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第一部分 基础综合 第一章 生物化学 一、蛋白质的结构与功能 理解应用1 氨基酸与多肽 1.氨基酸的结构与分类 蛋白质的基本结构单位——氨基酸 蛋白质是高分子化合物，在酸、碱或蛋白酶作用下可以水解成为其基本组成单位——氨基酸。 （1）氨基酸的一般结构式 蛋白质水解生成的天然氨基酸有20余种，但其化学结构式具有一个共同的特点，即在连结羧基的(-碳原子上还有一个氨基，故称(-氨基酸。(-氨基酸的一般结构式可用下式表示： L型 D型 由上式可以看出，除甘氨酸外，其余氨基酸的(-碳原子是一个不对称碳原子，具有旋光异构现象，也有D系和L系两种构型。组成天然蛋白质的20种氨基酸多属于L-(-氨基酸。生物界中已发现的D系氨基酸大都存在于某些细菌产生的抗生素及个别植物的生物碱中。 （2）氨基酸的分类：组成蛋白质的氨基酸有20余种，但绝大多数蛋白质只由20种氨基酸组成。根据它们的侧链R的结构和性质分为以下四类： 1）非极性R基氨基酸 这类氨基酸的特征是在水中溶解度小于极性R基氨基酸。包括四种带有脂肪烃侧链的氨基酸 (丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸)；两种含芳香环氨基酸 (苯丙氨酸和色氨酸)；一种含硫氨基酸 (甲硫氨酸) 和一种亚氨基酸 (脯氨酸)。 2）不带电荷的极性R基氨基酸 这类氨基酸的特征是比非极性R基氨基酸易溶于水。包括三种具有羟基的氨基酸 (丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸)；两种具有酰胺基的氨基酸 (谷氨酰氨和天冬酰胺)；一种含有巯基氨基酸(半胱氨酸)和R基团只有一个氢但仍能表现一定极性的甘氨酸。 3）带正电荷的R基氨基酸 这类氨基酸的特征是在生理条件下带正电荷，是一类碱性氨基酸。包括在侧链含有(氨基的赖氨酸；R基团含有一个带正电荷胍基的精氨酸和含有弱碱性咪唑基的组氨酸。 4）带负电荷的R基氨基酸 天冬氨酸和谷氨酸都含有两个羧基，在生理条件下分子带负电荷，是一类酸性氨基酸。 2.肽键与肽链 氨基酸的成肽反应 两分子氨基酸可借一分子的氨基与另一分子的羧基脱去1分子水、缩合成为最简单的肽，即二肽。在两个氨基酸之间新产生的酰胺键(-CO-NH-)称为肽键。肽键中的C—N键具有部分双键的特征，不能自由旋转，这些现象是因共振而产生的。其结果使肽键处在一个刚性的平面上，此平面被称为肽键平面(酰胺平面)。两个肽键平面之间的α-碳原子，可以作为一个旋转点形成二面角。二面角的变化，决定着多肽主键在三维空间的排布方式，是形成不同蛋白质构象的基础。 二肽分子中的羧基能同样与另一分子氨基酸的氨基缩合成三肽。如此进行下去，依次生成四肽、五肽……，许多氨基酸可连成多肽。肽链分子中的氨基酸相互衔接，形成的长链，称为多肽链。肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而有残缺，故称为氨基酸残基。蛋白质就是由许多氨基酸残基组成的多肽链。多肽链中有自由氨基的一端称为氨基末端或N-末端；有自由羧基的一端称羧基末端或C-末端。每条多肽链中氨基酸残基顺序编号都是从N－端开始，N－端在左，C－端在右。命名短肽从N-末端开始指向C-末端。 【试题】下列关于肽键性质和组成的叙述正确的是 A.由Cα和C-COOH组成 B.由Cα1和Cα2组成来源 C.由Cα和N组成 D.肽键有一定程度双键性质 E.肽键可以自由旋转 【解析】答案：D 肽键有一定程度双键性质。 理解应用2 蛋白质的结构 1.一级结构 氨基酸残基在多肽链中的排列顺序及其共价连接称为蛋白质的一级结构，肽键是其基本结构键，有些尚（还）含有二硫键，由两个半胱氨酸巯基（–SH）脱氢氧化而生成。 蛋白质分子的一级结构是其生物学活性及特异空间结构的基础。尽管各种蛋白质都有相同的多肽链骨架，而各种蛋白质之间的差别是由其氨基酸残基组成、数目以及氨基酸残基在蛋白质多肽链中的排列顺序决定的。氨基酸残基排列顺序的差别意味着从多肽链骨架伸出的侧链R基团的性质和顺序对于每一种蛋白质是特异的——因为R基团有不同的大小，带不同的电荷，对水的亲和力也不相同。即蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序决定其空间构象。 2.二级结构——α–螺旋 蛋白质分子的二级结构是指多肽链骨架中原子的局部空间排列，并不涉及侧链的构象。在所有已测定的蛋白质中均有二级结构的存在，主要形式包括α–螺旋结构、β–折叠、β–转角和无规则卷曲等。 α–螺旋结构 1951年，Pauling和Corey根据多肽链骨架中刚性平面及其它可以旋转的原子提出多肽构象是螺旋结构，他们称之为α–螺旋，其特点如下： (1)多肽链主链围绕中心轴有规律的螺旋式上升，每隔3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，每个氨基酸残基向上平移0.15nm，故螺距为0.54nm。 (2)第一个肽平面羰基上的氧与第四个肽平面亚氨基上的氢形成氢键，氢键的方向与