暨南大学生化期末考试题

1. 拉式构象图内容答：拉氏构象图：Ramachandran根据蛋白质中非共价键合原子间的最小接触距离，确定了哪些成对二面角（Φ、Ψ）所规定的两个相邻肽单位的构象是允许的，哪些是不允许的，并且以Φ为横坐标，以Ψ为纵坐标，在坐标图上标出，该坐标图称拉氏构象图（TheRamachandran Diagram）。

图上的一个位点对应于一对二面角（Φ、Ψ），代表一个Cα的两个相邻肽单位的构象。

该图简化了蛋白质构象的研究，有利于正确判断蛋白质结构模型的正误。

同时也发现了肽链的折叠具有相当大的局限性，二面角（Φ、Ψ）取值范围有限，只有取值所对应的构象才是立体化学所允许的。

⑴实线封闭区域一般允许区，非键合原子间的距离大于一般允许距离，区域内任何二面角确定的构象都是允许的，两者无斥力，构想能量最低，所以构象是稳定的。

⑵虚线封闭区域是最大允许区，非键合原子间的距离介于最小允许距离和一般允许距离之间，立体化学允许，但构象不够稳定。

⑶虚线外区域是不允许区，该区域内任何二面角确定的肽链构象，都是不允许的，此构象中非键合原子间距离小于最小允许距离，斥力大，构象极不稳定。

Gly的Φ、Ψ角允许范围很大。

构象的范围是很有限的，对非Gly氨基酸残基一般允许区占全平面的7.7%，最大允许区占全平面22.5％。

2. 蛋白质翻译后修饰的作用。

答：蛋白质翻译后修饰在生命体中具有十分重要的作用。

它使蛋白质的结构更为复杂, 功能更为完善, 调节更为精细, 作用更为专一。

表现如下：（1）磷酸化、糖基化和硫酸化还有许多其它的修饰对蛋白的功能是极为重要的，因为它们能决定蛋白的活性、稳定性、定位和循环，进一步影响细胞的生长分化、细胞周期、细胞凋亡和癌症发生等生物学过程；（3）与某些疾病相关：如多种硫酸酯酶缺乏症，属于一种罕见的溶酶体储存紊乱疾病，造成硫酸酯酶的翻译后修饰出现异常，致使酶活性减少或缺乏，造成各种硫酸酯酶的硫酸酯底物堆积在细胞的溶酶体和其他细胞器中，损害细胞的正常功能，出现一系列复杂的临床表型。

3. 二硫键在肽链折叠、蛋白质结构和功能方面的作用答：二硫键等基团间的相互作用为蛋白质产生维持高级结构和功能提供基础。

半胱氨酸残基中的巯基是所有蛋白质氨基酸残基中最活泼基团，在体内多种反应中扮演着至关重要角色。

巯基与二硫键之间可借助氧化还原反应相互转化。

当条件合适时，二硫键可按照原来的配对进行组合，这样形成的蛋白质可与天然蛋白质一样，既有正确的空间构象，又具有原来蛋白质的生物活性。

这一过程被成为蛋白质氧化重折叠。

就天然构象的恢复而言，二硫键不仅能稳定天然构象，且还能引导进一步氧化与折叠的发生。

（1）二硫键能够帮助肽链折叠二硫键的形成对于稳定蛋白质的空间结构和保持其活性功能具有极其重要的影响，是蛋白质折叠过程中的重要步骤，它的错误配对是影响蛋白质多肽链正确折叠的重要原因，而且其形成的动力学和热力学性质影响着蛋白质折叠的速率和途径。

相对而言，二硫键更倾向于在氨基酸序列的前半段出现，这在蛋白质翻译过程中对于保证蛋白质新生肽链顺利延伸合成和减少发生错误折叠是有积极意义的。

（2）二硫键能够维持蛋白质结构二硫键作为共价化合键，存在于多数蛋白质中。

二硫键的形成能够使蛋白质肽链的空间结构更为紧密，从而发挥维持和稳定蛋白质三维结构的功能。

二硫键可以具有不同的空间构型，因此形成二硫键的2个半胱氨酸残基所在肽段的相对构象，也可因为二硫键构型不同而发生改变。

大多数真核细胞膜表面蛋白和分泌蛋白经常通过二硫键来稳定其构象。

（3）二硫键的形成和变化能够影响蛋白质的功能半胱氨酸残基中的巯基是所有蛋白质氨基酸残基中最活泼的基团，在体内参抗氧化、亚硝基化和巯基-二硫键交换等多种重要生理反应，从而发挥并调节蛋白质的功能，如：可以调节细胞内环境分子间的接触，从而影响蛋白质的分泌情况；二硫键能够作为许多蛋白功能的切换器，一些分泌的可溶性蛋白和细胞表面受体蛋白通过一个或多个二硫键的切割来实现其功能的控制；另外，蛋白巯基还可以作为细胞内环境分子间相互作用的媒介，其媒介作用通过直接地形成分子间二硫键或间接地改变折叠途径和后续的聚集反应来实现。

例举如下：A、巯基的抗氧化作用——在谷胱甘肽（GSH）中，半胱氨酸残基形成的疏基能够维持细胞的正常代谢与保护细胞膜的完整性，并能结合亲电子基、重金属离子与氧自由基等有害物质，具有抗脂质过氧化作用，可直接使氧自由基还原或促进超氧化物歧化酶合成。

另外，由于巯基具有抗氧化作用，现已证实GSH水平下降是诱导细胞发生凋亡的重要因素。

B、巯基的亚硝基化反应：蛋白质巯基亚硝基化修饰——主要是指巯基与气体信号分子一氧化氮(NO)反应。

蛋白质巯基被NO或其衍生物修饰可发挥NO的生物活性，且使NO更稳定。

蛋白质的巯基亚硝基化修饰影响其在细胞内的活性和功能，如核转录因子(NF-κB) 的一个亚基巯基亚硝基化能够影响其与DNA结合；蛋白质巯基亚硝基化修饰能够活化钙离子通道，天门冬氨酸受体(NMDAR)蛋白质巯基亚硝基化影响相关信号通路；蛋白质巯基亚硝基化调控Caspase酶活性，用Fas处理细胞，Caspase-3发生去亚硝基化后活化，诱导细胞凋亡。

C、巯基-二硫键交换反应对细胞信号分子影响——人热休克转录因子1(heat shocktranscription factor 1，HSF1)中半胱氨酸残基的氧化还原反应能够影响其被热激活状态并DNA结合。

4. 为什么会出现转角？转角为什么一般都出现在蛋白质表面？答：β-转角是种简单的非重复性结构。

在β-转角中第一个残基的C=O与第四个残基的N-H氢键键合形成一个紧密的环,使β-转角成为比较稳定的结构,多处在蛋白质分子的表面,在这里改变多肽链方向的阻力比较小。

β-转角的特定构象在一定程度上取决与他的组成氨基酸,某些氨基酸如脯氨酸和甘氨酸经常存在其中：甘氨酸（Gly）：R=H，即侧链没有空间位组，因此临近氨基酸残基形成的二面角自由度较大、不稳定。

一般不出现在规则二级结构中，但常出现在β-转角中，能很好地调整其他残基的空间阻碍,因此是立体化学上最合适的氨基酸，并常出现在两股肽段贴近的位置；脯氨酸（Pro）：N原子位于刚性封闭的吡咯环，并使Φ角固定为-60°；该N原子连接的H原子已用于肽键的形成，且吡咯环又阻止其C=O接近附近肽平面的NH，故难以形成α-螺旋或β-折叠所需要的氢键。

因此在一定程度上迫使β-转角形成,促使多台自身回折且这些回折有助于反平行β折叠片的形成。

β-转角及其附近氨基酸残基有较大的亲水性，常出现亲水性较强的D（Asp）、N（Asn）、Q （Gln）、S（Ser）等氨基酸残基，故大多位于蛋白质分子表面，参与蛋白质与水分子、其他蛋白或分子之间的相互作用。

常是蛋白质磷酸化或N-糖基化位点，其序列具有保守性，与参与蛋白质生物学功能密切相关。

5. 肽链设计Design a sequence of polypeptide containing up to 25 amino acids which is likely to form a hairpin α-helical structure two antiparallel（反向平行）α-helices,with a β-turn in the center of the sequence. Show you proposed sequence using the one-letter code of amino acids, and explain the special features of your design .（设计一个多肽序列：包含25个氨基酸的发卡α-螺旋结构、两个反平行的α-螺旋和位于序列中间的β-转角结构。

用氨基酸代码的形式写出你的序列，解释你设计的具体思路。

）【肽链的设计合成】基本合成步骤：1 、去保护： Fmoc 保护的柱子和单体必须用一种碱性溶剂（ piperidine ）去除氨基的保护基团。

（如图 1 ）2 、激活和交联：下一个氨基酸的羧基被一种激活剂所激活溶解，激活的单体与游离的氨基在交联剂的作用下交联，形成肽键。

3 、循环：这两步反应反复循环直到整条肽链合成完毕。

4 、洗脱和脱保护：根据肽链所含的残基不同，用不同的脱树脂溶剂从柱上洗脱下来，其保护基团被一种脱保护剂（ TFA ）洗脱和脱保护。

简介多肽是复杂的大分子 , 因此每条序列在物理和化学特性上都是独特的，有些多肽合成很困难 , 另有些多肽虽然合成相对容易 , 但纯化困难；最常见的问题是许多肽不溶于水溶液 , 因此在纯化中 , 这些疏水肽必须溶于非水溶剂中或特殊的缓冲液 , 而这些溶剂或缓冲液很可能不适合应用于生物实验系统 , 因此研究人员不能使用该多肽达到自己的目的 , 因此下面是对于研究人员设计多肽的一些建议。

如何降低肽链合成的难度？1. 减少序列长度由于肽的长度增加会导致粗产物纯度降低 , 小于 15 个残基的肽比较容易得到较高纯度的初产物，当肽链长度增加到 20 个残基以上时 , 正确产物的量就是一个主要考虑的问题。

在许多实验中 , 降低残基数低于 20 往往能得到更好的实验结果。

2. 减少疏水性残基数疏水性残基占明显优势的肽，尤其在距 C 端 7-12 个残基的区域，常常引起合成困难。

这通常被认为是由于合成中形成 b 折叠片，这样会产生不完全配对。

用 1 个或几个极性残基置换或加入 Gly 或 Pro 以打开肽结构可能会有帮助。

3. 减少“困难”残基有多个 Cys 、 Met 、 Arg 、 Try 残基通常难于合成。

Ser 通常可作为 Cys 的非氧化替换。

如何增强肽链的可溶性？•改变 N 端或 C 端对于酸性肽 ( 即 pH 值为 7 时带负电荷 ), 我们推荐乙酰化 (N 端乙酰化 , C 端保持自由羧基 ), 以增加负电荷。

而对于碱性肽 ( 即 pH 值为 7 时带正电荷 ), 我们推荐氨基化 (N 端自由氨基 , C 端氨基化 ), 以增加正电荷。

•缩短或加长序列某些序列含有大量疏水氨基酸 , 如 Trp 、 Phe 、 Val 、 Ile 、 Leu 、 Met 、 Tyr 和 Ala 等 , 当这些疏水残基大于 50% 通常难于溶解。

为了增加肽的极性 , 加长序列可能会有帮助。

另外一种选择是通过减少疏水残基的方法降低肽链的长度以增加极性。

肽链极性越高 , 就越有可能溶于水。

•加入可溶性残基对于某些肽链而言 , 加上一些极性氨基酸能改善可溶性。

我们推荐给酸性肽的 N 端或 C 端加上 Glu-Glu 。

给碱性肽的 N 端或 C 端加上 Lys-Lys 。

如果不能加入带电荷基团 , 可以将Ser-Gly-Ser 加到 N 端或 C 端。