生物化学蛋白质结构与功能的关系

第1章 蛋白质的结构与功能

学习要求

1.掌握蛋白质的概念及其生物学意义、分子组成、结构与功能及其相互关系。 2.熟悉蛋白质的理化性质及其应用。 3.了解蛋白质的分离、纯化与结构分析。

基本知识点

蛋白质是重要的生物大分子，在体内分布广泛，含量丰富，种类繁多。每一种蛋白质都有其特定的空间结构和生物学功能。

组成蛋白质的基本单位是L-α-氨基酸，共20种，根据其侧链的结构和理化性质可以分为：非极性脂肪族氨基酸、极性中性氨基酸、芳香族氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。氨基酸属于两性电解质，在溶液pH等于pI时，氨基酸呈兼性离子。氨基酸可通过肽键相连成肽。小于10个氨基酸组成的肽称为寡肽，大于10个氨基酸的肽称为多肽。

蛋白质的结构可以分为一级、二级、三级和四级结构四个层次。蛋白质的一级结构即氨基酸的排列顺序，其连接键为肽键，还包括二硫键的位置；形成肽键的6个原子处于同一平面，构成肽单元。二级、三级和四级结构统称为蛋白质的空间构象，二级结构是指蛋白质主链局部的空间构象，不涉及氨基酸残基侧链构象。主要为α-螺旋、β-折叠、β转角和无规则卷曲，以氢键维持其稳定性；在蛋白质分子中，空间上相邻的两个或三个具有二级结构的肽段，完成特定的生物学功能，称为模

第 一 节

蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein

蛋白质的元素组成 主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白质含有少量P或金属元素Fe、 Cu、Zn、Mn、Co、Mo,个别蛋白质还 含有 I 。

蛋白质元素组成的特点蛋白质的含氮量平均为16%。

通过样品含氮量计算蛋白质含量的公式：蛋白质含量 ( g % ) = 含氮量( g % ) × 6.25

一、氨基酸——蛋白质的基本组成单位

存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种， 且均属 L- -氨基酸(甘氨酸除外)。

COO

+

CH3 R HH

C

NH3

甘氨酸 丙氨酸 L-氨基酸的通式

(一)氨基酸的分类 1. 非极性疏水性氨基酸 2. 极性中性氨基酸

3. 酸性氨基酸4. 碱性氨基酸

1. 非极性疏水性氨基酸

H CH COO NH 3 H3C CH COO NH 3 H 3C CH CH COO H 3C H 3C H 3C CH CH2 NH 3 CH COO NH 3

甘氨酸 Glycine(Gly) 丙氨酸 Alanine (Ala) 缬氨酸 Valine (Val) 亮氨酸 Leucine (Leu)

H 3C CH2

蛋白质结构与功能的关系

蛋白质一级结构又称化学结构（primary structure），是指氨基酸在肽键中的排列顺序和二硫键的位置，肽链中氨基酸间以肽键为连接键。蛋白质的一级结构是最基本的结构，它决定了蛋白质的二级结构和三级结构，其三维结构所需的全部信息都贮存于氨基酸的顺序之中。 二级结构（secondary structure）是指多肽链中彼此靠近的氨基酸残基之间由于氢键星湖作用而形成的空间结构。

三级结构（tertiary structure）是指多肽链在二级结构的基础上，进一步折叠，盘曲而形成特定的球状分子结构。

四级结构（quaternary structure）是由两条或者两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成的具有特定三维结构的蛋白质构想。

不同的蛋白质，由于结构不同而具有不同的生物学功能。蛋白质的生物学功能是蛋白质分子的天然构象所具有的性质，功能与结构密切相关。

1．一级结构与功能的关系

蛋白质的一级结构与蛋白质功能有相适应性和统一性，可从以下几个方面说明：

（1）一级结构的变异与分子病

蛋白质中的氨基酸序列与生物功能密切相关，一级结构的变化往往导致蛋白质生物功能的变化。如镰刀型细胞贫血症，其病因是血红蛋白基因中的一个核苷酸的突变导致该蛋白分子

蛋白质结构与功能的关系

蛋白质一级结构又称化学结构（primary structure），是指氨基酸在肽键中的排列顺序和二硫键的位置，肽链中氨基酸间以肽键为连接键。蛋白质的一级结构是最基本的结构，它决定了蛋白质的二级结构和三级结构，其三维结构所需的全部信息都贮存于氨基酸的顺序之中。 二级结构（secondary structure）是指多肽链中彼此靠近的氨基酸残基之间由于氢键星湖作用而形成的空间结构。

三级结构（tertiary structure）是指多肽链在二级结构的基础上，进一步折叠，盘曲而形成特定的球状分子结构。

四级结构（quaternary structure）是由两条或者两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成的具有特定三维结构的蛋白质构想。

不同的蛋白质，由于结构不同而具有不同的生物学功能。蛋白质的生物学功能是蛋白质分子的天然构象所具有的性质，功能与结构密切相关。

1．一级结构与功能的关系

蛋白质的一级结构与蛋白质功能有相适应性和统一性，可从以下几个方面说明：

（1）一级结构的变异与分子病

蛋白质中的氨基酸序列与生物功能密切相关，一级结构的变化往往导致蛋白质生物功能的变化。如镰刀型细胞贫血症，其病因是血红蛋白基因中的一个核苷酸的突变导致该蛋白分子

第一章 蛋白质化学

三、典型试题分析 (一)A型题

1，多肽链中主链骨架的组成是(1995年生化试题)

A．—-NCCNNCCNNCCN— B．---CHNOCHNOCHNO— C，--CONHCONHCONH-- D．---CNOHCNOHCNOH— E，--CNHOCNHOCNHO—— [答案] C

2，有一混合蛋白质溶液，各种蛋白质的pI为4．6、5．0、5，3、6．7、7．3， 电泳时欲使其中四种泳向正极，缓冲液的pH应该是多少? A．4，0 B．5．0 C．6．0 D．7．0 E。8．0 [答案] D

3．蛋白质变性是由于(1996年生化试题)

A．蛋白质的一级结构的改变 B．蛋白质亚基的解聚 C．蛋白质空间构象的破坏 D．辅基的脱落 E．蛋白质水解 · [答案] C

4．下列各类氨基酸中不含必需氨基酸的是(1999年生化试题) A．碱性氨基酸 B，芳香族氨基酸 C. 支链氨基酸 D．含硫氨基酸 E. 酸性氨基酸 (答案) E ‘

第十四章 蛋白质生物合成..

（一）A型题

1 遗传密码的简并性指的是（1995年生化试题） A 一些三联体密码可以缺少一个嘌呤碱或嘧啶碱 B 密码中有许多稀有碱基

C 大多数的氨基酸有一组以上的密码 D 一些密码适用于一种以上的氨基酸 E 以上都不是 [答案] C

2 原核事物蛋白质合成中肽链延长所需的能量来源于（1996年生化试题） A. ATP B. GTP C. GDP D. UTP E. CTP [答案] B

3．下列关于氨基酸密码的叙述哪一项是正确的(1996年生化试题) 、 A．由DNA链中相邻的三个核苷酸组成 ， B．由tRNA链中相邻的三个核苷酸组成 C．由mRNA链中相邻的三个核苷酸组成 D．由rRNA链中相邻的三个核苷酸组成 E．由多肽链中相邻的三个氨基酸组成 (答案) C

4．氯霉素的抗菌作用是由于抑制了细菌的(1997年生化试题) A．细胞色素氧化酶 B．核蛋白体上的转肽酶

C．嘌呤核苷酸代谢 D．基因表达 E，二氢叶酸还原酶 答案 B

5 一个mRNA的部分顺序和密码编号如下(1998年生化试题) ．．CAG CUC UAU

蛋白质的生物合成

一、选择题 （一） A 型题

1 ．蛋白质生物合成

A ．从 mRNA 的 3 ' 端向 5 ' 端进行 B ．由 N 端向 C 端进行

C ．由 C 端向 N 端进行 D ．由 28S-tRNA 指导 E ．由 5S-rRNA 指导 2 ．蛋白质生物合成的延长阶段不需要

A ．转肽酶 B ． GTP C ． EF-Tu 、 EF-Ts 、 EFG D ． mRNA E ． fMet-tRNA fMet 3 ．有关蛋白质合成的叙述正确的是

A ．真核生物先靠 S-D 序列使 mRNA 结合核糖体

B ．真核生物帽子结合蛋白复合物（ eIF -4F 复合物）在起始过程中发挥作用 C ． IF 比 eIF 种类多

D ．原核生物和真核生物使用不同的起始密码

E ．原核生物有 TATAAT 作为起始序列，真核生物则是 TATA 4 ．关于氨基酸密码子的描述错误的是

A ．密码子有种属特异性，所以不同生物合成不同的蛋白质 B ．密码子阅读有方向性，从 5 ' 端向 3 ' 端进行 C ．一种氨基酸可有一组以上的密码子 D ．一组密码子只代表一种氨基酸 E ．密码子第 3 位（ 3 ' 端）碱基在

第一章 蛋白质的结构与功能

一、名词解释题

1．peptide unit 8．结构域

2．motif 9．蛋白质等电点 3．protein denature 10．辅基 4．glutathione 11．α—螺旋 5．β—pleated sheet 12．变构效应

6．chaperon 13．蛋白质三级结构 7．protein quaternary structure 14．肽键 二、问答题

1． 为何蛋白质的含氮量能表示蛋白质相对量?实验中又是如何依此原理计算蛋白质含量的? 2．蛋白质的基本组成单位是什么?其结构特征是什么? 3．何为氨基酸的等电点?如何计算精氨酸的等电点?(精氨酸的α—羧基、α—氨基和胍基的pK值分别为2.17

第一章蛋白质的结构与功能

[本章要求]

1.了解蛋白质是生命活动的物质基础的含义,掌握蛋白质的重要生理功能。

2.熟记蛋白质元素组成特点,多肽链的基本组成单位-L,α氨基酸,掌握肽键与肽链,

了解医学上重要的多肽。

3.掌握蛋白质的构象。掌握蛋白质的一、二、三、四级结构的概念。

4.结合实例论述蛋白质结构与功能的关系。

5.熟记蛋白质重要的理化性质及有关的基本概念。

6.了解蛋白质的分离、纯化及结构分析。

[内容提要]

蛋白质是细胞组分中含量最丰富、功能最多的高分子物质。酶、抗体、多肽激素、转运蛋白、收缩蛋白以及细胞的骨架结构均为蛋白质。几乎在所有的生物过程中起着关键作用。

蛋白质的基本组成单位是氨基酸。构成天然蛋白质的氨基酸有二十种,分为非极性、疏水性氨基酸；极性、中性氨基酸；酸性氨基酸和碱性氨基酸。氨基酸借助肽键连接成多肽链。多肽链是蛋白质分子的最基本结构形式。多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构。蛋白质分子中的多肽链经折叠盘曲而具有一定的构象称为蛋白质的高级结构。又分为二、三、四级结构。二级结构是指局部或某一段肽链的空间结构，也就是肽链某一区段中主链骨架原子的相对空间位置。包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残

蛋白质的生物合成

一、选择题 （一） A 型题

1 ．蛋白质生物合成

A ．从 mRNA 的 3 ' 端向 5 ' 端进行 B ．由 N 端向 C 端进行

C ．由 C 端向 N 端进行 D ．由 28S-tRNA 指导 E ．由 5S-rRNA 指导 2 ．蛋白质生物合成的延长阶段不需要

A ．转肽酶 B ． GTP C ． EF-Tu 、 EF-Ts 、 EFG D ． mRNA E ． fMet-tRNA fMet 3 ．有关蛋白质合成的叙述正确的是

A ．真核生物先靠 S-D 序列使 mRNA 结合核糖体

B ．真核生物帽子结合蛋白复合物（ eIF -4F 复合物）在起始过程中发挥作用 C ． IF 比 eIF 种类多

D ．原核生物和真核生物使用不同的起始密码

E ．原核生物有 TATAAT 作为起始序列，真核生物则是 TATA 4 ．关于氨基酸密码子的描述错误的是

A ．密码子有种属特异性，所以不同生物合成不同的蛋白质 B ．密码子阅读有方向性，从 5 ' 端向 3 ' 端进行 C ．一种氨基酸可有一组以上的密码子 D ．一组密码子只代表一种氨基酸 E ．密码子第 3 位（ 3 ' 端）碱基在