生物學(xué)基本概念

1、Chapter 3a-生物學(xué)基本概念第三章第三章 生物學(xué)的基本概念生物學(xué)的基本概念 生物學(xué)學(xué)科的基本理論和重要概念生物學(xué)學(xué)科的基本理論和重要概念: 氨氨基酸，蛋白質(zhì)，核酸，中心法測(cè)，細(xì)胞和基酸，蛋白質(zhì)，核酸，中心法測(cè)，細(xì)胞和生物膜生物膜, 維生素與輔酶，激素，生物催化劑維生素與輔酶，激素，生物催化劑，生物氧化和代謝，生物氧化和代謝, 糖和糖化學(xué)等。糖和糖化學(xué)等。氨基酸和蛋白質(zhì)氨基酸和蛋白質(zhì)氨基酸和蛋白質(zhì)氨基酸和蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)： 較復(fù)雜的含氮生物有機(jī)大分子，是生較復(fù)雜的含氮生物有機(jī)大分子，是生物體內(nèi)一切細(xì)胞的重要組成部分，是生命的重物體內(nèi)一切細(xì)胞的重要組成部分，是生命的重要物質(zhì)基礎(chǔ)要物質(zhì)基

2、礎(chǔ) 氨基酸：氨基酸： 組成蛋白質(zhì)的基本成分組成蛋白質(zhì)的基本成分氨基酸氨基酸一、定義一、定義 氨基酸是分子中具有氨基（氨基酸是分子中具有氨基（ NH2 或或 NH ）和）和羧基的一類含有復(fù)合官能團(tuán)的化合物。羧基的一類含有復(fù)合官能團(tuán)的化合物。 蛋白質(zhì)在酸、堿或酶的作用下：蛋白質(zhì)在酸、堿或酶的作用下：蛋白質(zhì)胨肽氨基酸月示 組成蛋白質(zhì)的氨基酸只有二十余種組成蛋白質(zhì)的氨基酸只有二十余種各種蛋白質(zhì)中含氨基酸的種類和數(shù)量都各不相同各種蛋白質(zhì)中含氨基酸的種類和數(shù)量都各不相同人體必需的氨基酸人體必需的氨基酸： 人體內(nèi)不能合成，只有靠食人體內(nèi)不能合成，只有靠食 物供物供 給的氨基酸給的氨基酸二十種氨基酸中有二十種

3、氨基酸中有八種八種為人體必需氨基酸為人體必需氨基酸 二、氨基酸的分類和命名二、氨基酸的分類和命名（一）、分類（一）、分類： 根據(jù)氨基酸的酸堿性分類根據(jù)氨基酸的酸堿性分類酸酸性性氨氨基基酸酸堿堿性性氨氨基基酸酸中中性性氨氨基基酸酸氨基酸氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸二個(gè)羧基二個(gè)羧基一個(gè)氨基一個(gè)氨基天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸堿性氨基酸堿性氨基酸一個(gè)羧基一個(gè)羧基二個(gè)或二個(gè)以上氨基二個(gè)或二個(gè)以上氨基賴氨酸賴氨酸精氨酸精氨酸組氨酸組氨酸中性氨基酸中性氨基酸一個(gè)羧基一個(gè)羧基一個(gè)氨基一個(gè)氨基實(shí)際水溶液呈弱酸性實(shí)際水溶液呈弱酸性： 電離能力電離能力 COOH NH220種常見氨基酸的分類和結(jié)構(gòu)種常見氨基酸的分類

4、和結(jié)構(gòu) 根據(jù)氨基酸中根據(jù)氨基酸中R R基的不同，基的不同，2020種氨基酸可分為種氨基酸可分為以下七大類：以下七大類：（1 1）非極性的脂肪基：這類氨基酸包括甘氨）非極性的脂肪基：這類氨基酸包括甘氨酸（酸（GlyGly）, ,丙氨酸，纈氨酸（丙氨酸，纈氨酸（ValVal）, ,亮氨酸（亮氨酸（LeuLeu），），異亮氨酸（異亮氨酸（IleIle）. . 這些基團(tuán)均為惰性，疏水的。這些基團(tuán)均為惰性，疏水的。（2 2）含）含-OH-OH基的脂肪族和芳香基族：這類氨基的脂肪族和芳香基族：這類氨基酸包括絲氨酸（基酸包括絲氨酸（SerSer）, ,蘇氨酸（蘇氨酸（ThrThr）和酪氨酸）和酪氨酸（Tyr

5、)Tyr)。它們都含有親水的。它們都含有親水的-OH-OH基。但隨著分子量的增基。但隨著分子量的增大，親水性越來(lái)越差。大，親水性越來(lái)越差。（3 3）芳香基族：這類氨基酸包括苯丙氨酸（）芳香基族：這類氨基酸包括苯丙氨酸（PhePhe）和色氨酸（和色氨酸（Trp)Trp)。由于含有苯環(huán)分子量較大所以。由于含有苯環(huán)分子量較大所以芳香基族的氨基酸大都具有疏水性。芳香基族的氨基酸大都具有疏水性。(4(4） 酸性的基族：這類氨基酸大多為親水的，酸性的基族：這類氨基酸大多為親水的，包括門冬氨酸等。包括門冬氨酸等。(5 5） 堿性的基族：同酸性的氨基酸一樣為親水堿性的基族：同酸性的氨基酸一樣為親水基，包括賴氨

6、酸（基，包括賴氨酸（LysLys），精氨酸（），精氨酸（ArgArg）和組氨）和組氨酸（酸（HisHis）. .(6 6）含硫的基族：包括親水的半胱氨酸（）含硫的基族：包括親水的半胱氨酸（CysCys）和）和疏水的蛋氨酸（疏水的蛋氨酸（MetMet）。）。(7 7）亞氨基族：指親水的脯氨酸（）亞氨基族：指親水的脯氨酸（ProPro）。）。(二）、命名：二）、命名： 1. 系統(tǒng)命名法：氨基作為取代基，羧酸為母體系統(tǒng)命名法：氨基作為取代基，羧酸為母體 稱為氨基某酸稱為氨基某酸 習(xí)慣上：習(xí)慣上： 氨基的位置用氨基的位置用、等標(biāo)示等標(biāo)示 2. 2.俗名：俗名： 多按其來(lái)源或某些性質(zhì)而命名多按其來(lái)源或某

7、些性質(zhì)而命名 如如 氨基乙酸氨基乙酸 因其具有甜味而被稱命名為因其具有甜味而被稱命名為甘氨酸甘氨酸（三）、氨基酸的立體化學(xué)（三）、氨基酸的立體化學(xué) 由蛋白質(zhì)水解的氨基酸都為由蛋白質(zhì)水解的氨基酸都為-氨基酸，除甘氨酸外，氨基酸，除甘氨酸外，所有所有- C- C都為手性碳原子。都為手性碳原子。CHNH2COOHR天然的氨基酸均為天然的氨基酸均為L(zhǎng)-氨基酸氨基酸三、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)三、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)（一）、氨基酸的兩性電離和等電點(diǎn)（一）、氨基酸的兩性電離和等電點(diǎn) 1. 兩性電離兩性電離 氨基酸分子中含有氨基酸分子中含有 NH2 和和 COOH, 為簡(jiǎn)化起見可表示為：為簡(jiǎn)化起見可表示為：CHNH2C

8、OOHR但實(shí)際上極少以此形式存在但實(shí)際上極少以此形式存在它們發(fā)生分子內(nèi)酸堿反應(yīng)它們發(fā)生分子內(nèi)酸堿反應(yīng)：CHNH2COOHRCHNH3COOR兩性離子兩性離子即有下面的平衡式：即有下面的平衡式： 從平衡式可知，氨基酸在溶液的荷電從平衡式可知，氨基酸在溶液的荷電狀態(tài)與溶液的狀態(tài)與溶液的pH值有關(guān)值有關(guān)CHNH2COOHRCHNH2COORCHNH3COORCHNH3COOHR正離子正離子pHpI兩性離子兩性離子pH = pIH+OHH+OH2. 等電點(diǎn)：等電點(diǎn)： 將氨基酸水溶液的酸堿度加以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，使將氨基酸水溶液的酸堿度加以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，使氨基酸的酸性電離程度與堿性電離程度相等。此氨基酸的酸性電

9、離程度與堿性電離程度相等。此時(shí)，氨基酸帶有的正電荷數(shù)目和負(fù)電荷數(shù)目相等，時(shí)，氨基酸帶有的正電荷數(shù)目和負(fù)電荷數(shù)目相等，此溶液的此溶液的pH值稱為氨基酸的等電點(diǎn)，用值稱為氨基酸的等電點(diǎn)，用 pI 表示。表示。 氨基酸的氨基酸的 帶電狀態(tài)和在電場(chǎng)中的狀況：帶電狀態(tài)和在電場(chǎng)中的狀況： pH = pI凈電荷為零凈電荷為零在電場(chǎng)中不移動(dòng)在電場(chǎng)中不移動(dòng)pH pI帶負(fù)電荷帶負(fù)電荷等電點(diǎn)等電點(diǎn)要使氨基酸達(dá)到等電狀態(tài)：要使氨基酸達(dá)到等電狀態(tài)：中性氨基酸：中性氨基酸：pI pH 7加少量酸加少量酸酸性氨基酸：酸性氨基酸： pI pH 7 加堿加堿 問(wèn)題：?jiǎn)栴}： 假設(shè)有一混合物，其中含組氨酸、假設(shè)有一混合物，其中含組

10、氨酸、谷氨酸和甘氨酸，在谷氨酸和甘氨酸，在 pH 6.0 時(shí)進(jìn)行電泳，問(wèn)哪時(shí)進(jìn)行電泳，問(wèn)哪一種氨基酸留在原點(diǎn)附近？哪一種氨基酸向負(fù)一種氨基酸留在原點(diǎn)附近？哪一種氨基酸向負(fù)極泳動(dòng)？哪一種氨基酸向正極泳動(dòng)？極泳動(dòng)？哪一種氨基酸向正極泳動(dòng)？（二）、與（二）、與 HNO2的反應(yīng)的反應(yīng) 除脯氨酸外，其它氨基酸都具有除脯氨酸外，其它氨基酸都具有 NH2，可與，可與HNO2反應(yīng)，定量放出氮?dú)夥磻?yīng)，定量放出氮?dú)?N2 。HNO2CHNH2COOHRCHOHCOOHRN2 利用此反應(yīng)可以測(cè)定蛋白質(zhì)分子中的自由利用此反應(yīng)可以測(cè)定蛋白質(zhì)分子中的自由氨基及其水解氨基酸分子中氨基的含量。氨基及其水解氨基酸分子中氨基的含

11、量。（三）、脫羧反應(yīng)：（三）、脫羧反應(yīng)：CHNH2COOHRBa(OH)2RCH2NH2CO2脫羧反應(yīng)亦可在某些細(xì)菌的存在下，由于酶的作脫羧反應(yīng)亦可在某些細(xì)菌的存在下，由于酶的作用發(fā)生，如：用發(fā)生，如：精氨酸或鳥氨酸精氨酸或鳥氨酸腐胺腐胺 NH2(CH2)4NH2賴氨酸賴氨酸尸胺尸胺NH2(CH2)5NH2（四）、與茚三酮的顯色反應(yīng)（四）、與茚三酮的顯色反應(yīng)OOOOH2OOOHOHCHNH2COOHROOOHOHOOOHHRCHONH3水合茚三酮水合茚三酮CO2OOOHHOOOHHNH3OON藍(lán)紫色化合物藍(lán)紫色化合物 根據(jù)根據(jù)CO2的量或藍(lán)紫色的深淺程度的量或藍(lán)紫色的深淺程度作為作為-氨基酸定

12、量分析的依據(jù)氨基酸定量分析的依據(jù) 肽肽一、肽的結(jié)構(gòu)和命名一、肽的結(jié)構(gòu)和命名1. 成肽反應(yīng)：成肽反應(yīng)： 二分子二分子-氨基酸受熱氨基酸受熱CHNHHR2COOHCHNHHR1COOHCHNHR2COOHCHNHHR1CO形成二肽分子。把形成二肽分子。把 稱為肽鍵。稱為肽鍵?？衫^續(xù)縮合成三肽、四肽，可繼續(xù)縮合成三肽、四肽，等長(zhǎng)肽鏈等長(zhǎng)肽鏈CNOH2. 肽的分類肽的分類 根據(jù)氨基酸組成的數(shù)目分類：根據(jù)氨基酸組成的數(shù)目分類： 肽或低聚肽：肽或低聚肽： 1010個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸 多肽：多肽： 1111個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸 分子量分子量 10000 稱為稱為蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)。多肽中的氨基酸單位稱為多肽中的氨基酸單

13、位稱為氨基酸殘基氨基酸殘基。3. 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：（1）肽類化合物）肽類化合物鏈狀鏈狀 組成蛋白質(zhì)組成蛋白質(zhì)環(huán)狀環(huán)狀（2）兩個(gè)末端（鏈狀）兩個(gè)末端（鏈狀） N-末端：末端：保留有保留有-氨基的末端，稱為肽鏈的氨基的末端，稱為肽鏈的 氨基末端，寫在左側(cè)。氨基末端，寫在左側(cè)。 C-C-末端：末端：保留有保留有-羧基的末端，稱為肽鏈的羧基的末端，稱為肽鏈的 羧基末端，寫在右側(cè)。羧基末端，寫在右側(cè)。4. 氨基酸的命名：氨基酸的命名： 以以 C- 末端的氨基酸殘基為母體，稱為某氨酸，末端的氨基酸殘基為母體，稱為某氨酸，其他氨基酸殘基從其他氨基酸殘基從 N- 末端開始，依次叫某氨酰，末端開始，依次叫某氨酰，放

14、在母體名稱前面：放在母體名稱前面：CH2NHCONCHNH2CH3COHCHCOHCH2OHO命名為：命名為： 丙氨酰甘氨酰絲氨酸丙氨酰甘氨酰絲氨酸亦可標(biāo)示為：亦可標(biāo)示為： H丙丙甘甘絲絲OH或：或： HAlaGlySerOH H2NAlaGlySerCOOH二、自然界中的肽類化合物二、自然界中的肽類化合物谷胱甘肽谷胱甘肽：廣泛存在于動(dòng)植物細(xì)胞和細(xì)菌的三肽：廣泛存在于動(dòng)植物細(xì)胞和細(xì)菌的三肽NH2CHCOOHCH2CH2CONHCHCH2SHCONHCH2COOH谷胱甘肽（還原形式）谷胱甘肽（還原形式） GSH (-谷谷- -半胱半胱- -甘）甘） 2 GSH GSSG2H+2HNH2CHCOO

15、HCH2CH2CONHCH CONHCH2COOHSNH2CHCOOHCH2CH2CONHCH CONHCH2COOHS氧化型：谷胱甘肽（氧化型：谷胱甘肽（GSSG）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)的元素組成一、蛋白質(zhì)的元素組成1. 基本元素及其含量范圍：基本元素及其含量范圍： C H O N S% 50-55 6.0-7.3 19-24 13-19 0-42. 樣品中蛋白質(zhì)含量的測(cè)定樣品中蛋白質(zhì)含量的測(cè)定 一般蛋白質(zhì)中一般蛋白質(zhì)中 N 含量含量 16 % ，由此，可測(cè)定，由此，可測(cè)定 N 含含量來(lái)推算蛋白質(zhì)的含量：量來(lái)推算蛋白質(zhì)的含量： 樣品中蛋白質(zhì)的含量（樣品中蛋白質(zhì)的含量（ g % ） = 每克樣

16、品中含氮克數(shù)每克樣品中含氮克數(shù) 6.25 100 %系數(shù) 6.25 ：每克氮相當(dāng)于 6.25 克蛋白質(zhì)二、蛋白質(zhì)的分類二、蛋白質(zhì)的分類 根據(jù)化學(xué)組成分為：根據(jù)化學(xué)組成分為： 單純蛋白質(zhì)單純蛋白質(zhì) 僅由僅由-氨基酸組成氨基酸組成 結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì) 單純蛋白質(zhì)單純蛋白質(zhì) + 非蛋白輔基非蛋白輔基如糖蛋白：蛋白如糖蛋白：蛋白+糖輔基糖輔基三、蛋白質(zhì)的化學(xué)鍵三、蛋白質(zhì)的化學(xué)鍵 蛋白質(zhì)分子的化學(xué)鍵分為：蛋白質(zhì)分子的化學(xué)鍵分為：蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)化化學(xué)學(xué)鍵鍵主主鍵鍵副副鍵鍵連接氨基酸殘基間的肽鍵連接氨基酸殘基間的肽鍵CONH維護(hù)和穩(wěn)定空間結(jié)構(gòu)的作用維護(hù)和穩(wěn)定空間結(jié)構(gòu)的作用氫鍵、二硫鍵、疏水鍵、氫鍵、二硫鍵、

17、疏水鍵、范德華力、鹽鍵、配位鍵范德華力、鹽鍵、配位鍵1. 氫鍵：氫鍵：存存在在形形式式主鏈上肽鍵之間主鏈上肽鍵之間主鏈與側(cè)鏈之間主鏈與側(cè)鏈之間側(cè)鏈與側(cè)鏈之間側(cè)鏈與側(cè)鏈之間2. 二硫鍵：二硫鍵： 蛋白質(zhì)分子中兩個(gè)半胱氨酸分子之間蛋白質(zhì)分子中兩個(gè)半胱氨酸分子之間 SH 氧化而成氧化而成 SS。3. 疏水鍵：疏水鍵： 側(cè)鏈大的非極性基團(tuán)（即疏水基團(tuán)）為避開側(cè)鏈大的非極性基團(tuán)（即疏水基團(tuán)）為避開水相而群聚在一起的作用力。水相而群聚在一起的作用力。 因此，在水相情況下，蛋白質(zhì)外部表面多為因此，在水相情況下，蛋白質(zhì)外部表面多為親水基團(tuán)，內(nèi)部多為疏水基團(tuán)。親水基團(tuán)，內(nèi)部多為疏水基團(tuán)。4. 范德華力：范德華力

18、： 較小的非極性基團(tuán)或極性基較小的非極性基團(tuán)或極性基 團(tuán)間的作用力團(tuán)間的作用力5. 鹽鍵：鹽鍵： 多肽鏈間游離的羧基和游離氨基多肽鏈間游離的羧基和游離氨基 之間的相互作用力之間的相互作用力6. 配位鍵：配位鍵： 蛋白質(zhì)分子內(nèi)金屬原子與多肽蛋白質(zhì)分子內(nèi)金屬原子與多肽 鏈之間形成的配位鍵鏈之間形成的配位鍵四、蛋白質(zhì)的性質(zhì)四、蛋白質(zhì)的性質(zhì)（一）（一） 兩性電離和等電點(diǎn)兩性電離和等電點(diǎn) 蛋白質(zhì)分子在鏈末端和側(cè)鏈上存在游離蛋白質(zhì)分子在鏈末端和側(cè)鏈上存在游離的的 COOH和和 NH2。因此存在兩性電離：。因此存在兩性電離：PrCOOHNH2PrCOONH3+PrCOONH2PrCOOHNH3+pH pI一

19、般，一般，pI 7 ( - 5），血液），血液 pH 7.35 - 7.45。因此，蛋白質(zhì)大都以負(fù)離子形式存在。因此，蛋白質(zhì)大都以負(fù)離子形式存在。（二）（二） 沉淀與變性沉淀與變性1. 蛋白質(zhì)的沉淀：蛋白質(zhì)的沉淀： 蛋白質(zhì)是高分子，在水溶液中能穩(wěn)定，主要是與蛋白質(zhì)是高分子，在水溶液中能穩(wěn)定，主要是與下面兩種因素有關(guān)：下面兩種因素有關(guān)：穩(wěn)穩(wěn)定定因因素素帶有電荷帶有電荷分子外的分子外的水化膜水化膜去除電荷去除電荷 - 調(diào)調(diào) pH=pI去除水化膜去除水化膜 - 加脫水劑如電解質(zhì)加脫水劑如電解質(zhì)沉淀沉淀沉淀沉淀（1）鹽析：）鹽析： 實(shí)質(zhì)是破壞分子的水化膜實(shí)質(zhì)是破壞分子的水化膜 原因：強(qiáng)電解質(zhì)水化作用使

20、蛋白質(zhì)分子外部原因：強(qiáng)電解質(zhì)水化作用使蛋白質(zhì)分子外部水化膜破壞，而使蛋白質(zhì)不能溶于水。水化膜破壞，而使蛋白質(zhì)不能溶于水。 強(qiáng)電解質(zhì)：強(qiáng)電解質(zhì)： （NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl 等等 不同蛋白質(zhì)：需要強(qiáng)電解質(zhì)的量不同不同蛋白質(zhì)：需要強(qiáng)電解質(zhì)的量不同, 如如清蛋白：清蛋白：3.0 - 3.5 mol . L-1 , 球蛋白：球蛋白：2.0mol . L-1（2） 有機(jī)溶劑：有機(jī)溶劑： 易溶于水，破壞蛋白質(zhì)分子的易溶于水，破壞蛋白質(zhì)分子的 水化膜水化膜常用的有機(jī)溶劑：常用的有機(jī)溶劑： 甲醇、乙醇、丙酮甲醇、乙醇、丙酮（3） 重金屬鹽：重金屬鹽：n + M n+ M nPrCOON H2P

21、rCOONH2（4） 生物堿試劑沉淀：生物堿試劑沉淀： 酸性物質(zhì)在酸性物質(zhì)在 pH pI時(shí)發(fā)生下列反應(yīng)時(shí)發(fā)生下列反應(yīng)PrCOOHNH3+CCl3COOPrCOOHNH3+OOCCl32. 蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性 因物理因素或化學(xué)因素的作用，使蛋白質(zhì)的因物理因素或化學(xué)因素的作用，使蛋白質(zhì)的性質(zhì)改變性質(zhì)改變 變性。變性。 變性的原因：變性的原因： 破壞了副鍵（改變空間結(jié)構(gòu)）破壞了副鍵（改變空間結(jié)構(gòu)）變性的可能結(jié)果：變性的可能結(jié)果： 物理性質(zhì)改變物理性質(zhì)改變 化學(xué)性質(zhì)改變化學(xué)性質(zhì)改變 生物活性改變（失活）生物活性改變（失活） 變性的分類：變性的分類： 可逆變性可逆變性 不可逆變性不可逆變性（三）、

22、蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)（三）、蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng) 1. 縮二脲反應(yīng)：縮二脲反應(yīng)： 蛋白質(zhì)（含蛋白質(zhì)（含 ）可以和堿性硫酸銅直接反應(yīng)生成有色物質(zhì)，多為可以和堿性硫酸銅直接反應(yīng)生成有色物質(zhì)，多為紫色。紫色。CNOH 2. 茚三酮反應(yīng)：茚三酮反應(yīng)： 蛋白質(zhì)溶液與茚三酮溶液加蛋白質(zhì)溶液與茚三酮溶液加熱煮沸，可以生成藍(lán)紫色物質(zhì)。熱煮沸，可以生成藍(lán)紫色物質(zhì)。五、重要的結(jié)合蛋白質(zhì)五、重要的結(jié)合蛋白質(zhì)（一）、糖蛋白：（一）、糖蛋白： 輔基為糖類化合物的一類結(jié)輔基為糖類化合物的一類結(jié)合蛋白質(zhì)。合蛋白質(zhì)。（二）、血紅蛋白（二）、血紅蛋白:輔基為輔基為e離子離子 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)獨(dú)特的生理生化性質(zhì)主要與其結(jié)

23、構(gòu)有關(guān)。蛋白質(zhì)獨(dú)特的生理生化性質(zhì)主要與其結(jié)構(gòu)有關(guān)。結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)一一 級(jí)級(jí) 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)二二 級(jí)級(jí) 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)三三 級(jí)級(jí) 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)四四 級(jí)級(jí) 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)氨基酸的排列順序氨基酸的排列順序主鏈原子的空間排布主鏈原子的空間排布主、側(cè)鏈的全部構(gòu)象主、側(cè)鏈的全部構(gòu)象多肽鏈的締合結(jié)構(gòu)多肽鏈的締合結(jié)構(gòu)酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)（或基本結(jié)構(gòu)單位）酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)（或基本結(jié)構(gòu)單位）: :蛋白質(zhì)分子蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基之間的排列順序。中氨基酸殘基之間的排列順序。 許多氨基酸的氨基和羧基脫水縮合而形成肽鍵（許多氨基酸的氨基和羧基脫水縮合而形成肽鍵（-CO-NH-CO-NH-）, ,并通過(guò)肽鍵連接而成的一條長(zhǎng)鏈（肽鏈）為酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)。酶并

24、通過(guò)肽鍵連接而成的一條長(zhǎng)鏈（肽鏈）為酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)。酶中所有的肽鍵結(jié)構(gòu)都是一樣的，只有少數(shù)例外，肽鍵長(zhǎng)度大約中所有的肽鍵結(jié)構(gòu)都是一樣的，只有少數(shù)例外，肽鍵長(zhǎng)度大約為為3.83.8 。由于。由于N N上有孤對(duì)電子，所以上有孤對(duì)電子，所以C-NC-N鍵有雙鍵性質(zhì)，比正常鍵有雙鍵性質(zhì)，比正常的的C-NC-N鍵縮短。鍵縮短。一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，與蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，與蛋白質(zhì)的功能有密切關(guān)系。質(zhì)的功能有密切關(guān)系。 活性部位的氨基酸殘基的異常，即可導(dǎo)活性部位的氨基酸殘基的異常，即可導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能的異常。致蛋白質(zhì)功能的異常。 For example: 鐮刀型紅細(xì)胞貧血：鐮刀型紅細(xì)胞貧血：運(yùn)

25、氧能力大為減弱，運(yùn)氧能力大為減弱，過(guò)早死亡過(guò)早死亡 原因原因： 正常血紅蛋白（正常血紅蛋白（Hb-A)的的-鏈（共有約鏈（共有約140140個(gè)氨基酸殘基）上個(gè)氨基酸殘基）上6 6位的谷氨酸位的谷氨酸(Glu)(Glu)被纈氨被纈氨酸酸(Val)(Val)代替代替: :Hb-A: Val - His - Leu - Thr - Pro - Glu - Glu -Hb-S: Val - His - Leu - Thr - Pro - Val - Glu -6611HOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CHCHCOOHCH3NH2GluVal酶的二級(jí)結(jié)構(gòu)酶的二級(jí)結(jié)構(gòu) 酶的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鍵得主

26、連骨架中若干肽單位為了形酶的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鍵得主連骨架中若干肽單位為了形成氫鍵而各自沿一定的軸盤旋或折疊形成有一定規(guī)則結(jié)構(gòu)的成氫鍵而各自沿一定的軸盤旋或折疊形成有一定規(guī)則結(jié)構(gòu)的情況。通常形成兩種情況，一種是情況。通常形成兩種情況，一種是螺旋狀，另一種是螺旋狀，另一種是褶褶片，但一般形成前者。片，但一般形成前者。螺旋狀是主鏈骨架中的螺旋狀是主鏈骨架中的NHNH和和COCO形成形成氫鍵。這種次級(jí)鍵也正是酶的二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。氫鍵。這種次級(jí)鍵也正是酶的二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)酶的三級(jí)結(jié)構(gòu) 三級(jí)結(jié)構(gòu)也叫酶分子的結(jié)構(gòu)基元，稱為單體（三級(jí)結(jié)構(gòu)也叫酶分子的結(jié)構(gòu)基元，稱為單體（monomermon

27、omer）、亞）、亞基或原聚體，它是指通過(guò)殘基集團(tuán)相互作用，使多肽鏈的二級(jí)結(jié)基或原聚體，它是指通過(guò)殘基集團(tuán)相互作用，使多肽鏈的二級(jí)結(jié)構(gòu)在空間進(jìn)一步卷曲，折疊并借助于次級(jí)間形成穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)構(gòu)在空間進(jìn)一步卷曲，折疊并借助于次級(jí)間形成穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)。這種三級(jí)結(jié)構(gòu)主要是不同的殘基通過(guò)多種次級(jí)鍵相互作用而形。這種三級(jí)結(jié)構(gòu)主要是不同的殘基通過(guò)多種次級(jí)鍵相互作用而形成的。成的。酶的四級(jí)結(jié)構(gòu)酶的四級(jí)結(jié)構(gòu) 兩條或兩條以上的具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的單體堆積而成就形成了酶的四兩條或兩條以上的具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的單體堆積而成就形成了酶的四級(jí)結(jié)構(gòu)。單體之間也是通過(guò)上述次級(jí)鍵連接在一起的。與三級(jí)結(jié)構(gòu)的級(jí)結(jié)構(gòu)。單體之間也是通過(guò)上述次級(jí)鍵

28、連接在一起的。與三級(jí)結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于三級(jí)結(jié)構(gòu)的次級(jí)鍵是由單體內(nèi)的殘基相互作用形成，而四級(jí)區(qū)別在于三級(jí)結(jié)構(gòu)的次級(jí)鍵是由單體內(nèi)的殘基相互作用形成，而四級(jí)結(jié)構(gòu)的次級(jí)鍵是由不同單體內(nèi)的殘基相互作用形成的。結(jié)構(gòu)的次級(jí)鍵是由不同單體內(nèi)的殘基相互作用形成的。核酸(DNA/RNA)分子手性在DNA、RNA附圖 3. 三鏈DNA核酸的組分 生物分子結(jié)構(gòu)化學(xué)生物分子結(jié)構(gòu)化學(xué) RNA：磷酸 + 核糖 + C A U G DNA：磷酸 + 2-脫氧核糖 + C A T G在真核Cell中 DNA RNA 核 98% 極少 核仁 10% 核糖體 線粒體 少 葉綠體 少 少 在原核Cell中 DNA RNA 核區(qū) 大部分

29、細(xì)胞質(zhì) 少 絕大部分 在病毒中 DNARNADNA病毒 100%RNA病毒 100% 核酸的化學(xué)組分核酸的化學(xué)組分 基本化學(xué)組分：含氮堿基，戊糖環(huán)（或脫氧戊糖環(huán)）和磷酸基團(tuán) 正常生理狀態(tài)下的細(xì)胞里，通常含有2種類型的核酸核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA） 核酸的化學(xué)組分核酸的化學(xué)組分 RNA DNA -D-核糖 -D-2-脫氧核糖 A G C U A G C T 單鏈自身回折形成分子內(nèi)雙螺旋 雙螺旋或其上的超螺旋形式存在 核酸的化學(xué)組分核酸的化學(xué)組分戊糖和脫氧戊糖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象性質(zhì)戊糖和脫氧戊糖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象性質(zhì) 1.1.1.1糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式 核酸中糖環(huán)的折疊形式是一個(gè)構(gòu)象問(wèn)

30、題 構(gòu)象 (conformation) 構(gòu)型 (configuration ) 1969年IUPAC決定統(tǒng)一用構(gòu)象一詞描述生物大分子空間結(jié)構(gòu)糖環(huán)的折疊形式一、核酸中戊糖的特點(diǎn)一、核酸中戊糖的特點(diǎn):五元糖環(huán)不呈一個(gè)平面五元糖環(huán)不呈一個(gè)平面;其中的其中的C1-O4-C4三個(gè)原子通常在一個(gè)平面三個(gè)原子通常在一個(gè)平面上上;C2和和C3原子偏離平面原子偏離平面0.05nm.由于這種偏離使糖環(huán)具有不同的折疊形式由于這種偏離使糖環(huán)具有不同的折疊形式構(gòu)象構(gòu)象 糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊形式的類型和命名糖環(huán)折疊形式的類型和命名: 1 以C5作參照可分成兩類：內(nèi)式（endo）構(gòu)象和外式（exo）構(gòu)象C2和C3偏離平面

31、的方向與C5同向，則稱為內(nèi)式構(gòu)象。C2和C3偏離平面的方向與C5反向，則稱為外式構(gòu)象 糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊形式的類型和命名糖環(huán)折疊形式的類型和命名: 2 按照C2和C3偏離平面的情況，可分成兩大類信封式（envelope form）和扭轉(zhuǎn)式（twist form）構(gòu)象 信封式：糖環(huán)的C2和C3中只有一個(gè)原子偏離平面，而其余4個(gè)原子在一個(gè)平面上，則稱為信封式（簡(jiǎn)寫為E）構(gòu)象 扭轉(zhuǎn)式：糖環(huán)的C2和C32個(gè)原子都偏離平面且偏離方向相反，而其余3個(gè)原子在一個(gè)平面上，則稱為扭轉(zhuǎn)式（簡(jiǎn)寫為T）構(gòu)象 糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊形式的類型和命名糖環(huán)折疊形式的類型和命名: 1 信封式命名規(guī)定 內(nèi)式構(gòu)

32、象中偏離平面的原子編號(hào)寫在字母E的左上方；外式構(gòu)象中偏離平面的原子編號(hào)則寫在字母E的右下方 Ex1. C2-endo（2E）， C3- endo（3E）， C2-exo（E2）， C3- exo（E3）。糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊形式的類型和命名糖環(huán)折疊形式的類型和命名: :糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊形式的類型和命名糖環(huán)折疊形式的類型和命名: : 2 扭轉(zhuǎn)式的規(guī)定內(nèi)式構(gòu)象中偏離平面的原子編號(hào)寫在字母T的上方外式構(gòu)象中偏離平面的原子編號(hào)寫在T的下方糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊形式的類型和命名糖環(huán)折疊形式的類型和命名: : 如偏離平面的距離相等，兩原子編號(hào)都寫在T的前面

33、 ex1. 23T (C2-endo-C3- exo) 32T( C2-exo-C3- endo) 如偏離距離不等，偏離大的寫在T的前面，偏離小的則寫在后面 。 ex2. 3T2 (C3- endo -C2-exo)、2T3 (C2-exo-C3- endo) 糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊形式的類型和命名糖環(huán)折疊形式的類型和命名: :糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊形式的類型和命名糖環(huán)折疊形式的類型和命名: :另一種表示式： C2-exo-C3- endo稱為N式（北式），如3T2、32T、2T3 。 C2-endo-C3- exo稱為S式（南式），如2T3、23T和3T2 。糖環(huán)

34、的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊形式的類型和命名糖環(huán)折疊形式的類型和命名: :糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊形式的類型和命名糖環(huán)折疊形式的類型和命名:考慮居間的扭轉(zhuǎn)模型，引入贗轉(zhuǎn)輪（Pseudorotation cycle）的概念 贗轉(zhuǎn)輪的相角由環(huán)內(nèi)糖的扭轉(zhuǎn)角表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下： tan= (4+1)-(3+0)/22(sin36+sin72) 定義，=O時(shí)，扭轉(zhuǎn)角2達(dá)到最大正值，即相應(yīng)于一個(gè)對(duì)稱的C2- exo- C3- endo扭轉(zhuǎn)形式（32T），其鏡像C2- endo- C3- exo（32T）用=180來(lái)表示。 糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊形式的類型和命名糖環(huán)折疊形式

35、的類型和命名: :糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊對(duì)核苷酸構(gòu)象的影響糖環(huán)折疊對(duì)核苷酸構(gòu)象的影響:糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊對(duì)核苷酸構(gòu)象的影響糖環(huán)折疊對(duì)核苷酸構(gòu)象的影響: : 由圖(a)看出，屬C3-endo構(gòu)象，2個(gè)磷酸基團(tuán)位于平面之上，間距0.59nm 圖(b) 屬C2-endo構(gòu)象，O3上的磷酸基團(tuán)位于平面之下，間距0.59nm糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊對(duì)核苷酸構(gòu)象的影響糖環(huán)折疊對(duì)核苷酸構(gòu)象的影響: :糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊對(duì)核苷酸構(gòu)象的影響糖環(huán)折疊對(duì)核苷酸構(gòu)象的影響: : 在O4-exo中,N和C5環(huán)外取代基同處軸向,有空間位阻,能量升高(N-C5距

36、離0.29nm) 在O4-endo中,方向位于車赤道上, (N-C5距離0.46nm) 結(jié)果:構(gòu)象上的差別,導(dǎo)致在反應(yīng)性上有差別 糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊對(duì)核苷酸構(gòu)象的影響糖環(huán)折疊對(duì)核苷酸構(gòu)象的影響: :實(shí)驗(yàn)和理論研究結(jié)果證明糖環(huán)總是趨向于折疊 糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊的原因糖環(huán)折疊的原因 : 呋喃環(huán)在能量上是不利的，由于扭轉(zhuǎn)角均為0,所以靠近碳原子的取代基完全處于重疊狀態(tài),原子間的斥力增大，能量升高，以致構(gòu)象不穩(wěn)定. 相反系統(tǒng)通過(guò)折疊可以降低能量.由于呋喃糖環(huán)適應(yīng)這種構(gòu)象，即0、4 O，而1、2和3 發(fā) 生扭曲，結(jié)果導(dǎo)致： 當(dāng)0= O時(shí)，產(chǎn)生C3- endo或C3-

37、exo折疊， 當(dāng)4= O時(shí)，產(chǎn)生C2- endo或C2- exo折疊 由此,可以減少取代基之間的接觸，甚至可以通過(guò)折疊而避免遮掩的構(gòu)象糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)的折疊形式糖環(huán)折疊的原因糖環(huán)折疊的原因 :通過(guò)折疊而避免遮掩的構(gòu)象影響呋喃糖折疊的因素影響呋喃糖折疊的因素 有取代基、堿基的修飾作用、溶劑環(huán)境、其它大分子和小分子，以及在不同結(jié)構(gòu)層次上的因素等 在細(xì)胞環(huán)境中多因素的綜合作用，在增加多樣性的同時(shí)，更增加了研究呋喃糖環(huán)折疊的復(fù)雜性 我們主要討論取代基、堿基修飾和環(huán)境的影響 影響呋喃糖折疊的因素影響呋喃糖折疊的因素 取代基的影響 取代基可以通過(guò)空間（立體）效應(yīng)和電子效應(yīng)產(chǎn)生影響。 a. C2和C3取代

38、基會(huì)影響到C3-endo(N) C2-endo(S)的平衡。 b. 大多數(shù)電負(fù)性取代基選擇沿軸的方向取向。依C2-取代基的電負(fù)性而呈線性增加 影響呋喃糖折疊的因素影響呋喃糖折疊的因素 堿基的修飾 堿基受到其他某些基團(tuán)的修飾時(shí)，與堿基相連的呋喃糖的折疊也會(huì)受到不同程度的影響。 a. 嘌呤的C8位或嘧啶的C6位被大的基團(tuán)取代，將會(huì)改變 syn anti平衡。 b. O2和O3之間或O3和O5之間的成環(huán)作用，或者是糖和堿基之間分子內(nèi)鍵的生成（例如在O2，2-環(huán)化尿核苷的情形），會(huì)限制和確定呋喃糖的折疊優(yōu)勢(shì) 影響呋喃糖折疊的因素影響呋喃糖折疊的因素 環(huán)境的影響 多聚核糖核苷酸和多聚脫氧核糖核苷酸所表現(xiàn)

39、出的糖環(huán)構(gòu)象特征是令人注目的 a. 鄰近基團(tuán)的取向和距離的影響 b. 水介質(zhì)中的影響，因水的活動(dòng)范圍的變化從一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式 堿基的結(jié)構(gòu)堿基的結(jié)構(gòu) 核酸的堿基有兩類，即嘌呤和嘧啶堿基，其中嘌呤堿基由2個(gè)雜環(huán)構(gòu)成 共同特點(diǎn) : a.不僅是儲(chǔ)存和傳遞信息的必要基礎(chǔ),也是造成突變使物種淘汰和進(jìn)化、衰老或致病的原因 b.經(jīng)組合能得到足夠多的信息，是形成信息高分子的可能和必要條件 堿基的結(jié)構(gòu)堿基的結(jié)構(gòu)修飾堿基 在DNA和RNA中經(jīng)檢測(cè)到的修飾堿基約有70種左右,占總量的萬(wàn)分之幾到百分之幾修飾堿基對(duì)核酸生物功能的影響一直是生物學(xué)家注視的問(wèn)題 對(duì)DNA的甲基化修飾的研究已經(jīng)取得了重要的進(jìn)展 堿基的結(jié)

40、構(gòu)堿基的結(jié)構(gòu)堿基互變異構(gòu)體 含氧堿基(G，T, U, C)在一定條件下存在: 構(gòu)型 酮式 醇式 (正常型) 互變 (異常型) 堿基的結(jié)構(gòu)堿基的結(jié)構(gòu)堿基互變異構(gòu)體 不含氧的堿基(A), 存在 : 構(gòu)型 胺型 亞胺型 (正常型) 互變 (異常型)堿基互變異構(gòu)體堿基的結(jié)構(gòu)堿基的結(jié)構(gòu)堿基互變異構(gòu)體 胞嘧啶堿基除上面的酮式和醇式構(gòu)型互變外，還存在胺型和亞胺型互變異構(gòu)體 當(dāng)互變異構(gòu)體與蛋白質(zhì)、酶或受體結(jié)合時(shí)，優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)取何種形式及其含量如何，取決于局部環(huán)境 堿基的結(jié)構(gòu)堿基的結(jié)構(gòu)1.1.2.3堿基的幾何形狀 堿基的平面性嚴(yán)格講，堿基不完全是平面的,環(huán)上的原子稍偏離平面0.01nm 堿基的結(jié)構(gòu)堿基的結(jié)構(gòu)堿基的幾

41、何形狀 氨基一體化共振形式（在A,G和C中） 1.在環(huán)外, C-NH2 鍵長(zhǎng)（0.134nm） C-N單鍵長(zhǎng)(0.1472nm)， 表現(xiàn)出部分雙鍵特性，即介于單鍵和雙鍵之間。 2.在環(huán)外, C=O鍵長(zhǎng)（0.1220.124nm） 標(biāo)準(zhǔn)的C=O雙鍵 (0.1215nm), 更具有雙鍵特性。（參見表1-2）. 3.在環(huán)內(nèi), 嘌呤的C2 - N3( G:0.1327) 嘧啶的N1 - C2(U:0.1379) 嘌呤的C4 - C5(A:0.1382) 嘧啶的C5 - C6(C:0.1337) 4.在嘌呤系列中，C8-N9雙鍵性質(zhì)弱于N7-C8，是由于鍵長(zhǎng)不同所致 堿基的結(jié)構(gòu)堿基的結(jié)構(gòu)堿基的幾何形狀

42、N原子上未取代的環(huán)內(nèi)價(jià)角小于N取代的（約68），且取代的價(jià)角增大通過(guò)相鄰N-C-C角的減少來(lái)補(bǔ)償，以維持平面性 C2-N3-C4 N3-C4-C5 C(未取代) 120.0 121.8 U（取代） 127.0 114.7 堿基的結(jié)構(gòu)堿基的結(jié)構(gòu)堿基的不對(duì)稱性 核酸是缺乏對(duì)稱性的生物大分子，其組分之一的堿基，由于碳原子和氮原子誘導(dǎo)的電極化作用，使之呈現(xiàn)立體不對(duì)稱性。堿基的不對(duì)稱性可用構(gòu)成不對(duì)稱系統(tǒng)的3條相互垂直的軸線表示 堿基的不對(duì)稱性 XX軸線 是從核苷酸的堿基外側(cè)面到互補(bǔ)核苷酸堿基的內(nèi)側(cè)。YY軸線 是從氨基（A,C）或羰基（U,T,G）到分子環(huán)對(duì)面的氮原子。ZZ軸線 垂直于分子平面，并通過(guò)X,

43、Y軸線交點(diǎn) 堿基的結(jié)構(gòu)堿基的結(jié)構(gòu)堿基的不對(duì)稱性 堿基的結(jié)構(gòu)堿基的結(jié)構(gòu)堿基的不對(duì)稱性 堿基中C、N原子交替排列，N原子的電負(fù)性 C原子，在CN共價(jià)鍵中，電子由C N 當(dāng)核苷酸的最高點(diǎn)存在化學(xué)基團(tuán)時(shí)，電極化作用增強(qiáng)，并按C6N1C+2N-3的方向沿原子鍵傳播。由于存在著活潑的電子，在受到外界電場(chǎng)作用時(shí)，分子環(huán)中就產(chǎn)生電流，結(jié)果產(chǎn)生磁性分子 堿基的不對(duì)稱性 人們規(guī)定：最高面是按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的嘌呤分子表面（背對(duì)觀察者）即：C+1N-2C+3N-4 堿基的最低面是按反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)C+1N-2C+3N-4的嘌呤分子表面（面對(duì)觀察者） ZZ軸線方向從最低面到最高面 堿基的不對(duì)稱性 只有當(dāng)兩個(gè)堿基的最高面和

44、最低面分別面對(duì)觀察者時(shí)，它們才能在同一平面互補(bǔ)配對(duì) 然而，用其對(duì)應(yīng)的反原子取代得出與自然界不符的結(jié)果，即可證明生物大分子是不對(duì)稱的 堿基的電子結(jié)構(gòu) 對(duì)堿基的電子結(jié)構(gòu)的研究，利用量子力學(xué)方法對(duì)A,G,C,T,U以及修飾堿基作了大量計(jì)算，獲得了堿基原子的許多信息，如：原子靜電荷值，堿基分子軌道能量 這些數(shù)據(jù)對(duì)于處理分子間相互作用，如堿基配對(duì)相互作用生物分子的構(gòu)象能計(jì)算與動(dòng)力學(xué)核酸三聯(lián)體密碼與氨基酸關(guān)系藥物分子設(shè)計(jì)等等方面起到了一定的作用。當(dāng)然，在其他方面也顯示出某些作用 堿基的配對(duì)類型 Waston-Crick型堿基配對(duì) 在DNA中， G C， A T 在RNA中， G C， A U Waston

45、-Crick型堿基配對(duì)(1)配對(duì)形式： DNA中：CG A=TRNA中：CG A=UWaston-Crick型堿基配對(duì)(2)堿基對(duì)之間的氫鍵類型 : N-HN (nm) N-HO(nm) 在GC中 0.295 0.2860.291 在AT中 0.282 0.286氫鍵的鍵能: 12.56 29.3 KJ/mol, 共價(jià)鍵鍵能但是DNA分子中氫鍵的數(shù)量很多，集合能量很大氫鍵對(duì)DNA分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起重要作用 Waston-Crick型堿基配對(duì)(3)堿基與糖的結(jié)合,幾何空間構(gòu)型幾乎恒等 : Waston-Crick型堿基配對(duì)(4)堿基對(duì)平面上存在一個(gè)C2擬對(duì)稱（pseudo-C2symmetry）

46、軸，使得N9-C1能與N1-C1互換同一個(gè)空間構(gòu)型可適用于ATTAGC 和CG 4種組合 在雙螺旋中4種堿基可出現(xiàn)在任一種結(jié)構(gòu)狀態(tài)中，每一條鏈都有相同的環(huán)境 堿基的配對(duì)類型 Hoogsteen型堿基配對(duì) : 定義: 不同于Watson-Crick型的配對(duì)，就稱為Hoogsteen型配對(duì) Hoogsteen型堿基配對(duì)特點(diǎn) : 1.形成氫鍵時(shí)接受質(zhì)子的位點(diǎn)(部位)發(fā)生了變化(看圖1.34,1.35). 2.在GC, AU(W-C)配對(duì)中,其中一條氫鍵N-HN的質(zhì)子受體是N1. 3.在AU(Hoogsteen）中, 其中一條氫鍵N-HN的質(zhì)子受體是N7. 4.以T為例將N3-C6連線定為軸,沿此軸翻

47、轉(zhuǎn)180。則得反Hoogsteen （reversed Hoogsteen）型配對(duì)Hoogsteen型堿基配對(duì)在三堿基體模型中，從理論上，包含Hoogsteen氫鍵的堿基配對(duì)的可能方式有： Watson-Crick-Hoogsteen Watson-Crick-reversed Hoogsteen revesed Watson-Crick-Hoogsteen revesed Watson-Crick-revesed HoogsteenHoogsteen型堿基配對(duì)Hoogsteen型堿基配對(duì)Waston-Crick 和 Hoogsteen 堿基對(duì)幾何左：左：Waston-Crick, Wasto

48、n-Crick, 上：上： HoogsteenHoogsteen堿基的錯(cuò)配（misparing或 mismatch） 所謂堿基錯(cuò)配,即除了W-C和Hoogsteen以外的能存在的堿基配對(duì)(至少包含2個(gè)氫鍵).包括 ：堿基自配對(duì)；反轉(zhuǎn)的W-C； 反轉(zhuǎn)的Hoogsteen配對(duì) 等堿基的錯(cuò)配（misparing或 mismatch） 堿基的錯(cuò)配（misparing或 mismatch） 理論上，兩兩堿基的可能配對(duì)方式（以RNA自身回折結(jié)構(gòu)為例）在不考慮反轉(zhuǎn)Watson-Crick型配對(duì)反轉(zhuǎn)Hoogsteen型配對(duì)和互變異構(gòu)體參與的配對(duì)時(shí)，兩兩堿基間的配對(duì)至少可以寫出如下矩陣 :堿基的配對(duì)堿基的錯(cuò)配（

49、misparing或 mismatch） AA AG AC AU GA GG GC GU CA CG CC CU UA UG UU UU|堿基的錯(cuò)配（misparing或 mismatch） 由矩陣可見一條對(duì)角線為Watson-Crick堿基配對(duì) 另一條對(duì)角線為堿基的“自締合”配對(duì) 由后一條對(duì)角線劃分的矩陣其上三角和下三角包含了Watson-Crick意義上的堿基對(duì) 由前一條對(duì)角線劃分的上三角和下三角則不包含這樣的堿基對(duì) 研究表明在溶液中W-C和H-堿基對(duì)結(jié)合形式至少有兩個(gè)氫鍵并包含所有可能的結(jié)合位點(diǎn) 堿基的錯(cuò)配（misparing或 mismatch） 堿基的錯(cuò)配（misparing或 mi

50、smatch） 鳥嘌呤及其衍生物強(qiáng)烈地趨向于締合 堿基的錯(cuò)配（misparing或 mismatch） 堿基的錯(cuò)配（misparing或 mismatch） 一些非Watson-Crick型堿基配對(duì)在締合常數(shù)和相互作用能的貢獻(xiàn)上是比較有利的由于堿基間的“錯(cuò)配”，在增加配對(duì)多樣性的同時(shí)，也增加了因堿基的錯(cuò)配而造成的多聚核苷酸鏈內(nèi)和鏈間相互作用的復(fù)雜性伴隨著堿基“配對(duì)”概念的擴(kuò)展，可能會(huì)對(duì)DNA的精確互補(bǔ)和復(fù)制的問(wèn)題研究和認(rèn)識(shí)，RNA折疊結(jié)構(gòu)的理論預(yù)測(cè)等帶來(lái)困難 氫鍵和氫鍵相互作用堿基間的相互作用可分為平面相互作用和堆積相互作用 在共平面相互作用中涉及到重要的氫鍵相互作用 堿基的配對(duì)氫鍵相互作用的專一性 氫鍵是由2個(gè)電負(fù)性強(qiáng)的原子（在核酸中為N和O）與另