《生物化学》第三版课后习题答案详解上册.docx
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《生物化学》第三版课后习题答案详解上册
第三章 氨基酸
提要
α-氨基酸是蛋白质的构件分子,当用酸、碱或蛋白酶水解蛋白质时可获得它们。
蛋白质中的氨基酸都是L型的。
但碱水解得到的氨基酸是D型和L型的消旋混合物。
参与蛋白质组成的基本氨基酸只有20种。
此外还有若干种氨基酸在某些蛋白质中存在,但它们都是在蛋白质生物合成后由相应是基本氨基酸(残基)经化学修饰而成。
除参与蛋白质组成的氨基酸外,还有很多种其他氨基酸存在与各种组织和细胞中,有的是β-、γ-或δ-氨基酸,有些是D型氨基酸。
氨基酸是两性电解质。
当pH接近1时,氨基酸的可解离基团全部质子化,当pH在13左右时,则全部去质子化。
在这中间的某一pH(因不同氨基酸而异),氨基酸以等电的兼性离子(H3N+CHRCOO-)状态存在。
某一氨基酸处于净电荷为零的兼性离子状态时的介质pH称为该氨基酸的等电点,用pI表示。
所有的α-氨基酸都能与茚三酮发生颜色反应。
α-NH2与2,4-二硝基氟苯(DNFB)作用产生相应的DNP-氨基酸(Sanger反应);α-NH2与苯乙硫氰酸酯(PITC)作用形成相应氨基酸的苯胺基硫甲酰衍生物(Edman反应)。
胱氨酸中的二硫键可用氧化剂(如过甲酸)或还原剂(如巯基乙醇)断裂。
半胱氨酸的SH基在空气中氧化则成二硫键。
这几个反应在氨基酸荷蛋白质化学中占有重要地位。
除甘氨酸外α-氨基酸的α-碳是一个手性碳原子,因此α-氨基酸具有光学活性。
比旋是α-氨基酸的物理常数之一,它是鉴别各种氨基酸的一种根据。
参与蛋白质组成的氨基酸中色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸在紫外区有光吸收,这是紫外吸收法定量蛋白质的依据。
核磁共振(NMR)波谱技术在氨基酸和蛋白质的化学表征方面起重要作用。
氨基酸分析分离方法主要是基于氨基酸的酸碱性质和极性大小。
常用方法有离子交换柱层析、高效液相层析(HPLC)等。
习题
1.写出下列氨基酸的单字母和三字母的缩写符号:
精氨酸、天冬氨酸、谷氨酰氨、谷氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸。
[见表3-1]
表3-1 氨基酸的简写符号
名称 三字母符号 单字母符号 名称 三字母符号 单字母符号
丙氨酸(alanine) Ala A 亮氨酸(leucine) Leu L
精氨酸(arginine) Arg R 赖氨酸(lysine) Lys K
天冬酰氨(asparagines) Asn N 甲硫氨酸(蛋氨酸)(methionine) Met M
天冬氨酸(asparticacid) Asp D 苯丙氨酸(phenylalanine) Phe F
Asn和/或Asp Asx B
半胱氨酸(cysteine) Cys C 脯氨酸(praline) Pro P
谷氨酰氨(glutamine) Gln Q 丝氨酸(serine) Ser S
谷氨酸(glutamicacid) Glu E 苏氨酸(threonine) Thr T
Gln和/或Glu Gls Z
甘氨酸(glycine) Gly G 色氨酸(tryptophan) Trp W
组氨酸(histidine) His H 酪氨酸(tyrosine) Tyr Y
异亮氨酸(isoleucine) Ile I 缬氨酸(valine) Val V
2、计算赖氨酸的εα-NH3+20%被解离时的溶液PH。
[9.9]
解:
pH=pKa+lg20% pKa=10.53(见表3-3,P133)
pH=10.53+lg20%=9.83
3、计算谷氨酸的γ-COOH三分之二被解离时的溶液pH。
[4.6]
解:
pH=pKa+lg2/3% pKa=4.25
pH=4.25+0.176=4.426
4、计算下列物质0.3mol/L溶液的pH:
(a)亮氨酸盐酸盐;(b)亮氨酸钠盐;(c)等电亮氨酸。
[(a)约1.46,(b)约11.5,(c)约6.05]
5、根据表3-3中氨基酸的pKa值,计算下列氨基酸的pI值:
丙氨酸、半胱氨酸、谷氨酸和精氨酸。
[pI:
6.02;5.02;3.22;10.76]
解:
pI=1/2(pKa1+pKa2)
pI(Ala)=1/2(2.34+9.69)=6.02
pI(Cys)=1/2(1.71+10.78)=5.02
pI(Glu)=1/2(2.19+4.25)=3.22
pI(Ala)=1/2(9.04+12.48)=10.76
6、向1L1mol/L的处于等电点的甘氨酸溶液加入0.3molHCl,问所得溶液的pH是多少?
如果加入0.3molNaOH以代替HCl时,pH将是多少?
[pH:
2.71;9.23]
7、将丙氨酸溶液(400ml)调节到pH8.0,然后向该溶液中加入过量的甲醛,当所得溶液用碱反滴定至Ph8.0时,消耗0.2mol/LNaOH溶液250ml。
问起始溶液中丙氨酸的含量为多少克?
[4.45g]
8、计算0.25mol/L的组氨酸溶液在pH6.4时各种离子形式的浓度(mol/L)。
[His2+为1.78×10-4,His+为0.071,His0为2.8×10-4]
9、说明用含一个结晶水的固体组氨酸盐酸盐(相对分子质量=209.6;咪唑基pKa=6.0)和1mol/LKOH配制1LpH6.5的0.2mol/L组氨酸盐缓冲液的方法[取组氨酸盐酸盐41.92g(0.2mol),加入352ml1mol/LKOH,用水稀释至1L]
10、为什么氨基酸的茚三酮反映液能用测压法定量氨基酸?
解:
茚三酮在弱酸性溶液中与α-氨基酸共热,引起氨基酸氧化脱氨脱羧反映,(其反应化学式见P139),其中,定量释放的CO2可用测压法测量,从而计算出参加反应的氨基酸量。
11、L-亮氨酸溶液(3.0g/50ml6mol/LHCl)在20cm旋光管中测得的旋光度为+1.81º。
计算L-亮氨酸在6mol/LHCl中的比旋([a])。
[[a]=+15.1º]
12、标出异亮氨酸的4个光学异构体的(R,S)构型名称。
[参考图3-15]
13、甘氨酸在溶剂A中的溶解度为在溶剂B中的4倍,苯丙氨酸在溶剂A中的溶解度为溶剂B中的两倍。
利用在溶剂A和B之间的逆流分溶方法将甘氨酸和苯丙氨酸分开。
在起始溶液中甘氨酸含量为100mg,苯丙氨酸为81mg,试回答下列问题:
(1)利用由4个分溶管组成的逆流分溶系统时,甘氨酸和苯丙氨酸各在哪一号分溶管中含量最高?
(2)在这样的管中每种氨基酸各为多少毫克?
[
(1)第4管和第3管;
(2)51.2mgGly+24mgPhe和38.4mgGly+36mgPhe]
解:
根据逆流分溶原理,可得:
对于Gly:
Kd=CA/CB=4=q(动相)/p(静相) p+q=1=(1/5+4/5)
4个分溶管分溶3次:
(1/5+4/5)3=1/125+2/125+48/125+64/125
对于Phe:
Kd=CA/CB=2=q(动相)/p(静相) p+q=1=(1/3+2/3)
4个分溶管分溶3次:
(1/3+2/3)3=1/27+6/27+12/27+8/27
故利用4个分溶管组成的分溶系统中,甘氨酸和苯丙氨酸各在4管和第3管中含量最高,其中:
第4管:
Gly:
64/125×100=51.2mg Phe:
8/27×81=24mg
第3管:
Gly:
48/125×100=38.4mg Phe:
12/27×81=36mg
14、指出在正丁醇:
醋酸:
水的系统中进行纸层析时,下列混合物中氨基酸的相对迁移率(假定水相的pH为4.5):
(1)Ile, Lys;
(2)Phe,Ser(3)Ala,Val,Leu;(4)Pro,Val (5)Glu,Asp;(6)Tyr,Ala,Ser,His.
[Ile>lys;Phe,>Ser;Leu>Val>Ala,;Val>Pro;Glu>Asp;Tyr>Ala>Ser≌His]
解:
根据P151图3-25可得结果。
15.将含有天冬氨酸(pI=2.98)、甘氨酸(pI=5.97)、亮氨酸(pI=6.53)和赖氨酸(pI=5.98)的柠檬酸缓冲液,加到预先同样缓冲液平衡过的强阳离交换树脂中,随后用爱缓冲液析脱此柱,并分别收集洗出液,这5种氨基酸将按什么次序洗脱下来?
[Asp,Thr,Gly,Leu,Lys]
解:
在pH3左右,氨基酸与阳离子交换树脂之间的静电吸引的大小次序是减刑氨基酸(A2+)>中性氨基酸(A+)>酸性氨基酸(A0)。
因此氨基酸的洗出顺序大体上是酸性氨基酸、中性氨基酸,最后是碱性氨基酸,由于氨基酸和树脂之间还存在疏水相互作用,所以其洗脱顺序为:
Asp,Thr,Gly,Leu,Lys。
第四章 蛋白质的共价结构
提要
蛋白质分子是由一条或多条肽链构成的生物大分子。
多肽链是由氨基酸通过肽键共价连接而成的,各种多肽链都有自己特定的氨基酸序列。
蛋白质的相对分子质量介于6000到1000000或更高。
蛋白质分为两大类:
单纯蛋白质和缀合蛋白质。
根据分子形状可分为纤维状蛋白质、球状蛋白质和膜蛋白质。
此外还可按蛋白质的生物学功能分类。
为了表示蛋白质结构的不同组织层次,经常使用一级结构、二级结构、三级结构和四级结构这样一些专门术语。
一级结构就是共价主链的氨基酸序列,有时也称化学结构。
二、三和四级结构又称空间结构(即三维结构)或高级结构。
蛋白质的生物功能决定于它的高级结构,高级结构是由一级结构即氨基酸序列决定的,二氨基酸序列是由遗传物质DNA的核苷酸序列规定的。
肽键(CO—NH)是连接多肽链主链中氨基酸残缺的共价键,二硫键是使多肽链之间交联或使多肽链成环的共价键。
多肽链或蛋白质当发生部分水解时,可形成长短不一的肽段。
除部分水解可以产生小肽之外,生物界还存在许多游离的小肽,如谷胱甘肽等。
小肽晶体的熔点都很高,这说明短肽的晶体是离子晶格、在水溶液中也是以偶极离子存在的。
测定蛋白质一级结构的策略是:
(1)测定蛋白质分子中多肽链数目;
(2)拆分蛋白质分子的多肽链;(3)断开多肽链内的二硫桥;(4)分析每一多肽链的氨基酸组成;(5)鉴定多肽链的N-末端和C-末端残基;(6)断裂多肽链成较小的肽段,并将它们分离开来;(7)测定各肽段的氨基酸序列;(8)利用重叠肽重建完整多肽链的一级结构;(9)确定半胱氨酸残基形成的S-S交联桥的位置。
序列分析中的重要方