大學高等教育生物化學課后習題解答

第三章教基薇

提要

a-氨基酸是蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子，當用酸、堿或蛋白酶水解蛋白質(zhì)時可獲得

它們。蛋白質(zhì)中的氨基酸都是L型的。但堿水解得到的氨基酸是D型和L型的

消旋混合物。

參與蛋白質(zhì)組成的基本氨基酸只有20種。此外還有若干種氨基酸在某些蛋

白質(zhì)中存在，但它們都是在蛋白質(zhì)生物合成后由相應是基本氨基酸（殘基）經(jīng)

化學修飾而成。除參與蛋白質(zhì)組成的氨基酸外，還有很多種其他氨基酸存在與

各種組織和細胞中，有的是6-、丫-或5-氨基酸，有些是D型氨基酸。

氨基酸是兩性電解質(zhì)。當pH接近1時，氨基酸的可解離基團全部質(zhì)子化，

當pH在13左右時，則全部去質(zhì)子化。在這中間的某一pH（因不同氨基酸而異）,

氨基酸以等電的兼性離子（H;!NTHRC00）狀態(tài)存在。某一氨基酸處于凈電荷為零

的兼性離子狀態(tài)時的介質(zhì)pH稱為該氨基酸的等電點，用pl表示。

所有的a-氨基酸都能與瑋三酮發(fā)生顏色反應。a-NHz與2,4-二硝基氟苯

（DNFB）作用產(chǎn)生相應的DNP-氨基酸（Sanger反應）；a-NH2與苯乙硫鼠酸酯

（PITC）作用形成相應氨基酸的苯胺基硫甲酰衍生物（Edman反應）。胱氨酸中

的二硫鍵可用氧化劑（如過甲酸）或還原劑（如筑基乙醇）斷裂。半胱氨酸的

SH基在空氣中氧化則成二硫鍵。這幾個反應在氨基酸荷蛋白質(zhì)化學中占有重要

地位。

除甘氨酸外a-氨基酸的a-碳是一個手性碳原子，因此a-氨基酸具有光學

活性。比旋是a-氨基酸的物理常數(shù)之一，它是鑒別各種氨基酸的一種根據(jù)。

參與蛋白質(zhì)組成的氨基酸中色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸在紫外區(qū)有光吸收,

這是紫外吸收法定量蛋白質(zhì)的依據(jù)。核磁共振（NMR）波譜技術(shù)在氨基酸和蛋白

質(zhì)的化學表征方面起重要作用0

氨基酸分析分離方法主要是基于氨基酸的酸堿性質(zhì)和極性大小。常用方法

有離子交換柱層析、高效液相層析（HPLC）等。

習題

1.寫出下列氨基酸的單字母和三字母的縮寫符號：精氨酸、天冬氨酸、谷氨酰

氨、谷氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸。[見表3-1]

表3-1氨基酸的簡寫符號

二

單字字單字

三字母

名稱母符名稱母母符

符號

號符號

號

丙氨酸(alanine)AlaA亮氨酸（leucine）LeuL

精氨酸(arginine)ArgR賴氨酸（lysine）LysK

天冬酰氨甲硫氨酸（蛋氨

AsnNMetM

(asparagines)酸）（methionine）

天冬氨酸(aspartic苯丙氨酸

AspDPheF

acid)(phenylalanine)

半胱氨酸

CysC脯氨酸(praline)ProP

(cysteine)

谷氨酰氨

GinQ絲氨酸(serine)SerS

(glutamine)

谷氨酸(glutamic

GluE蘇氨酸(threonine)ThrT

acid)

甘氨酸(glycine)GlyG色氨酸(tryptophan)TrpW

組氨酸(histidine)HisH酪氨酸（tyrosine）TyrY

異亮氨酸

HeI綴氨酸(valine)VaiV

(isoleucine)

Asn和/或AspAsxBGin和/或GluGlsZ

2、計算賴氨酸的￡a-NH/20%被解離時的溶液PH。[9.9]

解：pH=pKa+lg20%pKa=10.53（見表3-3,P133）

pH=10.53+lg20%=9.83

3、計算谷氨酸的Y-C00H三分之二被解離時的溶液pH。[4.6]

解：pH=pKa+lg2/3pKa=4.25

pH=4.25+0.176=4.426

4、計算下列物質(zhì)0.3mol/L溶液的pH：（a）亮氨酸鹽酸鹽；（b）亮氨酸鈉鹽；（c）

等電亮氨酸。[（a）約1.46,（b）約11.5,卜）約6.05]

5、根據(jù)表3-3中氨基酸的pKa值，計算下列氨基酸的pl值：丙氨酸、半胱氨

酸、谷氨酸和精氨酸。[pl:6.02;5.02;3.22;10.76]

解：pl=1/2（pKal+pKa2）

pl(Ala)=1/2(2.34+9.69)=6.02

pl(Cys)=1/2(1.71+10.78)=5.02

pI(Glu)=1/2(2.19+4.25)=3.22

pl(Ala)=1/2(9.04+12.48)=10.76

6、向ILlmol/L的處于等電點的甘氨酸溶液加入0.3molHCl,問所得溶液的pH

是多少？如果加入如3moiNaOH以代替HC1時,pH將是多少?[pH：2.71；9.23]

解：pHl=pKal+lg(7/3)=2.71

pH2=pKa2+lg(3/7)=9.23

7、將丙氨酸溶液(400ml)調(diào)節(jié)到pH8.0,然后向該溶液中加入過量的甲醛，當

所得溶液用堿反滴定至Ph8.0時，消耗0.2mol/LNaOH溶液250ml。問起始溶液

中丙氨酸的含量為多少克？[4.45g]

8、計算0.25mol/L的組氨酸溶液在pH6.4時各種離子形式的濃度(mol/L)。[His"

為I78X10-4,His*為0.071,His°為2.8X10』

解:由pH=pKl+lg(His2710-64)=pKr+lg(His+/His2+)=pK2+lg(His0/His")

得His*為1.78X10，His+為0.071,His°為2.8XKT*

9、說明用含一個結(jié)晶水的固體組氨酸鹽酸鹽(相對分子質(zhì)量=209.6；咪唾基

pKa=6.0)和lmol/LKOH配制1LPH6.5的0.2mol/L組氨酸鹽緩沖液的方法[取

組氨酸鹽酸鹽41.92g(0.2mol),加入352mllmol/LKOH,用水稀釋至IL]

10、為什么氨基酸的苛三酮反應液能用測壓法定量氨基酸?

解：黃三酮在弱酸性溶液中與a-氨基酸共熱，引起氨基酸氧化脫氨脫竣反映,

(其反應化學式見P139),其中，定量釋放的CO?可用測壓法測量，從而計算出

參加反應的氨基酸量。

11、L-亮氨酸溶液(3.0g/50ml6mol/LHC1)在20cm旋光管中測得的旋光度為

+1.81°0計算L-亮氨酸在6moi/LHC1中的比旋([a])。[[a]=+15.1°]

12、標出異亮氨酸的4個光學異構(gòu)體的(R,S)構(gòu)型名稱。[參考圖3T5]

13、甘氨酸在溶劑A中的溶解度為在溶劑B中的4倍，苯丙氨酸在溶劑A中的

溶解度為溶劑B中的兩倍。利用在溶劑A和B之間的逆流分溶方法將甘氨酸和

苯丙氨酸分開。在起始溶液中甘氨酸含量為lOOmg,苯丙氨酸為81mg,試回

答下列問題：(1)利用由4個分溶管組成的逆流分溶系統(tǒng)時，甘氨酸和苯丙氨酸

各在哪一號分溶管中含量最高？(2)在這樣的管中每種氨基酸各為多少毫克？

[(1)第4管和第3管；(2)51.2mgGly+24mgPhe和38.4mgGly+36mgPhe]

解：根據(jù)逆流分溶原理，可得：

對于Gly：Kd=CA/CB=4=q(動相)/p(靜相)p+q=1=(1/5+4/5)

4個分溶管分溶3次:(1/5+4/5)J1/125+2/125+48/125+64/125

對于Phe：Kd=CA/CB=2=q(動相)/p(靜相)p+q=1=(1/3+2/3)

4個分溶管分溶3次:(1/3+2/3)3=1/27+6/27+12/27+8/27

故利用4個分溶管組成的分溶系統(tǒng)中，甘氨酸和苯丙氨酸各在4管和第3管中

含量最高，其中：

第4管：Gly：64/125X100=51.2mgPhe：8/27X81=24mg

第3管：Gly：48/125X100=38.4mgPhe：12/27X81=36mg

14、指出在正丁醇：醋酸：水的系統(tǒng)中進行紙層析時，下列混合物中氨基酸的

相對遷移率(假定水相的pH為4.5)：(l)Ile,Lys;(2)Phe,Ser(3)Ala,Vai,

Leu;(4)Pro,Vai(5)Glu,Asp;(6)Tyr,Ala,Ser,His.

[Ile>lys；Phe,>Ser；Leu>Vai>Ala,；Vai>Pro；Glu>Asp；Tyr>Ala>Ser

到is]

解：根據(jù)P151圖3-25可得結(jié)果。

15.將含有天冬氨酸(pl=2.98)、甘氨酸含1=5.97)、亮氨酸含1=6.53)和賴氨酸

(pl=5.98)的檸檬酸緩沖液，加到預先同樣緩沖液平衡過的強陽離交換樹脂中，

隨后用愛緩沖液析脫此柱，并分別收集洗出液，這5種氨基酸將按什么次序洗

脫下來？[Asp,Thr,Gly,Leu,Lys]

解：在pH3左右，氨基酸與陽離子交換樹脂之間的靜電吸引的大小次序是減刑

氨基酸(A?’)》中性氨基酸(，>酸性氨基酸(A°)。因此氨基酸的洗出順序大體上是

酸性氨基酸、中性氨基酸，最后是堿性氨基酸，由于氨基酸和樹脂之間還存在

疏水相互作用，所以其洗脫順序為:Asp,Thr,Gly,Leu,Lys。

第四#蛋白質(zhì)的*價轄構(gòu)

提要

蛋白質(zhì)分子是由一條或多條肽鏈構(gòu)成的生物大分子。多肽鏈是由氨基酸通

過肽鍵共價連接而成的，各種多肽鏈都有自己特定的氨基酸序列。蛋白質(zhì)的相

對分子質(zhì)量介于6000到1000000或更高。

蛋白質(zhì)分為兩大類：單純蛋白質(zhì)和綴合蛋白質(zhì)。根據(jù)分子形狀可分為纖維

狀蛋白質(zhì)、球狀蛋白質(zhì)和膜蛋白質(zhì)。此外還可按蛋白質(zhì)的生物學功能分類。

為了表示蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同組織層次，經(jīng)常使用一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三

級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)這樣一些專門術(shù)語。一級結(jié)構(gòu)就是共價主鏈的氨基酸序列，

有時也稱化學結(jié)構(gòu)。二、三和四級結(jié)構(gòu)又稱空間結(jié)構(gòu)（即三維結(jié)構(gòu)）或高級結(jié)

構(gòu)。

蛋白質(zhì)的生物功能決定于它的高級結(jié)構(gòu)，高級結(jié)構(gòu)是由一級結(jié)構(gòu)即氨基酸

序列決定的，二氨基酸序列是由遺傳物質(zhì)DNA的核甘酸序列規(guī)定的。

肽鍵（CO—NH）是連接多肽鏈主鏈中氨基酸殘缺的共價鍵，二硫鍵是使多

肽鏈之間交聯(lián)或使多肽鏈成環(huán)的共價鍵。

多肽鏈或蛋白質(zhì)當發(fā)生部分水解時，可形成長短不一的肽段。除部分水解

可以產(chǎn)生小肽之外，生物界還存在許多游離的小肽，如谷胱甘肽等。小肽晶體

的熔點都很高，這說明短肽的晶體是離子晶格、在水溶液中也是以偶極離子存

在的。

測定蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的策略是：（1）測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈數(shù)目；（2）

拆分蛋白質(zhì)分子的多肽鏈；（3）斷開多肽鏈內(nèi)的二硫橋；（4）分析每一多肽鏈

的氨基酸組成；（5）鑒定多肽鏈的N-末端和C-末端殘基；（6）斷裂多肽鏈成較

小的肽段，并將它們分離開來；（7）測定各肽段的氨基酸序列；（8）利用重疊

肽重建完整多肽鏈的一級結(jié)構(gòu)；（9）確定半胱氨酸殘基形成的S-S交聯(lián)橋的位

置。

序列分析中的重要方法和技術(shù)有：測定N-末端基的苯異硫氟酸酯（PITC）

法，分析C-末端基的竣肽酶法，用于多肽鏈局部斷裂的酶裂解和CNBr化學裂解,

斷裂二硫橋的筑基乙醇處理，測定肽段氨基酸序列的Edman化學降解和電噴射

串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)，重建多肽鏈一級序列的重疊肽拼湊法以及用于二硫橋定位的對

角線電泳等。

在不同生物體中行使相同或相似功能的蛋白質(zhì)稱同源蛋白質(zhì)。同源蛋白質(zhì)

具有明顯的序列相似性（稱序列同源），兩個物種的同源蛋白質(zhì)，其序列間的氨基

酸差異數(shù)目與這些物種間的系統(tǒng)發(fā)生差異是成比例的。并根據(jù)同源蛋白質(zhì)的氨

基酸序列資料建立起進化樹。同源蛋白質(zhì)具有共同的進化起源。

在生物體內(nèi)有些蛋白質(zhì)常以前體形試合成，只有按一定方式裂解除去部分

肽鏈之后才出現(xiàn)生物活性，這一現(xiàn)象稱蛋白質(zhì)的激活。血液凝固是涉及氨基酸

序列斷裂的一系列酶原被激活的結(jié)果，酶促激活的級聯(lián)放大，使血凝塊迅速形

成成為可能。凝血酶原和血清蛋白原是兩個最重要的血凝因子。血纖蛋白蛋白

原在凝血酶的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)檠宓鞍啄龎K（血塊的主要成分）。

我國在20世紀60年代首次在世界上人工合成了蛋白質(zhì)一一結(jié)晶牛胰島素。

近二、三十年發(fā)展起來的固相肽合成是控制合成技術(shù)上的一個巨大進步，它對

分子生物學和基因工程也就具有重要影響和意義。至今利用Merrifield固相肽

合成儀已成功地合成了許多肽和蛋白質(zhì)。

習題

1.如果一個相對分子質(zhì)量為12000的蛋白質(zhì)，含10種氨基酸，并假設(shè)每種氨基

酸在該蛋白質(zhì)分子中的數(shù)目相等，問這種蛋白質(zhì)有多少種可能的排列順序？

[1O100]

加91八12000/120_1Al00

2、有一個A肽，經(jīng)酸解分析得知為Lys、His、Asp、Glu2、Ala以及Vai、Tyr

和兩個NL分子組成。當A肽與FDNB試劑反應后得DNP-Asp；當用竣肽酶處理后

得游離綴氨酸。如果我們在實驗中將A肽用胰蛋白酶降解時，得到兩種肽，其

中一種(Lys、Asp、Glu>Ala>Tyr)在pH6.4時，凈電荷為零，另一種(His、

Glu以及Vai)可給除DNP-His,在pH6.4時，帶正電荷。此外，A肽用糜蛋白

酶降解時，也得到兩種肽，其中一種(Asp、Ala、Tyr)在pH6.4時全中性，另

一種(Lys、His、Glu2以及Vai)在pH6.4時帶正電荷。問A肽的氨基酸序列

如何？[Asn-Ala-Tyr-Glu-LysTis-Gln-Val]

解：1、N-末端分析:FDNB法得:Asp-；

2、C-末端分析：竣肽酶法得：-Vai；

3、胰蛋白酶只斷裂賴氨酸或精氨酸殘基的竣基形成的肽鍵，得到的是以Arg

和Lys為C-末端殘基的肽斷。酸水解使Asn-*Asp+NH「，由已知條件(Lys、Asp、

Glu、Ala、Tyr)可得：Asn-()-()-()-Lys-()-()-Val；

4>FDNB法分析N-末端得DNP-His,酸水解使Gin-*Glu+NH；由已知條件(His、

Glu、Vai)可得：Asn-()-()-()-Lys-His-Gln-Val；

5、糜蛋白酶斷裂Phe、Trp和Tyr等疏水氨基酸殘基的竣基端肽鍵。由題,

得到的一條肽(Asp、Ala、Tyr)結(jié)合(3)、(4)可得該肽的氨基酸序列為：

Asn-Ala-Tyr-Glu-Lys-His-Gln-Val

3、某多肽的氨基酸序列如下：

Glu-Val-Lys-Asn-Cys-Phe-Arg-Trp-Asp-Leu-Gly-Ser-Leu-Glu-

Ala-Thr-Cys-Arg-His-Met-Asp-Gln-Cys-Tyr-Pro-Gly-Glu_Glu-Lyso(1)如用

胰蛋白酶處理，此多肽將產(chǎn)生幾個肽？并解釋原因(假設(shè)沒有二硫鍵存在)；(2)

在pH7.5時，此多肽的凈電荷是多少單位？說明理由(假設(shè)pKa值：a-C00H4.0；

+

a-NH36.0；Glu和Asp側(cè)鏈基4.0；Lys和Arg側(cè)鏈基11.0；His側(cè)鏈基7.5；

Cys側(cè)鏈基9.0；Tyr側(cè)鏈基11.0)；(3)如何判斷此多肽是否含有二硫鍵？假

如有二硫鍵存在，請設(shè)計實驗確定5,17和23位上的Cys哪兩個參與形成？[(1)

4個肽；(2)-2.5單位；(3)如果多肽中無二硫鍵存在，經(jīng)胰蛋白酶水解后應

得4個肽段；如果存在一個二硫鍵應得3個肽段并且個肽段所帶電荷不同，因

此可用離子交換層析、電泳等方法將肽段分開，鑒定出含二硫鍵的肽段，測定

其氨基酸順序，便可確定二硫鍵的位置]

4、今有一個七肽，經(jīng)分析它的氨基酸組成是：Lys、Pro、Arg、Phe、Ala、Tyr

和Ser。此肽未經(jīng)糜蛋白酶處理時，與FDNB反應不產(chǎn)生a-DNP-氨基酸。經(jīng)糜蛋

白酶作用后，此肽斷裂城兩個肽段，其氨基酸組成分別為Ala、Tyr、Ser和Pro、

Phe、Lys、Argo這兩個肽段分別與FDNB反應，可分別產(chǎn)生DNP-Ser和DNP-Lys。

此肽與胰蛋白酶反應能生成兩個肽段，它們的氨基酸組成分別是Arg、Pro和Phe、

Tyr>Lys、Ser、Ala。試問此七肽的一級結(jié)構(gòu)怎樣？[它是一個環(huán)肽，序列為：

-Phe-Ser-Ala-Tyr-Lys-Pro-Arg-]

解：(1)此肽未經(jīng)糜蛋白酶處理時，與FDNB反應不產(chǎn)生a-DNP-氨基酸，說明

此肽不含游離末端NH2,即此肽為一環(huán)肽；

(2)糜蛋白酶斷裂Phe、Trp和Tyr等疏水氨基酸殘基的竣基端肽鍵，由

已知兩肽段氨基酸組成(Ala、Tyr>Ser和Pro、Phe>Lys>Arg)可得：

-()-(HTyTX)-()-()-Phe-；

(3)由(2)得的兩肽段分別與FDNB反應，分別產(chǎn)生DNP-Ser和DNP-Lys

可知該兩肽段的N-末端分別為-Ser-和-Lys-,結(jié)合(2)可得：-Ser-Ala-Tyr-

和-Lys-()-()-Phe-；

(4)胰蛋白酶專一斷裂Arg或Lys殘基的竣基參與形成的肽鍵，由題生成

的兩肽段氨基酸組成(Arg、Pro和Phe、Tyr、Lys、Ser>Ala)可得：-Pro-Arg-

和-()-()-()-()-Lys；

綜合(2)、(3)、(4)可得此肽一級結(jié)構(gòu)為：-Lys-Pro-Arg-Phe-Ser-Ala-Tyr-

5、三肽Lys-Lys-Lys的pl值必定大于它的任何一個個別基團的pKa值，這

種說法是否正確？為什么？[正確，因為此三肽處于等電點時，七解離集團所處

的狀態(tài)是C-末端COO(pKa=3.0),N末端NH2(pKa會8.0),3個側(cè)鏈3(1/3￡-

+

NH3)(pKa=10.53)，因此pl>最大的pKa值(10.53)]

6、一個多肽可還原為兩個肽段，它們的序列如下：鏈1為

Ala-Cys-Phe-Pro-Lys-Arg-Trp-Cys-Arg-Arg-

Val-Cys；鏈2為Cys-Tyr-Cys-Phe-Cys。當用嗜熱菌蛋白酶消化原多肽(具有

完整的二硫鍵)時可用下列各肽:(1)(Ala、Cys2、Vai)；(2)(Arg、Lys、Phe、

Pro)；(3)(Arg2>Cys2>Trp、Tyr)；(4)(Cys2、Phe)。試指出在該天然多肽

中二硫鍵的位置。(結(jié)構(gòu)如下圖)

1S-S1

Ala-Cys-Phe-Pro-Lys-Arg-Trp-Cys-Arg-Arg-ValCys

I

S

S

Cys-TyrrCys-Phe-Cys

s-s

解：嗜熱菌蛋白酶作用專一性較差，根據(jù)題中已知條件：

（1）消化原多肽得到（Ala、Cys2、Vai）,說明鏈1在2位Cys后及11位

Vai前發(fā)生斷裂，2位Cys與12位Cys之間有二硫鍵；

（2）由鏈1序列可得該肽段序列為：-Phe-Pro-Lys-Arg-；

（3）由（1）（2）可知該肽段（Arg2、Cys2、Trp、Tyr）中必有一Cys來自

鏈2,另一Cys為鏈1中8位Cys,即鏈1中8位Cys與鏈2中的一個Cys有二

硫鍵；

（4）嗜熱菌蛋白酶能水解Tyr、Phe等疏水氨基酸殘基，故此肽（Cys2、

Phe）來自鏈2,結(jié)合（3）中含Tyr,可知（3）中形成的二硫鍵為鏈18位Cys

與鏈2中3位Cys與鏈2中3位Cys之間；（4）中（Cys2、Phe）說明鏈2中1

位Cys與5位Cys中有二硫鍵。

綜合（1）、（2）、（3）、（4）可得結(jié)果。

7、一個十肽的氨基酸分析表明其水解液中存在下列產(chǎn)物：

+

NHtAspGluTyrArg

MetProLysSerPhe

并觀察下列事實：（1）用竣肽酶A和B處理該十肽無效；（2）胰蛋白酶處理產(chǎn)

生兩個四肽和游離的Lys；（3）梭菌蛋白酶處理產(chǎn)生一個四肽和一個六肽；（4）

浪化氫處理產(chǎn)生一個八肽和一個二肽，用單字母符號表示其序列為NP；（5）胰

凝乳蛋白酶處理產(chǎn)生兩個三肽和一個四肽，N-末端的胰凝乳蛋白酶水解肽段在

中性pH時攜帶-1凈電荷，在pH12時攜帶-3凈電荷；（6）一輪Edman降解給出

下面的PTH衍生物：

0H

寫出該十肽的氨基酸序列。[Ser-Glu-Tyr-Arg-Lys-Lys-Phe-Met-Asn-Pro]

解：（1）用竣肽酶A和B處理十肽無效說明該十肽C-末端殘基為-Pro；

（2）胰蛋白酶專一斷裂Lys或Arg殘基的竣基參與形成的肽鍵，該十肽在

胰蛋白酶處理后產(chǎn)生了兩個四肽和有利的Lys,說明十肽中含Lys—或-Arg—

-Lys-Lys—或-Arg-LysLys—Arg-Lys四種可能的肽段，且水解位置在

4與5、5與6或4與5、8與9、9與10之間；

（3）梭菌蛋白酶專一裂解Arg殘基的竣基端肽鍵，處理該十肽后，產(chǎn)生一

個四肽和一個六肽，則可知該十肽第四位為-Arg-；

（4）澳化氟只斷裂由Met殘基的竣基參加形成的肽鍵，處理該十肽后產(chǎn)生

一個八肽和一個二肽，說明該十肽第八位或第二位為-Met-；用單字母表示二肽

為NP,即-Asn-Pro-,故該十肽第八位為-Met-；

（5）胰凝乳蛋白酶斷裂Phe、Trp和Tyr等疏水氨基酸殘基的竣基端肽鍵，

處理該十肽后，產(chǎn)生兩個三肽和一個四肽，說明該十肽第三位、第六位或第七

位為Trp或Phe；

（6）一輪Edman降解分析N-末端，根據(jù)其反應規(guī)律，可得N-末端氨基酸殘

疾結(jié)構(gòu)式為：-NH-CH（-CH20H）-C（=0）-,還原為-NH-CH（-CH2OH）-COOH-,可知此

為Ser；

結(jié)合（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）可知該十肽的氨基酸序列為：

Ser-Glu-Tyr-Arg-Lys-Lys-Phe-Met-Asn-Pro

8、一個四肽，經(jīng)胰蛋白酶水解得兩個片段，一個片段在280nm附近有強的光吸

收，并且Pauly反應和坂口反應（檢測月瓜基的）呈陽性。另一片段用漠化氟處

理釋放出一個與苛三酮反應呈黃色的氨基酸。寫出此四肽的氨基酸序列。［YRMP］

解：胰蛋白酶酶專一水解Lys和Arg殘基的竣基參與形成的肽鍵，故該四肽中

含Lys或Arg；一肽段在280nm附近有強光吸收且Pauly反應和坂口反應（檢測

胭基的）呈陽性，說明該肽段含Tyr和Arg；浪化氟專一斷裂Met殘基的竣基參

加形成的肽鍵，又因生成了與苗三酮反應呈黃色的氨基酸，故該肽段為

-Met-Pro-；所以該四肽的氨基酸組成為Tyr-Arg-Met-Pro,即YRMP。

9、蜂毒明肽（apamin）是存在蜜蜂毒液中的一個十八肽，其序列為

CNCKAPETALCARRCQQH,已知蜂毒明肽形成二硫鍵，不與碘乙酸發(fā)生反應，（1）

問此肽中存在多少個二硫鍵？（2）請設(shè)計確定這些（個）二硫鍵位置的策略。

［（1）兩個；（2）二硫鍵的位置可能是1-3和11-15或和3-15或1-15和

3-11,第一種情況，用胰蛋白酶斷裂將產(chǎn)生兩個肽加Arg；第二種情況和第三種，

將產(chǎn)生一個肽加Arg,通過二硫鍵部分氧化可以把后兩種情況區(qū)別開來。］

10、敘述用Mernfield固相化學方法合成二肽Lys-Ala。如果你打算向Lys-Ala

加入一個亮氨酸殘基使成三肽，可能會掉進什么樣的“陷坑”？

解：（1）用B0C保護Ala氨基端，然后將其竣基掛接在樹脂上；

（2）除去N端保護，將用B0C保護的Arg用縮合劑DDC與Ala相連；

（3）將把樹脂懸浮在無水三氟乙酸中，通人干燥的HBr,使肽與樹脂脫離，同

時保護基也被切除。

若打算向Lys-Ala加入一個亮氨酸殘基使成三肽，可能的坑為：Leu可能接在

Arg的非a-氨基上。

第五*蛋白質(zhì)的三瓶輅構(gòu)

提要

每一種蛋白質(zhì)至少都有一種構(gòu)像在生理條件下是穩(wěn)定的，并具有生物活性,

這種構(gòu)像稱為蛋白質(zhì)的天然構(gòu)像。研究蛋白質(zhì)構(gòu)像的主要方法是X射線晶體結(jié)

構(gòu)分析。此外紫外差光譜、熒光和熒光偏振、圓二色性、核磁共振和重氫交換

等被用于研究溶液中的蛋白質(zhì)構(gòu)像。

穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)像的作用有氫鍵、范德華力、疏水相互作用和離子鍵。此外

二硫鍵在穩(wěn)定某些蛋白質(zhì)的構(gòu)像種也起重要作用。

多肽鏈折疊成特定的構(gòu)像受到空間上的許多限制。就其主鏈而言，由于肽

鏈是由多個相鄰的肽平面構(gòu)成的，主鏈上只有a-碳的二平面角中和中能自由旋

轉(zhuǎn)，但也受到很大限制。某些中和中值是立體化學所允許的，其他值則不被允

許。并因此提出了拉氏構(gòu)像，它表明蛋白質(zhì)主鏈構(gòu)象在圖上所占的位置是很有

限的(7.7%-20.3%)0

蛋白質(zhì)主鏈的折疊形成由氫鍵維系的重復性結(jié)構(gòu)稱為二級結(jié)構(gòu)。最常見的

二級結(jié)構(gòu)元件有a螺旋、B轉(zhuǎn)角等。a螺旋是蛋白質(zhì)中最典型、含量最豐富的

二級結(jié)構(gòu)。a螺旋結(jié)構(gòu)中每個肽平面上的鍛氧和酰氨氫都參與氫鍵的形成，因

此這種構(gòu)象是相當穩(wěn)定的。氫鍵大體上與螺旋軸平行，每圈螺旋占3.6個氨基

酸殘基，每個殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100°,螺距為0.54nm。a-角蛋白是毛、發(fā)、甲、

蹄中的纖維狀蛋白質(zhì)，它幾乎完全由a螺旋構(gòu)成的多肽鏈構(gòu)成。B折疊片中肽

鏈主鏈處于較伸展的曲折（鋸齒）形式，肽鏈之間或一條肽鏈的肽段之間借助

氫鍵彼此連接成片狀結(jié)構(gòu)，故稱為B折疊片，每條肽鏈或肽段稱為B折疊股或

B股。肽鏈的走向可以有平行和反平行兩種形式。平行折疊片構(gòu)象的伸展程度

略小于反平行折疊片，它們的重復周期分別為0.65nm和0.70nmo大多數(shù)B折疊

股和B折疊片都有右手扭曲的傾向，以緩解側(cè)鏈之間的空間應力（steric

strain）。蠶絲心蛋白幾乎完全由扭曲的反平行B折疊片構(gòu)成。膠原蛋白是動物

結(jié)締組織中最豐富的結(jié)構(gòu)蛋白，有若干原膠原分子組成。原膠原是一種右手超

螺旋結(jié)構(gòu)，稱三股螺旋。彈性蛋白是結(jié)締組織中另一主要的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)按其外形和溶解度可分為纖維狀蛋白質(zhì)、球狀蛋白質(zhì)和膜蛋白。a-

角蛋白、絲心蛋白（6-角蛋白）、膠原蛋白和彈性蛋白是不溶性纖維狀蛋白質(zhì)；

肌球蛋白和原肌球蛋白是可溶性纖維狀蛋白質(zhì)，是肌纖維中最豐富的蛋白質(zhì)。

球狀蛋白質(zhì)是一類可溶性的功能蛋白，如酶、抗體、轉(zhuǎn)運蛋白、蛋白質(zhì)激素等,

膜蛋白是一類與膜結(jié)構(gòu)和功能緊密相關(guān)的蛋白質(zhì)，它們又可分為膜內(nèi)在蛋白質(zhì)、

脂錨定蛋白質(zhì)以及膜周邊蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一般被分為4個組織層次（折疊層次），一級、二級、三級和四

級結(jié)構(gòu)。細分時可在二、三級和四級結(jié)構(gòu)。細分時可在二、三級之間增加超二

級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域兩個層次。超二級結(jié)構(gòu)是指在一級序列上相鄰的二級結(jié)構(gòu)在三

維折疊中彼此靠近并相互作用形成的組合體。超二級結(jié)構(gòu)有3種基本形式：a

a（螺旋束）、BaB（如Rossman折疊）、BB（B曲折和希臘鑰匙拓撲結(jié)構(gòu)）。

結(jié)構(gòu)域是在二級結(jié)構(gòu)和超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成并相對獨立的三級結(jié)構(gòu)局部折

疊區(qū)。結(jié)構(gòu)域常常也就是功能域。結(jié)構(gòu)域的基本類型有：全平行a螺旋結(jié)構(gòu)域、

平行或混合型B折疊片結(jié)構(gòu)域、反平行B折疊片結(jié)構(gòu)域和富含金屬或二硫鍵結(jié)

構(gòu)域等4類。

球狀蛋白質(zhì)可根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)分為全a-結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)、a、B-結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)、

全B-結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)和富含金屬或二硫鍵蛋白質(zhì)等。球狀蛋白質(zhì)有些是單亞基的，

稱單體蛋白質(zhì)，有些是多亞基的，稱寡聚或多聚蛋白質(zhì)。亞基一般是一條多肽

鏈。亞基（包括單體蛋白質(zhì)）的總?cè)S結(jié)構(gòu)稱三級結(jié)構(gòu)。球狀蛋白質(zhì)種類很多,

結(jié)構(gòu)也很復雜，各有自己獨特的三維結(jié)構(gòu)。但球狀蛋白質(zhì)分子仍有某些共同的

結(jié)構(gòu)特征：①一種分子可含多種二級結(jié)構(gòu)元件，②具有明顯的折疊層次，③緊

密折疊成球狀或橢球狀結(jié)構(gòu)，④疏水測鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水基團暴露在分

子表面，⑤分子表面往往有一個空穴（活性部位）。

蛋白質(zhì)受到某些物理或化學因素作用時，引起生物活性丟失，溶解度降低

以及其他的物理化學常數(shù)的改變，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)變性。變性實質(zhì)是非共

價鍵破裂，天然構(gòu)象解體，但共價鍵未遭破裂。有些變性是可逆的。蛋白質(zhì)變

性和復性實驗表明，一級結(jié)構(gòu)規(guī)定它的三維結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的生物學功能是蛋白

質(zhì)天然構(gòu)象所具有的性質(zhì)。天然構(gòu)象是在生理條件下熱力學上最穩(wěn)定的即自由

能最低的三維結(jié)構(gòu)。

蛋白質(zhì)折疊不是通過隨機搜索找到自由能最低構(gòu)象的。折疊動力學研究表

明，多肽鏈折疊過程中存在熔球態(tài)的中間體，并有異構(gòu)酶和伴侶蛋白質(zhì)等參加。

寡聚蛋白是由兩個或多個亞基通過非共價相互作用締合而成的聚集體。締

合形成聚集體的方式構(gòu)成蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)，它涉及亞級在聚集體中的空間排

列（對稱性）以及亞基之間的接觸位點（結(jié)構(gòu)互補）和作用力（非共價相互作

用的類型）。

習題

1.（1）計算一個含有78個氨基酸的a螺旋的軸長。（2）此多肽的a螺旋完全

伸展時多長？[11.7nm；28.08nm]

解：（1）考慮到a螺旋中每3.6個氨基酸殘基上升0.54nm,故該a螺旋的軸長

為：

78X0.54/3.6=11.7nm

（2）考慮到完全伸展時每個氨基酸殘基約占0.36nm,故此時長為：

78X0.36=28.08nm

2.某一蛋白質(zhì)的多肽鏈除一些區(qū)段為a螺旋構(gòu)想外，其他區(qū)段均為B折疊片構(gòu)

5

象。該蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量為240000,多肽鏈外形的長度為5.06X10cmo試

計算：a螺旋占該多肽鏈的百分數(shù)。（假設(shè)B折疊構(gòu)象中每氨基酸殘疾的長度為

0.35nm）[59%]

解:一般來講氨基酸的平均分子量為120Da,此蛋白質(zhì)的分子量為240000Da,

所以氨基酸殘基數(shù)為240000^120=2000個。設(shè)有X個氨基酸殘基呈a螺旋結(jié)構(gòu)，

則：

X-0.15+（2000-X）X0.35=5.06X10-5X107=506nm

解之得X=970,a螺旋的長度為970X0.15=145.5,故a-螺旋占該蛋白質(zhì)分子

的百分比為：

145.5/536X100%=29%

3.雖然在真空中氫鍵鍵能約為20kj/mol,但在折疊的蛋白質(zhì)中它對蛋白質(zhì)的穩(wěn)

定始貢獻卻要小得多（＜5kj/mol）。試解釋這種差別的原因。[在伸展的蛋白質(zhì)

中大多數(shù)氫鍵的供體和接納體都與水形成氫鍵。這就是氫鍵能量對穩(wěn)定始貢獻

小的原因。]

4.多聚甘氨酸是一個簡單的多肽，能形成一個具有6=-80°中=+120°的螺旋,

根據(jù)拉氏構(gòu)象圖(圖5-13),描述該螺旋的(a)手性；(b)每圈的堿基數(shù)。［(a)

左手；(b)3.0］

解：據(jù)P206圖5-13拉氏構(gòu)象圖，=4>-80°中=+120°時可知該螺旋為左手性,

每圈殘基數(shù)為3.0。

5.a螺旋的穩(wěn)定性不僅取決于肽鏈間的氫鍵形成，而且還取決于肽鏈的氨基酸

側(cè)鏈的性質(zhì)。試預測在室溫下的溶液中下列多聚氨基酸那些種將形成a螺旋，

那些種形成其他的有規(guī)則的結(jié)構(gòu)，那些種不能形成有規(guī)則的結(jié)構(gòu)？并說明理由。

(1)多聚亮氨酸,pH=7.0；(2)多聚異亮氨酸,pH=7.0；(3)多聚精氨酸,pH=7.0；

(4)多聚精氨酸，pH=13；(5)多聚谷氨酸，pH=1.5；(6)多聚蘇氨酸，pH=7.0；

(7)多聚脯氨酸，pH=7.0；［(1)(4)和(5)能形成a螺旋；(2)(3)和(6)

不能形成有規(guī)則的結(jié)構(gòu)；(7)有規(guī)則，但不是a螺旋］

6.多聚甘氨酸的右手或左手a螺旋中哪一個比較穩(wěn)定？為什么？［因為甘氨酸

是在a-碳原子上呈對稱的特殊氨基酸，因此可以預料多聚甘氨酸的左右手a螺

旋(他們是對映體)在能量上是相當?shù)?，因而也是同等穩(wěn)定的。］

7.考慮一個小的含101殘基的蛋白質(zhì)。該蛋白質(zhì)將有200個可旋轉(zhuǎn)的鍵。并假

設(shè)對每個鍵小和中有兩個定向。問：(a)這個蛋白質(zhì)可能有多種隨機構(gòu)象(W)?

(b)根據(jù)(a)的答案計算在當使Imol該蛋白質(zhì)折疊成只有一種構(gòu)想的結(jié)構(gòu)時

構(gòu)想燧的變化(△$折疊)；(c)如果蛋白質(zhì)完全折疊成由H鍵作為穩(wěn)定焰的唯一

來源的a螺旋，并且每molH鍵對焰的貢獻為-5kj/moL試計算AH折疊；(d)根

據(jù)逆的(b)和(c)的答案，計算25℃時蛋白質(zhì)的AG折疊。該蛋白質(zhì)的折疊形

式在25℃時是否穩(wěn)定？

20060

［(a)W=2=l.61X1O；(b)AS折疊=1.15kj/(K-mol)(c)AH折置100X(-5

kj/mol)=-500kj/mol；注意，這里我們沒有考慮在螺旋末端處某些氫鍵不能

形成這一事實，但考慮與否差別很小。(d)AG折疊=-157.3kj/mol.由于在25℃

時AG折疊〈0,因此折疊的蛋白質(zhì)是穩(wěn)定的。］

8.兩個多肽鏈A和B,有著相似的三級結(jié)構(gòu)。但是在正常情況下A是以單體形式

存在的，而B是以四聚體(BD形式存在的，問A和B的氨基酸組成可能有什么

差別。［在亞基-亞基相互作用中疏水相互作用經(jīng)常起主要作用，參與四聚體B,

的亞基-亞基相互作用的表面可能比單體A的對應表面具有較多的疏水殘基。］

9.下面的序列是一個球狀蛋白質(zhì)的一部分。利用表5-6中的數(shù)據(jù)和Chou-Faman

的經(jīng)驗規(guī)則，預測此區(qū)域的二級結(jié)構(gòu)。RRPVVLMAACLRPVVFITYGDGGTYYHWYH

［殘基4-11是一個a螺旋，殘基1479和24-30是B折疊片。殘基20-23很可

能形成B轉(zhuǎn)角］

10.從熱力學考慮，完全暴露在水環(huán)境中和完全埋藏在蛋白質(zhì)分子非極性內(nèi)部的

兩種多肽片段，哪一種更容易形成a螺旋？為什么？［埋藏在蛋白質(zhì)的非極性內(nèi)

部時更容易形成a螺旋。因為在水環(huán)境中多肽對穩(wěn)定熔(△H折Q的貢獻要小些。］

11.一種酶相對分子質(zhì)量為300000,在酸性環(huán)境中可解離成兩個不同組分，其中

一個組分的相對分子質(zhì)量為100000,另一個為50000o大的組分占總蛋白質(zhì)的

三分之二，具有催化活性。用B-筑基乙醇（能還原二硫橋）處理時，大的失去

催化能力，并且它的沉降速度減小，但沉降圖案上只呈現(xiàn)一個峰（參見第7章）。

關(guān)于該酶的結(jié)構(gòu)作出什么結(jié)論？［此酶含4個亞基，兩個無活性亞基的相對分子

質(zhì)量為50000,兩個催化亞基的相對分子質(zhì)量為100000,每個催化亞基是由兩

條無活性的多肽鏈（相對分子質(zhì)量為50000）組成。彼此間由二硫鍵交聯(lián)在一起。］

12.今有一種植物的毒素蛋白，直接用SDS凝膠電泳分析（見第7章）時，它的

區(qū)帶位于肌紅蛋白（相對分子質(zhì)量為16900）和B-乳球蛋白（相對分子質(zhì)量

37100）兩種蛋白之間，當這個毒素蛋白用筑基乙醇和碘乙酸處理后，在SDS

凝膠電泳中仍得到一條區(qū)帶，但其位置靠近標記蛋白細胞素（相對分子質(zhì)量為

13370）,進一步實驗表明，該毒素蛋白與FDNB反應并酸水解后，釋放出游離的

DNP-Gly和DNP-Tyr0關(guān)于此蛋白的結(jié)構(gòu)，你能做出什么結(jié)論？［該毒素蛋白由

兩條不同的多肽鏈通過鏈間二硫鍵交聯(lián)而成，每條多肽鏈的相對分子質(zhì)量各在

13000左右。］

13.一種蛋白質(zhì)是由相同亞基組成的四聚體。（a）對該分子說出兩各種可能的對

稱性。穩(wěn)定締合的是哪種類型的相互作用（同種或異種）？（b）假設(shè)四聚體，

如血紅蛋白，是由兩個相同的單位（每個單位含a和B兩種鏈）組成的。問它

的最高對稱性是什么？［（a）C4和D2,C4是通過異種相互作用締合在一起，D2

是通過同種相互作用締合在一起，（b）C2因為每個aB二聚體是一個不對稱的

原聚體］

14.證明一個多階段裝配過程比一個單階段裝配過程更容易控制蛋白質(zhì)的質(zhì)量。

考慮一個多聚體酶復合物的合成，此復合物含6個相同的二聚體，每個二聚體

由一個多肽A和一個B組成，多肽A和B的長度分別為300個和700個氨基酸

殘基。假設(shè)從氨基酸合成多肽鏈，多肽鏈組成二聚體，再從二聚體聚集成多聚

體酶，在這一建造過程中每次操作的錯誤頻率為108,假設(shè)氨基酸序列沒有錯誤

的話，多肽的折疊總是正確的，并假設(shè)在每一裝配階段剔除有缺陷的亞結(jié)構(gòu)效

率為100%,試比較在下列情況下有缺陷復合物的頻率：(1)該復合物以一條6000

個氨基酸連續(xù)的多肽鏈一步合成，鏈內(nèi)含有6個多肽A和6個多肽B。(2)該復

合物分3個階段形成：第一階段，多肽A和B的合成；第二階段，AB二聚體的

形成；第三階段，6個AB二聚體裝配成復合物。

[(1)有缺陷復合物的平均頻率是6000><10-8=6><10刃

[(2)由于有缺陷的二聚體可被剔除，因此有缺陷復合物的平均率只是最后階

8

段的操作次數(shù)(5次操作裝配6個亞基)乘以錯誤頻率，即：5X10-o因此它比

一步合成所產(chǎn)生的缺陷頻率約低1000倍。]

第人*蛋白質(zhì)輅構(gòu)易功健的美系

提要

肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)是脊椎動物中的載氧蛋白質(zhì)。肌紅蛋白

便于氧在肌肉中轉(zhuǎn)運，并作為氧的可逆性貯庫。而血紅蛋白是血液中的氧載體。

這些蛋白質(zhì)含有一個結(jié)合得很緊的血紅素輔基。它是一個取代的嚇咻，在其中

央有一個鐵原子。亞鐵(Fe")態(tài)的血紅素能結(jié)合氧，但高鐵(+3)態(tài)的不能結(jié)

合氧。紅血素中的鐵原子還能結(jié)合其他小分子如CO、NO等。

肌紅蛋白是一個單一的多肽鏈，含153個殘基，外形緊湊。Mb內(nèi)部幾乎都

是非極性殘基。多肽鏈中約75%是a螺旋，共分八個螺旋段。一個亞鐵血紅素即

位于疏水的空穴內(nèi)，它可以保護鐵不被氧化成高鐵。血紅素鐵離子直接與一個

His側(cè)鏈的氮原子結(jié)合。此近側(cè)His（H8）占據(jù)5個配位位置。第6個配位位置

是的結(jié)合部位。在此附近的遠側(cè)His（E7）降低在氧結(jié)合部位上CO的結(jié)合，

并抑制血紅素氧化或高鐵態(tài)。

氧與Mb結(jié)合是可逆的。對單體蛋白質(zhì)如Mb來說，被配體（如）占據(jù)的結(jié)

合部位的分數(shù)是配體濃度的雙曲線函數(shù)，如Mb的氧集合曲線。血紅蛋白由4個

亞基（多肽鏈）組成，每個亞基都有一個血紅素基。HbA是成人中主要的血紅

蛋白，具有a2B2的亞基結(jié)構(gòu)。四聚體血紅蛋白中出現(xiàn)了單體血紅蛋白所不具有

的新性質(zhì)，Hb除運載氧外還能轉(zhuǎn)運和CO?。血紅蛋白以兩種可以相互轉(zhuǎn)化的構(gòu)

象態(tài)存在，稱T（緊張）和R（松弛）態(tài)。T態(tài)是通過幾個鹽橋穩(wěn)定的。無氧結(jié)

合時達到最穩(wěn)定。氧的結(jié)合促進T態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镽態(tài)。

氧與血紅蛋白的結(jié)合是別構(gòu)結(jié)合行為的一個典型例證。T態(tài)和R態(tài)之間的構(gòu)

象變化是由亞基-亞基相互作用所介導的，它導致血紅蛋白出現(xiàn)別構(gòu)現(xiàn)象。Hb呈

現(xiàn)3種別構(gòu)效應。第一，血紅蛋白的氧結(jié)合曲線是S形的，這以為著氧的結(jié)合

是協(xié)同性的。氧與一個血紅素結(jié)合有助于氧與同一分子中的其他血紅素結(jié)合。

第二，出和CO?促進從血紅蛋白中釋放，這是生理上的一個重要效應，它提高

。2在代謝活躍的組織如肌肉的釋放。相反的，促進和CO?在肺泡毛細血管中

的釋放。H\CO2和。2的結(jié)合之間的別構(gòu)聯(lián)系稱為Bohr效應。第三，血紅蛋白對

。2的親和力還受2、3-二磷酸甘油酸（BPG）調(diào)節(jié)，BPG是一個負電荷密度很高的

小分子。BPG能與去氧血紅蛋白結(jié)合，但不能與氧合血紅蛋白結(jié)合。因此，BPG

是降低血紅蛋白對氧的親和力的。胎兒血紅蛋白（azBz）比成年人的血紅蛋白

（a202）有較高的氧親和力，就是因為它結(jié)合BPG較少。

導致一個蛋白質(zhì)中氨基酸改變的基因突變能產(chǎn)生所謂分子病，這是一種遺

傳病。了解最清楚的分子病是鐮刀狀細胞貧血病。這種病人的步正常血紅蛋白

稱為HbS,它只是在兩條B鏈第六位置上的Glu倍置換乘Vai。這一改變在血

紅蛋白表面上產(chǎn)生一個疏水小區(qū)，因而導致血紅蛋白聚集成不溶性的纖維束，

并引起紅細胞鐮刀狀化和輸氧能力降低。純合子的病人出現(xiàn)慢性貧血而死亡。

地中海貧血是由于缺失一個或多個編碼血紅蛋白鏈的基因造成的。

棉衣反映是由特化的白細胞一一淋巴細胞和巨噬細胞及其相關(guān)的蛋白質(zhì)之

間的相互作用介導的。T淋巴細胞產(chǎn)生T細胞受體，B淋巴細胞產(chǎn)生免疫球蛋白，

即抗體。所有的細胞都能產(chǎn)生MHC蛋白，它們在細胞表面展示宿主（自我）肽

或抗原（非自我）肽。助T細胞誘導那些產(chǎn)生免疫球蛋白的B細胞和產(chǎn)生T細

胞受體的胞毒T細胞增殖。免疫球蛋白或T細胞受體能與特異的抗原結(jié)合。一

個特定的祖先細胞通過刺激繁殖，產(chǎn)生一個具有同樣免疫能力的細胞群的過程

稱為克隆選擇。

人類具有5個類別的免疫球蛋白，每一類別的生物學功能都是不同的。最

豐富的是IgG類，它由4條多肽鏈組成，兩條重鏈，兩條輕鏈，通過二硫鍵連

接成Y形結(jié)構(gòu)的分子?？拷黋的兩“臂”頂端的結(jié)構(gòu)域是多變區(qū)，形成來年各

個抗原結(jié)合部位。一個給頂?shù)拿庖咔虻鞍滓话阒唤Y(jié)合一個大抗原分子的一部分,

稱為表位。結(jié)合經(jīng)常涉及IgG的構(gòu)象變化，以便與抗原誘導契合。由于抗體容

易制取并具有高度特異性，它成為許多分析和制備生化方法的核心，如酶聯(lián)免

疫吸附測定（ELISA）、Western印跡和單克隆抗體技術(shù)等都得到廣泛應用。

在發(fā)動機蛋白質(zhì)中蛋白質(zhì)-配體相互作用上空間和時間的組織達到相當完

善的程度。肌肉收縮是由于肌球蛋白和肌動蛋白“精心安排”的相互作用的結(jié)

果。肌球蛋白是由纖維狀的尾和球狀的頭組成的棒狀分子，在肌肉中倍組織成

粗絲。G-肌動蛋白是一種單體，由它聚集成纖維狀的F-肌動蛋白，后者是細絲

的主體。由粗絲和細絲構(gòu)成肌肉收縮單位一一肌節(jié)。肌球蛋白上的ATP水解與

肌球蛋白頭片的系列構(gòu)象變化相偶聯(lián)，引起肌球蛋白頭從F-肌動蛋白亞基上解

離并與細絲前方的另一F-肌動蛋白亞基再結(jié)合。因此肌球蛋白沿肌動蛋白細絲

滑動。肌肉收縮受從肌質(zhì)網(wǎng)釋放的Ga?,刺激。Ga"與肌鈣蛋白結(jié)合導致肌鈣蛋白-

原肌球蛋白復合體的構(gòu)象變化，引發(fā)肌動蛋白-肌球蛋白相互作用的循環(huán)發(fā)生。

習題

1.蛋白質(zhì)A和B各有一個配體X的結(jié)合部位，前者的解離常數(shù)L為10%oi/L,

后者兒為10%01/L。（a）哪個蛋白質(zhì)對配體X的親和力更高？（b）將這兩個蛋

白質(zhì)的■轉(zhuǎn)換為結(jié)合常數(shù)［（a）蛋白質(zhì)B；（b）蛋白質(zhì)A的Ka=10"moi/L）T,

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蛋白質(zhì)B的Ka=10（mol/L）-

2.下列變化對肌紅蛋白和血紅蛋白的親和力有什么影響？（a）血漿的pH從

7.4降到7.2；（b）肺中CO2分壓從45torr（屏息）降到15torr（正常）;（c）

BPG水平從4.5mmol/L（海平面）增至7.5mmol（高空）。［對肌紅蛋白：（a）無;

（b）無；（c）無。對血紅蛋白：（a）降低；（b）增加；（c）降低］

3.在37℃,pH7.4,CO2分壓40torr和BPG正常勝利水平（4.5mmol/L血）條件

下，人全血的氧結(jié)合測定給出下列數(shù)據(jù)：

P（02）%飽和度（=100XY）

10.610

19.530

27.450

37.570

50.485

77.396

92.398

(a)根據(jù)這些數(shù)據(jù)，繪制氧結(jié)合曲線；估算在(1)lOOtorrp(0J(肺中)和

(2)30torrp(02)(靜脈血中)下血的氧百分飽和度。

(b)肺中[100torrp(02)]結(jié)合的氧有百分之多少輸送給組織[30torrp

(O2)]?

(c)如果在毛細血管中pH降到7.0,利用圖6-17數(shù)據(jù)重新估算(b)部分。

[(a)(1)98%,(2)58%；(b)約40%；(c)約50%]

解：(a)圖略，從圖中克知分別為98%和58%；

(b)98%-58%=40%,故約40%；

(c)當pH降到7.0時,據(jù)圖6-17可知:96%-46%=50%?

4.如果已知Pg和n,可利用方程(6-15)Y/(1-Y)=[p(02)/PJ計算Y(血

紅蛋白氧分數(shù)飽和度)。設(shè)P5o=26torr,n=2.8,計算肺(這里p(。2)=100torr)

中的Y和毛細血管(這里p(02)=40torr)中的Y。在這些條件下輸氧效率(Y

肺-Y毛細血管=八Y)是多少？除n=1.0外，重復上面計算。比較n=2.8和n=l.0

時的AY值。并說出協(xié)同氧結(jié)合對血紅蛋白輸氧效率的影響。[n=2.8時，Y肺

=0.98,Y毛細血管=0.77,所以，AY=0.21,n=1.0時,Y肺=0.79,Y毛細血管

=0.61,所以,AY=0.18,兩AY之差0.21-0.18=0.03,差值似乎不大，但在代

謝活躍的組織中P(02)<40torr,因此潛在輸氧效率不小，參見圖6-15]

解：Y肺/(1-丫肺)=[100/26]2-8Y肺=0.98

Y毛/（l-Y毛）=[40/26]28Y毛=0.77

△Y=0.98-0.77=0.21

當n=1.0時，同理，Y肺=0.79Y毛=0.61AY=0.18

5.如果不采取措施，貯存相當時間的血，2.3-BPG的含量會下降。如果這樣的血

用于輸血可能會產(chǎn)生什么后果？［貯存過時的紅血球經(jīng)酵解途徑代謝BPGOBPG

濃度下降，Hb對的親和力增加，致使不能給組織供氧。接受這種BPG濃度低

的輸血，病人可能被窒息。］

6.HbA能抑制HbS形成細長纖維和紅細胞在脫氧后的鐮刀狀化。為什么HbA具有

這一效應？［去氧HbA含有一個互補部位，因而它能加到去氧HbS纖維上。這樣

的纖維不能繼續(xù)延長，因為末端的去氧HbA分子缺少“粘性”區(qū)。］

7.一個單克隆抗體與G-肌動蛋白結(jié)合但不與F-肌動蛋白結(jié)合，這對于抗體識別

抗原表位能告訴你什么？［該表位可能是當G-肌動蛋白聚合成F-肌動蛋白時被

埋藏的那部分結(jié)構(gòu)。］

8.假設(shè)一個Fab-半抗原復合體的解離常數(shù)在25℃和pH7時為5X107moi/L。（a）

結(jié)合的標準自由能（25℃和pH7時）是多少？（b）此Fab的親和力結(jié)合常數(shù)是

多少？（c）從該復合體中釋放半抗原的速度常數(shù)為120S'o結(jié)合的速度常數(shù)是

多少？此說明在結(jié)合半抗原時抗體中的結(jié)構(gòu)變化是大還是??？［（a）AG?！?/p>

=35.9kJ/mol；（b）Ka=2XlOmol'L；（c）結(jié)合速度常數(shù)k=2X此值

接近于小分子與蛋白質(zhì)相遇（結(jié)合）的擴散控制限制（IO*至109mol.及1）］

解:（a）AG°'=-RTlnKa=-8.31X298Xln2000000=-35.9kJ/mol

(b)Ka=l/Keq=l/5X10'=2XlOmol'L

9.抗原與抗體的結(jié)合方式與血紅蛋白的氧結(jié)合相似。假設(shè)抗原是一價，抗體是n

價，即抗體分子有n個結(jié)合部位，且各結(jié)合部位的結(jié)合常數(shù)KJ直是相同的，則

可證明當游離抗原濃度為[L]時，結(jié)合到抗體上的抗原濃度[Lp]與抗體的總濃度

[Pr]之比值渣=[Lp]/[Pr]=(n([L])/(1+Ka[L]),*實際上表示被一個抗體分子

結(jié)合的抗原分子平均數(shù)。

(a)證明上面的方程可重排為N/[L]=K“n-K,N

此方程式稱Scatchard方程，方程表明，N/[L]對g作圖將是一條直線。

(b)根據(jù)Scatchard方程，利用下列數(shù)據(jù)作圖求出抗體-抗原反應的n和KJ直。

[L]mol/LN