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文档简介
蛋白质习题集一 选择题1 在寡聚蛋白质中 亚基间的立体排布 相互作用以及接触部位间的空间结构称之谓 A 三级结构B 缔合现象C 四级结构D 变构现象2 形成稳定的肽链空间结构 非常重要的一点是肽键中的四个原子以及和它相邻的两个 碳原子处于 A 不断绕动状态B 可以相对自由旋转C 同一平面D 随不同外界环境而变化的状态3 甘氨酸的解离常数是pK1 2 34 pK2 9 60 它的等电点 pI 是 A 7 26B 5 97C 7 14D 10 774 肽链中的肽键是 A 顺式结构B 顺式和反式共存C 反式结构5 维持蛋白质二级结构稳定的主要因素是 A 静电作用力B 氢键C 疏水键D 范德华作用力6 蛋白质变性是由于 A 一级结构改变B 空间构象破坏C 辅基脱落D 蛋白质水解7 必需氨基酸是对 而言的 A 植物B 动物C 动物和植物D 人和动物8 在下列所有氨基酸溶液中 不引起偏振光旋转的氨基酸是 A 丙氨酸B 亮氨酸C 甘氨酸D 丝氨酸9 天然蛋白质中含有的20种氨基酸的结构 A 全部是L 型B 全部是D型C 部分是L 型 部分是D 型D 除甘氨酸外都是L 型10 谷氨酸的pK 1 COOH 为2 19 pK 2 N H3 为9 67 pK 3r COOH 为4 25 其pI是 A 4 25B 3 22C 6 96D 5 93 1 二 是非题 在题后括号内打 或 1 一氨基一羧基氨基酸的pI为中性 因为 COOH和 NH 3的解离度相等 2 构型的改变必须有旧的共价健的破坏和新的共价键的形成 而构象的改变则不发生此变化 3 生物体内只有蛋白质才含有氨基酸 4 所有的蛋白质都具有一 二 三 四级结构 5 用羧肽酶A水解一个肽 发现释放最快的是Leu 其次是Gly 据此可断定 此肽的C端序列是Gly Leu 6 蛋白质分子中个别氨基酸的取代未必会引起蛋白质活性的改变 7 镰刀型红细胞贫血病是一种先天遗传性的分子病 其病因是由于正常血红蛋白分子中的一个谷氨酸残基被缬氨酸残基所置换 8 镰刀型红细胞贫血病是一种先天性遗传病 其病因是由于血红蛋白的代谢发生障碍 9 在蛋白质和多肽中 只有一种连接氨基酸残基的共价键 即肽键 10 从热力学上讲蛋白质分子最稳定的构象是自由能最低时的构象 2 三 问答题和计算题1 为什么说蛋白质是生命活动最重要的物质基础 2 试比较较Gly Pro与其它常见氨基酸结构的异同 它们对多肽链二级结构的形成有何影响 3 为什么说蛋白质水溶液是一种稳定的亲水胶体 4 试举例说明蛋白质结构与功能的关系 包括一级结构 高级结构与功能的关系 5 什么是蛋白质的变性 变性的机制是什么 举例说明蛋白质变性在实践中的应用 6 聚赖氨酸 polyLys 在pH7时呈无规则线团 在pH10时则呈 螺旋 聚谷氨酸 polyGlu 在pH7时呈无规则线团 在pH4时则呈 螺旋 为什么 7 多肽链片段是在疏水环境中还是在亲水环境中更有利于 螺旋的形成 为什么 8 已知某蛋白质的多肽链的一些节段是a 螺旋 而另一些节段是b 折叠 该蛋白质的分子量为240000 其分子长5 0610 5 求分子中a 螺旋和b 折叠的百分率 蛋白质中一个氨基酸的平均分子量为120 每个氨基酸残基在a 螺旋中的长度0 15nm 在b 折叠中的长度为0 36nm 3 四 名词解释等电点 pI 肽键和肽链肽平面及二面角一级结构二级结构三级结构四级结构超二级结构结构域蛋白质变性与复性分子病盐析法 4 氨基酸 aminoacids 是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的有机化合物 构成天然蛋白质的氨基连接在 碳原子上 这种氨基酸称 氨基酸 氨基酸是肽和蛋白质的构件分子 共有20种 除 氨基酸外 细胞还含有其他氨基酸 必需氨基酸 essentialaminoacids 指人 或其它脊椎动物 自己不能合成 需要从饮食中获得的氨基酸 例如赖氨酸 苏氨酸等氨基酸 非必需氨基酸 nonessentialaminoacids 指人 或其它脊椎动物 自己能由简单的前体合成的 不需要由饮食供给的氨基酸 例如甘氨酸 丙氨酸等氨基酸 等电点 pI isoelectricpoint 使分子处于兼性分子状态 在电场中不迁移 分子的净电荷为零 的pH值 茚三酮反应 ninhydrinreaction 在加热条件下 氨基酸或肽与茚三酮反应生成紫色 与脯氨酸反应生成黄色 化合物的反应 5 肽键 peptidebond 一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基缩合 除去一分子水形成的酰胺键 肽 peptides 两个或两个以上氨基酸通过肽键共价连接形成的聚合物 蛋白质一级结构 primarystructure 指蛋白质中共价连接的氨基酸残基的排列顺序 层析 chromatography 按照在移动相 可以是气体或液体 和固定相 可以是液体或固体 之间的分配比例将混合成分分开的技术 离子交换层析 ion exchangecolumnchromatography 使用带有固定的带电基团的聚合树脂或凝胶层析柱分离离子化合物的层析方法 透析 dialysis 通过小分子经半透膜扩散到水 或缓冲液 的原理将小分子与生物大分子分开的一种分离纯化技术 6 凝胶过滤层析 gelfiltrationchromatography 也叫做分子排阻层析 molecular exclusionchromatography 一种利用带孔凝胶珠作基质 按照分子大小分离蛋白质或其它分子混合物的层析技术 亲和层析 affinitychromatography 利用共价连接有特异配体的层析介质分离蛋白质混合物中能特异结合配体的目的蛋白或其它分子的层析技术 高压液相层析 HPLC high pressureliquidchromatography 使用颗粒极细的介质 在高压下分离蛋白质或其它分子混合物的层析技术 凝胶电泳 gelelectrophoresis 以凝胶为介质 在电场作用下分离蛋白质或核酸等分子的分离纯化技术 SDS 聚丙烯酰胺凝胶电泳SDS PAGE sodiumdodecylsulfate polyacrylamidegelelectrohoresis 在有去污剂十二烷基硫酸钠存在下的聚丙烯酰胺凝胶电泳 SDS PAGE只是按照分子大小分离的 而不是根据分子所带的电荷和大小分离的 等电聚焦电泳 IFE isoelectricfocusingelectrophoresis 利用特殊的一种缓冲液 两性电解质 在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它的等电点 pI 处 即梯度中的某一pH时 就不再带有净的正或负电荷了 7 双向电泳 two dimensionalelectrophoresis 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 Edman降解 Edmandegradation 从多肽链游离的N末端测定氨基酸残基的序列的过程 N末端氨基酸残基被苯异硫氰酸酯修饰 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 少了一个残基 被回收再进行下一轮降解循环 同源蛋白质 homologousproteins 来自不同种类生物 而序列和功能类似的蛋白质 例如血红蛋白 8 第7章糖类和糖生物学 9 第一节糖类概述 一 糖类是地球上数量最多的化合物植物类85 90 细菌类10 30 动物类 2 10 二 糖类的生物学作用 生物体的结构成分 植物 动物 细菌 生物体内的主要能源物质 淀粉 糖原 能转化为生物体内的其它物质 碳源 作为细胞识别的信号分子 糖蛋白 糖生物学 11 三 糖类的化学本质 碳水化合物 carbohydrate 大多数的糖类的实验式为 CH2O n糖包括多羟基的醛类或酮类化合物 以及它们的衍生物或聚合物 12 四 糖的命名和分类 1 单糖 不能被水解成更小分子的糖 葡萄糖 果糖 核糖等 2 寡糖 2 20个单糖分子脱水缩合而成 蔗糖 麦芽糖等 3 多糖 同多糖 淀粉 糖原 纤维素 壳多糖等 杂多糖 透明质酸 半纤维素等 4 糖缀合物 糖蛋白 蛋白聚糖 糖脂等 13 根据分子中所含碳的个数 单糖可分为己糖 戊糖等 分子中含醛基的糖称为醛糖 含有酮基的糖称为酮糖 例 第二节单糖 14 一 单糖的结构1 单糖的链状结构 醛糖 葡萄糖是开链的五羟基己醛 15 构型的标记 D L标记法 人为规定 确定对映体的相对构型 人为规定 甘油醛分子中的第二个碳原子是不对称碳原子 这个碳上的羟基有两种安排 羟基在右面的指定其构型为 型 人为规定 指定羟基在左面的甘油醛的构型为 型 D 甘油醛 L 甘油醛 16 用Fischer投影式表示单糖的结构 竖线表示碳链 羰基写在碳链的上端 羟甲基写在碳链的下端 氢原子和羟基位于链的两侧 编号从靠近羰基一端开始 羰基具有最小编号 将编号最大的手性碳原子 即离羰基最远的一个手性碳原子 的构型与D 甘油醛相比较 和D 甘油醛中那个手性碳原子构型相同时 羟基在右侧 确定为D构型 反之 羟基在左侧 为L构型 17 18 单糖构型的确定仍沿用D L法 这种方法只考虑与羰基相距最远的一个手性碳的构型 此手性碳上的羟基在右边的为D型 在左边的为L型 自然界存在的单糖多属D型糖 19 D 葡萄糖 D 甘露糖 差向异构体构造相同的含多个手性碳原子的不同旋光分子中 若只有一个手性碳原子的构型相反 而其它手性碳原子的构型完全相同 则把这些异构体称为差向异构体 如 C 2差向异构体 20 2 单糖的环状结构变旋现象单糖的开链结构展示分子中含有醛基或酮基 但开链结构不能完全体现单糖的性质 21 从醇与醛可以形成半缩醛得到启示 葡萄糖分子内同时存在醛基和羟基 可发生分子内的羟醛缩合反应 生成环状半缩醛 X 衍射结果也证实了单糖是环状化合物 22 异头物 单糖由开链结构变成环状结构后 羰基碳原子成为新的手性中心 导致C 1差向异构化 产生两个非对映体 这种羰基碳上形成的差向异构体称异头物 异头物 异头碳上的羟基与最末的手性碳原子的羟基在链同侧 异头物 异头碳上的羟基与最末的手性碳原子的羟基在链异侧 23 由于形成环状半缩醛 原来没有手性的羰基变成了手性中心 结果生成两种不同的环状半缩醛 两种异构体 当把葡萄糖溶于水中 它可通过开链结构进行半缩醛形式的相互转化 最终达到平衡 混合物中 异构体占36 异构体占64 开链结构占0 01 比旋光度为 52 5 葡萄糖的环状半缩醛结构可以解释变旋现象 24 糖的环状半缩醛结构较稳定 通常以五 六元环形式存在 若以五元环存在时 与杂环呋喃相似 故称为呋喃糖 glycofuranose 当以六元环存在时 与杂环化合物吡喃相似 故称为吡喃糖 glycopyranose 吡喃 D 吡喃葡萄糖 D 呋喃葡萄糖 呋喃 25 二 单糖的物理和化学性质 一 物理性质旋光性 是鉴定糖的一个重要指标 几乎所有的单糖及其衍生物都有旋光性 变旋现象 在溶液中 糖的链状结构和环状结构之间是可以相互转变的 从而会发生旋光度的改变 最后达到一个动态平衡 此称为变旋现象 甜度 蔗糖的甜度为标准 溶解性 易溶于水而难溶于乙醚 丙酮等非极性有机溶剂 26 二 单糖的化学性质 1 单糖的异构化在碱性溶液中 D 葡萄糖 D 甘露糖和D 果糖可以通过烯二醇中间物发生相互转化 D 葡萄糖 D 甘露糖 D 果糖 27 D 果糖 D 葡萄糖 D 甘露糖 1 2 烯醇式葡糖糖 28 葡萄糖用稀碱液处理时 会部分转变为甘露糖和果糖 成为复杂的混合物 29 2 单糖的氧化 1 氧化成醛糖酸 aldonicacid Fehling Benedict试剂 还原性糖 能被弱氧化剂 如Fehhing试剂 Benedict试剂 氧化的糖 2 氧化成醛糖二酸 aldaricacid 稀硝酸 3 氧化成糖醛酸 uronicacid 特定的脱氢酶 保留醛基 3 单糖的还原单糖 醛糖或酮糖 的羰基在适当的还原条件下 如硼氢酸钠 则被还原为多元醇 称糖醇 30 4 成脎反应还原糖与苯肼反应生成含苯腙基 N NH C6H5 的衍生物 即糖脎 糖脎较稳定 不溶于水 从热水中以黄色晶体析出 不同还原糖生成的脎 晶形和熔点各不相同 因此可鉴定多种还原糖 31 5 成酯反应 羟基 所有羟基在碱催化下均可与酰氯或酸酐发生成酯反应 生物体内单糖与磷酸生成各种磷酸酯 32 6 形成糖苷环状单糖的半缩醛 或半缩酮 羟基与另一化合物发生缩合形成的缩醛 或缩酮 称为糖苷或苷 糖基 配基 糖甘键 O 甘 N 甘 S 甘等 33 单糖通过O 苷键缩合形成寡糖或多糖 糖苷与糖的区别 糖苷不显示醛的性质 不与苯肼发生反应 不能还原Fehling试剂 无变旋现象 糖苷对碱溶液稳定 但易被酸水解成原来的糖和配基 34 小结单糖 醛糖和酮糖 的化学性质 羰基的性质1 弱碱溶液中发生异构化2 单糖的氧化 Fehling Benedict试剂 常用来检测还原性糖 3 单糖的还原 多元醇4 加成反应 成脎反应 可根据糖脎鉴定多种还原性糖羟基的性质1 成酯反应2 异头羟基的成苷反应 糖苷不同于糖的性质 35 三 重要的单糖和单糖衍生物 一 单糖1 丙糖甘油醛 二羟丙酮2 丁糖3 戊糖D 脱氧 核糖 D 木糖 L 阿拉伯糖等4 己糖D 葡萄糖 D 半乳糖 D 甘露糖 D 果糖等 36 二 单糖衍生物1 单糖磷酸酯 sugarphosphateester 糖代谢中间产物如D 葡糖 1 磷酸 D 果糖 1 6 二磷酸2 糖醇 sugaralcohol 单糖的羰基还原产物 糖醇是生物体的代谢产物 一些是工业产品 用于制药和食品工业 如 山梨醇 甘露醇 半乳糖醇 木糖醇 肌醇等 37 3 糖酸 sugaracid 单糖被氧化 糖酸衍生物如葡萄糖酸钙等4 脱氧糖 deoxysugar 指分子的一个或多个羟基被氢原子取代的单糖 广泛存在于植物 细菌和动物中 如 脱氧戊糖 脱氧核糖等 38 5 氨基糖 aminosugar 分子中一个羟基被氨基取代的单糖 如葡萄胺 N 乙酰葡糖胺等 常见单糖及其衍生物的缩写见表7 1 39 第三节寡糖 寡糖是由2 20个单糖通过糖苷键连接而成的糖类物质 如蔗糖 乳糖 麦芽糖 海藻糖等 40 常见的二糖 1 蔗糖 sucrose Glc 1 2 Fru 无还原性 属非还原性糖 无变旋现象 不能成脎 41 2 乳糖 lactose Gal 14 Glc 结构 半乳糖 或 葡萄糖 1 4 糖苷键两种同分异构体 Lactose lactose性质 有变旋现象 具有还原性 能成脎 42 3 麦芽糖 maltose Glc 14 Glc 结构 两种异构体 或 性质 变旋现象 具有还原性 能成脎 43 知识链接 饴糖 又称麦芽糖 饴糖性微温 味甘 具有补虚冷 健脾和胃 润肺止咳 缓气止痛的作用 饴糖为白色针状结晶 能分解成单糖 便于人体直接吸收 因此 饴糖是少儿 产妇 中老年人 体虚者的滋养品 饴糖是由糯米 粳米 麦 粟等磨粉 经过蒸煮后 再加入麦芽 经发酵糖化而成的糖类食品 主要用于糖果 糕点制品 44 第四节多糖 非还原性糖 无变旋现象 无甜味 形成胶体 一般不能结晶 根据是由一种还是多种单糖单位组成可分为同多糖和杂多糖 46 同多糖 淀粉 糖原 纤维素 壳多糖等 杂多糖 其代表性物质有透明质酸 软骨素4 或6 硫酸 硫酸皮肤素 硫酸角质素 肝素及硫酸乙酰肝素等 47 同多糖 48 1 淀粉 starch 淀粉粒的扫描电镜图 49 用热水处理淀粉或用极性溶剂处理淀粉都可以将淀粉分为两种成分 一种为不溶部分 称为直链淀粉 amylose 另一种为可溶部分 称为支链淀粉 amylopectin 直链淀粉由葡萄糖分子以 1 4糖苷键连接而成的一条长链 一级结构 一般可认为直链淀粉的基本组成二糖单位是麦芽糖 遇碘显紫蓝色 少量溶于热水 溶液放置时重新析出淀粉晶体 二级结构呈螺旋结构 50 直链淀粉的结构 51 支链淀粉 在天然淀粉中约有75 80 的淀粉为支链淀粉 支链淀粉的分子较直链淀粉大得多 一般平均由6000个以上的D 葡萄糖残基组成 其分子量约为1000 000左右 支链淀粉分子量较高 遇碘显紫红色 易溶于水 形成稳定的胶体 静置时不出现沉淀 52 支链淀粉结构 支链淀粉中 主链由 1 4糖苷键 而分支处为 1 6糖苷键连接 53 54 水解淀粉的酶 淀粉酶 内切酶 可作用直链淀粉 1 4 糖苷键 产物为 葡萄糖 少量麦芽糖和麦芽三糖 作用支链淀粉 产物为 葡萄糖 少量麦芽糖 麦芽三糖和 糊精 被脱支酶或 糊精酶继续降解 1 6 糖苷键 淀粉酶 外切酶 从淀粉的非还原端断裂 1 4 糖苷键 产物为 麦芽糖和 糊精 含有 1 6 糖苷键 被脱支酶继续降解 55 2 糖原 glycogen 56 57 糖原为动物体内贮存的主要多糖 此多糖相当于植物体内贮存的淀粉 所以糖原也称为动物淀粉 高等动物的肝脏和肌肉组织中含有较多的糖原 人类肝脏中的糖原含量可达肝脏干重的百分之十左右 软体动物也含有糖原 58 3 纤维素 Cellulose 59 纤维素是自然界中分布最广 含量最多的一种多糖 无论一年生或多年生植物 尤其是各种木材都含布大量的纤维素 植物体内约有50 的碳以纤维素的形式存在 估计地球上绿色植物每年大约净产有机物15 20 1000吨 其中纤维素占1 3至1 2 棉花 亚麻 芋麻和黄麻部含有大量优质的纤维素 木材中的纤维素则常与半纤维素和木质素共同存在 60 纤维素的结构 线形葡聚糖 残基间通过 1 4 糖苷键连接的纤维二糖可看成是它的二糖单位 天然纤维素为无臭 无味的白色丝状物 纤维素不溶于水 稀酸 稀碱和有机溶剂 61 纤维素的用途 天然纤维素在工业上用于纺织和造纸 改型纤维素 乙基纤维素是一种热塑塑料和黏合剂 醋酸纤维素制作胶片和薄膜 羧甲基纤维素和微晶纤维素在食品工业中分别用作粘稠剂和填充剂 62 4 壳多糖 chitin 壳多糖大量存在于昆虫和甲壳类动物的甲壳之中 虾 蟹等壳中富含的壳多糖是一种白色 无定形的半透明物质 据研究资料估计白然界中每年生成的壳多糖约有一百亿吨 在天然聚合物中壳多糖的贮存量占第二位 仅次于纤维素 63 壳多糖的结构 目前认为壳多糖是由乙酰氨基葡萄糖聚合而成的多糖 各个残基都是通过 l 4 糖苷键的形式联接成不分支的长链结构 壳多糖难得单独存在于自然界 一般都与蛋白质络合或呈现共价的结合 64 杂多糖 65 1 肽聚糖 peptidoglycan 细菌细胞壁的主要成分 肽聚糖是由一种基本结构单位 胞壁肽重复排列构成 胞壁肽由一个二糖单位 N 乙酰葡萄糖胺和N 乙酰胞壁酸通过 1 4糖苷键连接 和一个四肽侧链组成 66 肽聚糖的结构 67 2 糖胺聚糖 糖胺聚糖 为己糖醛酸和己糖胺构成的重复二糖单位连接形成的长链聚合物 结构 通式 己糖醛酸 己糖胺 nn 20 60 单糖残基带有负电荷的羧基或硫酸基 其代表性物质 透明质酸 4 或6 硫酸软骨素 硫酸皮肤素 硫酸角质素 肝素等 在体外糖胺聚糖以蛋白聚糖的形式存在 除了透明质酸 存在 这类物质存在动植物 特别是动物的软骨 腔等结缔组织中 构成组织间质 以及各种腺体分泌的润滑粘液中 68 透明质酸 hyaluronicacid 透明质酸是糖胺聚糖中结构最简单的一种 它的结构中含有重复的二糖结构单位如下 D 葡糖醛酸 1 3糖苷键N 乙酰葡糖胺 69 功能 在高等动物组织中发现的糖胺聚糖唯有透明质酸同时存在于某些细菌中 如A型链球菌 其主要功能是在组织中吸附着水 具有润滑剂的作用 它广泛分布于哺乳动物体内 特别是滑液 玻璃样体液中 也存在于关节液 疏松结缔组织 脐带 皮肤 动脉管壁心脏瓣膜 角膜以及雄鸡冠中 70 4 或6 硫酸软骨素 chondroitin4 or6 sulfate 分为4 硫酸软骨素与6 硫酸软骨素两类 两者间 除硫酸基位置不同 红外光谱差别较明显外 其他许多物理 化学性质都较接近 硫酸软骨素也含有重复的二糖单位 以6 硫酸软骨素为例其结构单位如图体内以蛋白聚糖的形式存在于软骨 腱 韧带和主动脉等组织的基质中 D 葡糖醛酸 N 乙酰半乳糖胺 6 硫酸软骨素 71 硫酸皮肤素 dermatansulfate 硫酸皮肤素最初是从猪皮中分离出来 后发现它存在于许多动物组织 如猪胃粘膜 脐带 肌腱 脾 脑 心瓣膜 巩膜 肠粘膜 关节囊 纤维性软骨等中 它的结构与性质都与硫酸软骨素的相似 其二糖单位结构如图 72 硫酸角质素 keratansuIfate 首先从角膜的蛋白水解液中分离出来 后证明它也存在于人的主动脉和人 牛的髓核中 硫酸角质素是唯一不含糖醛酸的糖胺聚糖 重复二糖单位结构如下 73 肝素 heparin 肝中肝素含量最为丰富 因此得名 实际上 它广泛分布于哺乳动物组织和体液中 猪胃粘膜中含量十分丰富 肺 脾 肌肉和动脉壁肥大细胞中肝素含量也很高 肝素的生物意义在于它具有阻止血液凝固的特性 目前输血时 广泛以肝素为抗凝剂 临床上也常用于防止血栓形成 肝素的二糖结构单位如下 除二糖重复单位外还含有糖醛酸分子 74 第五节糖缀合物 糖缀合物是由糖类与蛋白质或脂类等其它生物分子以共价键连接而成的糖复合物 如糖蛋白 蛋白聚糖 糖脂等 75 一 糖蛋白 glycoprotein 是由糖链与蛋白质多肽链共价结合而成的球状高分子复合物 在多数情况下 以蛋白质为主 而糖链较小 其总体性质更接近蛋白质 糖蛋白分子结构包含糖链 蛋白质和糖肽键三部分 许多膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白 如 膜蛋白 血型抗原 A B O 组织相容性抗原 移植抗原 免疫球蛋白 病毒和激素的膜受体等 分泌蛋白 激素蛋白质 血清蛋白 运铁蛋白等 一些结构蛋白如胶原蛋白等也是糖蛋白 76 1 糖链与蛋白的连接方式糖肽键 寡糖链与多肽链 蛋白质 中的氨基酸以多种形式共价连接 构成糖蛋白的糖肽连接健
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