安庆一中理科试验班生物竞赛讲义

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α-氨基酸；

2.除甘氨酸外，天然蛋白质中存在的氨基酸都是L-α-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）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）α-氨基、α-羧基共同参与的反应：

①成肽反应；

②与茚三酮的反应：

【注意】

a.脯氨酸、羟脯氨酸与茚三酮反应生

成黄色物质。

b.此反应用于定性、定量鉴定氨基酸。

（2）α-氨基参与的反应：

①与亚硝酸反应产生氮气：

【注意】α-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。

②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。

③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）α-羧基参与的反应：

成盐和成酯反应。

（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。

①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：

②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：

①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）。

②公式：

a.中性氨基酸：pI=（pK1+pK2）/2；

b.酸性氨基酸：pI=（pK1+pK R）/2；

c.碱性氨基酸：pI=（pK2+pK R）/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pH＜pI时，氨基酸主要为正离子；当溶液的pH＞pI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

计算天冬氨酸的pI值。它的pK1值2.09，pK2值为3.86，pK3值为9.82。（）

A．5.26 B．2.98 C．5.96 D．6.84

【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．α-氨基与α-羧基缩合而成B．α-氨基与β-羧基缩合而成

C．β-氨基与α-羧基缩合而成D．β-氨基与β-羧基缩

合而成

二、蛋白质：

（一）结构：

1.一级结构：

【肽键】

（1）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？（）

A．1 B．2 C．3 D．4

【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）α-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α-螺旋形成的因素】

①R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α-螺旋的形成。

②R基的大小：R基大，空间位阻大。

多聚Ile、Val、Leu，由于R基大，阻碍α-螺旋的形成。

③R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，α-螺旋即被中断，使多肽链主链产生一个“结节”。

（2）β-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

离为0.35nm，β-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。

②反平行式。

（3）β-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。

蛋白质、核酸、核糖体的沉降系数介于1～200S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。

①透析法：将含有小分子杂质的蛋白质纯化。

②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；

（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

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。

①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。

②脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。如血清α-，β-脂蛋白等。

③核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。

④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。

⑤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。

作用：

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。