高中生物競(jìng)賽講義（校本教材）

1、高中生物競(jìng)賽講義 中方縣第一中學(xué)校本教材編寫組編 楊自西審第一章 細(xì)胞生物學(xué) 細(xì)胞生物學(xué)是研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能、生活史以及生命活動(dòng)本質(zhì)和規(guī)律的科學(xué)，是生物科學(xué)的主要分支之一，也是生命科學(xué)和分子生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。本章包括細(xì)胞的化學(xué)成分，細(xì)胞器，細(xì)胞代謝，dna、rna和蛋白質(zhì)的生物合成，物質(zhì)通過(guò)膜的運(yùn)輸，有絲分裂和減數(shù)分裂，微生物學(xué)和生物技術(shù)等部分。根據(jù)1bo考綱細(xì)目和近幾年來(lái)試題的要求，以下從知識(shí)條目和能力要求兩方面定出具體目標(biāo)第一節(jié) 細(xì)胞的化學(xué)成分 盡管自然界細(xì)胞形態(tài)多樣，功能各異，但其化學(xué)成分基本相似，主要包括：糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸、酶類等。 一、糖類 糖類是多羥基醛、多羥基酮的總稱，

2、一般可用cm(h20)n化學(xué)通式表示。由于一些糖分子中氫和氧原子數(shù)之比往往是2：1，與水結(jié)構(gòu)相似，故又把糖類稱為碳水化合物。糖是生命活動(dòng)的主要能源，又是重要的中間代謝物，還有些糖是構(gòu)成生物大分子，如核酸和糖蛋白的成分，因而具有重要意義。糖類化合物按其組成可分為單糖、寡糖、多糖。如果糖類化合物中尚含有非糖物質(zhì)部分，則稱為糖復(fù)合物，例如糖蛋白、蛋白多糖、糖脂和脂多糖等。 (一)單糖 單糖是最簡(jiǎn)單的糖，不能被水解為更小的單位。單糖通常含有37個(gè)碳原子，分別稱為丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖。天然存在的單糖一般都是d-構(gòu)型。單糖分子既可以開鏈形式存在，也可以環(huán)式結(jié)構(gòu)形式存在。在環(huán)式結(jié)構(gòu)中如果第一位碳原子

3、上的羥基與第二位碳原子的羥基在環(huán)的伺一面，稱為-型；如果羥基是在環(huán)的兩面，稱-型。 重要的單糖有以下幾種： 1丙糖 如甘油醛(醛糖)和二羥丙酮(酮糖)。它們的磷酸酯是細(xì)胞呼吸和光合作用中重要的中間代謝物。 2戊糖 戊糖中最重要的有核糖(醛糖)、脫氧核糖(醛糖)和核酮糖(酮糖)。核糖和脫氧核糖是核酸的重要成分，核酮糖是重要的中間代謝物。 3己糖 葡萄糖、果糖和半乳糖等都是己糖。所有己糖的分子式為c6h1206，但結(jié)構(gòu)式不同，互為同分異構(gòu)體。葡萄糖是植物光合作用的產(chǎn)物，也是細(xì)胞的重要能源物質(zhì)之一。 (二)寡糖 由少數(shù)幾個(gè)(26個(gè))單糖縮合而成的糖稱為寡糖。最多的寡糖是雙糖，如麥芽糖、蔗糖、纖維二糖

4、、乳糖。 1麥芽糖 麥芽糖是由一個(gè)d-葡萄糖半縮醛羥基與另一分子-d-葡萄糖c4上的醇羥基縮合脫去一分子水，通過(guò)-1，4-糖苷鍵結(jié)合而成。麥芽糖是淀粉的基本單位，淀粉水解即產(chǎn)生麥芽糖，所以麥芽糖通常只存在于淀粉水解的組織，如麥芽中。 2蔗糖 一分子-d葡萄糖和一分子-d-果糖縮合脫水即成蔗糖。甘蔗、甜菜、胡蘿卜以及香蕉、菠蘿等水果中都富含蔗糖。 3.乳糖 乳糖由一分子-d-半乳糖和一分子-d-葡萄糖通過(guò)-1，4-糖苷鍵結(jié)合而成。乳糖主要存在于哺乳動(dòng)物乳汁中。 4纖維二糖 纖維二糖是纖維素的基本結(jié)構(gòu)單位，由2分子的p-d-葡萄糖通過(guò)-1，4-糖苷鍵結(jié)合而成。 (三)多糖 自然界數(shù)量最大的糖類是多

5、糖。多糖是由很多單糖分子縮合脫水而成的分支或不分支的長(zhǎng)鏈分子。常見的多糖有：淀粉、纖維素、糖原、幾丁質(zhì)和黏多糖等。 1淀粉 天然淀粉由直鏈淀粉與支鏈淀粉組成。直鏈淀粉是-d-葡萄糖基以-1，4-糖苷鍵連接的多糖鏈。支鏈淀粉分子中除有1，4-糖苷鍵的糖鏈外，還有-1，6-糖苷鍵連接的分支。淀粉與碘有呈色反應(yīng)，直鏈淀粉為藍(lán)色，支鏈淀粉為紫紅色。在稀酸或酶的作用下，淀粉水解：淀粉糊精麥芽糖-d葡萄糖。糊精是淀粉水解的最初產(chǎn)物，隨著水解，糖分子逐漸變小，它與碘作用分別呈紅色、黃色、無(wú)色。這個(gè)反應(yīng)可用于淀粉水解過(guò)程的檢驗(yàn)。 2糖原 糖原是動(dòng)物組織中貯存的多糖，又稱動(dòng)物淀粉。糖原也是-d-葡萄糖基以-1，

6、4-糖苷鍵連接而成的，但糖原的分支比支鏈淀粉多。糖原遇碘作用呈紅褐色。 3纖維素，纖維素是一種線性的由-d-葡萄糖基以-1，4-糖苷鍵連接的沒有分支的同多糖。纖維素是植物細(xì)胞壁的主要組成成分。 4幾丁質(zhì)(甲殼素) 昆蟲和甲殼類外骨骼的主要成分為幾丁質(zhì)，是n-乙酰d-氨基葡萄糖以-1，4-糖苷鍵縮合成的同多糖。 二、脂類 脂類是生物體內(nèi)一類重要的有機(jī)化合物。它們有一個(gè)共同的物理性質(zhì)，就是不溶于水，但能溶于非極性有機(jī)溶劑(如氯仿、乙醚、丙酮等)。脂類的組成元素主要有c、h、0，但0元素含量低，c、h元素含量高，徹底氧化后可以放出更多能量。此外，有的脂類還含有p和n。生物體內(nèi)常見的具有重要生理功能的

7、脂類主要有三酰甘油、磷脂、類固醇、萜類、蠟等。 1三酰甘油 三酰甘油也稱脂肪，是由1分子甘油和3分子脂肪酸結(jié)合而成的酯。 右邊結(jié)構(gòu)式中rl、r2、凡是脂肪酸的烴基鏈，構(gòu)成三酰甘油的脂肪酸可分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸。飽和脂肪酸碳?xì)滏溕蠜]有雙鍵，如軟脂酸、硬脂酸，其熔點(diǎn)高。不飽和脂肪酸的碳?xì)滏溕虾胁伙柡碗p鍵，如油酸含1個(gè)雙鍵，亞油酸含2個(gè)雙鍵，亞麻酸含3個(gè)雙鍵，因此熔點(diǎn)較低。動(dòng)物脂肪大多富含飽和脂肪酸，在室溫下為固態(tài)，植物油含大量油酸和亞油酸，在室溫下為液態(tài)。對(duì)于哺乳動(dòng)物和人，亞油酸和亞麻酸不能自己合成，只能從外界攝取，稱為必需脂肪酸。 2磷脂 磷脂又稱甘油磷脂，此類化合物是甘油的第三個(gè)羥基

8、被磷酸所酯化，而其他兩個(gè)羥基被脂肪酸酯化。磷脂酸是最簡(jiǎn)單的磷脂，是其他復(fù)雜磷脂的中間產(chǎn)物。若磷脂酸分子中的h為膽堿、膽胺、絲氨酸所取代，則分別成為卵磷脂、腦磷脂、絲氨酸磷脂等。磷脂分子由于有磷酸及與之相連的含氮化合物，因而是有極性的分子：它的有磷酸一端為極性的頭，是親水的，它的2個(gè)脂肪酸鏈為非極性的尾，是疏水的。如將磷脂放在水面上，磷脂分子都將以親水的頭和水面相接，而倒立在水面上，成一單分子層。如將磷脂放入水中，磷脂分子則會(huì)形成單分子微團(tuán)，各分子的極性頭位于微團(tuán)的表面而與水接觸，非極性的疏水端則藏在微團(tuán)中心。 3類固醇 類固醇分子的基本結(jié)構(gòu)是環(huán)戊烷多氫菲。最熟知的類固醇是在環(huán)戊烷多氫菲上連有一

9、個(gè)碳?xì)滏湹哪懝檀肌Ｄ懝檀际莿?dòng)物膜和神經(jīng)髓鞘的主要成分，與膜的透性有關(guān)。性激素、維生素d和腎上腺皮質(zhì)激素都屬于類固醇。 4萜類 萜類是由不同數(shù)目的異戊二烯連接而成的分子。維生素a(視黃醇)、維生素e、維生素k、類胡蘿卜素都是萜類。-類胡蘿卜素裂解就成2個(gè)維生素a，維生素a可氧化成視黃醛，對(duì)動(dòng)物感光活動(dòng)有重要作用。 5蠟 蠟是由高碳脂肪酸和高碳醇或固醇所形成的脂，它存在于皮膚、毛皮、羽毛、樹葉、昆蟲外骨骼中，起保護(hù)作用。 三、蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)是細(xì)胞和生物體的重要組成成分，通常占細(xì)胞干重的一半以上。蛋白質(zhì)主要由c、h、0、n四種元素組成，其中氮的含量在各種蛋白質(zhì)中比較接近，平均為16，因此用凱氏(kj

10、elahl)法定氮測(cè)定蛋白質(zhì)含量時(shí)，受檢物質(zhì)中含蛋白質(zhì)量為氮含量的625倍。蛋白質(zhì)是高分子化合物，其基本組成單位是氨基酸。 (一)氨基酸 1氨基酸的結(jié)構(gòu) 天然存在于蛋白質(zhì)中的氨基酸共有20種，各種氨基酸(除脯氨酸)在結(jié)構(gòu)上的一個(gè)共同特點(diǎn)是，在與羧基相連的碳原子(-碳原子)上都有一個(gè)氨基，因而稱為-氨基酸，它們的不同之處在于側(cè)鏈，即r基的不同。除甘氨酸外，所有氨基酸分子中的-碳原子都是不對(duì)稱的，有l(wèi)-型和d-型之分。在天然蛋白質(zhì)中存在的氨基酸都是l-氨基酸。 2氨基酸的分類 根據(jù)r基團(tuán)極性不同，氨基酸可分為：非極性氨基酸(9種)；極性不帶電荷氨基酸(6種)；極性帶負(fù)電荷氨基酸(2種)；極性帶正電

11、荷氨基酸(3種)。如表1-1-1所示。 根據(jù)成年人的營(yíng)養(yǎng)需求，20種氨基酸又可分為必需氨基酸和非必需氨基酸。必需氨基酸足指成年人體內(nèi)不能合成而必須山食物提供的一類氨基酸，包括亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、另；氨酸、蛋氨酸、色氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸等8種。精氨酸和組氨酸，在幼兒時(shí)期體內(nèi)合成量滿足不了生長(zhǎng)需要，需食物補(bǔ)充，稱為半必需氨基酸。 3氨基酸的主要理化性質(zhì) (1)一般的物理性質(zhì) -氨基酸呈無(wú)色結(jié)晶，在水中溶解度各不相同，易溶于酸、堿，但不溶于有機(jī)溶劑、 (2)兩性解離和等電點(diǎn) -氨基酸在中性水溶液中或固體狀態(tài)下主要是以兩性離子的形式存在，即在同一個(gè)氨基酸分子上帶有能放出質(zhì)子的-nh3+正離子和

12、能接受質(zhì)子的一c00-負(fù)離子。因此，氨基酸是兩性電解質(zhì)。當(dāng)兩性離子氨基酸溶解于水時(shí)，其正負(fù)離子都能解離，但解離度與溶液的ph值有關(guān)。向氨基酸溶液加酸時(shí)，其兩性離子的-coo-負(fù)離子接受質(zhì)子，自身成為正離子，在電場(chǎng)中向陰極移動(dòng) 加入堿時(shí)，其兩性離子的一nh3+正離子解離放出質(zhì)子(與一oh-合成水)，其自身成為負(fù)離子，在電場(chǎng)中向陽(yáng)極移動(dòng)。當(dāng)?shù)蚬?jié)氨基酸溶液的ph值，使氨基酸分子上的一nh3+和一c00-的解離度完全相等時(shí)，即氨基酸所帶凈電荷為零，在電場(chǎng)中既不向陽(yáng)極移動(dòng)也不向陰極移動(dòng)，此時(shí)氨基酸所處溶液的ph值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)，以符號(hào)pi表示。在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸的溶解度最小，容易沉淀，利用這一性質(zhì)

13、可以分離制備各種氨基酸。 (3)紫外吸收光譜 各種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，在遠(yuǎn)紫外區(qū)均有光吸收，而在近紫外光區(qū)僅色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸有吸收能力。其中色氨酸最大吸收波長(zhǎng)為279nm，酪氨酸最大吸收波長(zhǎng)278nm，苯丙氨酸最大吸收波長(zhǎng)為259nm。利用紫外光法可以測(cè)定這些氨基酸的含量。 (4)重要的化學(xué)反應(yīng) 氨基酸不但-氨基、-羧基能參加反應(yīng)，而且有的側(cè)鏈r基團(tuán)也能參加化學(xué)反應(yīng)，因此可以發(fā)生的反應(yīng)很多。如：-氨基能與茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生藍(lán)紫色沉淀(脯氨酸和羥脯氨酸則產(chǎn)生黃色沉淀)；-氨基可與亞硝酸反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)猓跇?biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定氮?dú)怏w積，即可計(jì)算出氨基酸的量；一些氨基酸的r基團(tuán)能與特殊的試劑發(fā)生

14、呈色反應(yīng)。 (二)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 已確認(rèn)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)有不同層次，人們?yōu)榱苏J(rèn)識(shí)的方便通常將其分為一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)，超二級(jí)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域、三級(jí)結(jié)構(gòu)及四級(jí)結(jié)構(gòu)。 l，一級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)又稱為初級(jí)結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)，是指蛋白質(zhì)分子內(nèi)氨基酸的排列順序。蛋白質(zhì)分子中氨基酸主要通過(guò)肽鍵相互連接。肽鍵是由一個(gè)氨基酸分子中的-氨基與相鄰另一個(gè)氨基酸分子中的-羧基，通過(guò)縮水而成，這樣連起來(lái)的氨基酸聚合物叫做肽。多肽鏈上各個(gè)氨基酸由于在相互連接過(guò)程中丟失了-氨基上的h和-羧基上的oh，被稱為氨基酸殘基。在多肽鏈的一端氨基酸含有一個(gè)未反應(yīng)的游離氨基(一nh2)，稱為肽鏈的氨基末端氨基酸或n末端氨基酸，另一端的氨基酸

15、含有一個(gè)尚未反應(yīng)的游離羧基(一cooh)，稱為肽鏈的羧基末端氨基酸或c末端氨基酸。一般表示多肽時(shí)，總是n末端：寫在左邊，c末端寫在右邊。肽鏈中除肽鍵外還有二硫鍵，它是由肽鏈中相應(yīng)部位上兩個(gè)半胱氨酸脫氫連接而成，是肽鏈內(nèi)和肽鏈間的主要橋鍵。 2，二級(jí)結(jié)構(gòu) 二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈本身繞曲折疊成的有規(guī)律的結(jié)構(gòu)或構(gòu)象。這種結(jié)構(gòu)是以肽鏈內(nèi)或肽鏈間的氫鍵來(lái)維持的。常見的二級(jí)結(jié)構(gòu)有-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角、自由繞曲等四種。 (1)-螺旋 -螺旋模型是pauling和corey等研究羊毛、馬鬃，豬毛、鳥毛等-角蛋白時(shí)提出的。如圖l-1-1所示，其特征是：多肽鏈中氨基酸殘基以100的角度圍繞螺旋軸心盤旋上升，每36個(gè)

16、殘基就旋轉(zhuǎn)一圈，螺距為054nm，即每個(gè)殘、基沿螺旋體中心軸上、升015nm；右手旋轉(zhuǎn)；多肽鏈內(nèi)的氫鍵由肽鏈中一個(gè)肽鍵的一co的氧原子與第四個(gè)肽鍵的一nh的氫原子組成，每個(gè)氫鍵所形成的環(huán)內(nèi)共有13個(gè)原子，這種螺旋稱為3613.一條多肽鏈能否形成-螺旋以及形成的螺旋體的穩(wěn)定程度與r基團(tuán)大小、帶電狀況等有關(guān)。如多聚賴氨酸在ph 70時(shí)，r基團(tuán)帶正電相互排斥，破壞螺旋形成，而在ph 12時(shí)則能自發(fā)形成-螺旋。又如肽鏈內(nèi)相鄰殘基是異亮氨酸、纈氨酸、亮氨酸等時(shí)，由于r基團(tuán)較大，會(huì)阻礙-螺旋形成。多聚脯氨酸則由于肽鍵上不具有亞氨基氫，無(wú)法形成氫鍵，因此多肽鏈中只要有脯氨酸殘基，-螺旋即被中斷，使多肽主鏈產(chǎn)

17、生一個(gè)“結(jié)節(jié)”。 (2)-折疊 分兩種類型，一是平行式，即所有肽鏈n端都在同一端，另一類是反平行式，即肽鏈的n端一順一反地排列。 -折疊結(jié)構(gòu)的肽鏈幾乎是完全伸展的，鄰近兩鏈以相反或相同方向平行排列成片層狀。兩個(gè)氨基酸殘基之間的軸心距離為035nm，-折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵是由兩條肽鏈中一條的一c0基與另一條的一nh基形成。絲蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要是-折疊。如圖1-1-2所示。 (3)-轉(zhuǎn)角 蛋白質(zhì)分子的多肽鏈上經(jīng)常出現(xiàn)180的回折，在這種肽鏈的回折角上就是-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，由第一個(gè)氨基酸殘基的一co與第四個(gè)氨基酸殘基的一nh形成氫鍵。 (4)自由繞曲 是指沒有一定規(guī)律的松散結(jié)構(gòu)，酶的功能部位常常處于這種構(gòu)象區(qū)域

18、中。 3超二級(jí)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)域 近年在研究蛋白質(zhì)構(gòu)象、功能與進(jìn)化時(shí)，引進(jìn)了超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域(圖1-1-3)的結(jié)構(gòu)層次。它們是二級(jí)結(jié)構(gòu)與三級(jí)結(jié)構(gòu)的過(guò)渡型構(gòu)象。超二級(jí)結(jié)構(gòu)是指若干相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)中的構(gòu)象單元彼此相互作用，形成有規(guī)則的、在空間上能辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體。通常有、等。如肌球蛋白、原肌球蛋白和纖維蛋白原中有一種超二級(jí)結(jié)構(gòu)，是由兩股或三股右手-螺旋彼此纏繞而成的左手螺旋構(gòu)象。結(jié)構(gòu)域是指多肽鏈在超二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步繞曲折疊成緊密的球狀結(jié)構(gòu)，在空伺上彼此分隔的各自具有部分生物功能的亞結(jié)構(gòu)。一般情況下，酶的活性部位位于兩個(gè)結(jié)構(gòu)域之間的裂縫中。 4.三級(jí)結(jié)構(gòu) 纖維狀蛋白質(zhì)一般只有二級(jí)結(jié)構(gòu)，而球狀，蛋白

19、質(zhì)在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域，進(jìn)一步組裝成三級(jí)結(jié)構(gòu)(圖1-1-4)。維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力主要是一些次級(jí)鍵，包括氫鍵、鹽鍵、疏水鍵和范德華力等。其中疏水鍵在維持蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)上有突出作用。 5.四級(jí)結(jié)構(gòu) 四級(jí)結(jié)構(gòu)(圖1-l-5)是指蛋白質(zhì)分子內(nèi)具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的亞單位通過(guò)氫鍵、鹽鍵、疏水鍵 和范德華力等弱作用力聚合而成的特定構(gòu)象。所謂亞單位，又稱亞基，是指那些在化學(xué)上相 互獨(dú)立但自身又具有特定構(gòu)象的共同構(gòu)成同一蛋白質(zhì)的肽鏈。如血紅蛋白有四個(gè)不同的亞 基，這4個(gè)亞基以一定形式結(jié)合在一起，形成特定的構(gòu)象，即是四級(jí)結(jié)構(gòu)。 (三)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì) 1膠體性質(zhì) 蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量很大，在水溶

20、液中所形成的顆粒具有膠體溶液的特 征，如布朗運(yùn)動(dòng)、丁達(dá)爾現(xiàn)象、不能通過(guò)半透膜等。溶液中，蛋白質(zhì)膠體顆粒帶有相同電荷， 彼此排斥；而且顆粒表面極性分子能與水分子形成一層水膜，將蛋白質(zhì)顆粒相互隔開，因此蛋白質(zhì)顆粒比較穩(wěn)定，不易沉淀。 2，兩性電解質(zhì) 蛋白質(zhì)分子除了肽鏈兩端有自由的-氨基和-羧基外，許多氨基酸殘基的側(cè)鏈上存有不少可解離的基團(tuán)，所以蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)。在酸性溶液中蛋白質(zhì)帶正電，在堿性淀液中蛋白質(zhì)帶負(fù)電。當(dāng)溶液達(dá)到某一ph值時(shí)，蛋白質(zhì)所帶正負(fù)電荷相等，這時(shí)溶液的ph值叫做蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(pi)。一般含酸性氨基酸較多的蛋白質(zhì)，等電點(diǎn)偏酸；含堿性氨基酸較多的蛋白質(zhì)，等電點(diǎn)偏堿?？梢愿鶕?jù)不同的

21、蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，用電泳法分離蛋白質(zhì)。 3沉淀反應(yīng) 如果在蛋白質(zhì)溶液小加入適當(dāng)試劑，破壞了蛋白質(zhì)的水膜或中和蛋白質(zhì)的電荷，則蛋白質(zhì)膠體溶液就不穩(wěn)定而出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象.可引起沉淀反應(yīng)的試劑有高濃度鹽類(如硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等，稱為鹽析)，有機(jī)溶劑(如酒精、丙酮)，重金屬鹽(如硝酸銀、醋酸鉛、三氯化鐵等)，某些生物堿試劑(如苦味酸、單寧酸等). 4變性 蛋白質(zhì)因受物理或化學(xué)因素的影響，其分子的空間結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致其理化性質(zhì)、生物活性都發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性。能使蛋白質(zhì)變性的化學(xué)因素有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子、尿素、酒精、丙酮等；能使蛋白質(zhì)變性的物理因素有加熱震蕩或攪拌、超聲波、紫外線及x射線

22、照射等。蛋白質(zhì)生物活性的喪失是蛋白質(zhì)變性的主要特征，變性后的蛋白質(zhì)最明顯的理化性質(zhì)改變是溶解度降低。變性過(guò)程中不發(fā)生肽鍵斷裂和二硫鍵的破壞，因而不發(fā)生一級(jí)結(jié)構(gòu)的破壞；而主要發(fā)生氫鍵、疏水鍵的破壞，使肽鏈的有序的卷曲、折疊狀態(tài)變?yōu)樗缮o(wú)序。 5紫外吸收 蛋白質(zhì)在280nm的紫外光下，有最大吸收峰。這主要是由于肽鏈中酪氨酸和色氨酸的r基團(tuán)引起的。因此可以用紫外線分光光度法測(cè)定蛋白質(zhì)在280nm的光吸收值來(lái)測(cè)定蛋白質(zhì)的含量。 6變構(gòu)作用 含2個(gè)以上亞基的蛋白質(zhì)分子，如果其中一個(gè)亞基與小分子物質(zhì)結(jié)合，那么不但該亞基的構(gòu)象發(fā)生改變，而且其他亞基的構(gòu)象受影響也發(fā)生變化，結(jié)果整個(gè)蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象乃至活性均會(huì)

23、改變，這一現(xiàn)象稱為變構(gòu)作用(或別構(gòu)作用)。例如，血紅蛋白有4個(gè)亞基，當(dāng)02與其中一個(gè)亞基結(jié)合后，即引起該亞基的構(gòu)象的改變，進(jìn)而又會(huì)引起另外三個(gè)亞基構(gòu)象發(fā)生變化，結(jié)果整個(gè)分子構(gòu)象改變，使所有亞基更易于與氧結(jié)合，大大加快血紅蛋白與氧結(jié)合的速度。 7呈色反應(yīng) 蛋白質(zhì)分子中因含有某些特殊的結(jié)構(gòu)或某些特殊氨基酸殘基，能與多種化合物發(fā)生顏色反應(yīng)。重要的顏色反應(yīng)如表l-1-2所示。 (四)蛋白質(zhì)的分類 1蛋白質(zhì)的化學(xué)分類 根據(jù)蛋白質(zhì)的分子組成可將蛋白質(zhì)分為簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)兩大類。簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)完全水解的產(chǎn)物為-氨基酸，即只由-氨基酸組成。因此，簡(jiǎn)單蛋白，質(zhì)又稱單純蛋白質(zhì)，如球蛋白、白蛋白、組蛋白等。結(jié)合蛋

24、白質(zhì)由簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)物質(zhì)兩部分組成。非蛋白質(zhì)部分通常稱為輔基。輔基可以是核酸、糖類、脂類、色素、磷酸，由此組成的結(jié)合蛋白質(zhì)分別稱為核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、色蛋白、磷蛋白。 2蛋白質(zhì)的功能分類 根據(jù)蛋白質(zhì)的功能大體分為結(jié)構(gòu)蛋白和酶兩大類，結(jié)構(gòu)蛋白參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組成。酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具極高催化效率的一類蛋白質(zhì)，生物體內(nèi)的絕大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都需要在酶的催化作用下才能進(jìn)行。 四、酶類 酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的，能在體內(nèi)或體外起同樣催化作用的一類具有活性中心和特殊構(gòu)象的生物大分子，包括蛋白質(zhì)和核酸。生物體和細(xì)胞內(nèi)錯(cuò)綜復(fù)雜的彳弋謝反應(yīng)必須具有酶才能按一定規(guī)律有條不紊地進(jìn)行。酶缺陷或者酶活性被抑制會(huì)引起生物體

25、和細(xì)胞的病變。在這里主要討論蛋白質(zhì)屬性的酶。 (一)酶的化學(xué)結(jié)構(gòu) 絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，根據(jù)酶的化學(xué)組成可以把酶分成單純酶和結(jié)合酶，單純酶分子完全由蛋白質(zhì)組成，不含其他成分。結(jié)合酶分子由簡(jiǎn)單的蛋白質(zhì)(稱為酶蛋白)和輔助因子兩部分組成，輔助因子可以是金屬離子或小分子有機(jī)物。通常把這些小分子有機(jī)物稱為輔酶或輔基。輔酶指與酶蛋白結(jié)合比較松，用透析法可以除去的小分子有機(jī)物；而輔基則指與酶蛋白結(jié)合比較緊，用透析法不易除去的小分子有機(jī)物；兩者沒有本質(zhì)區(qū)別。酶的催化反應(yīng)的專一性和高效性主要決定于酶蛋白。 酶分子中有很多化學(xué)基團(tuán)，但并不是所有的基團(tuán)都與酶的活性有關(guān)。酶的活性僅與一部分基團(tuán)有直接關(guān)系，這些基團(tuán)稱

26、為酶的必需基團(tuán)。如果對(duì)這些基團(tuán)進(jìn)行取代或修飾，則酶的活性喪失。酶的必需基團(tuán)在一級(jí)結(jié)構(gòu)上可能相距很遠(yuǎn)，甚至可能不在一條肽鏈上，但由于肽鏈盤繞折疊使它們?cè)诳臻g上彼此靠近，形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，而直接與酶的催化功能有關(guān)，這種區(qū)域稱為酶的活性中心。酶活性中心包括兩個(gè)功能部位：一個(gè)是結(jié)合部位，一定的底物靠此部位結(jié)合到酶分子上；一個(gè)是催化部位，底物分子中的化學(xué)鍵在此處被打斷或形成新的化學(xué)鍵，從而發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)。 (二)酶的作用機(jī)制 1酶的催化作用降低活化能在一個(gè)反應(yīng)體系中，任何反應(yīng)物分子都有進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的可能，但并非全部反應(yīng)物分子都進(jìn)行反應(yīng)。因?yàn)樵诜磻?yīng)體系中各反應(yīng)物分子所含的能量高低不同，只有那

27、些所含能量達(dá)到或超過(guò)一定限度(稱為能閾)的活化分子(處于過(guò)渡態(tài)的分子)才能在碰撞中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。顯然，活化分子越多，反應(yīng)速度越快。將分子由常態(tài)轉(zhuǎn)變到活化狀態(tài)(過(guò)渡態(tài))所需的能量，稱為活化能。酶的催化作用就是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，由于在酶催化反應(yīng)中只需較低的能量就可使反應(yīng)物進(jìn)入“過(guò)渡態(tài)”，所以同非酶催化反應(yīng)相比，活化分子的數(shù)量大大增加，從而加快反應(yīng)的速度。如圖1-1-6所示。 2中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō) 酶為什么能降低反應(yīng)的活化能?中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)能比較好地解釋這個(gè)問題。該學(xué)說(shuō)認(rèn)為：在催化某一反應(yīng)的時(shí)候，酶首先與底物形成不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，然后中間產(chǎn)物再分解，釋放出酶及產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物?？捎霉奖硎緸椋?這樣，把原

28、來(lái)無(wú)酶參加的一步反應(yīng) 分成了兩步進(jìn)行。這兩步反應(yīng)所需要的活化能比原來(lái)一步反應(yīng)的低，從而加快反應(yīng)速度。顯然，酶之所以降低反應(yīng)活化能是由于酶與底物生成了中間產(chǎn)物從而改變了反應(yīng)途徑所致。 3“鑰匙-鎖”學(xué)說(shuō)和“誘導(dǎo)契合”學(xué)說(shuō) 酶和底物是如何結(jié)合成中間產(chǎn)物的?又如何完成其催化作用?1890年。e.fischer提出“鑰匙-鎖”學(xué)說(shuō)，認(rèn)為酶和底物結(jié)合時(shí)，底物的結(jié)構(gòu)必須和酶活性部位的結(jié)構(gòu)非常吻合，就像鎖和鑰匙一樣，這樣才能緊密結(jié)合形成中間產(chǎn)物。這在一定程度上解釋了酶促反應(yīng)的特性，如專一性；但該學(xué)說(shuō)把酶的結(jié)構(gòu)看成是固定不變的，這是不切實(shí)際的，并且該模型不能解釋可逆反應(yīng)。 1958年，dekoshland提出

29、了“誘導(dǎo)契合”學(xué)說(shuō)，克服了“鑰匙-鎖”模型的缺點(diǎn)，認(rèn)為酶與底物結(jié)合時(shí)，底物能誘導(dǎo)酶分子的構(gòu)象變化，使酶能與分子很好地結(jié)合，從而發(fā)生催化作用。如圖1-1-7所示。 4使酶具有高催化效率的因素 酶為什么比一般催化劑具有更高催化效率?主要有以下因素： (1)鄰近定向效應(yīng) 指底物和酶活性部位的鄰近，對(duì)于雙分子反應(yīng)來(lái)說(shuō)也包含酶活性部位上底物分子之間的靠近，而互相靠近的底物分子之間，以及底物分子與酶活性部位的基團(tuán)之間還要有嚴(yán)格的定向(正確的立體化學(xué)排列)。這樣就大大提高了活性部位上底物的有效濃度，使分子間反應(yīng)近似于分子內(nèi)的反應(yīng)，同時(shí)還為分子軌道交叉提供了有利條件；使底物進(jìn)行反應(yīng)的活化能降低，從而大大地增加

30、了酶-底物中間產(chǎn)物進(jìn)入過(guò)渡態(tài)的幾率。 (2)“張力”和”形變” 底物結(jié)合可以誘導(dǎo)酶分子構(gòu)象的變化，而變化的酶分子又使底物分子的敏感鍵產(chǎn)生“張力”甚至“形變”，從而促進(jìn)酶-底物中，間產(chǎn)物進(jìn)入過(guò)渡態(tài)。 (3)酸堿催化 酶活性部位上的某些基團(tuán)可以作為良好的質(zhì)子供體或受體對(duì)底物進(jìn)行酸堿催化。 （4)共價(jià)催化 某些酶可以和底物生成不穩(wěn)定的共價(jià)中間物，這種共價(jià)中間物進(jìn)一步生成產(chǎn)物要比非催化反應(yīng)容易得多。 (三)影響酶催化反應(yīng)的因素 1.酶濃度的影響 在酶促反應(yīng)中，如果底物濃度大到足以使酶飽和，則反應(yīng)速度與酶濃度成正比(圖 1-1-8)：v=k e。 2底物濃度的影響 (1)底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 在

31、酶濃度等條件恒定，反應(yīng)系統(tǒng)中沒有不利于酶發(fā)揮作用的因素存在時(shí)，用反應(yīng)速度對(duì)底物濃度作圖得一直角雙曲線(圖1-1-9)。由曲線可以看出：當(dāng)?shù)孜餄舛萻較低時(shí)，反應(yīng)速度和底物濃度幾乎成正比。當(dāng)?shù)孜餄舛容^高時(shí)，反應(yīng)速度也隨濃度的增加而升高，但不顯著。當(dāng)濃度大大增加時(shí)，反應(yīng)速度趨近一個(gè)最大值即最大速度vmax，此時(shí)的反應(yīng)速度與底物濃度無(wú)關(guān)。 3.ph值的影響 酶常常限于某一ph值范圍內(nèi)才表現(xiàn)出最大的活力，這種表現(xiàn)出酶的最大活力的ph值就是酶的最適ph值。當(dāng)ph高于或低于這個(gè)最適值時(shí)，酶活性就會(huì)降低。通常典型的最適ph曲線為鐘型曲線(圖1-1-10)。ph值對(duì)酶活性影響的原因，除了由于過(guò)酸或過(guò)堿使酶變性失

32、活外，主要是由于影響了酶分子活性中心上有關(guān)基團(tuán)的解離或底物的解離，這樣就影響了酶與底物的結(jié)合，從而影響了酶的活力。 4，溫度的影響 各種酶在一定條件下都有一個(gè)最適溫度，在最適溫度兩側(cè)，反應(yīng)速度都較低，呈鐘罩形曲線(圖1-l-11)。溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響有兩個(gè)方面：一方面是溫度升高，反應(yīng)速度加快，與一般化學(xué)反應(yīng)相似；另一方面，隨著溫度升高，酶蛋白變性也隨之增加，減少有活性的酶的數(shù)量，降低了酶促反應(yīng)速度。酶促反應(yīng)最適溫度就是兩種過(guò)程的平衡。在低于最適溫度時(shí)，前一種效應(yīng)為主，在高于最適溫度時(shí)，后一種效應(yīng)為主。 5，激活劑的影響 能提高酶活性的物質(zhì)稱為激活劑。按分子大小可分為3類：第一類為無(wú)機(jī)離子，如

33、mg2+是各種激酶的激活劑，c1-能激活唾液-淀粉酶；第二類為中等大小的有機(jī)化合物，一種是還原劑，如半胱氨酸、還原型谷胱甘肽等，另一種是金屬螯合劑，能除去酶中重金屬雜質(zhì)，從而解除重金屬對(duì)酶的抑制，如乙二氨四乙酸(edta)；第三類為蛋白質(zhì)性的大分子化合物，這類激活劑用于酶原激活，使無(wú)活性酶原變成有活性的酶。 6抑制劑的影響 某些物質(zhì)，不引起酶蛋白變性，但能使酶分子上某些必需基團(tuán)發(fā)生變化，因而引起酶活性下降，甚至喪失。這種作用稱為抑制作用，起抑制作用的物質(zhì)稱為抑制劑。酶的抑制作用分為不可逆抑制作用和可逆抑制作用兩類。 (四)酶的分類和命名 1酶的國(guó)際系統(tǒng)分類法 國(guó)際生物化學(xué)聯(lián)合會(huì)酶學(xué)委員會(huì)提出的

34、酶的國(guó)際系統(tǒng)分類法的分類原則是：將所有已知酶按其催化的反應(yīng)類型分為六大類，即氧化還原酶類、轉(zhuǎn)移酶類、水解酶類、裂解酶類、異構(gòu)酶類、合成酶類，分別用1，2，3，4，56的編號(hào)來(lái)表示；根據(jù)底物分子中被作用的基團(tuán)或鍵的性質(zhì)，再將每一大類分為若干亞類，每一亞類又分為若干亞亞類；然后再把屬于這一亞亞類的酶按順序排好。這樣就把已知的酶分門別類地排成一個(gè)表，稱為酶表。每一種酶在這個(gè)表中的位置可用一個(gè)統(tǒng)一的編號(hào)來(lái)表示。每個(gè)編號(hào)由四個(gè)數(shù)字組成：如催化乳酸脫氫轉(zhuǎn)變?yōu)楸岬娜樗崦摎涿福幪?hào)為ecl1.1.27。 ec指國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)的縮寫；第一個(gè)1，代表該酶屬于氧化還原酶類；第二個(gè)1，代表該酶屬于氧化還原酶類中的

35、第一亞類，催化醇的氧化；第三個(gè)1，代表該酶屬于氧化還原酶類中第一亞類的第一亞亞類；第四個(gè)數(shù)字表明該酶在一定的亞亞類中的排號(hào)。 2酶的命名 根據(jù)國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)的建議，每一種酶都給以兩個(gè)名稱。二個(gè)是系統(tǒng)名，一個(gè)是慣用名。 (1)系統(tǒng)命名法 包括兩部分，即底物名稱及反應(yīng)類型。若酶反應(yīng)中有兩種底物起反應(yīng)，則這兩種底物均需表明，當(dāng)中用“：”分開。例如，草酸氧化酶其系統(tǒng)名稱為草酸：氧化酶。 (2)習(xí)慣命名法 通常依據(jù)酶作用的底物及反應(yīng)類型來(lái)命名 如催化乳酸脫氫變成丙酮酸的酶稱為乳酸脫氫酶 催化草酰乙酸脫去co2變?yōu)楸岬拿阜Q草酰乙酸脫羧酶 對(duì)于催化水解作用的酶，一般在酶的名，字上省去反應(yīng)類型，如水解蛋白

36、的酶稱蛋白酶，水解淀粉的酶稱淀粉酶。有時(shí)為了區(qū)別同一類酶，還可以在酶的名稱前面標(biāo)上來(lái)源。如胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等。 五、核酸 天然的核酸可分為兩大類：核糖核酸(rna)和脫氧核糖核酸(dna)。真核細(xì)胞中，rna主要分布在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，在細(xì)胞核內(nèi)僅有少量存在，線粒體、葉綠體內(nèi)也有分布；dna主要分布在細(xì)胞核內(nèi)，線粒體、葉綠體內(nèi)也有少量存在。 (一)核酸的組成成分 將核酸水解可以得到核酸的基本組成單位核苷酸，而核苷酸還可以進(jìn)一步分解成核苷和磷酸。核苷又可進(jìn)一步分解成堿基和戊糖。 1戊糖 組成核酸的戊糖有兩種：-d-核糖和-d-2-脫氧核糖。前者存在于rna，后者存在于dna。 2堿基 堿基

37、分為兩類：一類是嘌呤，為雙環(huán)分子，一般有腺嘌呤(a)、鳥嘌吟(g)兩種；另一類是嘧啶，為單環(huán)分子，一般有胞嘧啶(c)、胸腺嘧啶(t)、尿嘧啶(u)三種。dna中含有a、g、c、t，rna中含有a、g、c、u。凡含有酮基的嘧啶堿或膘吟堿，在溶液中可以發(fā)生酮式和烯醇式的互變異構(gòu)現(xiàn)象。結(jié)晶狀態(tài)時(shí)，為這種異構(gòu)體的等量混合物。在生物體內(nèi)則以酮式占優(yōu)勢(shì)，這對(duì)核酸分子中氫鍵結(jié)構(gòu)的形成非常重要。 在核酸中還存在少量其他修飾堿基。核酸中的修飾堿基多是4種主要堿基的衍生物，大多是甲基化堿基，都是在核酸生物合成后，酶促加工修飾而成。這些修飾堿基對(duì)核酸的生物功能具有重要的作用。trna的修飾堿基種類較多，如次黃瞟吟。

38、二氫尿呼喚、4一硫尿嘧啶、5一甲基胞嘧啶。 3核苷 戊糖cl的羥基與嘧啶堿nl或瞟吟堿n9上的氫縮合連接成共價(jià)的-n-糖苷鍵。形成核苷。由核糖組成的核苷為核糖核苷，用單符號(hào)（a、g、c、u）表示，由脫氧核糖構(gòu)成的核苷，稱脫氧核苷，則在單個(gè)符號(hào)前加一個(gè)小寫的d（da、dg、dc、dt）。在trna中存在少量5-核糖尿嘧啶，是一種碳苷，其c1是與尿嘧啶的第5個(gè)碳原子相連，因?yàn)槲焯桥c堿基連接方式比較特殊也稱假尿苷苦用符號(hào)表示。 4核苷酸 核苷酸是核苷的磷酸酯。核糖核苷酸的核糖有3個(gè)自由的羥基，因此磷酸酯化分別可生成2-、3-和5-核苷酸。脫氧核苷酸的糖上只有兩個(gè)自由羥基，只能生成3-和5-脫氧核苷酸

39、。生物體內(nèi)的游離核苷酸多為5-核苷酸。 (二)核酸的結(jié)構(gòu) 1.dna的結(jié)構(gòu) （1）一級(jí)結(jié)構(gòu) 構(gòu)成dna的脫氧核苷酸之間，由前一個(gè)殘基的脫氧核糖3-羥基與后一個(gè)殘基脫氧核糖的5-磷酸形成：3，5-磷酸二酯鍵，彼此相連而形成多脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈(圖1-1-12)。整個(gè)長(zhǎng)鏈有兩個(gè)游離的末端：脫氧核糖5-oh末端(稱5-末端)和脫氧核糖3-oh末端(稱3-末端)，長(zhǎng)鏈由5-末端向3-末端的延伸(5-末端3-末端)。 dna的一級(jí)結(jié)構(gòu)就是指脫氧核苷酸鏈中脫氧核苷酸的排列順序。不同的dna分子具有不同的一級(jí)結(jié)構(gòu)，即含有的脫氧核苷酸數(shù)目不同，四種堿基的比例不同，排列順序也不同。 （2)二級(jí)結(jié)構(gòu) 根據(jù)charga

40、ff發(fā)現(xiàn)的a=t、g=c的堿基組成規(guī)律以及wilkins和franklin的dna晶體的x光衍射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，1953年watson和crick提出了dna的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(如圖1-1-13)。該模型認(rèn)為：dna分子由兩條多脫氧核苷酸鏈反向平行(一條鏈?zhǔn)?5，另一條鏈為5一3)，圍繞著同一個(gè)軸，右手盤旋成一個(gè)右平行螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋的直徑為20nm；磷酸和脫氧核糖在螺旋體的外側(cè)，通過(guò)磷酸二酯鍵連結(jié)形成dna分子的骨架；堿基對(duì)位于螺旋體內(nèi)側(cè)，按a與t，c與g配對(duì)，a-t對(duì)有2個(gè)氫鍵，c-g對(duì)有3個(gè)氫鍵，堿基平面與縱軸垂直，每個(gè)堿基對(duì)間相隔034nm，旋轉(zhuǎn)方向相差360，因此繞中心軸每旋轉(zhuǎn)一圈有10個(gè)核苷

41、酸，每隔34nm重復(fù)出現(xiàn)同一結(jié)構(gòu)；螺旋表面有一條大溝和一條小溝，這兩條溝對(duì)dna和蛋白質(zhì)的相互識(shí)別是很重要的。 dan雙螺旋結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，有3種化學(xué)鍵維持：互補(bǔ)堿基之間的氫鍵，堿基對(duì)之間的堿基堆集力，以及主鏈上帶負(fù)電的磷酸與溶液陽(yáng)離子之間的離子鍵，其中堿基堆集力起主要作用。 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在不同濕度條件下，含不同鹽離子的dna結(jié)晶，其x光衍射圖譜也不同，說(shuō)明有不同的雙螺旋構(gòu)象。據(jù)此，又可將dna分為a型、b型、c型、d型和z型等多種構(gòu)象。 (3)三級(jí)結(jié)構(gòu) dna的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指雙螺旋dna的扭曲或再螺旋、超螺旋是dna三級(jí)結(jié)構(gòu)的基本形式。 絕大多數(shù)原核生物以及線粒體和葉綠體的dna是共價(jià)環(huán)雙鏈d

42、na，這種環(huán)狀雙螺旋dna分子，如果通過(guò)細(xì)胞內(nèi)拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用，即可在環(huán)形分子的內(nèi)部引起張力，這種新產(chǎn)生的張力不能釋放到分子外部，而只能在dna分子內(nèi)部促使原子的位置重排，造成雙螺旋的再螺旋，形狀似麻花，即產(chǎn)生超螺旋結(jié)構(gòu)。 真核細(xì)胞染色質(zhì)和有些病毒dna是雙螺旋線形分子，當(dāng)線形dna分子的兩端均固定時(shí)也可形成超螺旋結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)dna中雙螺旋dna分子先盤繞組蛋白形成核小體，許多核小體由dna鏈連在一起構(gòu)成念珠狀結(jié)構(gòu)，念珠狀結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步盤繞壓縮成更高層次的結(jié)構(gòu)-據(jù)估汁，人的dna分子在染色質(zhì)中反復(fù)折疊盤繞，共壓縮800010000倍。 2rna的結(jié)構(gòu) rna主要有三大類，分別是：核糖體rna(r

43、rna)，占rna總量的80以上，是核糖體的主要成分；轉(zhuǎn)運(yùn)rna(1rna)，占總量的15，在蛋白質(zhì)的合成中搬運(yùn)氨基酸；信使rna(mrna)，占總量的5，是合成蛋白質(zhì)的模板。不同種類的rna結(jié)構(gòu)各不相同，為了表述方便，將mrna作為一級(jí)結(jié)構(gòu)的例子，trna作為二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)的例子。 (1)一級(jí)結(jié)構(gòu) rna分子的基本結(jié)構(gòu)是一條線形的多核苷酸鏈，由四種核苷酸以3，5-磷酸二酯鍵連接而成。rna的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指rna鏈上的核苷酸順序以及各功能部位的排列順序。 mrna是以dna為模板轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的，一般原核mrna直接轉(zhuǎn)錄生成，而真核mrna首先形成的是分子大小極不均一的hnrna，再經(jīng)過(guò)加工成為成

44、熟的mrna。原核mrna一般為多順反子，即一條mrna鏈含有指導(dǎo)合成幾種蛋白質(zhì)的信息。它的5-末端和3-末端無(wú)特殊結(jié)構(gòu)。在分子內(nèi)部，一個(gè)順反子的編碼區(qū)，是從起始密碼aug開始，到終止密碼uag為止，各順反子的編碼區(qū)之間，以及5端第一個(gè)順反子的編碼區(qū)之前，3端最后一個(gè)順反子編碼區(qū)之后，都含有一段非編碼區(qū)。真核mrna一般為單順反子，一條rna只翻譯產(chǎn)生一種多肽鏈。真核細(xì)胞成熟mrna分子3端有150-200個(gè)腺苷酸(a)順序，即多聚腺苷酸(polya)，它的作用可能是使mrna分子穿過(guò)核膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)；5端是一個(gè)甲基化的鳥苷酸，即g-帽，它除起保護(hù)作用外，還使mrna分子識(shí)別核糖體，和核糖體結(jié)合

45、，進(jìn)行蛋白質(zhì)合成。 (2)二級(jí)結(jié)構(gòu) rna的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指單鏈rna自身回折，鏈內(nèi)的互補(bǔ)堿基對(duì)形成的局部雙螺旋區(qū)與非配對(duì)順序形成的突環(huán)相間分布的花形結(jié)構(gòu)。 trna的二級(jí)結(jié)構(gòu)是三葉草型的，一般由四臂四環(huán)組成(分子中由a-u、c-c堿基對(duì)構(gòu)成的雙螺旋區(qū)叫臂，不能配對(duì)仍顯單鏈的部分叫環(huán))。四環(huán)是：d環(huán)(i)、反密碼子環(huán)()、tc環(huán)()和可變環(huán)()，四臂為氨基酸接受臂、d臂、反密碼子臂和tc臂。在氨基酸接受臂，3-oh端有一個(gè)單鏈區(qū)ncca-3-oh，在氨基酸合成酶的作用下，活化了的氨基酸連接trna分子末端腺苷3-oh上；在反密碼子環(huán)上其中有3個(gè)堿基代表著某種氨基酸的反密碼子，正好與mrna配對(duì)，如

46、圖1-1-14所示。 (3)三級(jí)結(jié)構(gòu) rna的二級(jí)結(jié)構(gòu)在細(xì)胞中還要進(jìn)一步回折扭曲，以使分子內(nèi)部的自由能達(dá)到最小值；在二級(jí)結(jié)構(gòu)中突環(huán)上未配對(duì)的堿基，由于rna鏈的再度扭曲而與另一突環(huán)上的未配對(duì)堿基相遇，形成新的氫鍵配對(duì)關(guān)系，其結(jié)果使平面的二級(jí)結(jié)構(gòu)變成立體的三級(jí)結(jié)構(gòu)，如圖l-1-15所示。trna的三葉形的二級(jí)結(jié)構(gòu)變成三級(jí)結(jié)構(gòu)的倒l型，trna發(fā)揮生物功能以其倒l型三級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。 (三)核酸的性質(zhì) 1一般理化性質(zhì) 核酸既有磷酸基，又有堿性基團(tuán)，是兩性電解質(zhì)，因磷酸的酸性強(qiáng)，通常表現(xiàn)為酸性。dna為白色纖維狀固體，rna為白色粉末，都微溶于水，不溶于一般有機(jī)溶劑，常用乙醇從溶液中沉淀核酸。d-核糖

47、與濃鹽酸和苔黑酚(甲基間苯二酚)共熱產(chǎn)生綠色，d-2-脫氧核糖與酸和二苯胺一同加熱產(chǎn)生藍(lán)紫色。可利用這兩種糖的特殊顏色反應(yīng)區(qū)分dna和rna或作為二者測(cè)定的基礎(chǔ)。 2核酸的紫外吸收性質(zhì) 核酸中的嘌呤和嘧啶環(huán)的共軛體系強(qiáng)烈吸收260-290nm波段紫外光，最大吸收值在260nm處。利用這一特性可以對(duì)核酸進(jìn)行定性和定量測(cè)定。如待測(cè)dna或rna樣品的純度，可用它們的a260a280的比值來(lái)判斷，純dna溶液的a260a280比值為18，而純r(jià)na溶液的比值為20，樣品中若含有蛋白質(zhì)，則a260a280的比值要下降，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的最大吸收峰在280nm。純核酸在變性時(shí)，吸收值顯著升高，稱為增色效應(yīng)。在

48、一定條件下，變性的核酸可復(fù)性，則吸收值又回復(fù)至原來(lái)水平，稱減色效應(yīng)。 3核酸的變性和復(fù)性 核酸的變性是指雙螺旋區(qū)氫鍵斷裂，空間結(jié)構(gòu)破壞，形成單鏈無(wú)規(guī)則線團(tuán)狀態(tài)的過(guò)程。變性只涉及次級(jí)鍵的變化，而不涉及磷酸二酯鍵的斷裂，故一級(jí)結(jié)構(gòu)并不發(fā)生破壞(磷酸二酯鍵的斷裂稱為核酸降解)。核酸變性以后，紫外吸收值明顯升高，黏度下降，浮力密度升高，生物功能部分或全部喪失。引起核酸變性的因素很多，如溫度、有機(jī)溶劑、酸堿度、尿素、酰胺等試劑均可以使核酸變性。dna熱變性是爆發(fā)式的，只在很窄的溫度范圍之內(nèi)發(fā)生。通常將熱變性溫度稱為“熔點(diǎn)”或解鏈溫度，用tm表示。dna的解鏈溫度tm是指增色效應(yīng)達(dá)到最高值一半時(shí)的溫度。

49、tm值與堿基組成有關(guān)，cc含量高的核酸，tm值也高，兩者成正比，可用經(jīng)驗(yàn)公式表示：(gc)=(tm693)x244。 dna復(fù)性是指變性核酸的互補(bǔ)鏈在適當(dāng)條件下重新締合成雙螺旋的過(guò)程。變性核酸復(fù)性時(shí)需緩慢冷卻，故又稱退火。在退火條件下，不同來(lái)源的dna互補(bǔ)區(qū)形成雙鏈，或dna單鏈和rna鏈的互補(bǔ)區(qū)形成dna-rna雜交雙鏈，此過(guò)程稱分子雜交。分子雜交技術(shù)在核酸結(jié)構(gòu)與功能的研究上是一個(gè)重要手段。 六、其他重要化合物 (一)adp和atp 生物體內(nèi)腺苷一磷酸(amp)可與一分子磷酸結(jié)合成腺苷二磷酸(adp)，adp再與一分子磷酸結(jié)合成腺苷三磷酸(atp)。atp的三個(gè)磷酸殘基之間的磷酸酯鍵是高能磷

50、酸鍵，在水解時(shí)能放出305焦耳摩爾的熱能，一般用“”符號(hào)表示。故atp可寫成a一ppp。 atp在生物體對(duì)化學(xué)能的貯存和利用的過(guò)程中起著關(guān)鍵的作用。atp水解時(shí)，高能磷酸鍵釋放大量自由能，這些能可被轉(zhuǎn)移到其他分子，也可用來(lái)完成各種耗能活動(dòng)，如運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)的吸收、物質(zhì)運(yùn)輸和合成等。atp水解時(shí)通常只有最后一個(gè)高能鍵水解放能，而成為adp(atpadp+pi+能量)。生物細(xì)胞中的atp數(shù)量不會(huì)由于水解而大量減少，因?yàn)樵赼tp水解的同時(shí)，atp也在不斷合成(adp+pi+能量atp)，生物體內(nèi)主要通過(guò)氧化磷酸化或底物磷酸化作用使adp轉(zhuǎn)變成atp，綠色植物還可通過(guò)光合磷酸化作用使adp轉(zhuǎn)變成atp。a

51、tp-adp循環(huán)是生物體系能量交換的基本方式。 (二)nad+和nadh、nadp+和nadph nad+又叫輔酶，全稱煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，nadp+又叫輔酶，全稱煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸。它們是多種脫氫酶的輔酶，是遞氫體，能從底物取得電子和氫。 第二節(jié) 細(xì)胞器 真核細(xì)胞有細(xì)胞器。細(xì)胞器分布在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)，是具有一定結(jié)構(gòu)和功能的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。各類細(xì)胞器在結(jié)構(gòu)和起源上有一定聯(lián)系。 一、細(xì)胞核 細(xì)胞核是細(xì)胞內(nèi)最大的細(xì)胞器，它含有全部基因組的染色體，是生命活動(dòng)的控制中心。細(xì)胞核主要由核膜、核基質(zhì)、染色質(zhì)、核仁組成。如圖l116所示。 (一)核膜 核膜是細(xì)胞核的界膜，由內(nèi)外兩層平行的單位膜組成，在內(nèi)、外

52、膜之間有寬1050nm的間隙，稱為核周腔。核外膜上常附著核糖體顆粒，有些部位與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜相連，核周腔與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔相通，由此可將核外膜看作是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的一個(gè)特化區(qū)域。在核內(nèi)膜與染色質(zhì)之間、緊靠核內(nèi)膜的區(qū)域分布著一層由特殊的中間纖維形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，稱為核纖層。核纖層與核膜、染色質(zhì)及核孔合體在結(jié)構(gòu)上有密切的聯(lián)系，一般認(rèn)為核纖層為核膜及染色質(zhì)提供了結(jié)構(gòu)支架。 內(nèi)外核膜在一些位點(diǎn)上融合形成環(huán)狀開口，稱為核孔，其直徑為50-100nm。核孔是細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間大分子物質(zhì)(如合成dna和rna所需的酶，核內(nèi)合成的各種rna等)進(jìn)行交換的通道，這些物質(zhì)通過(guò)“主動(dòng)運(yùn)輸”過(guò)程進(jìn)出。 (二)核基質(zhì) 核基質(zhì)為間期核內(nèi)不

53、能染色或染色很淺的透明黏稠的液體，主要成分是蛋白質(zhì)和少量的rna。事實(shí)上核基質(zhì)不是無(wú)結(jié)構(gòu)的液體，而是一個(gè)以蛋白質(zhì)成分為主的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系(核骨架)，網(wǎng)孔中充滿液體。染色質(zhì)和核仁懸浮在核基質(zhì)中。它是核內(nèi)代謝作用的場(chǎng)所，與dna的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄以及染色體的構(gòu)建相關(guān)。 (三)染色質(zhì)和染色體 1染色質(zhì)的概念和分類 染色質(zhì)指間期細(xì)胞核內(nèi)易被洋紅、龍膽紫、蘇木精等堿性染料著色的細(xì)絲狀結(jié)構(gòu)，是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的形式。染色體指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過(guò)程中，由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)。二者的區(qū)別不在化學(xué)組成上，而在構(gòu)型上，反映了細(xì)胞周期的不同階段。 2染色質(zhì)的化學(xué)組成 染色質(zhì)的主要成分是dna、組蛋白、非組蛋白

54、及少量rna，dna和組蛋白是染色質(zhì)的穩(wěn)定成分，非組蛋白與rna的含量則隨著生理狀態(tài)而變化。組蛋白是染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，富含帶正電荷的精氨酸和賴氨酸等堿性氨基酸，屬于堿性蛋白，與酸性的dna緊密結(jié)合，一般不要求特殊的核苷酸序列。用聚丙烯酰胺凝膠電泳可將組蛋白區(qū)分為5種組分，即h1、h2a、h2b、h3和h4。非組蛋白是指在染色質(zhì)中與特異的dna序列相結(jié)合的蛋白質(zhì)。非組蛋白主要包括各種酶(如連接酶、轉(zhuǎn)錄酶等)以及少量的結(jié)構(gòu)蛋白，它們能幫助dna分子折疊，以形成不同的結(jié)構(gòu)域。 3染色質(zhì)和染色體的結(jié)構(gòu) 在電子顯微鏡下可看到染色質(zhì)成串珠狀的細(xì)絲，小珠稱核小體，是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，如圖1117所示

55、，它的主要結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是：每個(gè)核小體單位包括200堿基對(duì)左右的dna和一個(gè)組蛋白八聚體以及一分子的組蛋白h1；組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的核心結(jié)構(gòu)，由h2a、h2b、h3和h4各兩個(gè)分子所組成；dna分子盤繞核小體的核心74圈，共140個(gè)堿基對(duì)，稱為核心dna；一個(gè)分子的組蛋白h1與dna結(jié)合，鎖住核心dna的進(jìn)出口，從而穩(wěn)定了核小體的結(jié)構(gòu)；兩相鄰核小體之間是一段連接dna，含60個(gè)堿基對(duì)。 染色體是染色質(zhì)在分裂期緊密卷曲凝縮的結(jié)構(gòu)形式。染色體包裝的四級(jí)結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為：在組蛋白h1的作用下核小體彼此連接形成直徑約10nm的核小體串珠結(jié)構(gòu)，這是染色質(zhì)包裝的一級(jí)結(jié)構(gòu)；直徑10nm的核小體串珠結(jié)構(gòu)進(jìn)一步螺旋盤繞，形成每圈含6個(gè)核小體，外徑30nm，內(nèi)徑10nm，螺距11nm的螺線管，這是染色體包裝的二級(jí)結(jié)構(gòu)；以螺旋管為基礎(chǔ)再次螺旋化形成直徑04m的圓筒狀結(jié)構(gòu)，稱為超螺旋管，即為染色體包裝的三級(jí)結(jié)構(gòu)；超螺旋管進(jìn)一步螺旋形成染色體的四級(jí)結(jié)構(gòu)。這樣通過(guò)四級(jí)螺旋包裝形成的染色體結(jié)構(gòu)，共壓縮丁8400倍。