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蛋白质结构功能生物化学习题集

蛋白质结构与功能生物化学习题集

前言

蛋白质是生命活动的主要承担者，其结构的复杂性与其功能的多样性息息相关。深入理解蛋白质的分子结构、结构层次及其与生物学功能的关系，是生物化学学习的基石。本习题集聚焦于蛋白质的结构与功能这一核心主题，通过精心设计的问题，引导学习者从氨基酸的基本构成出发，逐步探索蛋白质的各级结构特征、维系力量、结构与功能的适应性，以及环境因素对蛋白质结构与功能的影响。习题的设置力求覆盖基础概念的辨析、重要理论的理解与应用，以及综合分析能力的培养。希望通过本习题集的练习，能够助您系统梳理知识脉络，查漏补缺，最终达到对蛋白质结构与功能的深刻把握。

第一章：氨基酸与肽键

核心要点：氨基酸的结构通式与分类；氨基酸的理化性质（酸碱性、极性、疏水性）；肽键的形成与结构特点；肽的命名与理化性质。

习题

1.请阐述构成天然蛋白质的氨基酸的共同结构特征，并举例说明根据R基团的化学性质可将氨基酸分为哪几类。

2.何谓氨基酸的等电点（pI）？当溶液pH分别高于和低于某氨基酸的pI时，该氨基酸在电场中会如何移动？试分析赖氨酸和谷氨酸的pI差异及其原因。

3.解释为何在生理pH条件下，天冬氨酸和谷氨酸常带负电荷，而赖氨酸、精氨酸和组氨酸常带正电荷。

4.肽键具有哪些重要的结构特点？这些特点对多肽链的构象有何影响？

5.某五肽的氨基酸组成为：两个甘氨酸、一个亮氨酸、一个苯丙氨酸和一个精氨酸。请写出该五肽可能的一种氨基酸序列（用单字母或三字母符号表示），并简述肽链命名的原则。

参考答案与解析思路：

1.参考答案：构成天然蛋白质的氨基酸均为L-α-氨基酸（甘氨酸除外，其无手性碳原子），即在α-碳原子上连接有一个氨基（-NH?）、一个羧基（-COOH）、一个氢原子（-H）和一个侧链基团（R基团）。根据R基团的化学性质可分为：非极性脂肪族氨基酸、极性中性氨基酸、芳香族氨基酸、酸性氨基酸（含羧基）和碱性氨基酸（含氨基或胍基、咪唑基）。

解析思路：本题考察对氨基酸基本结构的掌握。需强调“L-α-氨基酸”这一核心，并能对R基团的分类标准及各类的代表性氨基酸有所了解。

2.参考答案：氨基酸的等电点（pI）是指氨基酸分子所带净电荷为零时溶液的pH值。当溶液pHpI时，氨基酸带负电荷，在电场中向正极移动；当溶液pHpI时，氨基酸带正电荷，在电场中向负极移动。赖氨酸是碱性氨基酸，侧链含氨基，其pI较高；谷氨酸是酸性氨基酸，侧链含羧基，其pI较低。

解析思路：理解pI的定义及其与溶液pH和氨基酸带电状态的关系是关键。可进一步思考pI的计算方法（对于中性氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸）。

3.参考答案：生理pH约为7.35-7.45。谷氨酸和天冬氨酸的侧链含有羧基（-COOH），其pKa值通常低于生理pH，因此在生理条件下羧基会解离释放H?，带负电荷（-COO?）。赖氨酸侧链含氨基（-NH?），精氨酸含胍基，组氨酸含咪唑基，这些基团的pKa值通常高于或接近生理pH，因此在生理条件下倾向于结合H?，带正电荷（如-NH??）。

解析思路：本题将氨基酸侧链基团的解离性质与生理条件联系起来，需要记忆常见氨基酸侧链的功能基团及其大致的pKa范围。

4.参考答案：肽键的特点包括：（1）具有部分双键性质，不能自由旋转，使肽键及与之相连的六个原子共处于一个刚性平面（肽平面）内；（2）肽键呈反式构型（除脯氨酸参与的肽键有时可能为顺式）；（3）肽键具有极性，氮原子略带正电荷，氧原子略带负电荷。这些特点限制了多肽链主链的构象自由度，是形成蛋白质二级结构的基础。

解析思路：肽键的部分双键性质是其最核心的特征，由此引发后续的结构特点和对多肽链构象的影响。

5.参考答案：一种可能的序列如：Gly-Leu-Gly-Phe-Arg（或其他符合组成的排列）。肽链的命名是从N-末端氨基酸（游离氨基端）开始，依次写出各个氨基酸的名称，直到C-末端氨基酸（游离羧基端），氨基酸之间用“-”连接，或在三字母符号前加“聚”字，如“聚甘氨酰亮氨酰甘氨酰苯丙氨酰精氨酸”。

解析思路：本题考察肽的基本概念。需注意N端和C端的区分，以及肽键的形成是通过羧基和氨基脱水缩合。

第二章：蛋白质的一级结构

核心要点：蛋白质一级结构的定义；肽链的方向性；一级结构测定的基本原理（N端分析、C端分析、肽段测序、序列拼接）；一级结构与生物进化的关系；一级结构与疾病（如镰刀型贫血症）。

习题

1.简述蛋白质一级结构的定义及其生物学意义。

2.在Edman降解法测定多肽N端氨基酸序列时，使用的试剂是什么？其基本原理是什么？该方法的局限性何在？

3.比较同源蛋白质（如不同物种的细胞色素c）的一级结构，如何揭示生物进化的关系？

4.镰刀型细胞贫血症