集体。 蛋白质的三级结构是整个多肽链的三维构象，它是在二级结构的基础上，多肽链进一步 折叠卷曲形成复杂的球状分子结构。具有三级结构的蛋白质一般都是球蛋白，这类蛋白质的 多肽链在三维空间中沿多个方向进行盘绕折叠，形成十分紧密的近似球形的结构，分子内部 的空间只能容纳少数水分子，几乎所有的极性 R 基都分布在分子外表面，形成亲水的分子 外壳，而非极性的基团则被埋在分子内部，不与水接触。蛋白质分子中侧链 R 基团的相互 作用对稳定球状蛋白质的三级结构起着重要作用。 蛋白质的四级结构指数条具有独立的三级结构的多肽链通过非共价键相互连接而成的 聚合体结构。在具有四级结构的蛋白质中，每一条具有三级结构的皑链称为亚基或亚单位， 缺少一个亚基或亚基单独存在都不具有活性。四级结构涉及亚基在整个分子中的空间排布以 及亚基之间的相互关系。 维持蛋白质空间结构的作用力主要是氢键、离子键、疏水作用力和范德华力等非共价键， 又称次级键。此外，在某些蛋白质中还有二硫键，二硫键在维持蛋白质构象方面也起着重要 作用。