3.2 课后习题详解
1名词解释
单纯蛋白 结合蛋白 构象 亚基 蛋白质的一级结构 蛋白质的二级结构 超二级结构 结构域 蛋白质的三级结构 蛋白质的四级结构 蛋白质的等电点
答：（1）单纯蛋白又称简单蛋白，是指水解时只产生氨基酸的蛋白质。单纯蛋白按照溶解度、盐析和受热凝固等性质可分为清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、硬蛋白、组蛋白和精蛋白。
（2）结合蛋白是指由简单蛋白质和非蛋白质组分结合而成，其非蛋白质组分通常称为辅基。按辅基的不同，结合蛋白质可分为以下六类：核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、金属蛋白、色蛋白和磷蛋白。
（3）构象是指蛋白质分子中各原子和基团在三维空间所处的相对位置构成的特定空间结构。蛋白质生物活性与其特定构象密切相关，单键旋转时取代基团形成不同的立体结构，可引起其活性改变或丧失。
（4）亚基又称亚单位，是指寡聚蛋白分子中的每个三级结构单位。寡聚蛋白是指由两条或多条具有三级结构的多肽链按一定的空间排列方式，通过非共价键缔合在一起形成的蛋白质大分子。
（5）蛋白质的一级结构是指由共价键（肽键）结合在一起的氨基酸残基的排列顺序，包括二硫键的定位。
（6）蛋白质的二级结构是指主链的不同肽段通过自身氢键的作用在空间盘曲、折叠所形成的构象，主要有α螺旋结构、β折叠结构、β转角和无规卷曲4种形式。
（7）超二级结构是介于二级结构与三级结构之间的蛋白质结构层次，是指相互临近的二级结构在空间折叠中靠近，彼此相互作用，进一步形成有规则的结构组合体，作为三级结构的构件。已知的超二级结构有α螺旋聚集体、α螺旋和β折叠的聚集体、β折叠聚集体等。
（8）结构域是指多肽链在二级结构或超二级结构的基础上组成三级结构的局部折叠区，形成两个或多个空间上可以明显区别的相对独立的紧密球状实体。
（9）蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构基础上借助侧链基团的相互作用，进一步折叠卷曲所形成的特定空间结构。蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠次级键，如离子键、氢键、二硫键、范德华力等。
（10）蛋白质的四级结构是指由两条或多条具有三级结构的多肽链按一定的空间排列方式，通过非共价键缔合在一起形成的结构。一种蛋白质疏水性氨基酸的摩尔比高于30%时，其形成四级结构的倾向较大。
（11）蛋白质的等电点是指蛋白质所带的正电荷与负电荷恰好相等，即净电荷为零，在电场中，既不向阳极移动，也不向阴极移动时溶液的pH，用pI表示。
2简述常见氨基酸的分类方法，总结氨基酸的氨基反应及应用。
答：（1）常见氨基酸的分类方法
①非极性或疏水氨基酸
非极性氨基酸共8种：丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、脯氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和甲硫氨酸（蛋氨酸）。
②带极性基团的氨基酸
带极性基团的氨基酸共7种：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺及甘氨酸。
③碱性氨基酸
碱性氨基酸共有3种：赖氨酸、精氨酸和组氨酸。
④酸性氨基酸
酸性氨基酸共有2种：谷氨酸和天冬氨酸。
（2）氨基酸的氨基反应及应用
①与亚硝基反应
a．反应
α氨基酸的α-NH2定量与亚硝基作用，产生氮气和羟酸。反应中所释放的氮气（N2），一半来自氨基酸分子上的α-NH2，一半来自亚硝基的氮。
b．应用
第一，通过测定释放出氮气的体积可计算出氨基酸的含量。
第二，蛋白质水解时，游离α氨基酸逐渐增加，而蛋白质合成时，游离α氨基酸逐渐减少，通过该反应测定出氨基酸的含量，可以推断蛋白质水解或合成的程度。
②与醛类的反应
a．反应
α氨基酸与醛类化合物反应生成Schiff碱类化合物。
b．应用
氨基酸与甲醛反应可使—NH3＋上的H＋放出，使—NH3＋的酸性更强。可用标准NaOH溶液滴定，用酚酞作指示剂，根据NaOH的用量，可计算出氨基酸的含量。
③酰基化反应
a．反应
α氨基酸与苄氧基甲酰氯在弱碱条件下反应，生成氨基衍生物。
b．应用
可用于肽的合成。
④烃基化反应
a．反应
α氨基酸氨基上的一个氢原子可被烃基取代。
b．应用
烃取代基可用于保护氨基酸的氨基。
⑤与茚三酮的反应
a．反应
在微碱性条件下，α氨基酸与茚三酮共热发生反应，产生紫红、蓝色或紫色物质，在570nm处有最大吸收值。脯氨酸和羟脯氨酸因其含有α亚氨基，与茚三酮反应生成黄色化合物。
b．应用
可作为氨基酸的比色测定方法。
⑥桑格反应
a．反应
氨基酸上α氨基与卤代烃反应生成氨基取代化合物。
b．应用
肽链末端的氨基能进行该反应，可用于肽链的N末端分析与蛋白质一级结构的测定。
⑦艾德曼反应
a．反应
用异硫氰酸苯酯与α氨基酸定量反应，生成苯异硫氰氨基酸衍生物，然后在硝基甲烷溶剂中用甲酸处理，苯异硫氰氨基酸裂解生成乙内酰苯硫脲（PTH）衍生物。
b．应用
该反应衍生物无色，在层析基分离后用紫外光照射显色鉴定，可用于鉴定多肽链中N末端分析和多肽序列分析。
3蛋白质为什么也有两性解离性质？其正负电荷来源于何处？写出蛋白质的两性解离平衡式。
答：（1）蛋白质有两性解离性质的原因
构成蛋白质的多肽链末端具有游离氨基和游离羧基，既能解离成带正电荷的阳离子（—NH3＋），又能解离形成带负电荷的阴离子（—COO－），因此蛋白质具有两性解离性质。
（2）蛋白质正负电荷的来源
①正电荷的来源
a．蛋白质多肽链末端游离的氨基。
b．蛋白质所含氨基酸残基的侧链上有可解离的基团，如赖氨酸的ε氨基、组氨酸的咪唑基和精氨酸的胍基，其在一定pH条件下可接受质子而带正电。
②负电荷的来源
a．蛋白质多肽链末端游离的羧基。
b．蛋白质所含氨基酸残基的侧链上有可解离的基团，如天冬酰胺的β羧基、谷氨酸的γ羧基、酪氨酸的酚羟基和半胱氨酸的巯基，其在一定pH条件下能解离出质子而带负电荷。
（3）蛋白质的两性解离平衡式
4试解释蛋白质盐溶和盐析的机制。
答：（1）蛋白质盐溶的机制
盐溶是指在低浓度范围的中性盐溶液中，随着盐溶液浓度的增加，蛋白质在其中的溶解度也随着增加的现象。盐溶作用的发生是因为蛋白质表面电荷吸附盐离子后，增大了蛋白质和水的亲和力，促进了蛋白质溶解。
（2）蛋白质盐析的机制
盐析是指向蛋白质溶液中加入高浓度的中性盐溶液而使蛋白质沉淀析出的现象。向蛋白质溶液中加入高浓度的中性盐溶液[如NaCl、（NH4）2SO4]等，既可以破坏蛋白质胶粒表面的水化层，又可以中和蛋白质分子的电荷，从而使蛋白质发生沉淀。
5纤维状蛋白和球状蛋白在结构上有何特点？
答：（1）纤维状蛋白在结构上的特点
①纤维状蛋白对称性差，分子类似细棒或纤维。
②纤维状蛋白的二级结构主要形式为α螺旋。
③纤维状蛋白中β折叠的氢键主要是存在于两条肽链之间。
④纤维状蛋白中β折叠主要是反平行式。
（2）球状蛋白在结构上的特点
①球状蛋白分子对称性好，呈球形或椭球形。
②球状蛋白中β折叠可在不同肽链间或在同一条肽链的不同部分之间形成。
③球状蛋白中β折叠平行式和反平行式同样广泛存在。
④球状蛋白中β转角和无规卷曲是其形成近球形空间构象所必需的主链构象。
6把某一氨基酸晶体（净电荷为零）溶于纯水（pH7）时，该溶液的pH是5，那么该氨基酸的等电点是大于5、小于5还是等于5？为什么？
答：该氨基酸溶液的等电点小于5，原因如下：
（1）该氨基酸晶体溶于pH7的纯水中，形成的溶液pH＝5，说明该氨基酸呈酸性。
（2）在该氨基酸溶解的过程中，其电离出的H＋多于电离出的OH－，此时其带负电荷。为使该氨基酸溶液达到等电点，即使该氨基酸带有的正负电荷相等，需向溶液中补充H＋。
因此达到等电点时，溶液的pH要小于5，故该氨基酸的等电点小于5。
7什么叫做蛋白质的变性？哪些因素可以引起蛋白质变性？蛋白质变性后有何结构或性质上的改变？蛋白质的变性有何实际应用？
答：（1）蛋白质的变性的定义
蛋白质的变性是指由于一些物理因素和化学因素破坏蛋白质的空间结构，导致蛋白质的生物活性丧失，同时引起某些物理性质和化学性质变化的过程。
（2）可以引起蛋白质变性的因素
①物理因素：高温、高压、辐射、超声波、剧烈振荡或搅拌等。
②化学因素：强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐、尿素、丙酮等。
（3）蛋白质变性后结构或性质上的改变
①活性丧失；
②理化性质发生改变：溶解度降低、发生凝胶等；蛋白质的二级结构、三级结构、四级结构发生不同程度的变化。
（4）蛋白质变性的实际应用
①鸡蛋、肉类等经加热后因蛋白质变性而更易被消化。
②临床上用乙醇、煮沸、紫外线照射等消毒灭菌。
③可用于动物、昆虫标本的固定、保存和防腐。
④很多毒素的本质是蛋白质，加甲醛可使其固定，以减毒、封闭毒性碱基团作类毒素抗原，制作抗毒素。
⑤用于蛋白纯化中杂蛋白的沉淀。
⑥临床化验室用加热凝固反应检查尿液中的蛋白质。
⑦蛋白质分子与某些金属结合出现显色反应，如双缩脲反应可测定含量。
8举例说明蛋白质结构与功能的关系。
答：蛋白质结构与功能的关系的举例
（1）一级结构与功能的关系
①同功能的蛋白质具有相似的一级结构。如对哺乳动物、鱼类、鸟类等动物的胰岛素一级结构进行研究，发现这些不同种属动物的胰岛素绝大多数是由51个氨基酸残基组成的，并且这些不同种属动物胰岛素中有22个位置的氨基酸残基是不变的，尤其是决定二硫键位置的半胱氨酸没有变化。
②蛋白质一级结构的变化可能引起功能上的变化。如血红蛋白分子一级结构变化会引起镰刀状细胞贫血病。在血红蛋白4条肽链的574个氨基酸残基中，两条β链第六位的极性Glu（谷氨酸）被非极性的Val（缬氨酸）取代，由于Val位于分子表面，从而引起脱氧血红蛋白的溶解度下降，在细胞内易聚集沉淀，丧失了结合氧的能力，使正常红细胞变为新月状或镰刀状红细胞，从而造成严重的病态。
（2）空间结构与功能的关系
①蛋白质要具有特定的生物功能，就必须有相应的空间结构，以及为特定的氨基酸残基基团提供其发挥作用的相对位置和微环境。
②蛋白质空间结构的改变必然引起功能的相应改变。如对疯牛病发病的分子机制研究结果认为，引发疯牛病的朊病毒是由存在于牛脑中的正常的蛋白质分子转变而来，因其分子中的3个α螺旋转变成β折叠而能致病。