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1、安庆一中2009级理科实验班生物竞赛辅导讲义生物化学（蛋白质及其代谢）专题2 生物化学第3章 蛋白质及其代谢第1节 蛋白质一、氨基酸：（一）结构：脯氨酸除外。1.天然蛋白质中存在的氨基酸都是a-氨基酸；2.除甘氨酸外，天然蛋白质中存在的氨基酸都是L-a-氨基酸。（二）分类：1.据R基团化学结构分类：脂肪族+芳香族+杂环族。 脂肪族氨基酸据R基团化学结构分类：（1）1氨基1羧基（中性氨基酸）：Gly，Ala，Val，Leu，Ile；（2）1氨基2羧基（酸性氨基酸）：Asp，Glu；（3）2氨基1羧基（碱性氨基酸）：Lys，Arg；（4）含羟基：Ser，Thr；（5）含酰胺基：Asn，Gln；（6
2、）含硫：Cys，Met。2.据R基团极性分类：非极性氨基酸（8种）+不带电荷极性氨基酸（7种）+带正电荷极性氨基酸（3种）+带负电荷极性氨基酸（2种）。3.据营养学分类：必需氨基酸+半必需氨基酸+非必需氨基酸。（三）氨基酸的性质：1.旋光性：甘氨酸除外。2.氨基酸的紫外吸收： 20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区（220nm）均有光吸收。在近紫外区（220-300nm）只有R基团含有苯环共轭双键的酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有光吸收。 利用紫外光法可以测定氨基酸的含量。3.重要化学反应：（1）a-氨基、a-羧基共同参与的反应：成肽反应；与茚三酮的反应：【注意】a.脯氨酸、羟脯氨酸与茚三
3、酮反应生成黄色物质。b.此反应用于定性、定量鉴定氨基酸。（2）a-氨基参与的反应：与亚硝酸反应产生氮气：【注意】a-氨基可与亚硝酸反应产生氮气，在标准条件下测定氮气体积，即可计算出氨基酸的量。 凯氏定氮法：测定蛋白质含量的经典方法。与2，4-二硝基氟苯的反应： 【注意】鉴定多肽或蛋白质的N-末端氨基酸。与苯异硫氰酸酯（PITC）的反应：Edman反应。【注意】鉴定多肽或蛋白质的N-末端氨基酸；由于此反应能够不断重复循环，将肽链N-末端氨基酸残基逐一进行标记和解离，所以是测定蛋白质氨基酸序列的最基本、最有效的手段，蛋白质测序仪就是该反应原理设计的。（3）a-羧基参与的反应： 成盐和成酯反应。（4
4、）侧链R基团参与的反应。4.氨基酸的酸碱性质：（1）氨基酸的两性解离： 氨基酸在晶体或水中主要以兼性离子存在。氨基酸是一类两性电解质，它既起酸（质子供体）的作用，又起碱（质子受体）的作用：中性氨基酸的解离（以Gly为例）：【注意】K1和K2分别为-COOH和-+NH3的解离常数。（2）氨基酸的等电点：概念：调节溶液pH值，使氨基酸处于兼性离子状态，此时氨基酸所带正负电荷数相等，即净电荷为0，在电场中既不向阳极又不向阴极移动，这时溶液的pH值即为氨基酸的等电点（pI）。公式：a.中性氨基酸：pI=（pK1+pK2）/2；b.酸性氨基酸：pI=（pK1+pKR）/2；c.碱性氨基酸：pI=（pK2
5、+pKR）/2。【注意】 氨基酸的等电点： 各种氨基酸的等电点不同，当溶液的pH=pI时，净电荷为0；当溶液的pHpI时，氨基酸主要为正离子；当溶液的pHpI时，氨基酸主要为负离子。在一定pH范围内，pH离pI越远，氨基酸所带静电荷越大。 氨基酸在等电点时，溶解度最小，最易沉淀，利用这一性质可以分离制备各种氨基酸；亦可通过电泳法、离子交换层析法进行分离。（四）分离：1.纸层析：最简单的液-液分配层析，采用滤纸作为支持物。2.离子交换层析：一种用离子交换树脂作为支持物的层析法。 氨基酸的洗脱顺序：酸性氨基酸、中性氨基酸、碱性氨基酸。 目前具有全自动的氨基酸分析仪。【例题】2008年预赛计算天冬氨
6、酸的pI值。它的pK1值2.09，pK2值为3.86，pK3值为9.82。（ ） A5.26 B2.98 C5.96 D6.84 【例题】2010年预赛能出现在蛋白质分子中的下列氨基酸，哪一种没有遗传密码？（ ） A酪氨酸 B苯丙氨酸 C异亮氨酸 D羟赖氨酸【例题】2010年联赛1.在氨基酸的分类中，下面哪一个氨基酸属于芳香族氨基酸？（ ）（1分） A丙氨酸 B丝氨酸 C色氨酸 D亮氨酸2.蛋白质的肽键是以下列哪一种方式形成的？（ ）（1分） A-氨基与-羧基缩合而成 B-氨基与-羧基缩合而成 C-氨基与-羧基缩合而成 D-氨基与-羧基缩合而成二、蛋白质：（一）结构：1.一级结构：【肽键】（1
7、）C-N键具有部分双键性质；（2）肽键一般为反式构型。【例题】2009年联赛下图示部分多肽链的结构，1、2、3、4所标的4个化学键中的哪些键不能如右图所示那样旋转？（ ） A1 B2 C3 D4【维持蛋白质构象的作用力】 主要是较弱的相互作用，即非共价键或次级键。a.盐键（离子键）；b.氢键；c.疏水键；d.范德华力；e.二硫键2.二级结构：指多肽链本身绕曲折叠成有规律的结构或构象。这种结构是以肽链内或肽链间的氢键来维持的。（1）a-螺旋：多肽链中氨基酸残基以100的角度围绕螺旋轴心盘旋上升（每个残基沿轴上升0.15nm），每3.6个残基就旋转一圈，螺距为0.54nm，螺旋直径0.5nm；右手
8、旋转；多肽链内的氢键由肽链中一个肽键的-CO的氧原子与第四个肽键的-NH的氢原子组成，每个氢键所形成的环内共有13个原子，这种螺旋称为3.613-螺旋。【影响 a-螺旋形成的因素】R基的电荷性质：同种电荷可产生静电斥力。 pH=7，多聚Lys R基带正电荷，破坏 a-螺旋的形成。R基的大小：R基大，空间位阻大。 多聚Ile、Val、Leu，由于R基大，阻碍 a-螺旋的形成。R基的结构： 多聚Pro由于肽键上不具有亚氨基氢，无法形成氢键，因此多肽链中只要有Pro残基，a-螺旋即被中断，使多肽链主链产生一个“结节”。（2）-折叠：邻近两链以相反或相同方向平行排列成片层状。两个氨基酸残基之间的轴心距
9、离为0.35nm，-折叠结构的氢键是由两条肽链中的一条的-CO基与另一条-NH基之间所形成。平行式；反平行式。（3）-转角：多肽链上出现的180回折，由第一个氨基酸残基的-CO与第四个氨基酸残基的-NH之间形成氢键。（4）自由绕曲：没有一定规律的松散结构，酶的功能部位常常处于这种构象区域里。3.超二级结构和结构域：（1）超二级结构：蛋白质中，由若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形成有规则、在空间上能辨认的二级结构组合体，以充当三级结构的构件。 基本组合形式：（2）结构域：多肽链在超二级结构基础上进一步绕曲折叠成紧密的球状结构，在空间上彼此分隔的各自具有部分生物功能的亚结构。一般情
10、况下，酶的活性部位位于两个结构域之间的裂缝中。4.三级结构：（1）纤维状蛋白质一般只有二级结构，而球状蛋白质在二级结构的基础上，经过超二级结构和结构域，进一步组装成三级结构。（2）维持三级结构的作用力主要是一些次级键，包括氢键、盐键、疏水键和范德华力等。5.四级结构：由相同或不同的称作亚基的亚单位按照一定排布方式聚合而成的蛋白质结构，维持四级结构稳定的作用力是疏水键、离子键、氢键、范德华力。亚基本身都具有球状三级结构，一般只包含一条多肽链，也有的由二条或二条以上由二硫键连接的肽链组成。（二）性质：1.大小和分子量：（1）道尔顿；（2）沉降系数（S）：单位离心场下的沉降速度。1S=10-13秒。
11、 蛋白质、核酸、核糖体的沉降系数介于1200S之间。2.酸碱性质：（1）蛋白质是两性电解质；（2）蛋白质在等电点时溶解度最低。 可采用电泳法和离子交换层析分离蛋白质混合物。3.胶体性质：（1）具有胶体的特征：布朗运动、丁达尔现象、不能通过半透膜；蛋白质颗粒比较稳定，不易沉淀。 （2）应用：透析法：将含有小分子杂质的蛋白质纯化。盐析法：使蛋白质颗粒集聚而生成沉淀。4.蛋白质的沉淀：（1）盐析法；（2）等电点沉淀；（3）有机溶剂沉淀法：如酒精棉球的作用。（4）重金属盐沉淀法；（5）生物碱试剂及某些酸沉淀法；（6）加热变性沉淀法。5.蛋白质的变性与复性：（1）变性：蛋白质分子的空间结构改变，导致其理
12、化性质、生物活性都发生改变。但不发生一级结构的破坏，而主要发生氢键、疏水键和二硫键等次级键的破坏。生物活性丧失，溶解度降低。（2）复性：蛋白质的变性如果不过于剧烈，则是一种可逆过程，变性蛋白质通常在除去变性因素后，可缓慢地重新自发折叠成原来的构象，恢复原有的理化性质和生物活性。6.蛋白质的紫外吸收：280nm的紫外光下，有最大吸收峰。这是由于肽链中酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸的R基团引起的。 紫外分光光度法在280nm的光吸收值来测定蛋白质的含量。（三）分离纯化：1.根据蛋白质的溶解度差异进行分离：（1）盐析法；（2）等电点沉淀；（3）有机溶剂分级沉淀。2.根据蛋白质分子大小进行分离：（1）透析；
13、（2）密度梯度离心；（3）凝胶过滤：分子筛效应。3.根据蛋白质带电性质不同进行分离：（1）电泳；（2）离子交换层析；【例题】2010年联赛在生物大分子的分离纯化过程中，能将生物大分子与无机盐及有机小分子分离的方法是以下哪些？（ ）（3分） A离子交换层析 B凝胶过滤层析 C滤纸过滤 D透析 E离心（四）分类：1.蛋白质的化学分类：（1）简单蛋白质：球蛋白、白蛋白、组蛋白等。（2）结合蛋白质：由简单蛋白质和非蛋白质物质两部分组成。糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。如血清a-，b-脂蛋白等。核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核
14、蛋白等。色蛋白：由简单蛋白与色素结合而成。如血红素、过氧化氢酶、细胞色素c等。磷蛋白：由简单蛋白质和磷酸组成。如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白等。2.蛋白质的功能分类：结构蛋白和酶。第2节 蛋白质的异化一、蛋白质的降解：（一）细胞内蛋白质的降解：1.溶酶体的降解；2.泛素化降解。（二）机体对外源蛋白的消化作用。二、氨基酸代谢：（一）脱氨基作用：1.氧化脱氨基作用： 谷氨酸脱氢酶是为人所知的唯一种氧化脱氨基作用的线粒体酶，辅酶为NAD+或NADP+。2.转氨基作用：（1）大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。（2）血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一： GPT（谷丙转氨酶）/GOT（谷草转氨酶）。（3）转氨基作用的机制：转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛/磷酸吡哆胺。3.联合脱氨基作用： 此方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、肾组织进行。11
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