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第二部分各章节习题及答案
蛋白质和氨基酸的一级结构
1、氨基酸的侧链对多肽或蛋白质的结构和生物学功能非常重要。用三字母和单字母缩写形式列出其侧链为如下要求的氨基酸：
（a）含有一个羟基。
（b）含有一个氨基。
（c）含有一个具有芳香族性质的基团。
（d）含有分支的脂肪族烃链。
（e）含有硫。
（f）含有一个在pH 7－10范围内可作为亲核体的基团或原子，指出该亲核基团或原子。
答:（a）Ser（S）, Thr（T）,Tyr（Y）
（b）Asn（N）, Gln（Q），Arg（R），Lys（K）
（c）Phe（F）, Trp（W）, Tyr（Y）,
（d）Ile（I）, Leu（L）, Val（V）
（e）Cys（C）, Met（M）
（f）可以作为亲核试剂的侧链基团或原子有位于Ser（S）,Thr（T）和Tyr（Y）中的-OH；位于Cys（C）和Met（M）中的硫原子，位于Asp（D）和Glu（E）中的-COO-；以及位于His（H）和Lys（k）中的氮原子。
2、一种氨基酸的可解离基团可以带电或中性状态存在，这取决于它的pK值和溶液的pH。
（a）组氨酸有3种可解离基团，写出相应于每个pK 值的3种解离状态的平衡方程式。每种解离状态下的组氨酸分子的净电荷是多少？
（b）在pH1、4、8和12时，组氨酸的净电荷分别是多少？将每一pH下的组氨酸置于电场中，它们将向阴极还是阳极迁移？
答: （a）、（b） 见图
3、某种溶液中含有三种三肽：Tyr - Arg - Ser , Glu - Met - Phe 和Asp - Pro - Lys , α- COOH基团的pKa 为3.8; α-NH3基团的pKa为8.5。在哪种pH（2.0,6.0或13.0）下，通过电泳分离这三种多肽的效果最好？
答：pH=6.0比pH=2.0或pH=13.0时电泳能提供更好的分辨率。因为在pH＝6.0的条件下每种肽都带有不同的净电荷(+1，-1，和0)，而在pH＝2.0的条件下净电荷分别为+2，+1和+2，在pH＝13.0的条件下净电荷分别为-2，-2和-2。
4、利用阳离子交换层析分离下列每一对氨基酸，哪一种氨基酸首先被pH7缓冲液从离子交换柱上洗脱出来。（a）Asp和Lys（b）Arg和Met（c）Glu和Val（d）Gly和Leu（e）Ser和Ala
答：（a）Asp（b）Met（c）Glu（d）Gly（e）Ser
5、氨基酸的定量分析表明牛血清白蛋白含有0.58％的色氨酸（色氨酸的分子量为204）。
（a）试计算牛血清白蛋白的最小分子量（假设每个蛋白分子只含有一个色氨酸残基）。
（b）凝胶过滤测得的牛血清白蛋白的分子量为70，000，试问血清白蛋白分子含有几个色氨酸残基？
答：（a）32,100g/mol（b）2
6、胃液（pH＝1.5）的胃蛋白酶的等电点约为1，远比其它蛋白质低。试问等电点如此低的胃蛋白酶必须存在有大量的什么样的官能团？什么样的氨基酸才能提供这样的基团？
答：－COO－; Asp, Glu
7、已知某蛋白是由一定数量的链内二硫键连接的两个多肽链组成的。1.00g该蛋白样品可以与25.0mg还原型谷胱甘肽（GSH，MW＝307）反应。
（a）该蛋白的最小分子量是多少？
（b）如果该蛋白的真实分子量为98240，那么每分子中含有几个二硫键？
（c）多少mg的巯基乙醇（MW＝78.0）可以与起始的1.00g该蛋白完全反应？
答：（a）MW＝24560；（b）4个二硫键；（c）6.35mg
8、一个含有13个氨基酸残基的十三肽的氨基酸组成为：Ala, Arg,2 Asp, 2Glu, 3Gly, Leu, 3Val。部分酸水解后得到以下肽段，其序列由Edman降解确定，试推断原始寡肽的序列。
（a）Asp - Glu - Val - Gly - Gly - Glu - Ala
（b）Val - Asp - Val - Asp - Glu
（c）Val - Asp - Val
（d）Glu - Ala -Leu - Gly -Arg
（e）Val - Gly - Gly - Glu - Ala - Leu
（f）Leu - Gly – Arg
答：该肽链的序列可以通过将肽片段的相同序列重叠排列起来获得整个序列。见图
9、下列试剂和酶常用于蛋白质化学的研究中：
CNBr 异硫氰酸苯酯 丹黄酰氯 脲 6mol/LHCl β-巯基乙醇 水合茚三酮 过甲酸 胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶，其中哪一个最适合完成以下各项任务？
（a）测定小肽的氨基酸序列。
（b）鉴定肽的氨基末端残基。
（c）不含二硫键的蛋白质的可逆变性。若有二硫键存在时还需加什么试剂？
（d）在芳香族氨基酸残基羧基侧水解肽键。
（e）在蛋氨酸残基羧基侧水解肽键。
（f）在赖氨酸和精氨酸残基侧水解肽键。
答：（a）异硫氰酸苯酯。（b）丹黄酰氯。（c）脲；β-巯基乙醇还原二硫键。（d）胰凝乳蛋白酶。（e）CNBr。 （f）胰蛋白酶
10、由下列信息求八肽的序列。
（a）酸水解得 Ala，Arg，Leu，Met，Phe，Thr，2Val
（b）Sanger试剂处理得DNP-Ala。
（c）胰蛋白酶处理得Ala，Arg，Thr 和 Leu，Met，Phe，2Val。当以Sanger试剂处理时分别得到DNP-Ala和DNP-Val。
（d）溴化氰处理得 Ala，Arg，高丝氨酸内酯，Thr，2Val，和 Leu，Phe，当用Sanger试剂处理时，分别得DNP-Ala和DNP-Leu。
答：Ala-Thr-Arg-Val-Val-Met-Leu-Phe
蛋白质的三维结构和功能
1、在结晶肽的X-射线研究中，Linus Pauling和Robert corey发现肽链中的肽键（C-N）长度（1.32A）介于典型的C-N单键（1.49A）和C=N双键（1.27A）之间。他们也发现肽键呈平面状（与肽键相连接的4个原子位于同一个平面）以及两个碳原子彼此呈反式（位于肽键的两侧）与肽键连接。
（a）肽键的长度与它的键的强度和键级（是单键、双键或三键）有什么关系？
（b）从Pauling等人的观察，就肽键旋转能得出什么看法？
答:（a）键越短其强度越高，而且其键级越高（在单键以上）。肽键的强度比单键强，键的特性介于单键和双键之间。（b）在生理温度下，肽键旋转比较困难，因为它有部分双键特性。
2、羊毛衫等羊毛制品在热水中洗后在电干燥器内干燥，则收缩。但丝制品进行同样处理，却不收缩。如何解释这两种现象？
答: 羊毛纤维多肽链的主要结构单位是连续的α-螺旋圈，其螺距为5.4A。当处于热水（或蒸汽）环境下，使纤维伸展为具有β-折叠构象的多肽链。在β-折叠构象中相邻R基团之间的距离是7.0A。当干燥后，多肽链重新由β折叠转化为α螺旋构象，所以羊毛收缩了。而丝制品中的主要成分是丝心蛋白，它主要是由呈现β折叠构象的多肽链组成的，丝中的β-折叠含有一些小的、包装紧密的氨基酸侧链，所以比羊毛中的α-螺旋更稳定，水洗和干燥其构象基本不变。
3、人的头发每年以15至20cm的速度生长，头发主要是α角蛋白纤维，是在表皮细胞的里面合成和组装成"绳子"。 α角蛋白的基本结构单元是α-螺旋。如果α-螺旋的生物合成是头发生长的限速因素，计算α-螺旋链的肽键以什么样的速度（每秒钟）合成才能解释头发每年的生长长度？
答：每秒钟大约需合成43个肽键。（要考虑到α-螺旋的每一圈含有3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm）。
4、合成的多肽多聚谷氨酸（（Glu）n ），当处在pH3.0以下时，在水溶液中形成α螺旋，而在pH5.0以上时却为伸展的形态。
（a）试解释该现象。
（b）在哪种PH条件下多聚赖氨酸（Lys）会形成α-螺旋？
答：（a）由可离子化侧链的氨基酸残基构成的α-螺旋对pH值的变化非常敏感，因为溶液的pH值决定了侧链是否带有电荷，由单一一种氨基酸构成的聚合物只有当侧链不带电荷时才能形成α-螺旋，相邻残基的侧链上带有同种电荷会产生静电排斥力从而阻止多肽链堆积成α-螺旋构象。Glu侧链的pKa约为4.1，当pH值远远低于4.1（大约3左右）时，几乎所有的多聚谷氨酸侧链为不带电荷的状态，多肽链能够形成α-螺旋。在pH值为5或更高时，几乎所有的侧链都带负电荷，邻近电荷之间的静电排斥力阻止螺旋的形成，因此使同聚物呈现出一种伸展的构象。
（b）Lys侧链的pK为10.5，当pH值远远高于10.5时，多聚赖氨酸大多数侧链为不带电荷的状态，该多肽可能形成一种α-螺旋构象，在较低的pH值时带有许多正电荷的分子可能会呈现出一种伸展的构象。
5、一个α-螺旋片段含有180个氨基酸残基，该片段中有多少圈螺旋？计算该α-螺旋片段的轴长。
答：该片段中含有50圈螺旋，其轴长为27nm。
6、如何用二氧化碳与水的反应来解释Bohr效应？
（a）写出由二氧化碳和水形成碳酸氢根的方程式，并解释H＋和CO2在血红蛋白氧合中的作用。
（b）解释向休克病人静脉注射碳酸氢根的生理学依据。
答：二氧化碳与水的反应说明了为什么当CO2的浓度增加时，同时会引起pH值下降，迅速进行新陈代谢的组织所产生的CO2
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