生物化学上总复习终极版

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第五章氨基酸、多肽、蛋白质

1.氨基酸的立体结构

①苏氨酸Thr 异亮氨酸Ile含两个手性碳原子

2.氨基酸的酸碱滴定曲线

pI＝(pK2+pKR)/2 ; pI＝(pK1+pKR)/2.

3.蛋白质的一、二、三、四级结构

１、蛋白质的一级结构：即蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。

主要化学键：肽键，有些蛋白质还包含二硫键。

２、蛋白质的高级结构：包括二级、三级、四级结构。

１）蛋白质的二级结构：指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是该段肽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。二级结构以一级结构为基础，多为短距离效应。可分为：

α-螺旋：多肽链主链围绕中心轴呈有规律地螺旋式上升，顺时钟走向，即右手螺旋，每隔3.6个氨基酸残基上升一圈，螺距为0.540nm。α-螺旋的每个肽键的Ｎ-Ｈ和第四个肽键的羧基氧形成氢键，氢键的方向与螺旋长轴基本平形。

β-折叠：多肽链充分伸展，各肽键平面折叠成锯齿状结构，侧链Ｒ基团交错位于锯齿状结构上下方；它们之间靠链间肽键羧基上的氧和亚氨基上的氢形成氢键维系构象稳定．β-转角：常发生于肽链进行180度回折时的转角上，常有４个氨基酸残基组成，第二个残基常为脯氨酸。

无规卷曲：无确定规律性的那段肽链。

主要化学键：氢键。

２）蛋白质的三级结构：指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，显示为长距离效应。

主要化学键：疏水键（最主要）、盐键、二硫键、氢键、范德华力。

３）蛋白质的四级结构：对蛋白质分子的二、三级结构而言，只涉及一条多肽链卷曲而成的蛋白质。在体内有许多蛋白质分子含有二条或多条肽链，每一条多肽链都有其完整的三级结构，称为蛋白质的亚基，亚基与亚基之间呈特定的三维空间排布，并以非共价键相连接。这种蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，为四级结构。由一条肽链形成的蛋白质没有四级结构。

主要化学键：疏水键、氢键、离子键

4.蛋白质的分离纯化

1、蛋白质的沉淀：在适当条件下，蛋白质从溶液中析出的现象。包括：

a.丙酮沉淀，破坏水化层。也可用乙醇。

b.盐析，将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，破坏在水溶液中的稳定因素电荷而沉淀。

２、电泳：蛋白质在高于或低于其等电点的溶液中是带电的，在电场中能向电场的正极或负极移动。根据支撑物不同，有薄膜电泳、凝胶电泳等。

３、透析：利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。

４、层析：

a.离子交换层析，利用蛋白质的两性游离性质，在某一特定ＰＨ时，各蛋白质的电荷量

及性质不同，故可以通过离子交换层析得以分离。如阴离子交换层析，含负电量小的蛋白质首先被洗脱下来。

b.分子筛，又称凝胶过滤。小分子蛋白质进入孔内，滞留时间长，大分子蛋白质不能时入孔内而径直流出。

５、超速离心：既可以用来分离纯化蛋白质也可以用作测定蛋白质的分子量。不同蛋白质其密度与形态各不相同而分开。

5.蛋白质的分析（电泳）

①SDS变性电泳可以估算蛋白质的分子量原理

SDS能够与蛋白质结合，导致蛋白质变性。不同蛋白质-SDS复合物形状也相似，都呈椭圆状；大量SDS的负电荷消除了不同种类蛋白质间的电荷符号的差异，蛋白分子越大结合的SDS越多，各蛋白质-SDS复合物的电荷密度（或荷质比）趋于一致；自由电泳时，它们的泳动率基本相同，而在适宜浓度的聚丙烯酰胺凝胶介质中电泳时，由于凝胶的分子筛效应，电泳迁移率就取决于蛋白质-SDS复合物的大小，也可以说是取决于蛋白质分子量的大小。

②有一多肽，其一级结构可能是直线式的也可能是闭环式的. 你如何尽可能简单地做出鉴别?

（1）方案1：将多肽作适当变性，用羧肽酶水解多肽，然后以原样品做对照进行SDS-PAGE 电泳，若水解样品无条带或明显比原样品条带小，则说明多肽一级结构为直线型，否则为环形【因为样品不能被水解，还可能其C末端是Pro或Arg或Lys】；

（2）方案2：作酸水解然后分析其氨基酸组成，根据其组成选择用合适的蛋白水解酶水解（一次可能达不到目的），然后以原样品做对照进行SDS-PAGE电泳。假设切点数为n（尽可能小），出现n条带为环形结构，出现n+1条带为线形结构

（3）方案3；先方案1，不行再方案2

6.同源蛋白质

①一级结构决定三维结构，那么如何理解三维结构相似（同）的同源蛋白一级结构的较大差别？

（1）一级结构相同则其高级结构一定相同，但其逆命题并不成立，高级结构相同并不要求一级结构一定相同（2）高级结构由维持其结构和功能的保守氨基酸及其保守氨基酸在一级结构中的位置决定（3）同源蛋白的高级结构相同（似），不要求他们的一级结构相同，只要求他们的保守氨基酸及其位置相同

7.蛋白质测序

①蛋白质氨基酸测序的基本步骤

分析氨基酸的组成；打开二硫键；多肽链切割；肽段的测序；肽段排序；定位二硫键

第六章蛋白质的三维结构

1.蛋白质构象主要通过弱相互作用得以稳定：氢键、疏水相互作用、离子键

2.刚性肽键平面：N-Ca,C-Ca旋转，C-N不旋转

3.蛋白质二级结构：a螺旋——利用内部氢键1H+4羧基O；b转角——1O+4氨基H

4.蛋白质分类：

①二级分类：a, b, a+b, a/b

②三级分类：纤维蛋白，球蛋白

纤维蛋白：排列成线，二级结构单一；提供力量韧性；表面内部存在大量疏水氨基酸残基a角蛋白：a螺旋，Phe, Ile, Val, Met, and Ala等疏水氨基酸残疾丰富，并含有大量Cys

胶原：a链，Gly-X-Pro或Gly-X-Hyp重复，Gly-Pro-Hyp出现频率最高

丝蛋白：b片层，主要为Gly和Ala

5.测定蛋白质三维结构方法：X射线衍射，核磁共振，

6.超二级结构（基序、折叠）：b-a-b环，a-a角

7.蛋白质四级结构：旋转对称性：环状对称、二面对称

8.蛋白质的折叠：

①分子伴侣：HSP70蛋白质家族：结合疏水基团、封闭蛋白质

陪伴蛋白：阻止未折叠多肽链的聚集

酶：蛋白质二硫键异构酶PDI，肽链prolyl顺反异构酶PPI

②朊病毒引起的疾病又称为“蛋白质构象病”，请从蛋白质折叠的热力学角度解释它的致病机理.

（1）蛋白质有无穷多构象，以横坐标表示其构象状态，纵坐标表示其自由能，则其稳定构象存在于全局最低点或局部极小点，一般认为天然功能蛋白的构象存在于最低点；

（2）朊病毒类蛋白有功能的构象可能只在某局部极小点而不是全局最低点，而无功能的构象可能处于另一某局部极小点，两种构象间的能垒较小，无功能构象容易诱导有功能构象向无功能构象转变；

（3）无功能构象蛋白易发生聚集沉淀，导致病变发生。

9.蛋白质变性：破坏弱相互作用

第七章蛋白质功能

①蛋白质在与其他分子的相互作用中发挥作用，这种相互作用有何特点：

可逆；结构互补，特异性；结构动力

②哪些因素可以导致Hemoglobin与O2的亲和力增加？

氧分压升高；pH值升高；BPG浓度降低；

③抗体的一般结构;

“Y”字型，轻链（L）重链（H）;不变区（C）可变区（V）;二硫键位置和数量正确；

④有那些氨基酸残基在蛋白质功能中发挥重要作用？

Ser，Thr，Tyr，His，Lys，Arg，Glu，Asp，Gln，Asn，Cys. 寡（多）糖与蛋白的O连接和N连接；作为酶酸碱催化中的质子供体或受体；蛋白质磷酸化等

⑤构成肌肉粗丝和细丝的蛋白分子有哪些，各有什么功能？

Myosinmolecule（肌球蛋白分子），构成粗肌丝，分子头部有A TP结合位点和肌动蛋白结合位点；

Actin molecule（肌动蛋白分子），构成细肌丝主体；

Tropomyosin molecule（原肌球蛋白分子），覆盖或暴露细肌丝上肌球蛋白分子的结合位点；

Troponin molecule（肌钙蛋白分子），与原肌球蛋白分子相连，通过与钙离子结合调控粗丝和细丝的结合与解离。

⑥根据肌肉收缩的分子机制，解释“尸僵”现象

（1）粗肌丝由肌球蛋白分子构成，分子头部有ATP结合位点和肌动蛋白结合位点，细肌丝主体由肌动蛋白分子构成；

（2）肌球蛋白分子没有与ATP结合时，其肌动蛋白结合位点与肌动蛋白结合，当肌球蛋白结合ATP时，其与肌动蛋白解离；

（3）人死若干小时后，体内的代谢停止不再产生ATP，遗留的A TP也被耗尽，导致粗丝和细丝结合不再解离---尸僵出现。

第八章酶

1.酶的组成：

全酶：脱辅基酶+辅基（辅因子：辅酶，无机因子，有机分子）

2.酶的作用机制

①酶可以降低反应的活化能，使反应速度加快，降低活化能的因素有：

（1）酶与底物的相互诱导结合产生结合能，包括反应物的商减少效应、脱溶剂效应、电子云的定向重排效应、酶对过渡态的稳定效应；

（2）活性中心特殊基团的催化作用，包括酸碱催化、共键催化、金属离子催化等。

②对于人工酶（如环糊精）、核酶（RNA）、抗体酶、同工酶、以及具有催化功能的脂类分子集合体等具有明显区别的概念或对象，你能用什么基本原理将他们统一在“催化”的旗帜下？给出理由（4分）

答：用酶的催化机理来统一。理由：这些对象虽然属于不同物质类别或分子整体结构大不相同，但他们一定有能与他们各自的底物相结合的活性中心，通过各种效应（参见答1）来完成催化功能，因此，酶不一定是蛋白质，只要是能提供执行催化机理的有序基团集合（即活性中心）的物质（分子）结构，就具有酶的功能。

③什么是酶催化的过渡态理论？列出你所知道的支持证据？

酶与反应过度态结构的契合程度高于酶与底物的契合程度；

证据：对底物结构的修饰对Km改变较小而Kcat改变较大；过度态类似物与酶的亲和力显著高于底物与酶的亲和力；抗体酶的成功.

④为什么糜蛋白酶（Chymotrypsin）属于丝氨酸蛋白水解酶家族？你还知道那些丝氨酸蛋白水解酶以及蛋白水解酶家族？

答：糜蛋白酶活性中心的Ser残基在蛋白质水解反应中起重要的催化作用——酸碱催化和共价催化。

其它丝氨酸蛋白酶如：trypsin （胰蛋白酶），elastase （弹性蛋白酶），subtilisin （枯草杆菌蛋白酶，thrombin（凝血酶），plasmin（血纤维蛋白溶酶）等。

其它蛋白水解酶家族：天冬氨酸（Asp）蛋白水解酶家族，光氨酸（Cys）蛋白水解酶家族，金属蛋白水解酶家族等。

3.酶促热力学：

4.最适PH和温度：

最适温度：温度的升高可以使任何化学反应的速度加快；过高的温度会使酶的构象变化，使酶的催化能力降低，矛盾双方的调和使酶有一个最佳的催化温度。

最适pH值：酶的酸碱或共价催化需要催化基团处于质子化或脱质子化状态，对pH有依赖性；同时pH的变化对稳定酶构象的相互作用，特别是静电相互作用有较大影响。上述因素的综合，会使酶有一个最佳的催化pH值。

5.酶的抑制剂

①酶的可逆抑制剂有几类？它们的抑制动力学各有何特点？

Competitive inhibitor（竞争性抑制剂），抑制剂浓度增加测得的Km值增加，但Vmax不变；

②Uncompetitive inhibitor（反竟争性抑制剂），抑制剂浓度增加，测得的Km值和Vmax都减小；

③Mixed inhibitor（混合性抑制剂），抑制剂浓度增加，Km值增加但Vmax减小；

④Noncompetitive inhibitor（非竞争性抑制剂），是混合性抑制剂的特殊类型，抑制剂浓度增加，Vmax减小但Km值不变。

6.酶的调控

①酶在体内的活性是如何受到调控的？

Allosteric regulation（变构调节）；

Covalent mo dification（共价修饰）；

Proteolytic cleavage（水解激活）；

Gene regulation: changing the amount of specific enzymes。

②糜蛋白酶的催化动力学曲线与肌红蛋白的氧合曲线类似；天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）是一个变构酶，它的催化动力学曲线是否与血红蛋白的氧合曲线类似，为什么？

答：类似。理由：A TCase和血红蛋白都属于寡聚体变构（别构）蛋白，它们包含多个与底物/效应物结合位点；某一结合位点与底物/效应物的结合通过构象变化会影响（加强或减弱）到其它位点与底物/效应物的结合（变构效应）。它们的催化或结合动力学不遵从Michaelis-Menten方程（双曲线），一般为S形曲线。

③糜蛋白酶的一级结构及其激活过程如图所示，这个激活顺序能否颠倒？给出理由

答：不能颠倒。理由：可能糜蛋白酶原上只暴露有胰蛋白酶的切割位点（水解），而糜蛋白酶的切割位点尚未暴露；当胰蛋白酶对糜蛋白酶原进行切割后，结构会发生调整变化，才暴露出糜蛋白酶（--Chymotrypsin）的切割位点。

第九章糖

1.单糖，二糖（O-糖苷键，N-糖苷键），多糖（同多糖、杂多糖）

2.淀粉、纤维素结构比较：

淀粉的单体为-D-glucose，通过→4)糖苷键连接，其三维结构为螺旋型

纤维素的单体-D-glucose，通过→4)糖苷键连接，其三维结构为直线型

3.复合糖

蛋白聚糖：

糖蛋白：可用作生物标记，被凝集素识别。细胞质膜上的选择蛋白为凝集系，可结合细胞外基质和其他细胞表面糖链，介导信息流动。例；细菌、病毒病原体对动物靶细胞的粘附（自身携带凝集素结合靶细胞表面寡糖）。

糖脂:

①细胞膜表面的寡（多）糖有何生物学功能

细胞表面的Glycoprotein和Glycolipid上的糖链可能是：病毒的受体；毒素的受体；细胞黏附分子；抗原……

②寡糖与蛋白的O连接指与Ser或Thr的侧链羟基O连接，N连接指与Asn的侧链酰胺基上的N连接

第十章核酸和核苷酸

1.DNA结构: B型、A型、Z型

不常见结构：Z型、三股链（triple helix）；四股链（etraplex），与replication, recombination, transcription启动和调节有关

2.DNA测序：

①在Sanger法DNA自动测序中，荧光基团可以标记在双脱氧核苷酸（ddNTP）上或标记在引物上.

第十一章脂质

1.

第十二章生物膜

1.膜的分子组成

①脂质分子运动：脂酰基链的热运动；同一层内的侧向扩散；翻转扩散

②膜蛋白外周蛋白、膜内在（整合、跨膜）蛋白

与膜结合方式：跨膜蛋白包括a-helix和b-barrel两种形式；

外周蛋白与膜结合的方式有lipid linked，lipid bound，span-protein bound。

2.生物膜功能：

(1)形成边界，使细胞与环境隔离；(2) 使细胞的内部结构分化，形成不同的功能分区；(3) 执

行物质跨膜运输；(4) 执行对环境的信号转导；(5) 细胞和细胞的直接通讯

3.物质运输方式

4.通道：

①Acetylcholine receptor通道是如何控制开关的？

②K＋离子通道是如何对通过的离子进行选择的？

③膜电位是怎样控制Na＋通道开关的（可图示并说明）？

④Ca2+泵和Na+-K+泵的异同点。

相同点：跨膜蛋白，消耗ATP，磷酸化，饱和性；

不同点：Ca2+泵为uniport，Na+-K+泵为uniport

第十三章信息传导

1. 生物信号（Biosignaling）有那些传导基本要素和基本特征？

答：特征：Specificity，amplification，Desensitization/Adaptation，Integration 要素：受体、G蛋白、产生第二信使的酶、第二信使和相应下游蛋白

2. 描述GTP-结合蛋白（G-蛋白）活化和失活的调节机制

答：Ligand 同G蛋白偶联受体结合，G蛋白磷酸化，GDP变为GTP,α同βγ亚基分离，结合下游蛋白，发挥信号传导作用；当α亚基脱磷酸化，GTP重新替换为GDP，α同βγ亚基重新结合，恢复循环初始状态

4.以G-蛋白偶联受体为例，描述细胞信号转导的基本要素、途径和产生细胞应答的机制答：途径及机制：以PKA途径为例：

Ligand 同G蛋白偶联受体结合，G蛋白磷酸化，GDP变为GTP,

α同βγ亚基分离，结合位于细胞膜上的腺苷酸环化酶（AC），活化后的AC催化AMP环化为CAMP，

第二信使CAMP再活化PKC等蛋白激酶，进一步激活下游的信号传导途径，

最终达到把信息传递给细胞质的目的蛋白或调节细胞核内目的基因表达的目的；

当α亚基脱磷酸化，GTP重新替换为GDP，

α同βγ亚基重新结合，恢复循环初始状态。同时，细胞内多种脱磷酸化及其它修饰机制有效对信号的传递过程产生反馈和控制作用