分子生物学原理（最终回） Chapter 1 Protein Structure and Function
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）Simple proteins 简单蛋白，不含蛋白辅助因子的蛋白为简单蛋白。 （3）Conjugated proteins 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）Prosthetic group 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）Chiral carbin 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）Optical isomers 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）Cis and trans isomers 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）Isoelectric point 等电点，氨基酸净电荷为零时所对应的pH。
（14）Peptide plane 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）Dihedral angle 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）Ramachandran diagram 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）Primary structure of proteins 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）Secondary structure of proteins 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）Tertiary structure of proteins 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）Quaternary structure of proteins 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）Coiled coil 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-saddle β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-turn β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）Disulfide bonds 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）Electronegativity of elements 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（Trp 278nm，Tyr 275nm，Phe 257nm）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. Peptide bond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-pleated sheet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0.54 nm；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8.6 nm。
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Max Perutz及John Kendrew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. Hydrogen bond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. Hydrophobic interaction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. Van der Waals interactions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Van der Waals interactions，其本质是正负电荷的相互吸引。 复习题（2） 1. 名词解释
（1）Hierarchical folding model 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）”Molten globule” folding model 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）Molecular chaperones 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）Prion disease 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Lys ε-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）protein denaturation 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）3D domain swapping 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）Intrinsically unstructured proteins（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）Integral proteins 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）Peripheral proteins 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）Sedimentation coefficient 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）Differential centrifugation 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-zonal centrifugation 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）Ion exchange chromatography 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）Gel filtration chromatography 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）Affinity chromatography 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）Specific activity 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）Reverse Phase HPLC 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）Perfusion chromatography 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？
RNase A（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Covalent modification of proteins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-mediated proteolytic pathway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. Intrinsically unstructured proteins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）Free electrophoresis 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）Zone electrophores 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）Polyacrylamide gel electrophoresis （PAGE）聚丙烯酰胺凝胶电泳
（4）Sodium Dodecyl Sulfate （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