协和分子生物学原理最终回.docx

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协和分子生物学原理最终回

分子生物学原理（最终回）

Chapter1ProteinStructureandFunction

复习题

（1）

1.名词解释

（1）Peptides肽，由氨基酸脱水缩合形成的两性有机化合物。

（2）Simpleproteins简单蛋白，不含蛋白辅助因子的蛋白为简单蛋白。

（3）Conjugatedproteins缀合蛋白，它含有蛋白辅助因子，如辅酶、辅基等。

（4）Coenzyme辅酶，是一种蛋白辅助因子，通过非共价键与链相连，可以用透析、超滤的方法将其除去。

（5）Prostheticgroup辅基，是一种蛋白辅助因子，通过共价键与多肽链相连，不易与多肽链分离。

（6）Configuration构型，有机分子的空间排列，不同的排列彼此作为参照，它们之间的转化需要破坏共价键。

（7）Conformation构象，取代基团的空间排列，它们的转化可以通过单键的旋转来完成，故不需要破坏共价键。

（8）Chiralcarbin手性碳原子，连接四个不同原子或基团的碳原子叫做手性碳原子。

（9）Enantiomers对映异构体，如两个分子互为镜像关系，则称这两个分子为对映异构体，对映异构体具有旋光性。

（10）Opticalisomers旋光异构体，是一对对映异构体，它们除了光学特性不一样以外，其它物化特征均相同。

（11）Cisandtransisomers正反异构体，取代基团在双键两侧的不同排列形成正反异构体。

（12）Ampholytes两性电解质，既包括碱性基团又包括酸性基团的分子，故既能和酸反应又能和酸反应，如氨基酸。

（13）Isoelectricpoint等电点，氨基酸净电荷为零时所对应的pH。

（14）Peptideplane肽平面，肽键具有一定程度的双键性，参与肽键的六个原子C、H、O、N、Cα1及Cα2不能自由转动，位于同一平面内，该平面就是肽平面。

（15）Dihedralangle二面角，绕Cα-N及Cα-N旋转的角分别为肽平面的两个二面角，它决定了肽链的主链构象。

（16）Ramachandrandiagram拉氏构象图，Ramachandran根据蛋白质中非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，那些是不允许的，并以φ为横坐标，以ψ为纵坐标，在坐标图上标出，该图几位拉氏构象图。

（17）Primarystructureofproteins蛋白的初级结构，氨基酸的排列顺序即为蛋白的初级结构。

（18）Secondarystructureofproteins蛋白的二级结构，它是指多肽链的局部构象，即局部骨架的折叠方式。

（19）Tertiarystructureofproteins蛋白的三级结构，是指整条多肽链的构象，包括所有原子的空间排列。

（20）Quaternarystructureofproteins蛋白的四级结构，它是指亚基间的相互作用，包括亚基数目、种类、空间位置及相互作用。

（21）Coiledcoil卷曲螺旋，指两个或两个以上的α-helix相互缠绕形成的稳定超螺旋。

（22）β-strand,β-barrel&β-saddleβ折叠链是指β折叠中的多肽链，它的矩形排列形成马鞍形，交错排列形成圆筒形。

（23）β-turnβ转角，球状蛋白质的多肽链上出现180°的回折即为β转角，由四个氨基酸组成，氢键存在于第一个CO和第四个NH之间。

一般为trans，但脯氨酸有6%的cis。

（24）Disulfidebonds二硫键，两个半胱氨酸缩合在硫醇之间形成的键为二硫键。

（25）Electronegativityofelements电负性，为原子获得电子的能力，其数值越大，在形成化学键时对成键电子的吸引能力越强。

（26）Entropy熵，它指的是体系的混乱程度，熵值越大，体系越稳定。

（27）Motif模体，也叫超二级结构，指的是几个二级结构的稳定特殊排列及彼此的连接，是结构域的亚单元，表现结构域的各种功能。

（28）Domain结构域，是在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，在三维空间可以明显区分及相对独立，并具有一定的生物学功能。

2.22种天然氨基酸的名称、符号及其主要特征（略）。

3.为什么Gly的酸性明显强于醋酸？

由于在Gly中，α-NH2跟α-COOH竞争H，使COOH更容易解离，故其酸性较强。

4.天然氨基酸的特征性颜色反应和光吸收特征是什么？

茚三铜反应：

α氨基酸的茚三铜反应为蓝色，但脯氨酸为黄色。

应用的是α-NH2生色基团的活泼性。

光吸收特征：

1）含有苯环，测定时用280nm的吸光度值（Trp278nm，Tyr275nm，Phe257nm）2）其它氨基酸不含苯环，测定时用220nm的吸光度值，应用的是肽键的性质。

5.Peptidebond的主要特点是什么？

①肽键中N的电子云向羰基O偏移；②C-O有~40%的单键性质C-N有~40%的双键性质，双键性质限制自由旋转；③每个残基都保留两个自由旋转的单键N-Cα和C-Cα。

6.为什么多肽链具有方向性？

多肽链是通过氨基酸的脱水缩合形成，由于氨基酸同时含有-NH2和-COOH，这样在多肽链的末端，一端有一个游离的-NH2，另一端有游离的-COOH，因此肽链就有了方向性。

7.α-helix和β-pleatedsheet的主要结构特征是什么？

1）①α-helix一般为右手螺旋，肽平面平行于螺旋的长轴；②肽链以螺旋状盘卷前进，每圈螺旋由3.6个氨基酸残基构成，螺距为0.54nm；③螺旋结构被规则排布的氢键所稳定，氢键排布的方式是：

肽键羰基O原子和C端方向的第4个残基酰胺H原子形成氢键。

由于所有的氢键工体的方向相同，所以α-helix具有极性。

这样构成的由一个氢键闭合的环，包含13个原子。

④氨基酸残基侧链从螺旋形成肽链骨架向外伸出，覆盖在α-helix的外表面。

2）①每条β-折叠链片段比较短，几乎是完全伸展的。

侧链交替地分布在片层的上方和下方。

②在β-折叠结构中，相邻肽链主链上的C=O与N-H之间形成氢键，氢键与肽链的长轴近于垂直。

③相邻肽链的走向可以是平行和反平行两种。

在平行的β-折叠结构中，相邻肽链的走向相同，氢键不平行。

在反平行的β-折叠结构中，相邻肽链的走向相反，但氢键近于平行。

④β-折叠链上的每个肽平面基本上和相应的β折叠片层平面折叠，氨基酸残基侧链基团交替指向平面的上方和下方。

8.哪些氨基酸残基容易造成α-helix结构的不稳定（或终结）？

为什么？

Pro及Gly。

Pro的Cα原子位于侧链基团吡咯环中，导致Cα-N键不能旋转，导致α-helix在此“打结”或中断。

同时，Pro的氨酰基团缺少H原子，不能形成稳定的氢键。

对于Gly，由于其Cα不是手性C，这样它就形成更多种异变的构象，不容易形成α-helix。

9.Collagen分子结构的主要特点是什么？

胶原蛋白（Collagen）由3条α链多肽组成，每条多肽链均为左手螺旋构型。

三条拧成一股，形成右手超螺旋结构，使其分子结构非常稳定，每圈约为30个氨基酸残基，螺距8.6nm。

10.第一个完成3D结构测定的蛋白质是什么？

何时、何人完成？

第一个完成3D结构测定的蛋白是抹香鲸肌红蛋白（Myoglobin），它是在1957年，由英国的MaxPerutz及JohnKendrew共同完成的。

11.维持蛋白质分子3D结构的力有哪些？

维持蛋白3D结构的主要有四种力，分别是氢键、离子键、范德华力及疏水作用力。

12.Hydrogenbond是如何形成的？

其本质如何？

电负性较大、半径较小的原子与H原子形成分子后，共用电子对强烈偏向电负性较大原子的一边，而H原子核外只有一个电子，其电子云向电负性较大的原子偏移，使得它几乎要呈质子状态。

这个半径很小、无内层电子的带部分正电荷的氢原子，使附近另一个分子中含有孤电子对并带部分负电荷的原子充分靠近它，从而产生静电吸引作用。

这个静电吸引作用力就是所谓氢键。

氢键的本质就是正负电荷的相互吸引。

13.Hydrophobicinteraction是如何形成的？

其本质如何？

由于疏水物不是电子极化性的，它们无法形成氢键，所以水会对疏水物产生排斥，而使水本身可以互相形成氢鍵。

这样就形成了疏水作用力，它的本质是熵变，即体系混乱度的增大。

14.VanderWaalsinteractions是如何形成的？

其本质如何？

电子云中暂时的偶极产生弱的吸引力，形成了VanderWaalsinteractions，其本质是正负电荷的相互吸引。

复习题

（2）

1.名词解释

（1）Hierarchicalfoldingmodel逐级折叠模型，是氨基酸序列折叠成复杂结构的一种模型，由二级结构折叠成超二级结构，然后形成完整的结构域，最后是整条多肽链的折叠。

（2）”Moltenglobule”foldingmodel熔球模型，在疏水性作用下肽链舒展，然后形成熔球，它包含了大量的二级结构，许多侧链没有包含进去，最后形成天然构象。

（3）Chaperones伴侣分子，指在细胞中帮助蛋白完成折叠的一类分子，包括分子伴侣及伴侣蛋白。

（4）Molecularchaperones分子伴侣，是指结合未折叠的蛋白质和正在合成的多肽，防止其变性，只是间接和部分起作用。

（5）Chaperonins伴侣蛋白，是直接促进蛋白折叠的一类蛋白。

（6）Priondisease朊病毒疾病，该病的致病因子是阮病毒蛋白质，由于其构象发生改变导致该病。

（7）Ubiquitin泛素，它是由76个氨基酸残基组成的高度保守的多肽链，通过C末端的Gly，泛素共价地结合于底物蛋白质的Lys残基，被其标记的蛋白质将被特异性地识别并迅速降解，这种标记作用不具有底物特异性。

（8）Ubiquitination泛素化，泛素通过其C末端的Gly残基和靶蛋白上的Lysε-氨基形成异肽键，催化这一过程的主要有3个酶：

泛素激活酶E1、泛素结合酶E2、泛素连接酶E3。

（9）Pupylation原核中的“泛素化”，即PUP蛋白与靶蛋白Lys残基侧链的连接，介导原核蛋白的降解。

（10）proteindenaturation蛋白变性，蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被改变，即其三级结构的改变，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，这种现象称为蛋白质变性。

（11）Renaturation复性，如果除去变性因素，在适当条件下变性蛋白质可恢复其天然构象和生物活性，这种现象称为蛋白质的复性。

（12）3Ddomainswapping即三维结构结构域交换，在特定的单体之间交换特定的结构元件产生的聚合结构单元。

（13）Intrinsicallyunstructuredproteins（IUP）内在未折叠蛋白，在中性pH条件下，一种蛋白的伸展结构，表现出高度的可变性并缺乏二级结构单元。

（14）Integralproteins内在蛋白，膜蛋白的一种，其疏水部分与膜磷脂疏水部分共价连接，两端具极性，蛋白贯穿膜内外。

（15）Peripheralproteins外在蛋白，膜蛋白的一种，不直接与膜疏水性双分子层相连接，通过氢键、离子键与脂分子或膜蛋白结合。

（16）Sedimentationcoefficient沉降系数，在单位离心力场中粒子移动的速度，是以时间表示，跟颗粒大小与密度有关。

（17）Differentialcentrifugation差速离心，是指低速与高速离心交替进行，使各种沉降系数不同的颗粒先后沉淀下来，达到分离的目的，将可溶性成分与不溶性成分区分开来。

（18）Rate-zonalcentrifugation速率区带离心，不同颗粒之间存在沉降系数差时，在一定离心力作用下，颗粒各自以一定速度沉降，在密度梯度不同区域上形成区带的方法，介质的最大密度要小于所有样品颗粒的密度。

（19）Ionexchangechromatography离子交换色谱，是利用离子交换原理和液相色谱技术的结合来分离溶液中带电离子的一种方法，凡在溶液中能够电离的物质通常都可以用离子交换色谱法进行分离，其原理是利用被分离组分与固定相之间发生离子交换的能力差异来实现分离。

（20）Gelfiltrationchromatography凝胶过滤层析，又称分子筛，主要是根据蛋白质的大小和形状及蛋白质的质量进行分离和纯化，条件温和，回收率高（大分子先出，小分子后出）。

（21）Affinitychromatography亲和层析，利用某些分子间能特异性吸附和释放而建立的一种层析分离技术，主要用于抗原或抗体的纯化制备。

（22）Specificactivity比活性，指单位活性位上的反应速率。

（23）HPLC高效液相色谱，其原理是被测不同物质与固定相的相互作用不同，不同的物质按顺序离开色谱柱，通过检测器得到不同的峰信号，最后通过分析比对这些信号来判断待测物所含有的物质，具有分离速度快，灵敏度高，分辨率高等特点。

（24）ReversePhaseHPLC反相高效液相色谱，这是一种固定相极性小于流动相极性的液相色谱，极性大的先流出。

（25）FPLC快速蛋白液相色谱，专门用来分离蛋白质、多肽及多核苷酸的系统，其原理与经典的HPLC相似，使用了惰性材料。

（26）Perfusionchromatography灌注色谱，使用了新的HPLC树脂，使样品与固定相作用加快，并且保持了较高的灵敏度，其原理与HPLC相同。

2.1950s，著名的C.Anfinsen实验的内容和意义是什么？

RNaseA（含124个氨基酸，4个二硫键）在8M尿素及β巯基乙醇的作用下变性，不能再水解RNA，但当变性剂除去以后，RNase恢复了原有的构象，能够将RNA水解。

它为氨基酸序列决定蛋白的三级结构提供了第一个证据。

3.举例说明Covalentmodificationofproteins的主要类型。

Ser、Thr及Tyr的磷酸化；Lys的甲基化；Lys的乙酰化；Cys的烷基化；Lys的泛素化；Ser及Thr的N-乙酰胺基葡萄糖化（N-acetylglucosamine）

4.说明Ubiquitin-mediatedproteolyticpathway的主要过程。

（1）泛素的活化：

泛素Gly端的羧基连接到泛素活化酶E1的巯基，这个步骤需要以ATP作为能量，最终形成一个泛素和E1之间的硫酯键。

（2）E1通过交酯化过程将活化后的泛素交给泛素结合酶E2。

（3）泛素连接酶E3将结合E2的泛素连接到目标蛋白上，当蛋白上已经存在泛素的时候，结合了E2的泛素可以直接连接在其上而不通过E3。

最终，被标记的蛋白质被蛋白酶分解为较小的多肽、氨基酸以及可以重复使用的泛素。

5.实验室常用的蛋白质变性剂有哪些？

其原理如何？

尿素，盐酸胍：

竞争氢键；

β-巯基乙醇：

还原二硫键

6.蛋白质分子的三维结构是否完全取决于它的一级结构？

7.蛋白质分子是否只能折叠成一种特殊的三维结构？

8.Intrinsicallyunstructuredproteins有哪些特征（结构、功能）？

在中性环境下，表现出高度的可变性并缺乏二级结构单元。

亲水性氨基酸含量上升，疏水性氨基酸含量下降，以高的等电点和低的疏水性为特征。

由于它具有高的伸展性，可以跟不同底物结合，并且具有较大的分子界面，易于进行调节。

其功能跟信号转导、细胞周期调控及基因表达有关，跟DNA结合与转录、包装、修复和复制有关。

9.何谓酶蛋白的Km值？

如果改变浓度，Vmax和Km值是否改变？

即酶对底物的亲和力，Km值越大，亲和性越小，改变浓度，Km值不变，但Vmax相应改变。

10.离心法分离纯化蛋白质的原理是什么？

离心主要是根据物质的质量或密度不同，由于蛋白的密度差别较小，主要根据其质量不同进行离心。

11.在细胞裂解液中，沉降系数最大的组分是什么？

密度最大的组分是什么？

细胞核，RNA。

复习题（3）

1.名词解释

（1）Freeelectrophoresis自由电泳，溶质在自由溶液中的泳动为自由电泳，分辨率较低。

（2）Zoneelectrophores区带电泳，带电粒子在固相介质中通过电泳而分离的一种方法，固相支持物有滤纸、琼脂糖凝胶及聚丙烯酰胺凝胶等。

（3）Polyacrylamidegelelectrophoresis（PAGE）聚丙烯酰胺凝胶电泳

（4）SodiumDodecylSulfate（SDS）十二烷基硫酸钠，常用于蛋白变性，是一种去垢剂。

（5）SDS-PAGE十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳，是以聚丙烯酰胺为固相支持物的电泳，其中，SDS使蛋白带有相同的表观电荷，根据蛋白分子量的不同，使蛋白分离。

（6）Isoelectricfocusingelectrophoresis（IEF）等电聚焦电泳，利用特殊的一种缓冲液（两性电解质）在凝胶（常用聚丙烯酰胺凝胶）内制造一个pH梯度，电泳时每种蛋白质就将迁移到等于其等电点（pI）的pH处，形成一个很窄的区带。

（7）Two-dimensionalelectrophoresis双向电泳，是等电聚焦电泳和SDS-PAGE的组合，即先进行等电聚焦电泳（按照pI分离），然后再进行SDS-PAGE（按照分子大小），经染色得到的电泳图是个二维分布的蛋白质图。

（8）Capillaryelectrophoresis毛细管电泳，利用毛细管中被分析的带电分子在电场作用下，因移动速率不同而达到分离不同分子的目的。

具有高效，快速，微量，高压的优点。

（9）EdmandegradationEdman降解法，从多肽链游离的N末端测定氨基酸残基的序列的方法。

N末端氨基酸残基被PITC修饰，然后从多肽链上切下修饰的残基，再经层析鉴定，余下的多肽链被回收再进行下一轮降解循环。

（10）MassSpectrometry（MS）质谱，质谱分析是一种测量离子荷质比的分析方法，其基本原理是使各组分发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。

在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。

（11）MALDI-TOFMS基质辅助激光解析电离飞行时间质谱，具有灵敏度高、准确度高及分辨率高等特点，适用于混合物及生物大分子的测定。

（12）ESIMS电喷射电离质谱，对于高分子化合物的测定由于可以产生多电荷峰，与传统的质谱相比扩大了检测的分子质量范围，同时提高了仪器的灵敏度。

（13）Solid-phasepeptidesynthesis固相肽合成，将氨基酸C端固定，N端经过保护、去保护，伴随新的氨基酸的添加和肽链延伸的过程，可合成大约50个氨基酸的肽。

（14）Proteome蛋白组，细胞或组织或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质，包括不同环境、不同状态或不同发育阶段蛋白质水平的变化。

（15）Proteomics蛋白组学，是研究生物各种基因组在细胞和组织中表达的全部蛋白的分子结构、功能及其相互作用的新学科，旨在发现高疗效、低副作用的新药。

（16）X-raycrystallographyX射线晶体衍射，X射线射入晶体，晶体中的电子发生震动成为波源，按照晶格的周期性结构产生布拉格散射，多个电子的散射波相互叠加形成衍射。

（17）SouthernblottingSouthern印迹杂交是进行基因组DNA特定序列定位的通用方法。

首先分离消化的DNA片段，将其变性并在原位将单链DNA片段转移至固相支持物上，固定后用相对应的探针标记，用放射自显影或酶反应显色，从而检测特定DNA分子的位置。

（18）Northernblotting这是一种将RNA从琼脂糖凝胶中转印到硝酸纤维素膜上的方法，用来衡量真核生物RNA的量和大小，及估测其丰度的一种方法。

2.第一个完成一级结构分析的蛋白质是什么？

是哪位科学家何时、如何完成的？

1953年，FrederickSanger利用FDNB和纸层析完成了第一个蛋白质分子，牛胰岛素的一级结构分析。

3.简述分析蛋白质分子一级结构的基本方法（策略）。

使用两种方法将多肽链转移性裂解，逐一测定每个纯化的小肽段的顺序，然后根据这两套肽段氨基酸顺序中的重复区确定小肽段的排列次序，从而完成整条多肽链的顺序分析。

4.简述用ESIMS/MS进行Proteinsequencing的基本过程。

1）蛋白水解后注入一级MS，切割的多肽分离，部分进入后续分析；

2）在二级MS中，肽链被He或Ar轰击，破坏肽键，由于C末端及N末端的不同，产生两种离子化的片段，然后片段的荷质比在二级MS中进行分析，最终在质量分析器中确定其质量。

5.简述Solid-phasepeptidesynthesis的基本步骤。

1）通过转脂反应，将第一个氨基酸的羧基共价地连接到固相树脂，α-NH2被t-Boc保护；2）在三氟乙酸的作用下，N末端去保护；3）在DCC作用下，第n个氨基酸与第n-1个氨基酸形成肽键（第n-1个氨基酸被t-Boc保护）；4）重复以上过程，完成的肽链在HF的保护下从树脂上脱落。

6.研究3Dstructureofaprotein的基本方法有哪些？

X-射线晶体衍射，核磁共振光谱

7.与X-raycrystallography法测定测定蛋白质三维结构相比，NMRspectroscopy法的两个显著特点是什么？

①可以在溶液中操作；②蛋白的分子量相对较小。

8.简述Westernblotting（immunoblotting）的基本过程。

SDS-PAGE，转膜，一抗孵育，二抗标记，显色。

Chapter2CatalyticStrategies

1.名词解释

1）Transitionstate过渡态，在反应过程中，反应能量最高、最不稳定的形式，该状态化学键正在断裂或形成。

2）Activationenergy活化能，过渡态能量与基态能量的差即为活化能。

3）Bindingenergy结合能，酶促反应耗能，酶-底物之间通过次级键相互作用，每个次级键的形成均释放少量自由量，这种酶-底物相互作用产生的能量的总和就是结合能。

4）Inducedfit诱导契合，酶-底物结合时，酶蛋白通常表现结构柔性，即结构发生重排，构象发生改变，即为诱导契合。

其原因在于功能基团获得必要的空间取向，增强特异的催化能力，形成和稳定过渡态。

5）Nucleophiles亲核基团，通过贡献电子而与反应物成键的化学基团为亲核基团。

6）Electrophiles亲电基团，通过得电子而与反应物成键的化学基团为亲电基团。

7）Generalacid-basecatalysis一般酸碱催化，通过某种反应增加反应基团的亲核性或亲电性的催化反应，最常用的方式是通过质子转移。

8）Generalacid，Generalbase一般酸，一般碱，能够释放质子的任何物质为一般酸，能够结合质子的任何物质为一般碱。

9）Thecatalytictriad催化三联体，它一般是指特定蛋白酶的活性位点中Ser，Asp，His这三个氨基酸残基，它们一起作用破坏肽链中的肽键。

由于