#安庆一中理科试验班生物竞赛讲义

专题2 生物化学
第3章蛋白质及其代谢
第1节蛋白质
一、氨基酸：
（一）结构：脯氨酸除外。

1.天然蛋白质中存在的氨基酸都是α-氨基酸；
2.除甘氨酸外，天然蛋白质中存在的氨基酸都是L-α-氨基酸。

（二）分类：
1.据R基团化学结构分类：
脂肪族+芳香族+杂环族。

脂肪族氨基酸据R基团化学结构分类：
（1）1氨基1羧基（中性氨基酸）：Gly，Ala，Val，Leu，Ile；
（2）1氨基2羧基（酸性氨基酸）：Asp，Glu；
（3）2氨基1羧基（碱性氨基酸）：Lys，Arg；
（4）含羟基：Ser，Thr；
（5）含酰胺基：Asn，Gln；
（6）含硫：Cys，Met。

2.据R基团极性分类：
非极性氨基酸（8种）+不带电荷极性氨基酸（7种）+带正电荷极性氨基酸（3种）+带负电荷极性氨基酸（2种）。

3.据营养学分类：必需氨基酸+半必需氨基酸+非必需氨基酸。

（三）氨基酸的性质：
1.旋光性：甘氨酸除外。

2.氨基酸的紫外吸收：
20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区（＜220nm）均有光吸收。

在近紫外区（220-300nm）只有R基团含有苯环共轭双键的酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有光吸收。

利用紫外光法可以测定氨基酸的含量。

3.重要化学反应：
（1）α-氨基、α-羧基共同参和的反应：
①成肽反应；
②和茚三酮的反应：
【注意】
a.脯氨酸、羟脯氨酸和茚三酮反应生
成黄色物质。

b.此反使用于定性、定量鉴定氨基酸。

（2）α-氨基参和的反应：
①和亚硝酸反应产生氮气：
【注意】α-氨基可和亚硝酸反应产生氮气，在标准条件下测定氮气体积，即可计算出氨基酸的量。

凯氏定氮法：测定蛋白质含量的经典方法。

②和2，4-二硝基氟苯的反应：
【注
意】鉴
定多
肽或
蛋白质的N-末端氨基酸。

③和苯异硫氰酸酯（PITC）的反应：Edman反应。

【注意】鉴定多肽或蛋白质的N-末端氨基酸；由于此反应能够不断重复循环，将肽链N-末端氨基酸残基逐一进行标记和解离，所以是测定蛋白质氨基酸序列的最基本、最有效的手段，蛋白质测序仪就是该反应原理
设计的。

（3）α-羧基参和的反应：
成盐和成酯反应。

（4）侧链R基团参和的反应。

4.氨基酸的酸碱性质：
（1）氨基酸的两性解离：
氨基酸在晶体或水中主要以兼性离子存在。

①氨基酸是一类两性电解质，它既起酸（质子供体）的作用，又起碱（质子受体）的作用：
②中性氨基酸的解离（以Gly为例）：
【注意】K1和K2分别为-COOH 和-+NH3的解离常数。

（2）氨基酸的等电点：
①概念：调节溶液pH值，使氨基酸处于兼性离子状态，此时氨基酸所带正负电荷数相等，即净电荷为0，在电场中既不向阳极又不向阴极移动，这时溶液的pH值即为氨基酸的等电点（pI）。

②公式：
a.中性氨基酸：pI=（pK1+pK2）/2；
b.酸性氨基酸：pI=（pK1+pK R）/2；
c.碱性氨基酸：pI=（pK2+pK R）/2。

【注意】
氨基酸的等电点：
各种氨
基酸的
等电点不同，当溶
液的pH=pI时，净
电荷为0；当溶液
的pH＜pI时，氨基酸主要为正离子；当溶液的pH＞pI时，氨基酸主要为负离子。

在一定pH范围内，pH离pI越远，氨基酸所带静电荷越大。

氨基酸在等电点时，溶解度最小，最易沉淀，利用这一性质可以分离制备各种氨基酸；亦可通过电泳法、离子交换层析法进行分离。

（四）分离：
1.纸层析：最简单的液-液分配层析，采用滤纸作为支持物。

2.离子交换层析：一种用离子交换树脂作为支持物的层析法。

氨基酸的洗脱顺序：酸性氨基酸、中性氨基酸、碱性氨基酸。

目前具有全自动的氨基酸分析仪。

【例题】2008年预赛
计算天冬氨酸的pI值。

它的pK1值2.09，pK2值为3.86，pK3值为9.82。

（）
A．5.26 B．2.98 C．5.96 D．6.84
【例题】2010年预赛
能出现在蛋白质分子中的下列氨基酸，哪一种没有遗传密码？（）
A．酪氨酸B．苯丙氨酸C．异亮氨酸D．羟赖氨酸
【例题】2010年联赛
1.在氨基酸的分类中，下面哪一个氨基酸属于芳香族氨基酸？（）（1分）
A．丙氨酸B．丝氨酸C．色氨酸D．亮氨酸
2.蛋白质的肽键是以下列哪一种方式形成的？（）（1分）
A．α-氨基和α-羧基缩合而成B．α-氨基和β-羧基缩合而成
C．β-氨基和α-羧基缩合而成D．β-氨基和β-羧基缩
合而成
二、蛋白质：
（一）结构：
1.一级结构：
【肽键】
（1）C-N键具有部分双键性质；
（2）肽键一般为反式构型。

【例题】2009年联赛
下图示部分多肽链的结构，1、2、3、4所标的4个化学键中的哪些键不能如右图所示那样旋转？（）
A．1 B．2 C．3 D．4 【维持蛋白质构象的作用力】
主要是较弱的相互作用，即非
共价键或次级键。

a.盐键（离子键）；
b.氢键；
c.疏水键；
d.
范德华力；e.二硫键
2.二级结构：指多肽链本身绕曲折叠成有规律的
结构或构象。

这种结构是以肽链内或肽链间的氢键
来维持的。

（1）α-螺旋：多肽链中氨基酸残基以100°的角度
围绕螺旋轴心盘旋上升（每个残基沿轴上升
0.15nm），每3.6个残基就旋转一圈，螺距为0.54nm，
螺旋直径0.5nm；右手旋转；多肽链内的氢键由肽链中一个肽键的-CO
的氧原子和第四个肽键的-NH的氢原子组成，每个氢键所形成的环内
共有13个原子，这种螺旋称为
3.613-螺旋。

【影响α-螺旋形成的因素】
①R基的电荷性质：同种电荷可产生静电斥力。

pH=7，多聚Lys R基带正电荷，破坏α-螺旋的形成。

②R基的大小：R基大，空间位阻大。

多聚Ile、Val、Leu，由于R基大，阻碍α-螺旋的形成。

③R基的结构：
多聚Pro由于肽键上不具有亚氨基氢，无法形成氢键，因此多
肽链中只要有Pro残基，α-螺旋即被中断，使多肽链主链产生一个“结节”。

（2）β-折叠：邻近两链以相反
或相同方向平行排列成片层状。

两个氨基酸残基之间的轴心距
离为0.35nm，β-折叠结构的氢键
是由两条肽链中的一条的-CO
基和另一条-NH基之间所形成。

②反平行式。

（3）β-转角：多肽链上出现的180°回折，由第一个氨基
酸残基的-CO和第四个氨基酸残基的-NH之间形成氢键。

（4）自由绕曲：没有一定规律的松散结构，酶的功能部位
常常处于这种构象区域里。

3.超二级结构和结构域：
（1）超二级结构：蛋白质中，由若干相邻的二级结构单元
组合在一起，彼此相互作用，形成有规则、在空间上能辨认
的二级结构组合体，以充当三级结构的构件。

基本组合形式：
（2）结构域：多肽链在超二级结构基础上进一步绕曲折叠成紧密的球状结构，在空间上彼此分隔的各自具有部分生物功能的亚结构。

一般情况下，酶的活性部位位于两个结构域之间的裂缝中。

4.三级结构：
（1）纤维状蛋白质一般
只有二级结构，而球状
蛋白质在二级结构的基
础上，经过超二级结构
和结构域，进一步组装成三级结构。

（2）维持三级结构的作用力主要是一些次级键，包括氢
键、盐键、疏水键和范德华力等。

5.四级结构：由相同或不同的称作亚基的亚单位按照一
定排布方式聚合而成的蛋白质结构，维持四级结构稳定的
作用力是疏水键、离子键、氢键、范德华力。

亚基本身都
具有球状三级结构，一般只包含一条多肽链，也有的由二条或二条以上由二硫键连接的肽链组成。

（二）性质：
1.大小和分子量：
（1）道尔顿；
（2）沉降系数（S）：单位离心场下的沉降速度。

1S=10-13秒。

蛋白质、核酸、核糖体的沉降系数介于1～200S之间。

2.酸碱性质：
（1）蛋白质是两性电解质；
（2）蛋白质在等电点时溶解度最低。

可采用电泳法和离子交换层析分离蛋白质混合物。

3.胶体性质：
（1）具有胶体的特征：布朗运动、丁达尔现象、不能通过半透膜；蛋白质颗粒比较稳定，不易沉淀。

①透析法：将含有小分子杂质的蛋白质纯化。

②盐析法：使蛋白质颗粒集聚而生成沉淀。

4.蛋白质的沉淀：
（1）盐析法；
（2）等电点沉淀；
（3）有机溶剂沉淀法：如酒精棉球的作用。

（4）重金属盐沉淀法；
（5）生物碱试剂及某些酸沉淀法；
（6）加热变性沉淀法。

5.蛋白质的变性和复性：
（1）变性：蛋白质分子的空间结构改变，导致其理化性质、生物活性都发生改变。

但不发生一级结构的破坏，而主要发生氢键、疏水键和二硫键等次级键的破坏。

生物活性丧失，溶解度降低。

（2）复性：蛋白质的变性如果不过于剧烈，则是一种可逆过程，变性蛋白质通常在除去变性因素后，可缓慢地重新自发折叠成原来的构象，恢复原有的理化性质和生物活性。

6.蛋白质的紫外吸收：280nm的紫外光下，有最大吸收峰。

这是由于肽链中酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸的R基团引起的。

紫外分光光度法在280nm的光吸收值来测定蛋白质的含量。

（三）分离纯化：
1.根据蛋白质的溶解度差异进行分离：
（1）盐析法；
（2）等电点沉淀；
（3）有机溶剂分级沉淀。

2.根据蛋白质分子大小进行分离：
（1）透析；
（2）密度梯度离心；
（3）凝胶过滤：分子筛效应。

3.
根据蛋白质带电性质不同进行分离：
（1）电泳；
（2）离子交换层析；
【例题】2010年联赛
在生物大分子的分离纯化过程中，能将生物大分子和无机盐及有机小分子分离的方法是以下哪些？（）（3分）
A．离子交换层析B．凝胶过滤层析C．滤纸过滤D．透析E．离心
1.蛋白质的化学分类：
（1）简单蛋白质：球蛋白、白蛋白、组蛋白等。

（2）结合蛋白质：由简单蛋白质和非蛋白质物质两部分组成。

①糖蛋白：由简单蛋白和糖类物质组成。

如细胞膜中的糖蛋白等。

②脂蛋白：由简单蛋白和脂类结合而成。

如血清α-，β-脂蛋白等。

③核蛋白：由简单蛋白和核酸结合而成。

如细胞核中的核糖核蛋白等。

④色蛋白：由简单蛋白和色素结合而成。

如血红素、过氧化氢酶、细胞色素c等。

⑤磷蛋白：由简单蛋白质和磷酸组成。

如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白等。

2.蛋白质的功能分类：结构蛋白和酶。

第2节蛋白质的异化
一、蛋白质的降解：
（一）细胞内蛋白质的降解：
1.溶酶体的降解；
2.泛素化降解。

（二）机体对外源蛋白的消化作用。

二、氨基酸代谢：
（一）脱氨基作用：
1.氧化脱氨基作用：
谷氨酸脱氢酶是为人所知的唯一种氧化脱氨基作用的线粒体酶，辅酶为NAD+或NADP+。

2.转氨基作用：
（1）大多数氨基酸可参和转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。

（2）血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一：
GPT（谷丙转氨酶）/GOT（谷草转氨酶）。

（3）转氨基作用的机制：转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛/磷酸吡哆胺。

作用：
方
式
既
是氨基
酸脱氨
基的主
要方
式，也
是体内
合成非
必需氨
基酸的
主要方
式。

主要在肝、肾组织进行。