王镜岩《生物化学》(第3版)(上册)笔记和课后习题(含考研真题)详解
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4.2 课后习题详解

1如果一个相对分子质量为12000的蛋白质,含10种氨基酸,并假设每种氨基酸在该蛋白质分子中的数目相等,问这种蛋白质有多少种可能的排列顺序?

答:已知蛋白质中氨基酸平均相对分子质量为120,则该蛋白质中氨基酸数目为12000/120=100,所以该蛋白质可能的排列顺序有10100种。

2有一个A肽,经酸解分析得知为Lys、His、Asp、Glu2、Ala以及Val、Tyr和两个NH3分子组成。当A肽与FDNB试剂反应后,得DNP-Asp;当用羧肽酶处理后得游离缬氨酸。如果我们在实验中将A肽用胰蛋白酶降解时,得到两种肽,其中一种(Lys、Asp、Glu、Ala、Tyr)在pH6.4时,净电荷为零,另一种(His、Glu以及Val)可给出DNP-His,在pH6.4时,带正电荷。此外,A肽用糜蛋白酶降解时,也得到两种肽,其中一种(Asp、Ala、Tyr)在pH6.4时呈中性,另一种(Lys、His、Glu2以及Val)在pH6.4时,带正电荷。问A肽的氨基酸序列如何?

答:(1)该A肽的氨基酸序列为:Asn-Ala-Tyr-Glu-Lys-His-Gln-Val

(2)具体分析过程如下:

FDNB法测定N-末端氨基酸,A肽与FDNB试剂反应后得DNP-Asp,表明N-末端为Asp-。

羧肽酶法测定C-末端残基,处理后得游离缬氨酸,表明C-末端为-Val。

胰蛋白酶只断裂赖氨酸或精氨酸残基的羧基形成的肽键,得到的是以Arg和Lys为C-末端残基的肽段。用胰蛋白酶降解得到两种多肽,其中一段含Lys,表明该A肽结构为Asp-(  )-(  )-(  )-Lys-(  )-(  )-Val。

由(His、Glu以及Val)可给出DNP-His,又pH6.4时带正电荷即Glu应为Gln,酸水解使Gln→Glu,此片段序列为His-Gln-Val。

糜蛋白酶断裂Phe、Trp和Tyr等疏水氨基酸残基的羧基端肽键。用糜蛋白酶降解A肽得到两种肽(Asp、Ala、Tyr)和(Lys、His、Glu2以及Val),结合可得其结构为Asp-Ala-Tyr-Glu-Lys-His-Gln-Val。

又(Asp、Ala、Tyr)在pH6.4时呈中性,则Asp应为Asn,酸水解使Asn→Asp+NH4,所以此A肽的氨基酸序列为Asn-Ala-Tyr-Glu-Lys-His-Gln-Val。

利用(Lys、Asp、Glu、Ala、Tyr)在pH6.4时净电荷为零及(Lys、His、Glu2以及Val)在pH6.4时带正电荷能验证推断正确。

3某多肽的氨基酸序列如下:

(1)如用胰蛋白酶处理,此多肽将产生几个肽?并解释原因(假设没有二硫键存在)。

(2)在pH7.5时,此多肽的净电荷是多少单位?说明理由(假设pKa值:α-COOH4.0;α-NH36.0;Glu和Asp侧链基4.0;Lys和Arg侧链基11.0;His侧链基7.5;Cys侧链基9.0;Tyr侧链基11.0)。

(3)如何判断此多肽是否含有二硫键?假如有二硫键存在,请设计实验确定5,17和23位上的Cys哪两个参与形成?

答:(1)4个肽。

原因:胰蛋白酶只断裂赖氨酸或精氨酸残基的羧基形成的肽键,得到以Arg和Lys为C-末端残基的肽段。所以上述多肽可以得到Glu-Val-Lys、Asn-Cys-Phe-Arg、Trp-Asp-Leu-Gly-Ser-Leu-Glu-Ala-Thr-Cys-Arg和His-Met-Asp-Gln-Cys-Tyr-Pro-Gly-Glu-Glu-Lys这4个肽段。

(2)在pH7.5时,此多肽的净电荷是-2.5单位。

理由:pH7.5时4个Glu和2个Asp共带6个负电荷,2个Lys和2个Arg带4个正电荷,1个His可以被看作带半个正电荷,其他氨基酸均不带电荷,1个α-COOH带1个负电荷,所以净电荷为-2.5单位。

(3)如果用胰蛋白酶处理此多肽产生4个肽段,则其不含二硫键;若用胰蛋白酶处理此多肽产生3个多肽,则其含有二硫键。假如有二硫键存在,则经胰蛋白酶处理后得到的3个肽段所带电荷不同,因此可用离子交换层析、电泳等方法将肽段分开,鉴定出含二硫键的肽段,测定其氨基酸顺序,便可确定二硫键的位置。

4今有一个七肽,经分析它的氨基酸组成是:Lys、Pro、Arg、Phe、Ala、Tyr和Ser。此肽未经糜蛋白酶处理时,与FDNB反应不产生α-DNP-氨基酸。经糜蛋白酶作用后,此肽断裂成两个肽段,其氨基酸组成分别为Ala、Tyr、Ser和Pro、Phe、Lys、Arg。这两个肽段分别与FDNB反应,可分别产生DNP-Ser和DNP-Lys。此肽与胰蛋白酶反应能生成两个肽段,它们的氨基酸组成分别是Arg、Pro和Phe、Tyr、Lys、Ser、Ala。试问此七肽的一级结构是怎样的?

答:(1)此肽未经糜蛋白酶处理时,与FDNB反应不产生DNP-氨基酸,说明此肽不含游离N-末端氨基酸,即此肽为环肽。

(2)糜蛋白酶可断裂Phe、Trp和Tyr等疏水氨基酸残基的羧基端肽键。由该肽经糜蛋白酶作用后产生两个肽段(Ala、Tyr、Ser)和(Pro、Phe、Lys、Arg)可知结构:-(  )-(  )-Tyr-和-(  )-(  )-(  )-Phe-。

(3)由(2)得到的两肽段与FDNB反应,分别产生DNP-Ser和DNP-Lys,可知该两肽段的N末端分别为Ser和Lys,结合(2)可知结构:-Ser-Ala-Tyr-和-Lys-(  )-(  )-Phe-。

(4)胰蛋白酶只断裂Arg或Lys残基的羧基参与形成的肽键。由该肽与胰蛋白酶反应能生成两个肽段(Arg、Pro)和(Phe、Tyr、Lys、Ser、Ala)可知结构:-Pro-Arg-和-(  )-(  )-(  )-(  )-Lys-。

综上所述可知此七肽为一环肽,其一级结构是-Phe-Ser-Ala-Tyr-Lys-Pro-Arg-。

5三肽Lys-Lys-Lys的pI值必定大于它的任何一个个别基团的pKa值,这种说法是否正确?为什么?

答:正确。当该三肽处于等电点时,其解离集团所处的状态是:C-末端是COO-(pKa=3.0),N末端NH2(pKa≈8.0),3个侧链为3(1/3ε-NH3)(pKa=10.53),因此pI值>最大的pKa值(10.53)。

6一个多肽可还原为两个肽段,它们的序列如下:链1为Ala-Cys-Phe-Pro-Lys -Arg-Trp-Cys-Arg-Arg-Val-Cys;链2为Cys-Tyr-Cys-Phe-Cys。当用嗜热菌蛋白酶消化原多肽(具有完整的二硫键)时可得下列各肽:(1)(Ala、Cys2、Val);(2)(Arg、Lys、Phe、Pro);(3)(Arg2、Cys2、Trp、Tyr);(4)(Cys2、Phe)。试指出在该天然多肽中二硫键的位置。

答:已知嗜热菌蛋白酶断裂Leu、Ile、Phe、Trp、Tyr及Val等疏水性强的氨基酸残基的N端,根据题中已知条件可进行以下分析:

(1)消化原多肽得到(Ala、Cys2、Val),说明链1在2位Cys后及11位Val前断裂,2位Cys与12位Cys之间有二硫键。

(2)由链1序列及肽段(2)组成可得肽段(2)的序列为:-Phe-Pro-Lys-Arg-。

(3)由肽段(1)(2)组成可知肽段(3)(Arg2、Cys2、Trp、Tyr)中必有Cys来自链2,另一Cys为链1中8位Cys,因此可知链1中8位Cys与链2中一个Cys之间有二硫键。

(4)嗜热菌蛋白酶能水解Tyr、Phe等疏水氨基酸残基的N端,故肽(Cys2、Phe)来自链2,结合肽段(3)含Tyr,可知形成的二硫键为链1中8位Cys与链2中3位Cys之间,肽段(4)中(Cys2、Phe)说明链2中1位Cys与5位Cys之间有二硫键。

综上可得该多肽中二硫键位置如图4-2所示,

图4-2

7一个十肽的氨基酸分析表明其水解液中存在下列产物:

并观察下列事实:(1)用羧肽酶A和B处理该十肽无效;(2)胰蛋白酶处理产生两个四肽和游离的Lys;(3)梭菌蛋白酶处理产生一个四肽和一个六肽;(4)溴化氢处理产生一个八肽和一个二肽,用单字母符号表示其序列为NP;(5)胰凝乳蛋白酶处理产生两个三肽和一个四肽,N-末端的胰凝乳蛋白酶水解肽段在中性pH时携带-1净电荷,在pH12时携带-3净电荷;(6)一轮Edman降解给出下面的PTH衍生物:

图4-3

写出该十肽的氨基酸序列。

答:(1)该十肽的氨基酸序列为:Ser-Glu-Tyr-Arg-Lys-Lys-Phe-Met-Asn-Pro。

(2)具体分析过程如下:

羧肽酶A和B同时作用能释放除Pro以外的任何C-末端残基。用羧肽酶A和B处理十肽无效,说明该十肽C-末端残基为-Pro。

梭菌蛋白酶只断裂Arg残基的羧基端肽键。由梭菌蛋白酶处理该十肽后得一个四肽和一个六肽,则可知该十肽第4位或第6位为Arg。

溴化氰只断裂由Met残基的羧基形成的肽键。由其处理该十肽后得一个八肽和一个二肽,说明该十肽第8位或第2位为Met;又用单字母表示二肽为NP,即-Asn-Pro-,故该十肽第8位为Met。

Edman化学降解法分析N-末端基,根据其降解所得衍生物的结构,可得N—末端氨基酸残基结构式为:—NH-CH(-CH2OH)-C(=O)—,还原为—NH-CH(-CH2OH)-COOH—,可知此氨基酸残基为Ser;因此该十肽的结构应该为Ser-(  )-(  )-(  )-(  )-(  )-(  )-Met-Asn-Pro。

胰蛋白酶专一断裂Lys或Arg残基的羧基形成的肽键,该十肽经胰蛋白酶处理产生两个四肽和游离的Lys,因此中的Arg只有位于第4位,才能形成两个四肽和游离的Lys,第5位、第6位只能为Lys,即十肽为Ser-(  )-(  )-Arg-Lys-Lys-(  )-Met-Asn-Pro。

胰凝乳蛋白酶断裂Phe、Trp和Tyr等疏水氨基酸残基的羧基端肽键,处理该十肽后,产生两个三肽和一个四肽,结合该多肽的氨基酸残基组成,可得该十肽第3位或第7位为Tyr或Phe,第2位为Glu或Gln。

由N-末端的胰凝乳蛋白酶水解肽段在中性pH时携带-1净电荷,在pH12时携带-3净电荷,可知第2位应为Glu,第3位为Tyr,所以此十肽的第7位为Phe。

综上所述可知该十肽的氨基酸序列为Ser-Glu-Tyr-Arg-Lys-Lys-Phe-Met-Asn-Pro。

8一个四肽,经胰蛋白酶水解得两个片段,一个片段在280nm附近有强的光吸收,并且Pauly反应和坂口反应(检测胍基的)呈阳性。另一片段用溴化氰处理释放出一个与茚三酮反应呈黄色的氨基酸。写出此四肽的氨基酸序列。

答:(1)此四肽的氨基酸序列为:Try-Arg-Met-Pro。

(2)具体分析过程如下:

胰蛋白酶专一断裂Lys和Arg残基的羧基形成的肽键。该肽经胰蛋白酶处理后得两个肽段,故该四肽中含Lys或Arg。

由肽段在280nm附近有强的光吸收且Pauly反应和坂口反应呈阳性,可知该肽段含Tyr和Arg。

溴化氰专一断裂Met残基的羧基形成的肽键。另一肽段用溴化氰处理后得到与茚三酮反应呈黄色的氨基酸,故肽段序列为-Met-Pro-。

综上可得该四肽的氨基酸序列为Try-Arg-Met-Pro。

9蜂毒明肽(apamin)是存在蜜蜂毒液中的一个十八肽,其序列为CNCKAPETALCARRCQQH,已知蜂毒明肽形成二硫键,不与碘乙酸发生反应。

(1)问此肽中存在多少个二硫键?

(2)请设计确定这些(个)二硫键位置的策略。

答:(1)卤化烷试剂碘乙酸能与巯基发生反应,该多肽不与碘乙酸发生反应说明此肽中不含游离的—SH,且其序列组成有4个—Cys残基,所以应存在两个二硫键。

(2)二硫键的位置可能有3种情况:

1位Cys与3位Cys之间和11位Cys与15位Cys之间;

1位Cys与11位Cys之间和3位Cys与15位Cys之间;

1位Cys与15位Cys之间和3位Cys与11位Cys之间。

种情况,用胰蛋白酶断裂将得到两个肽段和游离的Arg;第种和第种,用胰蛋白酶处理将得到一个肽段和Arg;通过二硫键部分氧化可以把后两种情况区别开来。

10叙述用Merrifield固相化学方法合成二肽Lys-Ala。如果你打算向Lys-Ala加入一个亮氨酸残基使成三肽,可能会掉进什么样的“陷坑”?

答:(1)Merrifield固相化学方法合成二肽Lys-Ala:

将Ala先和氯甲基聚苯乙烯树脂反应,共价的挂接在树脂上;

除去Ala的N-末端保护基,使Lys(其氨基预先用叔丁氧甲酰基保护)以DCC为缩合剂,接到Ala的氨基上;

将树脂悬浮在无水三氟乙酸中,通入干燥的HBr,使肽与树脂脱离,同时切除一些保护基,即完成合成。

(2)Merrifield的方法可以使肽链按控制顺序从C端向N端延长,由于Lys的侧链含有一个—NH3,所以新加入的Leu可能被接在Lys的侧链残基上。