生物化学内容精要
第1章 绪论
生物化学是阐明生命现象化学本质的一门科学，生物化学研究内容包括生物大分子（糖、脂、蛋白质和核酸）和小分子有机物的结构与功能、生物分子的代谢与调控、遗传信息的传递与表达。
第2－5章 氨基酸、肽和蛋白质
一、名词解释
1．氨基酸的概念：氨基酸(amino acid)是蛋白质分子的基本结构单位。构成蛋白质分子的氨基酸共有20种，除了甘氨酸外都是L-构型的α-氨基酸。 2．氨基酸分子的结构通式：
3、氨基酸的等电点(pI)：在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。
4、 氨基酸的茚三酮反应：在加热条件及弱酸环境下，氨基酸或肽与茚三酮反应生成紫蓝色（与天冬酰胺则形成棕色产物。与脯氨酸或羟脯氨酸反应生成(亮）黄色）化合物及相应的醛和二氧化碳的反应。
5、肽键: 一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基以共价键偶联形成肽，其间的化学键称为肽键(peptide bond)，也叫酰胺键(-CO-NH-)。
6、肽（peptide）是氨基酸通过肽键相连的化合物。肽按其组成的氨基酸数目为2个、3个和4个等不同而分别称为二肽、三肽和四肽等，多肽和蛋白质的区别是多肽中氨基酸残基数较蛋白质少，一般少于50个，而蛋白质大多由100个以上氨基酸残基组成，但它们之间在数量上也没有严格的分界线。
7. 肽单元、肽平面：由于肽键具有部分双键的性质，不能自由旋转，参与肽键的6个原子C?1、C、O、N、H、C?2位于同一平面，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 。 8、蛋白质(protein)是由许多氨基通过肽键(peptide bond)相连形成的具有特定空间构象的高分子含氮化合物。
9、盐析：在蛋白质溶液中加入大量中性盐，以破坏蛋白质的胶体性质，使蛋白质从溶液中沉淀析出，称为盐析。常用的中性盐有：硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等。
10、蛋白质的等电点：蛋白质分子所带正、负电荷相等时溶液的pH值称为蛋白质的等电点。 pH值在等电点以上，蛋白质带负电，在等电点以下，则带正电。溶液的pH在蛋白质的等电点处蛋白质的溶解度最小。
11、一级结构：指多肽链中氨基酸的组成及其排列顺序，其维系键是肽键。蛋白质的一级结构决定其空间结构。
12、二级结构：蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。主要有以下几种类型：
⑴ α-螺旋：其结构特征为：①主链骨架围绕中心轴盘绕形成右手螺旋；②螺旋每上升一圈是3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm；③螺旋每个肽键的N-H 和第四个肽键的C＝O形成
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氢健，这是稳定α－螺旋的主要键；④ 侧链基团位于螺旋的外侧。
⑵ β-折叠：其结构特征为：① 若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片；② 所有肽键的C=O和N—H形成链间氢键。
（3）β-转角：多肽链出现180°的回折，多由4个氨基酸残基组成，构象依靠第一残基的-CO基与第四残基的-NH基之间形成氢键来维系 （4）无规卷曲：主链骨架无规律盘绕的部分。
13、模体: 在蛋白质（特别是球状蛋白）的结构中，经常会出现两个或几个二级结构单元被连接起来，进一步组合成有特殊的几何排列的局域空间结构，这些局域空间结构称为超二级结构（Supersecondary structure），或简称模体（Motif）。
14、超二级结构：在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个有规则的二级结构组合，被称为超二级结构。超二级结构可以视为是处于二级结构与三级结构之间的一个结构层次。现在已知的超二级结构有3种基本的组合形式：αα，βαβ，ββ。
15、多肽链还会在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，称为结构域（Structural domain）。对于一些简单的球状蛋白分子来说，它还可能是一个独立的功能单位或功能域（functional domain）。
14、三级结构：结构域、二级结构、超二级结构的多肽链在空间进一步协同盘曲、折叠，形成包括主链、侧链在内的专一排布，这就是蛋白质的三级结构（Tertiary structure）。对于一些较小的蛋白质分子，三级结构就是它的完整三维立体结构；而对于大的蛋白质分子，则需要通过三级结构单位的进一步组织才能形成完整分子。
其维系键主要是非共价键（次级键）：氢键、疏水键、范德华力、离子键等，也可涉及二硫键。
15、四级结构、亚基
亚基的概念：亚基是指参与构成蛋白质四级结构的而又具有独立三级结构的多肽链。 四级结构的概念：蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构，亚基之间的结合主要是氢键和离子键。
16．蛋白质的变性：蛋白质在某些理化因素的作用下，其特定的空间结构被破坏而导致其理化性质改变及生物活性丧失，这种现象称为蛋白质的变性。引起蛋白质变性的因素有：高温、高压、电离辐射、超声波、紫外线及有机溶剂、重金属盐、强酸强碱等。绝大多数蛋白质分子的变性是不可逆的。
17．蛋白质的紫外吸收：蛋白质分子中的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸残基对紫外光有吸收，以色氨酸吸收最强，最大吸收峰为280nm。
18．蛋白质的胶体性质：蛋白质具有亲水溶胶的性质。蛋白质分子表面的水化膜和表面电荷是稳定蛋白质亲水溶胶的两个重要因素。
19、等电聚焦电泳：在一个稳定的、连续的pH梯度中凝胶中，蛋白质泳动到与其等电点相同pH处，其净电何等于零而不再泳动，因此将等电点不同的蛋白质分开。
20、双向凝胶电泳：第一向基于蛋白质的等电点不同用等电聚焦分离，第二向则按分子量的不同用SDS-PAGE分离，把复杂蛋白混合物中的蛋白质在二维平面上分开。
21：它是以多孔性凝胶材料为支持物，当蛋白质溶液流经此支持物时，分子大小不同的蛋白
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质所受到的阻滞作用不同而先后流出，从而达到分离纯化的目的。
二、填空题
1、组成蛋白质的元素有C、H、O、N含量恒定的元素是N，其平均含量为16%。
2、蛋白质结构的基本单位是氨基酸，结构通式为 3、肽是氨基酸与氨基酸之间通过肽键相连的化合物。
4、蛋白质的二级结构形式有α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规卷曲。 5、维持蛋白质空间构象的非共价键有疏水作用、盐键、氢键、范德华力。
7、氨基酸在等电点(PI)时，以中性离子形式存在，在PH>PI时以带负点的阴离子存在，在PH 8、氨基酸与茚三酮的反应，除脯氨酸和羟脯氨酸显黄色外，其它氨基酸都显紫色。在生化中是特别重要的，因为它能用来定量测定氨基酸_。 9、 9、酸性氨基酸基酸有谷氨酸、天冬氨酸；碱性氨基酸有精氨酸、赖氨酸、组氨酸。含巯基的氨基酸是半胱氨酸。 三、问答题 ? 蛋白质含氮量平均为多少?为何能用蛋白质的含氮量表示蛋白质的相对含量?如何计算? 各种来源的蛋白质含氮量基本恒定。每克样品含氮克数╳6.25╳100=100克样品蛋白质含量（g%） ? 何谓肽键和肽链及蛋白质的一级结构?举例说明蛋白质一级结构、空间构象与功能之关 系 1) 一个氨基酸的a-羧基和另一个氨基酸的a-氨基，进行脱水缩合反应，生成的酰胺键称 为肽键。 2) 由许多氨基酸通过肽键相连而形成长链，称为肽链。肽链有二端，游离a-氨基的一端称 为N-末端，游离a-羧基的一端称为C-末端。 3) 一级结构是空间结构和功能的基础。 4) 一级结构相似其功能也相似，例如不同哺乳动物的胰岛素一级结构相似，仅有个别氨基 酸差异，故它们都具有胰岛素的生物学功能；一级结构不同，其功能也不同；一级结构发生改变，则蛋白质功能也发生改变，例如血红蛋白由两条α链和两条β链组成，正常人β链的第六位谷氨酸换成了缬氨酸，就导致分子病--镰刀状红细胞贫血的发生，患者红细胞带氧能力下降，易出血。 空间结构与功能的关系也很密切，空间结构改变，其理化性质与生物学活性也改变。如核糖核酸酶变性或复性时，随之空间结构破坏或恢复，生理功能也丧失或恢复。变构效应也说明空间结构改变，功能改变。 ? 简述蛋白质的二级结构的基本概念，分类和各自的结构特征? 答：参考名词解释。 ? 什么是肽键、肽、寡肽和多肽?肽有什么重要特性? 3 答：一个氨基酸的a-羧基和另一个氨基酸的a-氨基，进行脱水缩合反应，生成的酰胺键称为肽键。由许多氨基酸通过肽键相连而形成长链，称为肽。通常把含几个至十几个氨基酸残疾的肽链统称为寡肽，更长的肽链称多肽。重要特性：是涉及生物体内多种细胞功能的生物活性物质，是机体完成各种复杂的生理活性必不可少的参与者。 ? 什么是蛋白质变性? 变性与沉淀的关系如何? 答：蛋白质变性是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被改变，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失。蛋白质沉淀指蛋白质分子聚集而从溶液中析出的现象.蛋白质沉淀可能是变性了也可能没有变性,这取决与沉淀的方法和条件。蛋白变性不一定就沉淀.只是空间结构的改变,基本的一级结构没有被破坏, 一定条件下可以复性.只不过绝大多数条件都相当苛刻.蛋白沉淀不一定变性如盐析。虽然脱去水化层，肽链未转变为伸展状，二级以上结构未变化。 ? 蛋白质分离纯化的一般程序 选择实验材料、实验材料的预处理、蛋白质的提取 、蛋白质粗分级 蛋白质细分级、蛋白质的结晶与鉴定 ? 按蛋白质的分子大小、带电特性、溶解特性和蛋白质的分子形状可以选择那些分离纯化 的方法。 分子量不同：透析、超过滤、分子筛层析、变性聚丙烯酰胺凝胶电泳 带电特性：等电点沉淀、离子交换层析、等电聚焦电泳 溶解特性：硫酸铵分级沉淀、有机溶剂分级分离 分子形状：亲和层析 四、选择题 (1．B 2．E 3．D 4．B 5．E 6．C 7．D 8．D 9．B 10．E) 1．测得某一蛋白质样品的氮含量为0.40g，此样品约含蛋白质多少？B A．2.00g B．2.50g C．6.40g D．3.00g E．6.25g 2．下列含有两个羧基的氨基酸是：E A．精氨酸 B．赖氨酸 C．甘氨酸 D．色氨酸 E．谷氨酸 3．维持蛋白质二级结构的主要化学键是：D A．盐键 B．疏水键 C．肽键 D．氢键 E．二硫键 4．关于蛋白质分子三级结构的描述，其中错误的是：B A．天然蛋白质分子均有的这种结构 B．具有三级结构的多肽链都具有生物学活性 C．三级结构的稳定性主要是次级键维系 D．亲水基团聚集在三级结构的表面biooo E．决定盘曲折叠的因素是氨基酸残基 5．具有四级结构的蛋白质特征是：E A．分子中必定含有辅基 B．在两条或两条以上具有三级结构多肽链的基础上，肽链进一步折叠，盘曲形成 C．每条多肽链都具有独立的生物学活性 D．依赖肽键维系四级结构的稳定性 E．由两条或两条以上具在三级结构的多肽链组成 6．蛋白质所形成的胶体颗粒，在下列哪种条件下不稳定：C A．溶液pH值大于pI B．溶液pH值小于pI C．溶液pH值等于pI 4 D．溶液pH值等于7.4 E．在水溶液中 7．蛋白质变性是由于：D A.氨基酸排列顺序的改变 B．氨基酸组成的改变 C．肽键的断裂 D．蛋白质空间构象的破坏 E．蛋白质的水解 8．变性蛋白质的主要特点是：D A．粘度下降 B．溶解度增加 C．不易被蛋白酶水解 D．生物学活性丧失 E．容易被盐析出现沉淀 9．若用重金属沉淀pI为8的蛋白质时，该溶液的pH值应为：B A．8 B．＞8 C．＜8 D．≤8 E．≥8 10．蛋白质分子组成中不含有下列哪种氨基酸？E A．半胱氨酸 B．蛋氨酸 C．胱氨酸 D．丝氨酸 E．瓜氨酸 11.在寡聚蛋白质中，亚基间的立体排布、相互作用以及接触部位间的空间结构称为 A、三级结构 B、缔合现象 C、四级结构 D、变构现象 12.形成稳定的肽链空间结构，非常重要的一点是肽键中的四个原子以及和它相邻的两个α-碳原子处于 A、不断绕动状态 B、可以相对自由旋转 C、同一平面 D、随不同外界环境而变化的状态 13.甘氨酸的解离常数是 pK1 =2.34, pK2 =9.60 ，它的等电点（pI）是 A、7.26 B、5.97 C、7.14 D、10.77 14.肽链中的肽键是： A、顺式结构 B、顺式和反式共存 C、反式结构 15.维持蛋白质二级结构稳定的主要因素是 A、静电作用力 B、氢键 C、疏水键 D、范德华作用力 16.蛋白质变性是指蛋白质 A、一级结构改变 B、空间构象破坏 C、辅基脱落 D、蛋白质水解 17.哪种氨基酸可使肽链之间形成共价交联结构？ A、Met B、Ser C、Glu D、Cys 18.在下列所有氨基酸溶液中，不引起偏振光旋转的氨基酸是） A、丙氨酸 B、亮氨酸 C、甘氨酸 D、丝氨酸 19.天然蛋白质中含有的 20 种氨基酸的结构 A、全部是 L-型 B、全部是 D 型 C、部分是 L-型，部分是 D-型 D、除甘氨酸外都是 L－型 20.谷氨酸的 pK1 (-COOH)为2.19，pK2 (-NH3 )为 9.67，pK3 (-COOH)为 4.25，其 pI 是 A、4.25 B、3.22 C、6.96 D、5.93 21．在生理 pH 情况下，下列氨基酸中哪个带净负电荷？ A、Pro B、Lys C、His D、Glu 22.天然蛋白质中不存在的氨基酸是 A、半胱氨酸 B、瓜氨酸 C、丝氨酸 D、蛋氨酸 23.破坏α-螺旋结构的氨基酸残基之一是 A、亮氨酸 B、丙氨酸 C、脯氨酸 D、谷氨酸 5