浙江大學(xué)生物無(wú)機(jī)化學(xué)課件chapter-1

Lecturer：

林峰

Ph.D

Tel:88273592(Lab.)-mail:fenglin@

浙江大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系無(wú)機(jī)與材料化學(xué)研究所生物無(wú)機(jī)化學(xué)

BioinorganicChemistry1課程內(nèi)容第1章

生物無(wú)機(jī)化學(xué)中的基本概念和原理

第2章

生物無(wú)機(jī)化學(xué)的研究方法

第3章

生物體內(nèi)金屬離子的選擇、攝取和調(diào)控

第4章

金屬離子與生物大分子的結(jié)合與作用

第5章

金屬蛋白和金屬酶

第6章

細(xì)胞毒性和化學(xué)治療

第7章

仿生固氮

第8章

生物無(wú)機(jī)化學(xué)的研究前沿課題

2CONTENTSChapter1TheBasicConceptionsandReasonsofBioinorganicChemistryChapter2TheResearchMethodsofBioinorganicChemistryChapter3TheChoice,ExtractionandControlofMetalSpeciesinBiologicalSystemsChapter4TheBindingandActinginBetweenMetalSpeciesandBio-macromoleculeChapter5MetalProteinsandMetalEnzymesChapter6CellToxicityandChemicalTreatmentsChapter7TheEnzymeNitrogenase

Chapter8TheNewTopicsandDevelopmentFieldsofBioinorganicChemistry3教學(xué)安排與考評(píng)第一和第二章教師講授，從第三章開(kāi)始教師上課和同學(xué)講解相結(jié)合。每人準(zhǔn)備一章內(nèi)容，并制作ppt課件來(lái)講解，時(shí)間25～30min。ppt的內(nèi)容和講解效果，作為考核成績(jī)的一部分。期末考試每人寫(xiě)一篇論文（3~4千字）4生物無(wú)機(jī)化學(xué)定義

生物無(wú)機(jī)化學(xué)是一門(mén)對(duì)處于生命環(huán)境中的金屬離子進(jìn)行研究的學(xué)科。研究在生命過(guò)程中起作用的生物金屬與配體之間的相互作用；在分子、亞分子水平上測(cè)定、表征、闡明這些生物化合物的結(jié)構(gòu)、性能及其在生命體中的作用規(guī)律；無(wú)機(jī)化學(xué)（特別是配位化學(xué)）、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)臨床化學(xué)、營(yíng)養(yǎng)化學(xué)、環(huán)境科學(xué)等學(xué)科相互滲透、相互融合的產(chǎn)物。5生物無(wú)機(jī)化學(xué)的特點(diǎn)一是做這方面研究的人來(lái)自生物學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、醫(yī)學(xué)科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)這門(mén)尚未定型的學(xué)科有不同的見(jiàn)解與思路，使初學(xué)者感到只要涉及生物體甚至生態(tài)環(huán)境中的各種無(wú)機(jī)元素的問(wèn)題都是生物無(wú)機(jī)化學(xué)問(wèn)題。這樣就把傳統(tǒng)上本屬流行病學(xué)、營(yíng)養(yǎng)學(xué)、土壤化學(xué)、水化學(xué)等方面的一部分內(nèi)容都劃入生物無(wú)機(jī)化學(xué)之中；另一個(gè)特點(diǎn)是目前的研究工作多屬點(diǎn)上的工作。比如，載氧配合物、細(xì)胞色素、少數(shù)幾種金屬酶等正吸引著大量科學(xué)家的注意，研究工作雖然很深入，但是很少把這些點(diǎn)上的工作總結(jié)成為生物無(wú)機(jī)化學(xué)的整體學(xué)科體系。6研究?jī)?nèi)容、研究方法、基本概念和基本思想

對(duì)一位學(xué)化學(xué)的人來(lái)說(shuō)，往往注意的是各種各樣物質(zhì)的組成和性質(zhì)，而且都是沒(méi)有生命活動(dòng)時(shí)的情況。比如，人們往往只把一種蛋白質(zhì)都是由一定的氨基酸按一定序列聯(lián)接起來(lái)的化合物拿來(lái)研究，而不注意這種蛋白質(zhì)的生物活性是怎樣產(chǎn)生的。本來(lái)化學(xué)主要研究結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，但是若放在生物體內(nèi)來(lái)考慮，則應(yīng)研究結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-活性關(guān)系。因此，我們研究的對(duì)象是有生物活性的物質(zhì)。通過(guò)這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)先初略了解一下有生物活性的、含無(wú)機(jī)元素的化合物大致包括哪些類(lèi)，各有什么功能。

7構(gòu)建和掌握化學(xué)知識(shí)的基本方法化學(xué)知識(shí)的積累和構(gòu)造感性認(rèn)識(shí)

理性認(rèn)識(shí)現(xiàn)象反應(yīng)物質(zhì)性質(zhì)結(jié)構(gòu)

化學(xué)知識(shí)的掌握和應(yīng)用8研究?jī)?nèi)容、研究方法、基本概念和基本思想目前生物無(wú)機(jī)化學(xué)的研究工作絕大多數(shù)是點(diǎn)上的工作。但是實(shí)際上，這些點(diǎn)之間有許多共性。怎樣把握個(gè)性中的共性，首先還是需要無(wú)機(jī)化學(xué)和生物化學(xué)等的基本知識(shí)。例如，有許多促進(jìn)水解的酶都含有鋅離子或需要鋅離子，而且常常是酶蛋白中的組氨酸等和鋅配位，又常常形成五配位的配合物等等。要想抓住共性，先要了解Zn2+

的配位趨向、易與Zn2+

結(jié)合的氨基酸是什么，Zn2+

的配合物立體結(jié)構(gòu)是什么樣的，Zn2+

的基本性質(zhì)（有無(wú)傳遞電子能力、極化性大小、軟硬度等）又是什么。有了這些基本知識(shí)，當(dāng)你遇到個(gè)別問(wèn)題時(shí)，就可以探索與它有關(guān)系的、類(lèi)似的化合物了。9研究?jī)?nèi)容、研究方法、基本概念和基本思想學(xué)化學(xué)的人進(jìn)入生物領(lǐng)域時(shí)，先要體會(huì)幾個(gè)指導(dǎo)思想：首先要體會(huì)由沒(méi)有生命的所謂

invitro

的化學(xué)向有生命參與的所謂

invivo

的化學(xué)這一轉(zhuǎn)變。其次要體會(huì)由一種簡(jiǎn)單的、無(wú)活性的配合物向復(fù)雜的、有活性的配合物的飛躍。另外，還不能忽視。由一般化學(xué)處理的封閉的或部分封閉的、背景單一的反應(yīng)體系到開(kāi)放的、有特殊背景的生物反應(yīng)體系的過(guò)渡等。不但要隨時(shí)注意到這些差異，而且要通過(guò)個(gè)別事例了解這些差別的由來(lái)。

10研究?jī)?nèi)容、研究方法、基本概念和基本思想必須了解研究生物無(wú)機(jī)化學(xué)的方法，否則就難以體會(huì)那些觀點(diǎn)和結(jié)果都是怎樣得來(lái)的。例如，某種元素是人體必需的，但是整個(gè)人體所含的這種元素不過(guò)幾毫克或者更少，我們?cè)鯓又浪侨梭w必需的呢？再如，一種酶的分子量高達(dá)幾萬(wàn)，但一個(gè)分子中只含有一個(gè)鋅原子，我們?cè)鯓又肋@個(gè)鋅原子的存在以及它在維持酶活性中所起的重要作用呢？而且，象這樣一個(gè)含有幾百個(gè)氨基酸的酶，它的結(jié)構(gòu)是怎樣確定的呢？

11課程教材存在的問(wèn)題及學(xué)習(xí)注意事項(xiàng)目前國(guó)內(nèi)外出版的生物無(wú)機(jī)化學(xué)教材都缺乏系統(tǒng)性和概括性。這兩個(gè)問(wèn)題不是在短期內(nèi)能解決的。本課程的學(xué)習(xí)中，應(yīng)注意：(1)以研究生物體內(nèi)有無(wú)機(jī)元素參與的有生物活性的化合物的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-活性關(guān)系為主要線(xiàn)索；

(2)選擇有典型性的，各有特點(diǎn)的若干內(nèi)容。12參考書(shū)《生物無(wú)機(jī)化學(xué)》

楊頻高飛編著科學(xué)出版社2002年4月第一版《BioinorganicChemistry——Ashortcourse》

RosetteM.Roat-Malone《生物無(wú)機(jī)化學(xué)原理》

[美]S.J.LippardandJ.M.Berg著

席振峰姚光慶項(xiàng)斯芬任宏偉譯北京大學(xué)出版社2000年6月第一版《生物無(wú)機(jī)化學(xué)導(dǎo)論》計(jì)亮年莫庭煥中山大學(xué)出版社13有關(guān)《生物無(wú)機(jī)化學(xué)》的部分雜志BioinorganicChemistryJ.ofInorganicBiochemistryJ.ofBiologicalInorganicChemistryBiologicalTraceElementsResearchCurrOpinioninBiologicalChemistry14生物無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展經(jīng)歷1970首屆國(guó)際生物無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)(U.S.Virginia)《生物無(wú)機(jī)化學(xué)》(BioinorganicChemistry)論文集1971

英國(guó)科學(xué)家D.R.Williams的專(zhuān)著《生命金屬》（TheMetalofLife）出版1971學(xué)術(shù)期刊BioinorganicChemistry在美國(guó)問(wèn)世

(1979年更名為JournalofBioinorganicChemistry)這些事件標(biāo)志著生物無(wú)機(jī)化學(xué)作為一個(gè)獨(dú)立學(xué)科的建立.。15國(guó)際生物無(wú)機(jī)化學(xué)會(huì)議（ICBIC）簡(jiǎn)介

ICBIC―1970年美國(guó)無(wú)機(jī)化學(xué)與模型研究方法ICBIC―01976年英國(guó)無(wú)機(jī)化學(xué)和生物交叉地帶發(fā)展ICBIC―11983年意大利ICBIC―21985年葡萄牙ICBIC―31987年荷蘭ICBIC―41989年美國(guó)ICBIC―51991年英國(guó)金屬識(shí)別、儲(chǔ)存、輸送和組裝ICBIC―61993年美國(guó)固氮酶的分子結(jié)構(gòu)以及自然界

N2轉(zhuǎn)變?yōu)镹H3的功能及其機(jī)理16ICBIC―71995年德國(guó)金屬離子對(duì)基因調(diào)節(jié)影響ICBIC―81997年日本丙烯腈水合酶合成丙烯酰胺ICBIC―91999年美國(guó)ICBIC―102001年意大利中樞神經(jīng)系統(tǒng)的生物無(wú)機(jī)化學(xué)ICBIC―112003年澳大利亞金屬離子在細(xì)胞的交通圖，以及許多交通干線(xiàn)的劃分和金屬離子的走向ICBIC―122005年美國(guó)ICBIC―132007年歐洲ICBIC―142009年中國(guó)國(guó)際生物無(wú)機(jī)化學(xué)會(huì)議（ICBIC）簡(jiǎn)介

17國(guó)際應(yīng)用生物無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)（ISABC）簡(jiǎn)介

ISABC―11990年武漢金屬藥物和抗癌藥ISABC―21992年廣州生物礦化和生物材料ISABC―31994年澳大利亞利用生物電子轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)制作生物傳感器ISABC―41997年南非環(huán)境生物無(wú)機(jī)化學(xué)ISABC―51999年希臘地中海貧血18ISABC―62001年英國(guó)ISABC―72003年墨西哥ISABC―82004年香港小分子修飾使蛋白酶功能改變和關(guān)閉ISABC―92006年阿根廷國(guó)內(nèi)定期召開(kāi)全國(guó)生物無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)，2003年召開(kāi)全國(guó)生物無(wú)機(jī)化學(xué)咨詢(xún)會(huì)議，共同討論未來(lái)我國(guó)生物無(wú)機(jī)化學(xué)的發(fā)展方向,生物無(wú)機(jī)化學(xué)研究方向緊跟時(shí)代步伐,不斷深入和調(diào)整。

19BioinorganicChemistryArea：

AMultidisciplinaryResearchArea

20生物無(wú)機(jī)化學(xué)的基本任務(wù)生物機(jī)體中固有的無(wú)機(jī)元素，特別是生物金屬元素在生命體內(nèi)的分布、形態(tài)、代謝規(guī)律以及它們的生物學(xué)功能的研究。環(huán)境中的外來(lái)金屬離子通過(guò)不同途徑進(jìn)入生命體后的運(yùn)輸、分布、形態(tài)、代謝以及它們是如何參與并影響生命過(guò)程的研究。21生物無(wú)機(jī)化學(xué)的發(fā)展前景和價(jià)值通過(guò)對(duì)生物無(wú)機(jī)化學(xué)問(wèn)題和規(guī)律的研究探索有助于進(jìn)一步揭示生命的奧秘。生物無(wú)機(jī)化學(xué)規(guī)律的揭示及其成果將有助于改善人類(lèi)的生活環(huán)境，保護(hù)人類(lèi)的健康，延長(zhǎng)人類(lèi)的壽命，從而造福人類(lèi)。22Chapter1

TheBasicConceptionsandReasonsof

BioinorganicChemistry1.EssentialChemicalElementsinBiologicalsystems(1)Bulkelements(宏量元素）：6elements

H、C、N、O、P、S；(2)

Macromineralsandions（礦物質(zhì)離子）：

Na、K、Mg、Ca、Cl－、PO43－、SO42－；(3)Traceelements（微量元素）:Fe、Zn、Cu；(4)Ultratraceelements（痕量元素）:nonmetals:F、I、Se、Si、As、B；

Metals：Mn、Mo、Co、Cr、V、Ni、Cd、

Sn、Pb、Li；23EssentialElementsinEssentialElementsinOrganisms24PercentageCompositionofSelectedElements

intheHumanBodyElementPercentage(byweight)ElementPercentage(byweight)Oxygen53.6Silicon,Magnesium0.04Carbon16.0Iron,Fluorine0.005Hydrogen13.4Zinc0.003Nitrogen2.4Copper,Bromine2×10-4Sodium,potassium,sulfur0.1Selenium,Manganese,Arsenic,Nickel2×10-5Chlorine0.09Lead,Cobalt9×10-625MetalIonsinaSingleMetalIonsinaSingleCell26某些具有代表性的微量元素的功能元素功能元素功能Fe最主要的生命金屬元素，起電子傳遞、O2輸運(yùn)及催化氧化還原作用。Se谷胱甘肽過(guò)氧化物酶Si骨骼、軟骨形成初期階段及甲殼動(dòng)物外殼所需要。F進(jìn)入牙齒的羥基磷灰石晶格Zn水解酶、與DNA，RNA的轉(zhuǎn)錄及與翻譯有關(guān)的酶，蛋白質(zhì)中的金屬輔基。Mo催化氧化反應(yīng)Cu電子運(yùn)送，O2的輸運(yùn)，催化氧化還原反應(yīng)，結(jié)締組織的合成。Co維生素B12的必須組分Mn幾種糖類(lèi)生化反應(yīng)過(guò)程中的必需輔基，過(guò)氧化氫酶。Cr在糖代謝作用中與胰島素相互作用。I甲狀腺激素的必要組分。Ni催化氧化還原反應(yīng)（氫化酶，F(xiàn)430輔基）及水解作用（脲酶）27

法國(guó)科學(xué)家G.Bertrand在研究了錳對(duì)植物生長(zhǎng)的影響后提出了一個(gè)最適營(yíng)養(yǎng)定律：

即植物缺少某種必需的元素時(shí)就不能成活，當(dāng)該元素適量時(shí)就能茁壯成長(zhǎng)，但若過(guò)量時(shí)又會(huì)轉(zhuǎn)為有害。

該定律不僅適用于植物，也適用于一切生物。最適營(yíng)養(yǎng)濃度定律28Bertrand最適營(yíng)養(yǎng)濃度定量示意圖29生物元素的選擇與演化——豐度規(guī)則當(dāng)完成某種生物學(xué)功能有若干種元素可供選擇時(shí)，生物體就選擇自然環(huán)境中豐度最高的那種元素。

構(gòu)成人體99.9%以上的11種宏量元素以及Fe、Zn、Cu、Mn、I等必需元素，它們的豐度無(wú)論是在地殼中還是在海水中都是相當(dāng)高的。30在豐度規(guī)則前提下，生物利用度也起決定作用。豐度雖高，但若可利用度低，也不會(huì)被選擇為必需元素；反之亦然。例如：元素Ti地豐度很高，但由于該元素的常見(jiàn)離子Ti4+在pH6～8的生物體液中難于溶解和輸運(yùn)，從而導(dǎo)致極低的利用度，因而未被生物所利用。生物元素的選擇與演化——

生物利用度規(guī)則（bioavailability)31生物元素的選擇與演化——基本適宜規(guī)則某種金屬元素若被選擇，它就具有完成某種功能的能力。換言之，某種金屬元素由于適應(yīng)某一特定配位環(huán)境，從而能夠有效地發(fā)揮某種功能。業(yè)已存在的就是基本適宜的。例如：血紅蛋白的生物功能是載氧，它利用了Fe2+離子，但是，若無(wú)特點(diǎn)的蛋白質(zhì)與Fe(II)就會(huì)被O2氧化而喪失其可逆地結(jié)合并釋放O2的功能。32生物元素的選擇與演化——有效性規(guī)則生物體總是選擇更加有效的化合物加以利用。33METALSINBIOLOGICALSYSTEMS:

Metalsinbiologicalsystemsfunctioninanumberofdifferentways:1.

Group1and2metalsoperateasstructuralelementsorinthemaintenanceofchargeandosmoticbalance(Table1.2).2.Transitionmetalionsthatexistinsingleoxidationstates,suchaszinc(II),functionas

structuralelementsinsuperoxide

dismutaseandzinc

fingers(Table

1.3).34METALSINBIOLOGICALSYSTEMS:3.

Transitionmetalsthatexistinmultipleoxidationstatesserveaselectroncarriersironionsincytochromes(細(xì)胞色素）

iron–sulfurclustersinenzymenitrogenase（固氮酶）

copperionsinazurin（天青蛋白）

andplastocyanin質(zhì)體藍(lán)素(一種在葉綠體的光合作用中作為電子傳遞體的含銅蛋白)(Table1.4)35METALSINBIOLOGICALSYSTEMS:4.Transitionmetalsasfacilitatorsofoxygentransport

ironionsinhemoglobin(血色素)

copperionsinhemocyanin血藍(lán)蛋白(Table1.5);5.Transitionmetalsasenzymecatalysiscopperionsinsuperoxide

dismutase(超氧化物岐化酶）

ironandmolybdenumionsinnitrogenase

(Table1.6)36MetalsinBiologicalSystems:

ChargeCarriers37MetalsinBiologicalSystems:

Structural,Triggers38MetalsinBiologicalSystems:

ElectronTransfer39MetalsinBiologicalSystems:

DioxygenTransport40MetalsinBiologicalSystems:

EnzymeCatalysis41TheHard–SoftAcid–BaseTheory

ofInorganicChemistryLigandpreferenceandpossiblecoordinationgeometriesofthemetalcenterareimportantbioinorganicprinciples.Metalligandreferenceiscloselyrelatedtothehard–softacid–basenatureofmetalsandtheirpreferredligands:Ingeneral,

hardmetalcations

formtheirmoststablecompoundswith

hardligands,

whereas

softmetalcations

formtheirmoststablecompoundswith

softligands.42Hard–SoftAcid–BaseClassificationof

MetalIonsandLigands43ELECTRONICANDGEOMETRICSTRUCTURES

OFMETALSINBIOLOGICALSYSTEMSCommontransitionmetalcoordinationgeometries.44Representationsofthefivedorbitalsalongx,y,andzaxes45Approximateenergylevelsfordelectronsinoctahedral,tetrahedral,andsquare-planarfields46‘‘spectrochemicalseries’’Thestrengthoftheligandfieldatametalcenterisstronglydependentonthecharacteroftheligand’selectronicfieldandleadstotheclassificationofligandsaccordingtoa‘‘spectrochemicalseries’’arrangedbelowinorderfromweakfield(halides,sulfides,hydroxides)tostrongfield(cyanideandcarbonmonoxide):47High-spinandlow-spind-electronconfigurationsfortheoctahedralfield48ELECTRONTRANSFERComplementaryReaction:NoncomplementaryReactions:verysmallmany49TwotypesofelectrontransfermechanismsOuter-sphereelectrontransferoccurswhentheouter,or

solvent,coordinationspheresofthemetalcenters

isinvolvedintransferringelectrons.Noreorganizationoftheinnercoordinationsphereofeitherreactanttakesplaceduringelectrontransfer:50TwotypesofelectrontransfermechanismsInner-sphereelectrontransfersinvolvetheinnercoordinationsphereofthemetalcomplexesandusuallytakeplacethroughabridgingligand:51BIOCHEMISTRYFUNDAMENTALSPROTEINSAminoAcidBuildingBlocks

天然蛋白質(zhì)水解得到的氨基酸有30余種，常見(jiàn)的有20種，除脯氨酸外均為α-氨基酸。52α-氨基酸的構(gòu)型、分類(lèi)和命名除甘氨酸外，分子中α-碳均為手性碳原子，有旋光異構(gòu)體。構(gòu)型習(xí)慣上采用D/L法標(biāo)記。不論含幾個(gè)手性碳原子，以α-碳的構(gòu)型為準(zhǔn)。L-α-氨基酸

D-α-氨基酸

L-α-丙氨酸

蛋白質(zhì)水解得到的α-氨基酸幾乎都是L構(gòu)型。5320種天然氨基酸序號(hào)中文名稱(chēng)英文縮寫(xiě)

結(jié)構(gòu)式

1甘氨酸Gly(G)

2丙氨酸Ala(A)

3亮氨酸*Leu(L)

4異亮氨酸*Ile(I)

5纈氨酸*Val(V)

6絲氨酸Ser(S)

7蘇氨酸*Ihr(T)

8甲硫氨酸

(蛋氨酸)*Met(M)

9半胱氨酸Cys(C)

10苯丙氨酸*Phe(F)

54

20種天然氨基酸(續(xù))序號(hào)中文名稱(chēng)

英文縮寫(xiě)

結(jié)構(gòu)式

11谷氨酰胺Gln(Q)

12天冬酰胺

Asn(N)13酪氨酸Tyr(Y)

14色氨酸*

Trp(W)

15天冬氨酸

Asp(D)

16谷氨酸Glu(E)

17賴(lài)氨酸*Lys(K)

18精氨酸*Arg(R)

19組氨酸*

His(H)

20脯氨酸PrO(P)

55ZwitterionsofnonpolarhydrophobicaminoacidsatphysiologicalpH56ZwitterionsofpolarneutralaminoacidsatphysiologicalpH57Zwitterionsof

acidicaminoacids

atphysiologicalpH58Zwitterionsofbasicaminoacids

atphysiologicalpH59ProteinStructureAllproteinshaveatleastthreelevelsofstructure:primary,secondary,tertiary.Proteinswithmorethanonepolypeptidechain—hemoglobinandnitrogenaseareexamples—alsopossessquaternarystructure.60Formationofapeptidebond61primarystructure:

Apeptideoffouraminoacids62PeptideStructure63SecondaryStructureTwotypesofprotein

secondarystructure:

thea-helixandb-pleatedsheet.64α-螺旋結(jié)構(gòu)在α-螺旋結(jié)構(gòu)中，多肽鏈中各肽鍵平面通過(guò)α-碳原子的旋轉(zhuǎn)，圍繞中心軸形成一種緊密螺旋盤(pán)曲構(gòu)象。絕大多數(shù)蛋白質(zhì)分子中所存在的α-螺旋幾乎都是右手螺旋。65α-螺旋其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)肽鏈呈螺旋上升，每相隔3.6個(gè)氨基酸殘基上升1圈，每個(gè)氨基酸殘基沿軸旋轉(zhuǎn)100°，沿軸向升高0.15nm，故螺距約為0.54nm；66α-螺旋其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)螺旋間靠氫鍵維系，氫鍵是由同一條主鏈上一個(gè)氨基酸殘基中的C=O氧與后面第四個(gè)氨基酸殘基中的N-H氫形成，方向與螺旋軸大致平行，由于每個(gè)肽鍵中的C=O和N-H都參與形成鏈內(nèi)氫鍵、故保持了α-螺旋的最大穩(wěn)定性。67α-螺旋的四種表示方法68β-折疊結(jié)構(gòu)β-折疊一般有兩條以上的肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的若干肽段共同參與形成，它們平行排列，并在兩條肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的兩個(gè)肽段之間以氫鍵維系而成。69TertiaryStructure纖維狀蛋白質(zhì)一般只有一類(lèi)二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象單元，而球狀蛋白質(zhì)可能在同一分子內(nèi)有幾類(lèi)二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象單元。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)（主要指球狀蛋白）分子在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上依靠非共價(jià)鍵力進(jìn)一步卷曲、折疊而構(gòu)成的一種不規(guī)則的、特定的、更復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。β-轉(zhuǎn)角β-折迭α-螺旋無(wú)規(guī)卷曲70抹香鯨肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)存在于哺乳動(dòng)物（鯨、海狗和海豚）肌肉中的肌紅蛋白是一種較小的球狀蛋白，它是由一條含153個(gè)氨基酸殘基組成的多肽鏈。主鏈中75％繞曲成8段比較直的α-螺旋。

71豬胰島素空間結(jié)構(gòu)示意圖1971年我國(guó)科學(xué)工作者全部完成了0.25nm分辨率的豬胰島素晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定工作。1974年又完成了分辨率為0.18nm的胰島素晶體結(jié)構(gòu)的分析工作。我國(guó)測(cè)定繪制的豬胰島素空間結(jié)構(gòu)示意圖72quaternarystructure蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈稱(chēng)為亞基（或亞單位）。一般亞基多為偶數(shù)，較小的蛋白質(zhì)亞基數(shù)一般為2～10個(gè)，多的可達(dá)上千個(gè)。血紅蛋白有兩條α-鏈、兩條β-鏈，α-鏈含141個(gè)氨基酸殘基，β-鏈含146個(gè)氨基酸殘基（共4個(gè)亞基、近于一個(gè)直徑為5.5nm的球體）。很多蛋白質(zhì)是以三級(jí)結(jié)構(gòu)的球狀蛋白質(zhì)的聚集體形式存在的。這種由球狀蛋白質(zhì)通過(guò)非共價(jià)鍵彼此結(jié)合在一起的聚集體稱(chēng)為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。溶菌酶、肌紅蛋白等無(wú)四級(jí)結(jié)構(gòu)。73血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)74TheFormationofProtienStructure75NUCLEICACIDSDNAandRNABuildingBlocks核酸嘌呤堿嘧啶堿脫氧核糖核糖有機(jī)堿戊糖核苷酸水解核苷磷酸水解76含氮有機(jī)堿

核酸組成酸H3PO4H3PO4

嘌呤堿

嘧啶堿

D-2-脫氧核糖D-核糖腺嘌呤(A)鳥(niǎo)嘌呤(G)

胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)腺嘌呤(A)鳥(niǎo)嘌呤(G)DNARNA戊醛糖DNA和RNA的組成單元77核苷酸的結(jié)構(gòu)核苷酸是核苷中戊糖的3＇位或5＇位羥基與磷酸脫水而形成的核苷磷酸酯，它是核酸的基本組成單位。

5’-腺苷酸3’-脫氧胞苷酸

5′–AMP

3′–dCMP

78DNAstructureNitrogenousbases:

purines:adenine,guaninepyrimidines:

thymine,cytosine,uracil79DNAstructureNucleosidesare

nitrogenousbase

+asugar

(deoxyriboseorribose)OH12345OHOHbase80Examples:

adenosine&deoxyadenosine,

guanosine,thymidine,cytidine81DNAstructureNucleotides

arenucleosidesesterifiedtooneormorephosphates(e.g.adenosinetriphosphate-ATPordeoxyadenosine

triphosphate-dATP)82DNAstructureDNAisapolymerizedchainofnucleotidesPyrophosphate(PPi)+83DNAstructureStrands

havea5’end(phosphate)anda3’end(sugar)5’end(5-prime)3’end(3-prime)84與蛋白質(zhì)一樣，核酸也有一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)。核酸的結(jié)構(gòu)1.核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指單核苷酸按一定的種類(lèi)、數(shù)量和排列順序連接而成的長(zhǎng)鏈。核酸片段結(jié)構(gòu)

不論是RNA分子還是DNA分子，單核苷酸都是通過(guò)3’，5’磷酸二酯鍵互相連接的，即由核糖或脫氧核糖C-5’上的磷酸基以酯鍵與另一個(gè)核糖或脫氧核糖C-3’相連，如此依次相連形成一條多核苷酸鏈。85DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)是Watson和Crick等三人于1953年首先提出來(lái)的，它為從分子水平揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)及分子遺傳學(xué)奠定了基礎(chǔ)，被譽(yù)為20世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)之一。為此，Watson和Crick等三人榮獲了1962年的諾貝爾獎(jiǎng)。DNA分子是由二條方向相反的平行核苷酸鏈組成（一條鏈