3.2　課后習(xí)題詳解

1氨基酸和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)同它們各自的性質(zhì)和功能的關(guān)系如何？

答：（1）氨基酸的結(jié)構(gòu)與其性質(zhì)和功能的關(guān)系

①氨基酸的結(jié)構(gòu)通式：氨基酸是既含氨基又含羧基的有機(jī)化合物?？捎孟旅娴耐ㄊ奖硎?。

通式中方框部分是所有α-氨基酸共有的，不同氨基酸之間結(jié)構(gòu)的差異都表現(xiàn)在側(cè)鏈基團(tuán)R上。

②氨基酸的結(jié)構(gòu)與其性質(zhì)的關(guān)系

a．具有酸性的-COOH及堿性的-NH₂，為兩性電解質(zhì)。因此使不同氨基酸具有某些共同的化學(xué)性質(zhì)，如氨基酸的酸堿性質(zhì)。

b．如果R≠H，則具有不對稱碳原子，因而是光活性物質(zhì)。因此使各種氨基酸具有某些共同的物理性質(zhì)，如氨基酸的旋光性。

c．氨基酸的化學(xué)性質(zhì)與其分子的特殊功能基團(tuán)如羧基、氨基和側(cè)鏈R基團(tuán)（羥基、酰胺基、羧基、堿基等）是分不開的，氨基酸的羧基具有羧酸羧基的性質(zhì)（如成鹽、成酯、成酰胺、脫羧、酰氯化等），氨基酸的氨基具有一級(jí)胺R-NH₂氨基的一切性質(zhì)（如與HCl結(jié)合、脫氨、與HNO₂作用等）。

③氨基酸的結(jié)構(gòu)與其功能的關(guān)系

氨基酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是其空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，而氨基酸的空間結(jié)構(gòu)又是其功能的基礎(chǔ)。

（2）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與其性質(zhì)和功能的關(guān)系

①蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)：

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可分為一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。

a．一級(jí)結(jié)構(gòu)又稱初級(jí)結(jié)構(gòu)，是指氨基酸如何連接成肽鏈以及氨基酸在肽鏈中的序列。

b．二級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中多肽鏈本身的折疊方式。主要有α螺旋結(jié)構(gòu)、β折疊結(jié)構(gòu)，還有β轉(zhuǎn)角，Ω環(huán)和無規(guī)卷曲。

c．三級(jí)結(jié)構(gòu)是指螺旋肽鏈結(jié)構(gòu)盤繞、折疊成復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，包括肽鏈中一切原子的空間排列方式。

d．四級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)的亞基聚合成大分子蛋白質(zhì)的方式。

②蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與其性質(zhì)的關(guān)系

蛋白質(zhì)的共性是與它們的分子結(jié)構(gòu)和組成它們的氨基酸的性質(zhì)分不開的。

a．膠體性質(zhì)

蛋白質(zhì)的分子都很大，蛋白質(zhì)的親水基團(tuán)在分子表面，因此與水有很強(qiáng)的親和力，使蛋白質(zhì)溶液成為一種親水膠體。

b．酸堿性質(zhì)

蛋白質(zhì)與氨基酸相似，也具有酸堿性質(zhì)，是兩性電解質(zhì)。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)所含的氨基酸種類和數(shù)目眾多，且有支鏈，是多價(jià)電解質(zhì)，其解離情況遠(yuǎn)比氨基酸為復(fù)雜。

c．電泳現(xiàn)象

蛋白質(zhì)是兩性解離物質(zhì)，通電時(shí)帶電荷的蛋白質(zhì)粒子在電場中向帶相反電荷的電極移動(dòng)，這種移動(dòng)現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)電泳。分子大小不同的蛋白質(zhì)所帶的凈電荷密度不同，遷移率即異（與溶液的pH、黏度和電場強(qiáng)度等也都有關(guān)。

d．變性作用

天然蛋白質(zhì)受物理或化學(xué)因素的影響，分子內(nèi)部原有的高度規(guī)則性的空間排列發(fā)生變化，致使其原有性質(zhì)和功能發(fā)生部分或全部喪失，這種作用稱為蛋白質(zhì)的變性作用。

e．凝固作用

天然蛋白質(zhì)變性后，所得的變性蛋白質(zhì)分子互相凝聚或互相穿插纏結(jié)在一起的現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的凝固。

f．別構(gòu)作用

含亞基的蛋白質(zhì)由于一個(gè)亞基的構(gòu)象改變而引起其余亞基和整個(gè)分子構(gòu)象、性質(zhì)和功能發(fā)生改變的作用稱為別構(gòu)作用。

g．沉淀作用

蛋白質(zhì)可因加酸、醇、中性鹽、重金屬鹽類或生物堿試劑而沉淀。

h．蛋白質(zhì)的水解

酸、堿及蛋白質(zhì)水解酶皆可破壞蛋白質(zhì)的肽鍵使蛋白質(zhì)經(jīng)過一系列的中間產(chǎn)物，最后產(chǎn)生氨基酸，這些中間產(chǎn)物中主要的是蛋白胨。

i．蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)

蛋白質(zhì)分子中因含某種結(jié)構(gòu)或某些特殊的氨基酸，故可與多種化合物作用，產(chǎn)生各種顏色反應(yīng)。

③蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與其功能的關(guān)系

蛋白質(zhì)的性質(zhì)和生物功能是以其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。各種蛋白質(zhì)雖然都是由20種左右的α-氨基酸所組成，但它們分子中的氨基酸種類、排列次序、肽鏈的多少和大小以及空間結(jié)構(gòu)等各不相同。因此，一種蛋白質(zhì)的生物功能的表現(xiàn)，不僅需要一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，而且還需要一定的三維結(jié)構(gòu)。

2在制備蛋白質(zhì)時(shí)需要考慮哪些問題？

答：制備蛋白質(zhì)的方法主要為為細(xì)胞破碎、抽提、分離、純化和鑒定，其中每一步需要考慮的問題如下：

（1）細(xì)胞破碎

制備一個(gè)蛋白質(zhì)樣品首先要考慮它是在細(xì)胞內(nèi)還是在細(xì)胞外，如果在細(xì)胞外（如血清、尿等體液）就可以直接進(jìn)行分離，但實(shí)際上大多數(shù)蛋白質(zhì)是在細(xì)胞內(nèi)，就要將細(xì)胞破碎，使蛋白質(zhì)釋放出來。如果待制備的蛋白質(zhì)位于某一個(gè)細(xì)胞器中，可在破碎細(xì)胞后通過差速度離心法得到該細(xì)胞器，這樣就可以除盡細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)。

（2）抽提

蛋白質(zhì)有可溶性和不溶性兩類?？筛鶕?jù)它們的溶解性，用適當(dāng)溶劑抽提。制備蛋白質(zhì)，特別是制備供研究用的蛋白質(zhì)，則須注意避免使蛋白質(zhì)變性的任何處理，而且還應(yīng)在低溫條件下進(jìn)行操作。

（3）分離

從組織中取得蛋白質(zhì)抽提液，經(jīng)離心或過濾將細(xì)胞碎片和部分雜質(zhì)除去后，即可根據(jù)擬提蛋白質(zhì)的特性和純度要求，用適當(dāng)方法使蛋白質(zhì)從抽提液中分離出來。常用的分離方法有鹽析法、有機(jī)溶劑沉淀法、等電點(diǎn)沉淀法、吸附法和超濾法等。

（4）純化

分離是一種粗分，能除去大量雜質(zhì)又能濃縮蛋白質(zhì)溶液，但經(jīng)分離的蛋白質(zhì)仍含有各種雜質(zhì)，還需進(jìn)一步純化，以獲得群的蛋白質(zhì)樣品。

（5）鑒定

用各種方法將蛋白質(zhì)分離、純化后，最后要對該蛋白質(zhì)進(jìn)行鑒定，主要包括純度鑒定、相對分子質(zhì)量、等電點(diǎn)及生物活性的測定。