王鏡巖生物化學(xué)課后習(xí)題答案

生物化學(xué)（第三版）課后習(xí)題詳細(xì)解答

第三章氨基酸

提要

a-氨基酸是蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子，當(dāng)用酸、堿或蛋白酶水解蛋白質(zhì)時(shí)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)組成的基本財(cái)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(yīng)是基本氨基酸（殘基）經(jīng)化學(xué)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(xì)胞中，有的是B-、Y-

或8-氨基酸，有些是D型氨基酸。

氨基酸是兩性電解質(zhì)。當(dāng)pH接近1時(shí)，氨基酸的可解離基團(tuán)全部質(zhì)子化，當(dāng)pH在13左

右時(shí)，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

（H3NCHRC00）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(shí)的介質(zhì)pH稱為該氨基酸的等電點(diǎn)，用pl表示。

所有的a-氨基酸都能與苗三酮發(fā)生顏色反應(yīng)。a-NH2與2,4-二硝基氟苯（DNFB）作用產(chǎn)

生相應(yīng)的DNP-氨基酸（Sanger反應(yīng)）；a-NH2與苯乙硫氟酸酯（PITC）作用形成相應(yīng)氨

基酸的苯胺基硫甲酰衍生物（Edman反應(yīng)）。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(gè)反應(yīng)

在氨基酸荷蛋白質(zhì)化學(xué)中占有重要地位。

除甘氨酸外a-氨基酸的a-碳是一個(gè)手性碳原子，因此a-氨基酸具有光學(xué)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(xué)表征方面起重

要作用。

氨基酸分析分離方法主要是基于財(cái)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(xí)題

L寫力下列氨基酸的單字母和三字母的縮寫符號(hào)：精氨酸、天冬氨酸、谷氨酰氨、谷氨

酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪微酸。[見表3T]

表3T氨基酸的簡(jiǎn)寫符號(hào)

3解：pH=pKa+lg20%pKa=10.53（見表3-3,P133）plI=10.53+lg20%=9.83

1

3、計(jì)算谷氨酸的Y-C00H三分之二被解離時(shí)的溶液pH。[4.6]

解：pH=pKa+lg2/3%pKa=4.25

pH=4.25+0.176=4.426

4、計(jì)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11.5,8）約6,05]

5、根據(jù)表3-3中氨基酸的pKa值，計(jì)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(diǎn)的甘氨酸溶液加入0.3molHCl,問所得溶液的pH是多少？如

果加入0.3molNaOH以代替HC1時(shí)，pH將是多少?[pH：2.71；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(dāng)所得溶液

用堿反滴定至Ph8.0時(shí)，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(jì)算0.25mol/L的組氨酸溶液在pH6.4時(shí)各種離子形式的濃度（mol/L）。[His2+為

1.78X10-4,His+為0.071,HisO為2.8X10-4]

9、說明用含?個(gè)結(jié)晶水的固體組氨酸鹽酸鹽（相對(duì)分子質(zhì)量=209.6；咪哇基pKa=6.0）和

lmol/LKOH配制lLpH6.5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、為什么氨基酸的前三酮反映液能用測(cè)壓法定量朝基酸？

解：瑋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(yīng)

化學(xué)式見P139）,其中，定量釋放的C02可用測(cè)壓法測(cè)量，從而計(jì)算出參加反應(yīng)的氨基酸

量。

11、L-亮氨酸溶液（3.0g/50ml6mol/LHC1）在20cm旋光管中測(cè)得的旋光度為+1.81°。

計(jì)算L-亮氨酸在6moi/LHC1中的比旋（[a]）.[[a]=+15.10]

12、標(biāo)出異亮氨酸的4個(gè)光學(xué)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基酸分開。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(gè)分溶

管組成的逆流分溶系統(tǒng)時(shí)，甘氨酸和苯丙疑酸各在哪一號(hào)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）5L2mgGly+24mgPhe

和38.4mgGly+36mgPhe]

解：根據(jù)逆流分溶原理，可得：

對(duì)于Gly：Kd=CA/CB=4=q（動(dòng)相）/p（靜相）p+q=1=（1/5+4/5）

4個(gè)分溶管分溶3次：（1/5+4/5）3=1/125+2/125+48/125+64/125

對(duì)于Phe：Kd=CA/CB=2=q（動(dòng)相）/p（靜相）p+q=1=（1/3+2/3）

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

2

故利用4個(gè)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(jìn)行紙層析時(shí)，下列混合物中氨基酸的相對(duì)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=His]

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(pl=5.97)、亮氨酸(pl=6.53)和賴氨酸(pl=5.98)

的檸檬酸緩沖液，加到預(yù)先同樣緩沖液平衡過的強(qiáng)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

(A2+)>中性氨基酸(A+)>酸性氨基酸(A0)。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?yàn)椋篈sp,Thr,Gly,Leu,Lys。

第四章蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)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?zhǔn)怯砂被嵬ㄟ^肽鍵共價(jià)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(duì)分子質(zhì)量介于6000到

1000000或更高。

蛋白質(zhì)分為兩大類：?jiǎn)渭兊鞍踪|(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(xué)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(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)

構(gòu)這樣一些專門術(shù)語。一級(jí)結(jié)構(gòu)就是共價(jià)主鏈的氨基酸序列，有時(shí)也稱化學(xué)結(jié)構(gòu)。二、三

和四級(jí)結(jié)構(gòu)又稱空間結(jié)構(gòu)(即三維結(jié)構(gòu))或高級(jí)結(jié)構(gòu)。

蛋白質(zhì)的生物功能決定于它的高級(jí)結(jié)構(gòu)，高級(jí)結(jié)構(gòu)是由一級(jí)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(jià)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(jià)鍵。

多肽鏈或蛋白質(zhì)當(dāng)發(fā)生部分水解時(shí)，可形成長(zhǎng)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(diǎn)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(cè)定蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的策略是：(1)測(cè)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(cè)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(jí)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(cè)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(xué)裂解，斷裂二硫橋的筑基乙

醇處理，測(cè)定肽段氨基酸序列的Edman化學(xué)降解和電噴射串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)，重建多肽鏈一級(jí)

序列的重疊肽拼湊法以及用于二硫橋定位的對(duì)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(gè)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(jìn)化樹。同源蛋

白質(zhì)具有共同的進(jìn)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(jí)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(gè)最重要的血凝因子。血纖蛋白蛋白原在凝血前的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)檠宓鞍啄龎K（血塊的

主要成分）。

3

我國(guó)在20世紀(jì)60年代首次在世界上人工合成了蛋白質(zhì)——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(gè)巨大進(jìn)步，它對(duì)分子生物學(xué)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(xí)題

1.如果一個(gè)相對(duì)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，

100問這種蛋白質(zhì)有多少種可能的排列順序？[10]

12000/120100解：10=10

2、有一個(gè)A肽，經(jīng)酸解分析得知為L(zhǎng)ys、His、Asp、Glu2、Ala以及Vai、Tyr忽然兩個(gè)

NH3分子組成。當(dāng)A肽與FDNB試劑反應(yīng)后得DNP-Asp；當(dāng)用痰肽酶處理后得游離繳氨酸。

如果我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中將A肽用胰蛋白酶降解時(shí)，得到兩種肽，其中一種（Lys、Asp、Glu、

Ala、Tyr）在pll6.4時(shí)，凈電荷為零，另一種（His、Glu以及Vai）可給除DNPTlis,在

PH6.4時(shí)，帶正電荷。此外，A肽用糜蛋白酶降解時(shí)，也得到兩種肽，其中一種（Asp、

Ala、Tyr）在pH6.4時(shí)全中性,另一種（Lys、His、Glu2以及Vai）在pH6.4時(shí)帶正電

荷。問A肽的氨基酸序列如何？

[Asn-A1a-Tyr-Glu-Lys-His-Gln-Val]

解：1、N-末端分析：FDNB法得：Asp-；

2、C-末端分析:皎肽酶法得：-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AsnfAsp+NH4+,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+NH4+由已知條件(His、Glu、

Vai)可得：Asn-()-()-()-Lys-His-Gln-Val；

5、糜蛋白的斷裂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-A1a-Tyr-G1u-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-LySo⑴如

用胰蛋白的處理，此多肽將產(chǎn)生幾個(gè)肽？并解釋原因(假設(shè)沒有二硫標(biāo)存在)；(2)在

PH7.5時(shí)，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-

NH3+6.0；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(qǐng)

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定5,17和23位上的Cys哪兩個(gè)參與形成？[(1)4個(gè)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(yīng)得4個(gè)肽段；如果存在一個(gè)二硫鍵

應(yīng)得3個(gè)肽段并且個(gè)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(cè)定其氨基酸順序，便可確定二硫鍵的位置]

4、今有一個(gè)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(shí)，與FDNB反應(yīng)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(gè)肽段，其氨基酸組成分別為Ala、Tyr、Ser和Pro、Phe、Lys、Argo這兩個(gè)肽

段分別與FDNB反應(yīng)，可分別產(chǎn)生DNP-Ser和DNP-Lys。此肽與胰蛋白酶反應(yīng)能生成兩個(gè)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(jí)

結(jié)構(gòu)怎樣？[它是一個(gè)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(shí)，與FDNB反應(yīng)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等疏水敏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：-()-()-Tyr-和-()-()-()-

Phe-；

(3)由(2)得的兩肽段分別與FDNB反應(yīng)，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)胰蛋白酎專一斷裂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：一Pro-Arg-和一()-()-()-()-

Lys；

4

綜合(2)、(3)、(4)可得此肽一級(jí)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(gè)個(gè)別基團(tuán)的pKa值，這種說法是否

正確？為什么？[正確，因?yàn)榇巳奶幱诘入婞c(diǎn)時(shí)，七解離集團(tuán)所處的狀態(tài)是C-末端C00-

(pKa=3.0),N末端NH2(pKa色8.0),3個(gè)側(cè)鏈3(1/3e-NH3+)(pKa=10.53)

(pKa=10.53),因此pl＞最大的pKa值(10.53)]

6、一個(gè)多肽可還原為兩個(gè)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(dāng)用嗜熱菌蛋白酶i消化原多肽(具有完整的二硫

鍵)時(shí)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)

S-SAla-Cys-Phe-Pro-Lys-Arg-Trp-Cys-Arg-Arg-Val_CysS

S

Cys-Tyr-Cys-Phe-Cys

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(gè)Cys有二硫鍵；

(4)嗜熱菌蛋白酷能水解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(gè)十肽的氨基酸分析表明其水解液中存在下列產(chǎn)物:

NH4+AspGluTyrArg

MetProLysSerPhe

并觀察下列事實(shí)：（1）用竣肽酶A和B處理該十肽無效；（2）胰蛋白酶處理產(chǎn)生兩各四

肽和游離的Lys；（3）梭菌蛋白酶處理產(chǎn)生一個(gè)四肽和一個(gè)六肽；（4）溪化氫處理產(chǎn)生

一個(gè)八肽和一個(gè)二肽，用單字母符號(hào)表示其序列位NP；（5）胰凝乳蛋白酶處理產(chǎn)生兩個(gè)

三肽和一個(gè)四肽，N-末端的胰凝乳蛋白酶水解肽段在中性pH時(shí)攜帶T凈電荷，在pH12時(shí)

攜帶-3凈電荷；（6）一輪Edman降解給出下面的PTH衍生物：（圖略）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(gè)四肽和有利的Lys,說明十肽中含1^5-,,或-八邙-,,-1丫$-1^5-”或-八年-1^5-,,-

Lys-,,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-裂解Arg殘基的竣基端肽鍵，處理該十肽后，產(chǎn)生一個(gè)四肽和一個(gè)

六肽，則可知該十肽第四位為-Arg-；

（4）澳化鼠只斷裂由Met殘基的竣基參加形成的肽鍵，處理該十肽后產(chǎn)生一個(gè)八肽和一

個(gè)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(gè)三肽和一個(gè)四肽，說明該十肽第三位、第六位或第七位為Trp或Phe；

5

（6）一輪Edman降解分析N-末端，根據(jù)其反應(yīng)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（-CH20H）-C00H-,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(gè)四肽，經(jīng)胰蛋白酶水解得兩個(gè)片段，一個(gè)片段在280nm附近有強(qiáng)的光吸收，并且

Pauly反應(yīng)和坂口反應(yīng)（檢測(cè)胭基的）呈陽性。另一片段用演化氟處理釋放出一個(gè)與苗三

酮反應(yīng)呈黃色的氨基酸。寫出此四肽的氨基酸序列。[YRMP]

解：胰蛋白醐酶專一水解Lys和Arg殘基的峻基參與形成的肽鍵，故該四肽中含Lys或

Arg；一肽段在280nm附近有強(qiáng)光吸收且Pauly反應(yīng)和坂口反應(yīng)（檢測(cè)股基的）呈陽性，

說明該肽段含Tyr和Arg；澳化鼠專一斷裂Met殘基的竣基參加形成的肽鍵，又因生成了

與苗三酮反應(yīng)呈黃色的氨基酸，故該肽段為7fet-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(gè)十八肽，其序列為CNVRAPETALCARRCOOH,

已知蜂毒明肽形成二硫鍵，不與碘乙酸發(fā)生反應(yīng)，（1）問此肽中存在多少個(gè)二硫鍵？

（2）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)確定這些（個(gè)）二硫鍵位置的策略。

［（1）兩個(gè)；（2）二硫鍵的位置可能是1-3和11-15或1-11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(gè)肽加Arg；第二種情況和第三種，將產(chǎn)生一個(gè)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(xué)方法合成二肽Lys-Ala。如果你打算向Lys-Ala加入一個(gè)

亮氨酸殘基使成三肽，可能會(huì)掉進(jìn)什么樣的“陷坑”？

第五章蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)

提要

每種蛋白質(zhì)至少都有一種構(gòu)像在生理?xiàng)l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?zhǔn)怯啥鄠€(gè)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(xué)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%）o

蛋白質(zhì)主鏈的折疊形成由氫鍵維系的重復(fù)性結(jié)構(gòu)稱為二級(jí)結(jié)構(gòu)。最常見的二級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)。a螺旋結(jié)構(gòu)中

每個(gè)肽平面上的黑氧和酰氨氫都參與氫鍵的形成，因此這種構(gòu)象是相當(dāng)穩(wěn)定的。氫鍵大體

上與螺旋軸平行，每圈螺旋占3.6個(gè)氨基酸殘基，每個(gè)殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100°,螺距為

0.54nmoa-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。3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8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(fù)周期分別為0.65nm和0.70nm。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(yīng)力（stericstrain）,蠶絲心蛋白幾

乎完全由扭曲的反平行3折疊片構(gòu)成。膠原蛋白是動(dòng)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（B-角蛋白）、教員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6

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(yùn)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(gè)組織層次（折疊層次），一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。細(xì)分

時(shí)可在二、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。細(xì)分時(shí)可在二、三級(jí)之間增加超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域兩個(gè)層

次。超二級(jí)結(jié)構(gòu)是指在一級(jí)序列上相鄰的二級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)有3中基本形式：aa（螺旋束）、Ba0（如Rossman折疊）、

BB曲折和希臘鑰匙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）。結(jié)構(gòu)域是在二級(jí)結(jié)構(gòu)和超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成并

相對(duì)獨(dú)立的三級(jí)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3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、結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)、全結(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)。亞基一般是一條多胎鏈。亞基（包括單體蛋白質(zhì)）的總

三維結(jié)構(gòu)稱三級(jí)結(jié)構(gòu)。球狀蛋白質(zhì)種類很多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，各有自己獨(dú)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(jí)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(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水基

團(tuán)暴露在分子表面，⑤分子表面往往有一個(gè)空穴（活性部位）。

蛋白質(zhì)受到某些物理或化學(xué)因素作用時(shí)，引起生物活性丟失，溶解度降低以及其他的物理

化學(xué)常數(shù)的改變，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)變性。變性實(shí)質(zhì)是非共價(jià)鍵破裂，天然構(gòu)象解體，

但共價(jià)鍵未遭破裂。有些變性是可逆的。蛋白質(zhì)變性和復(fù)性實(shí)驗(yàn)表明，一級(jí)結(jié)構(gòu)規(guī)定它的

三維結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的生物學(xué)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?xiàng)l件

下熱力學(xué)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(jī)搜索找到自由能最低構(gòu)象的。折疊動(dòng)力學(xué)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(gè)或多個(gè)亞基通過非共價(jià)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(jí)結(jié)構(gòu)，它涉及亞級(jí)在聚集體中的空間排列（對(duì)稱性）以及亞基之間

的接觸位點(diǎn)（結(jié)構(gòu)互補(bǔ)）和作用力（非共價(jià)相互作用的類型）。

習(xí)題

1.（1）計(jì)算一個(gè)含有78個(gè)氨基酸的a螺旋的軸長(zhǎng)。（2）此多肽的a螺旋完全伸展時(shí)

多長(zhǎng)？[11.7nm;28.08nm]解：（1）a螺旋中每個(gè)殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100°,沿軸上升

0.15nm,故該a螺旋的軸長(zhǎng)為：

78X0.15nm=l1.7nm

(2)a螺旋每圈螺旋占3.6個(gè)氨基酸殘基，故該a螺旋圈數(shù)為：78+3.6圈；a螺旋的

直徑約為0.5nm,故每圈軸長(zhǎng)為0.5nnm。完全伸展的a螺旋長(zhǎng)度約為：0.5nX

(784-3.6)之34.Olnm。

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3折疊片構(gòu)象。該蛋

白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量為

-5240000,多肽鏈外姓的長(zhǎng)度為5.06義10cm。試計(jì)算：a螺旋占該多肽鏈的百分?jǐn)?shù)。

(假設(shè)B折疊構(gòu)象中每氨基

酸殘疾的長(zhǎng)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(gè)。設(shè)有X個(gè)氨基酸殘基呈a螺旋結(jié)構(gòu)，則：

-57X?0.15+(2000-X)X0.35=5.06X10X10=506nm

解之得X=970,a螺旋的長(zhǎng)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(duì)蛋白質(zhì)的桅頂焰貢獻(xiàn)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)氫鍵的共體

和接納體都與水形成氫鍵。折舊時(shí)氫鍵能量對(duì)穩(wěn)定焰貢獻(xiàn)小的原因。］

4.多聚甘氨酸是一個(gè)簡(jiǎn)單的多肽，能形成一個(gè)具有巾=-80°W=+120°的螺旋，根據(jù)拉氏

構(gòu)象圖(圖5T3),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，=6-80°￥=+120°時(shí)可知該螺旋為左手性，每圈殘基

數(shù)為3.0。7

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(yù)測(cè)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=L5；(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螺旋中哪個(gè)比較穩(wěn)定？為什么？［因?yàn)楦拾彼崾窃赼-碳

原子上呈對(duì)稱的特殊氨基酸，因此可以預(yù)料多聚甘氨酸的左右手a螺旋(他們是對(duì)映

體)在能量上是相當(dāng)?shù)模蚨彩峭确€(wěn)定的。］

7.考慮一個(gè)小的含101殘基的蛋白質(zhì)。該蛋白質(zhì)將有200個(gè)可旋轉(zhuǎn)的鍵。并假設(shè)對(duì)每個(gè)鍵

4）和W有亮個(gè)定向。問：（a）這個(gè)蛋白質(zhì)可能有多種隨機(jī)構(gòu)象（W）?（b）根據(jù)（a）

的答案計(jì)算在當(dāng)使Imol該蛋白質(zhì)折疊成只有一種構(gòu)想的結(jié)構(gòu)時(shí)構(gòu)想嫡的變化（AS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mol

H鍵對(duì)焰的貢獻(xiàn)為-5kj/mol,試計(jì)算AH折疊；（d）根據(jù)逆的（b）和（c）的答案，計(jì)算

25℃時(shí)蛋白質(zhì)的AG折疊。該蛋白質(zhì)的折疊形式在25℃時(shí)是否穩(wěn)定？

20060［（a）W=2=l.61X10；（b）△S折疊=1.15kj/（K?mol）（c）AH折疊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(shí)，但考慮與否差別很小。（d）4G折疊=T57.3kj/mol.由于在25℃時(shí)AG折疊＜0,因

此折疊的蛋白質(zhì)是穩(wěn)定的。］

8.兩個(gè)多肽鏈A和B,有著相似的三級(jí)結(jié)構(gòu)。但是在正常情況下A是以單體相識(shí)存在的，

而B是以四聚體（B4）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B4的亞基-亞基相互作用的表面

可能比單體A的對(duì)應(yīng)表面具有較多的疏水殘基。］

9.下面的序列是一個(gè)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(yàn)規(guī)

則，預(yù)測(cè)此區(qū)域的二級(jí)結(jié)構(gòu)。RRPVVLMAACLRPVVFITYGDGGTYYHWYH

［殘基4-11是一個(gè)a螺旋，殘基14T9和24-30是B折疊片。殘基20-23很可能形成P

轉(zhuǎn)角］

10.從熱力學(xué)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(shí)更容易形成a

螺旋。因?yàn)樵谒h(huán)境中多肽對(duì)穩(wěn)定焰（AH折疊）的貢獻(xiàn)要小些。］

11.--種酶相對(duì)分子質(zhì)量為300000,在酸性環(huán)境中可解理成兩個(gè)不同組分，其中一個(gè)組分

的相對(duì)分子質(zhì)量為100000,另一個(gè)為50000。大的組分占總蛋白質(zhì)的三分之二，具有催化

活性。用流基乙醇（能還原二硫橋）處理時(shí)，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(gè)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(gè)亞基，兩個(gè)無活性亞基的相對(duì)分子質(zhì)量為50000,兩個(gè)催化亞基的相對(duì)分子質(zhì)量

為100000,每個(gè)催化亞基是由兩條無活性的多肽鏈（相對(duì)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--種植物的毒素蛋白，直接用SDS凝膠電泳分析（見第7章）時(shí)，它的區(qū)帶位于

肌紅蛋白（相對(duì)分子質(zhì)量為16900）和B-乳球蛋白（相對(duì)分子質(zhì)量37100）良種蛋白之

間，當(dāng)這個(gè)毒素蛋白用B-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(biāo)記蛋白細(xì)胞素（相對(duì)分子質(zhì)量為13370）,進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，該毒素

蛋白與FDNB反應(yīng)并酸水解后，釋放出游離的DNP-Gly和DNP-Tyr。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(duì)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(duì)該分子說出來年各種可能的對(duì)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(gè)相同的單位（每個(gè)單位含a和3兩種鏈）8

組成的。問它的最高對(duì)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?yàn)槊總€(gè)a6二聚體是一個(gè)不對(duì)稱的

原聚體]

14.證明一個(gè)多階段裝配過程比一個(gè)單階段裝配過程更容易控制蛋白質(zhì)的質(zhì)量?？紤]一個(gè)

多聚體酶復(fù)合物的合成，此復(fù)合物含6個(gè)相同的二聚體，每個(gè)二聚體由一個(gè)多肽A和一個(gè)

B組成，多肽A和B的長(zhǎng)度分別為300個(gè)和700個(gè)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醐，在這一建造過程中

-8每次操作的錯(cuò)誤頻率為10,假設(shè)氨基酸序列沒有錯(cuò)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(fù)合物的頻率：（1）該復(fù)合

物以一條6000個(gè)氨基酸連續(xù)的多肽鏈一步合成，鏈內(nèi)含有6個(gè)多肽A和6個(gè)多肽B。

（2）該復(fù)合物分3個(gè)階段形成：第階段，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(gè)AB二聚體裝配成復(fù)合物。

-8-5[（1）有缺陷復(fù)合物的平均頻率是6000X10=6X10]

[（2）由于有缺陷的二聚體可被剔除，因此有缺陷復(fù)合物的平均率只是最后階段的操作次

數(shù)（5此操作裝配6個(gè)

-8亞基）乘以錯(cuò)誤頻率，即：5X10。因此它比一步合成所產(chǎn)生的缺陷頻率約低1000倍。]

第六章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

提要

肌紅蛋白（Mb）和血紅蛋白（Hb）是脊椎動(dòng)物中的載氧蛋白質(zhì)。肌紅蛋白便于氧在肌肉中

轉(zhuǎn)運(yùn)，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(gè)結(jié)合

得很緊的血紅素輔基。它是一個(gè)取代的葉啾，在其中央有一個(gè)鐵原子。亞鐵（Fe2+）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(gè)單一的多肽鏈，含153個(gè)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(gè)螺旋段。一個(gè)亞鐵血紅素即位于疏水的空穴內(nèi)，它可

以保護(hù)鐵不被氧化成高鐵。血紅素鐵離子直接與一個(gè)His側(cè)鏈的氮原子結(jié)合。此近側(cè)His

（H8）占據(jù)5個(gè)配位位置。第6個(gè)配位位置是02的結(jié)合部位。在此附近的遠(yuǎn)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(duì)單體蛋白質(zhì)如Mb來說，被配體（如）02占據(jù)的結(jié)合部位的分?jǐn)?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(gè)亞基（多肽鏈）組成，

每個(gè)亞基都有一個(gè)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(yùn)

+載氧外還能轉(zhuǎn)運(yùn)H和C02。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(gè)鹽橋穩(wěn)定的。無氧結(jié)合時(shí)達(dá)到最穩(wěn)定。氧的結(jié)合促進(jìn)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(gè)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(dǎo)的，它導(dǎo)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(yīng)。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(gè)血紅素結(jié)合有助于氧與同?分子中的其他血紅素

結(jié)合。第二，H和C02促

進(jìn)02從血紅蛋白中釋放，這是生理上的一個(gè)重要效應(yīng)，它提高02在代謝活躍的組織如肌

肉的釋放。相反的，02

++促進(jìn)H和C02在肺泡毛細(xì)血管中的釋放。H、C02和02的結(jié)合之間的別構(gòu)聯(lián)系稱為Bohr

效應(yīng)。第三，血紅蛋白對(duì)02的親和力還受2、3-二磷酸甘油酸（BPG）調(diào)節(jié)，BPG是一個(gè)

負(fù)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(duì)氧的親和力的。胎兒血紅蛋白（a2B2）比成年人的血紅蛋白

（a2B2）有較高的氧親和力，就是因?yàn)樗Y(jié)合BPG較少。

導(dǎo)致一個(gè)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(xì)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?cè)谘t蛋白表面上產(chǎn)生一個(gè)疏水小區(qū)，因

而導(dǎo)致血紅蛋白聚集成不溶性的纖維束，并引起紅細(xì)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(gè)或多個(gè)編碼血紅蛋白鏈的基因造

成的。

棉衣反映是由特化的白細(xì)胞——淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞及其相關(guān)的蛋白質(zhì)之間的相互作用介

導(dǎo)的。T淋巴細(xì)胞9

產(chǎn)生T細(xì)胞受體，B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生免疫球蛋白，即抗體。所有的細(xì)胞都能產(chǎn)生MHC蛋白，

它們?cè)诩?xì)胞表面展示宿主（自我）肽或抗原（非自我）肽。助T細(xì)胞誘導(dǎo)那些產(chǎn)生免疫球

蛋白的B細(xì)胞和產(chǎn)生T細(xì)胞受體的胞毒T細(xì)胞增殖。免疫球蛋白或T細(xì)胞受體能與特異

的抗原結(jié)合。一個(gè)特定的祖先細(xì)胞通過刺激繁殖，產(chǎn)生一個(gè)具有同樣免疫能力的細(xì)胞群的

過程稱為克隆選擇。

人類具有5個(gè)類別的免疫球蛋白，每一類別的生物學(xué)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?？?/p>

近Y的兩“臂”頂端的結(jié)構(gòu)域是多變區(qū)，形成來年各個(gè)抗原結(jié)合部位。一個(gè)給頂?shù)拿庖咔?/p>

蛋白一般只結(jié)合一個(gè)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

便域抗原誘導(dǎo)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(cè)定（ELISA）、Western印跡和單克隆抗體技術(shù)等都得到廣泛

應(yīng)用。

在發(fā)動(dòng)機(jī)蛋白質(zhì)中蛋白質(zhì)-配體相互作用上空間和時(shí)間的組織達(dá)到相當(dāng)完善的程度。肌肉

收縮是由于肌球蛋白和肌動(dòng)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(dòng)蛋白是一種單體，由它聚

集成纖維狀的F-肌動(dòng)蛋白，后者是細(xì)絲的主體。由粗絲和細(xì)絲構(gòu)成肌肉收縮單位——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(dòng)蛋白亞基上解離并與細(xì)絲前方的另一F-肌動(dòng)蛋白亞基再結(jié)合。因此肌球蛋白沿肌動(dòng)

蛋白細(xì)絲滑動(dòng)。肌肉

2+2+

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(dǎo)致肌鈣蛋白-原肌球蛋白復(fù)合體的構(gòu)

象變化，引發(fā)肌動(dòng)蛋白-肌球蛋白0相互作用的循環(huán)發(fā)生。

習(xí)題

1.蛋白質(zhì)A和B各有一個(gè)配體X的結(jié)合部位，前者的解離常數(shù)Kd為10mol/L?（a）哪個(gè)

蛋白質(zhì)對(duì)配體X的親和

6-1

力更高？（b）將這兩個(gè)蛋白質(zhì)的Kd轉(zhuǎn)換為結(jié)合常數(shù)Ka。［（a）蛋白質(zhì)B；（b）蛋白質(zhì)A

的Ka=10（mol/L）,蛋

-9-1

白質(zhì)B的Ka=10（mol/L）

2.下列變化對(duì)肌紅蛋白和血紅蛋白的02親和力有什么影響？（a）血漿的pH從7.4降到

7.2；（b）肺中C02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(duì)肌紅蛋白：（a）無；（b）無；（c）

無。對(duì)血紅蛋白：（a）降低；（b）增加；（c）降低］

3.在37℃,pH7.4,C02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(cè)定給出下列數(shù)據(jù)：

p（02）10.619.527.437.550.477.392.3

%飽和度（=100XY）

10305070859698

(a)根據(jù)這些數(shù)據(jù)，繪制氧結(jié)合曲線；估算在(1)100torrp(02)(肺中)和(2)30

torrp(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(02)］?

(c)如果在毛細(xì)血管中pH降到7.0,利用圖6T7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典故約40%；

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

4.如果已知P50和n,可利用方程(6-15)Y/(1-Y)=［p(02)/P50］計(jì)算Y(血紅蛋白

氧分?jǐn)?shù)飽和度)。設(shè)P50=26torr,n=2.8,計(jì)算肺(這里p(02)=100torr)中的Y和

毛細(xì)血管(這里p(02)=40torr)中的Y。在這些條件

10

下輸氧效率(Y肺-Y毛細(xì)血管=4丫)是多少？除n=1.0夕卜，重復(fù)上面計(jì)算。比較n=2.8和

n=1.0時(shí)的AY值。并說出協(xié)同氧結(jié)合對(duì)血紅蛋白輸氧效率的影響。［n=2.8時(shí)，Y肺

=0.98,Y毛細(xì)血管=0.77,所以，AY=0.21,n=1.0時(shí),Y肺=0.79,Y毛細(xì)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］

2.8解:Y肺/(1-Y肺)=［100/26］Y肺=0.98

2.8Y毛/(1-Y毛)=［40/26］Y毛=0.77

AY=0.98-0.77=0.21

當(dāng)n=L0時(shí),同理，Y肺=0.79Y毛=0.61AY=0.18

5.如果不采取措施，貯存相當(dāng)時(shí)間的血，2.3-BPG的含量會(huì)下降。如果這樣的血用于輸血

可能會(huì)產(chǎn)生什么后果？

［貯存過時(shí)的紅血球經(jīng)酵解途徑代謝BPG。BPG濃度下降，Hb對(duì)02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.llbA能抑制IlbS形成細(xì)長(zhǎng)纖維和紅細(xì)胞在脫氧后的鐮刀狀化。為什么IlbA具有這一效

應(yīng)？［去氧HbA含有一個(gè)互補(bǔ)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(zhǎng)，因?yàn)槟┒说娜パ鮄bA分子缺少“粘性”區(qū)。］

7.一個(gè)單克隆抗體與G-肌動(dòng)蛋白結(jié)合但不與F-肌動(dòng)蛋白結(jié)合，這對(duì)于抗體識(shí)別抗原表位

能告訴你什么？[該表位可能是當(dāng)G-肌動(dòng)蛋白聚合成F-肌動(dòng)蛋白時(shí)被埋藏的那部分結(jié)構(gòu)。]

-78.假設(shè)一個(gè)Fab-半抗原復(fù)合體的解離常數(shù)在25℃和pH7時(shí)為5X10mol/L。(a)結(jié)合

的標(biāo)準(zhǔn)自由能(25℃和pH7

-1時(shí))是多少？(b)此Fab的親和力結(jié)合常數(shù)是多少？(c)從該復(fù)合體中釋放半抗原的

速度常數(shù)為120S。結(jié)合

0的速度常數(shù)是多少？此說明在結(jié)合半抗原時(shí)抗體中的結(jié)構(gòu)變化是大還是?。縖(a)

△G'=35.9kj/mol；(b)Ka=2

6-18-l-18X10molL；(c)結(jié)合速度常數(shù)k=2XlOmolSL,此值接近于小分子與蛋白質(zhì)相遇

(結(jié)合)的擴(kuò)散控制限制(109-1-1至lOmolSL)]

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(jià)，抗體是n價(jià)，即6

抗體分子有n個(gè)結(jié)合部位，且各結(jié)合部位的結(jié)合常數(shù)Ka值是相同的，則可證明當(dāng)游離抗

原濃度為[L]時(shí)，結(jié)合到抗體上的抗原濃度[Lp]與抗體的總濃度[Pr]之比值，a

[L])/(1+Ka實(shí)際上表示被?個(gè)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an-