第二章生物大分子及其相互作用詳解演示文稿

第二章生物大分子及其相互作用詳解演示文稿本文檔共147頁；當前第1頁；編輯于星期三\11點45分優(yōu)選第二章生物大分子及其相互作用本文檔共147頁；當前第2頁；編輯于星期三\11點45分生物類群之間的本質(zhì)差異？生物學還原成簡單的化學！本文檔共147頁；當前第3頁；編輯于星期三\11點45分前言一、在我們居住的地球，有大約1000萬種生物。從高山到平原，從沙膜到極地，從空中到海洋，幾乎到處都有生命的蹤跡。有天上飛的，地下爬的，水中游的。有的生物只是一個單細胞，如大腸桿菌和酵母菌；有的則有復雜的組織和器官，象人體就有1014體細胞。二、如果就生物大分子而言，人體大約有50000種以上的蛋白質(zhì)，同時含有數(shù)以萬計的核酸及其它大分子種類。地球上的全部生物，估計包括1011種蛋白和差不多相同數(shù)量的核酸。

即使極為簡單的大腸桿菌（其體積約為2×10-12cm3)，也含有3000多種蛋白質(zhì)，1000多種核酸，還有1000多種其他生物大分子和低分子的有機化合物。本文檔共147頁；當前第4頁；編輯于星期三\11點45分三、在這樣種類復雜，形態(tài)萬千的生物體系中，人們

必須尋求生命狀態(tài)的基本邏輯原理，這就是：（一）生物大分子雖然具有復雜的結(jié)構(gòu)，但在組成方面卻存在一種基本的簡單性，例如：1.DNA由4種脫氧核糖核苷酸（4dNTP)聚合而成；2.RNA由4種核糖核苷酸（4NTP)聚合而成；3.蛋白質(zhì)由20余種氨基酸聚合而成；4.多糖由少數(shù)幾種單糖聚合而成。（二）所有的生物都使用相同種類的的構(gòu)件分子，似乎它們是從一個共同的祖先進化而來。（三）每種生物的特性是通過它具有的一套與眾不同的核酸和蛋白質(zhì)而保持的。（四）每種生物大分子在細胞中有特定的功能。

以上這些正是生物化學、分子生物學、分子遺傳學所要研究的基本問題所遵循的邏輯。本文檔共147頁；當前第5頁；編輯于星期三\11點45分四、生物大分子（biopolymer、biomacromolecule)是指生物體內(nèi)由分子量較低的基本結(jié)構(gòu)單位首尾相連形成的多聚化合物。包括核酸、蛋白質(zhì)和多糖?；窘Y(jié)構(gòu)單位的排列順序構(gòu)成生物大分子的一級結(jié)構(gòu)，生物大分子在其一級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成復雜的空間結(jié)構(gòu)。自然界典型的生物大分子的分子量在10～103ＫＤ之間。本文檔共147頁；當前第6頁；編輯于星期三\11點45分五、基因組研究、基因表達調(diào)控研究、結(jié)構(gòu)分子生物學研究和信號傳導研究是當今分子生物學研究的4大前沿領(lǐng)域。

生物功能由結(jié)構(gòu)所決定。生物大分子在表現(xiàn)其生理功能過程中，必須具備特定的空間立體結(jié)構(gòu)（即三維結(jié)構(gòu)）?，F(xiàn)已知道，在DNA、基因或RNA水平，存在各種體現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)域，結(jié)構(gòu)域本身特點和形態(tài)及它們所處的空間大分子的空間結(jié)構(gòu)形態(tài)都直接影響DNA，基因或RNA的功能發(fā)揮。

在蛋白質(zhì)水平由于它們是直接體現(xiàn)生物理功能的物質(zhì)，其空間結(jié)構(gòu)對其功能影響更為直接。因此，蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系研究是結(jié)構(gòu)分子生物學研究的主體。本文檔共147頁；當前第7頁；編輯于星期三\11點45分六、研究生物大分子結(jié)構(gòu)的新技術(shù)、新方法和新儀器不斷改進和涌現(xiàn)，如：DNA重組技術(shù)酶逐步降解技術(shù)基因自動合成和測序技術(shù)X線晶體學分析技術(shù)計算機技術(shù)以及不同技術(shù)組合，使獲得清晰度的結(jié)構(gòu)圖象，了解生物過程中蛋白質(zhì)構(gòu)象的動態(tài)變化，以及對生物大分子結(jié)構(gòu)進行貯存，比較和結(jié)構(gòu)——功能預測成為可能。本文檔共147頁；當前第8頁；編輯于星期三\11點45分生物大分子關(guān)于生命有機體的化學組成、生物分子，特別是生物大分子（biologicalmacromolecule）的結(jié)構(gòu)、相互關(guān)系及其功能。

生物大分子是由小分子單體聚合而成的多聚體。如氨基酸—蛋白質(zhì)、核苷酸—核酸、葡萄糖—淀粉等。生物大分子執(zhí)行著各種各樣的生物學功能，如生物催化、物質(zhì)運輸、代謝調(diào)節(jié)、貯存、傳遞與表達遺傳信息等。

它們復雜的空間結(jié)構(gòu)是其功能的化學基礎(chǔ)。本文檔共147頁；當前第9頁；編輯于星期三\11點45分N2CO2H2O單體生物大分子細胞器細胞細胞本文檔共147頁；當前第10頁；編輯于星期三\11點45分細胞中的物質(zhì)代謝與能量代謝合成代謝（anabolism）：將小分子的前體（precursor）經(jīng)過特定的代謝途徑構(gòu)建成較大的分子，并且消耗能量。分解代謝（catabolism）：將較大的分子經(jīng)過特定的代謝途徑，分解成小的分子并且釋放出能量。物質(zhì)代謝與能量代謝相伴隨。在這個過程中，ATP（三磷酸腺苷）是能量轉(zhuǎn)換和傳遞的中間體。

本文檔共147頁；當前第11頁；編輯于星期三\11點45分

1953年Watson和Crick描繪出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，這在生命科學發(fā)展歷史上是一個具有里程碑意義的重大事件。

生命科學從此進入了分子生物學新時代。悼念克里克本文檔共147頁；當前第12頁；編輯于星期三\11點45分本文檔共147頁；當前第13頁；編輯于星期三\11點45分第一節(jié)生物活性物質(zhì)的本質(zhì)三、生物大分子的高聚物性質(zhì)二、生物活性分子的化學本質(zhì)一、生物活性物質(zhì)的屬性本文檔共147頁；當前第14頁；編輯于星期三\11點45分生命體由有機化合物構(gòu)成的生物分子組成生命體與環(huán)境持續(xù)進行物質(zhì)和能量交換細胞內(nèi)生物大分子相互處于擁擠環(huán)境生命體能夠進行自我更新一、生命是結(jié)構(gòu)和功能高度協(xié)調(diào)的系統(tǒng)本文檔共147頁；當前第15頁；編輯于星期三\11點45分（1）生物體是由生物大分子(biomolecule)等有機物構(gòu)成的細胞

超分子復合物

染色體,核糖體,膜,微管等

生物大分子

DNA,RNA,蛋白質(zhì),多糖，脂等

單體

核苷酸,氨基酸,單糖,脂肪酸本文檔共147頁；當前第16頁；編輯于星期三\11點45分(2)生物體能與環(huán)境不斷地交換物質(zhì)與能量活機體中存在著一個具一定順序、相互協(xié)調(diào)、可自我調(diào)節(jié)的代謝網(wǎng)絡(luò),其中各個代謝反應(yīng)都有相應(yīng)的酶催化。細胞和機體與環(huán)境保持在一個遠離平衡態(tài)的穩(wěn)態(tài)(steadystate)中。與此相反,無生命物質(zhì)總是趨向于與環(huán)境達成平衡。

本文檔共147頁；當前第17頁；編輯于星期三\11點45分(3)所有生物大分子共同存在于細胞環(huán)境中細胞是生命的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，是生物體結(jié)構(gòu)功能的基本單位。(4)生物體能進行自我更新生物體能精確的自我復制、生長、繁殖，而且在一定的條件下產(chǎn)生變異，產(chǎn)生新的生命類型，從而對新環(huán)境表現(xiàn)出適應(yīng)性。本文檔共147頁；當前第18頁；編輯于星期三\11點45分二、生物活性分子的化學本質(zhì)盡管活細胞或生命物體是由許多無生命的有機化合物組成，但細胞不是包容所有相遇的物質(zhì)和無選擇地攝取。在生命的進化過程中，只是特定生物分子的聚集才能使生命出現(xiàn)。本文檔共147頁；當前第19頁；編輯于星期三\11點45分（一）生物分子在化學組成上的統(tǒng)一性與多樣性

對于生命個體來說，無論是原核生物還是真核生物，其化學組成都是蛋白質(zhì)、核酸、脂類等生物大分子和一些小分子化合物及無機鹽組成。本文檔共147頁；當前第20頁；編輯于星期三\11點45分（二）生物大分子中構(gòu)件在代謝中的重要性生物大分子中的單體不僅作為結(jié)構(gòu)單位,同時還是合成機體時許多重要組分的前體。尤其是單糖，脂肪酸及氨基酸也是機體中間代謝的重要樞紐。本文檔共147頁；當前第21頁；編輯于星期三\11點45分三大物質(zhì)代謝途徑之間的聯(lián)系本文檔共147頁；當前第22頁；編輯于星期三\11點45分三、生物大分子的高聚物特性

核酸（DNA和RNA）蛋白質(zhì)多糖脂質(zhì)本文檔共147頁；當前第23頁；編輯于星期三\11點45分核酸（NucleicAcid）核酸（DNA和RNA）核酸分子的骨架是由核苷酸以[3’，5’]-磷酸二酯鍵連接成的多核苷酸鏈。DNA和RNA的區(qū)別在于前者是4種脫氧核糖核苷酸，后者為4種核糖核苷酸，不同的脫氧核苷酸或核苷酸的區(qū)別在于其堿基的不同。本文檔共147頁；當前第24頁；編輯于星期三\11點45分核酸的類別與分布核酸分為兩大類：脫氧核糖核酸(DeoxyribonucleicAcid，DNA)核糖核酸(RibonucleicAcid,RNA)RNA根據(jù)它的功能,可以分為信使RNA(messengerRNA，mRNA)轉(zhuǎn)運RNA(transferRNA,tRNA)核糖體RNA(ribosomeRNA，rRNA)本文檔共147頁；當前第25頁；編輯于星期三\11點45分蛋白質(zhì)的組成單位——基本氨基酸

1.化學結(jié)構(gòu)R-CH(NH2)-COOH含有氨基的羧酸R代表氨基酸之間相異的部分，叫R基，又稱為側(cè)鏈。酪氨酸分子

本文檔共147頁；當前第26頁；編輯于星期三\11點45分

除脯氨酸外，其他均具有如上結(jié)構(gòu)通式。不變部分可變部分2.結(jié)構(gòu)通式本文檔共147頁；當前第27頁；編輯于星期三\11點45分組成蛋白質(zhì)的基本氨基酸有20種，除脯氨酸為α-亞氨基酸外，均為α-氨基酸除甘氨酸外，都具有旋光性（+、-）和光學異構(gòu)體（D或L型）除了甘氨酸外，蛋白質(zhì)水解后的所有α-氨基酸都是L－型蛋白質(zhì)分子的骨架由氨基酸通過肽鍵連接成的多肽鏈。本文檔共147頁；當前第28頁；編輯于星期三\11點45分糖與多糖糖類物質(zhì)是一類多羥基醛或多羥基酮類化合物或聚合物；糖類物質(zhì)可以根據(jù)其水解情況分為：單糖、寡糖和多糖；在生物體內(nèi)，糖類物質(zhì)主要以均一多糖、雜多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。本文檔共147頁；當前第29頁；編輯于星期三\11點45分重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。1.單糖的結(jié)構(gòu)本文檔共147頁；當前第30頁；編輯于星期三\11點45分(1).淀粉（分為直鏈淀粉和支鏈淀粉）直鏈淀粉分子量約1萬-200萬，250-260個葡萄糖分子，以（14）糖苷鍵聚合而成。呈螺旋結(jié)構(gòu)，遇碘顯紫藍色。支鏈淀粉中除了（14）糖苷鍵構(gòu)成糖鏈以外，在支點處存在（16）糖苷鍵，分子量較高。遇碘顯紫紅色。2.多糖本文檔共147頁；當前第31頁；編輯于星期三\11點45分(2).纖維素由葡萄糖以（14）糖苷鍵連接而成的直鏈，不溶于水。(3).幾丁質(zhì)（殼多糖）N-乙酰-D-葡萄糖胺，以（14）糖苷鍵縮合而成的線性均一多糖。(4).雜多糖糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等）透明質(zhì)酸硫酸軟骨素硫酸皮膚素硫酸角質(zhì)素肝素本文檔共147頁；當前第32頁；編輯于星期三\11點45分本文檔共147頁；當前第33頁；編輯于星期三\11點45分本文檔共147頁；當前第34頁；編輯于星期三\11點45分脂質(zhì)是一類包括許多化學上不同的物質(zhì)，如磷脂、類固醇、胡蘿卜素及脂溶性維生素等。其共同特點在于難溶于水，從結(jié)構(gòu)上說不屬于高聚合物?；瘜W本質(zhì)是脂肪酸和醇所形成的酯類及其衍生物，脂質(zhì)的元素主要是碳、氫、氧，及氮、硫、磷。脂類（lipides）本文檔共147頁；當前第35頁；編輯于星期三\11點45分名稱代號丁酸(butyricacid)己酸(caproicacid)辛酸(caprylicacid)癸酸(capricacid)月桂酸(1auricacid)肉豆蔻酸(myristicacid)棕櫚酸(palmiticacid)棕櫚油酸(palmitoleicacid)硬脂酸(stearicacid)油酸(oleicacid)反油酸(elaidicacid)亞油酸(1inoleicacid)α-亞麻酸(α-1inolenicacid)γ-亞麻酸(γ-1inolenicacid)花生酸(arachidicacid)花生四烯酸(arachidonicacid)二十碳五烯酸(timnodonicacid，EPA)芥子酸(erucicacid)二十二碳五烯酸(鰶魚酸)(clupanodonicacid)二十二碳六烯酸(docosahexenoicacid，DHA)二十四碳單烯酸(神經(jīng)酸)(nervonicacid)C4：0C6：0C8：0C10：0C12：0C14：0C16：0C16：1，n-7cisC18：0C18：1，n-9cisC18：1，n-9transC18：2，n-6,9,allcisC18：3，n-3，6，9，allcisC18：3，n-6，9，12allcisC20：0C20：4，n-6,9,12,15allcisC20：5，n-3，6，9,12，15allcisC22：1，n-9cisC22：5，n-3，6，9，12，15allcisC22：6，n-3，6，9，12，15，18allcisC24：1，n-9cis常見的脂肪酸本文檔共147頁；當前第36頁；編輯于星期三\11點45分脂肪（甘油三酯）磷脂：含磷酸及有機堿的脂類糖脂：含糖及有機堿的脂類類脂膽固醇及其酯類固醇膽汁酸類固醇激素

脂類分類：根據(jù)生理功能不同分：根據(jù)化學結(jié)構(gòu)分：甘油酯類神經(jīng)鞘脂類類固醇本文檔共147頁；當前第37頁；編輯于星期三\11點45分脂肪的生理功能：1)氧化供能2)儲存能量3)提供必需脂肪酸類脂的生理功能：1)是生物膜的組成成分；2)協(xié)助脂類和脂溶性維生素的吸收；3）膽固醇是機體合成維生素D3、膽汁酸及各種類固醇激素的重要原料。本文檔共147頁；當前第38頁；編輯于星期三\11點45分脂類的功能一、構(gòu)成體質(zhì)二、功能與保護機體三、提供必需脂肪酸與促進脂溶性維生素的吸收四、增加飽腹感和改善食品感官性狀本文檔共147頁；當前第39頁；編輯于星期三\11點45分第二節(jié)生物分子內(nèi)相互作用的化學力本文檔共147頁；當前第40頁；編輯于星期三\11點45分一、生物分子相互作用的化學力

（一）擴散作用分子隨熱運動而移動稱為擴散（diffusion）。（二）專一性相互作用（三）平衡常數(shù)

當熱運動時各種分子被帶到一起，那些表面形態(tài)相匹配的分子正確地靠攏。促使大分子發(fā)生特異相互反應(yīng)的一些非共價鍵包括離子鍵、氫鍵和范德華力。

本文檔共147頁；當前第41頁；編輯于星期三\11點45分二、生物分子內(nèi)部的共價鍵

表2-1生物大分子中常見共價鍵的強度本文檔共147頁；當前第42頁；編輯于星期三\11點45分氫原子與一個電負性較大而半徑較小的原子如N、O、F形成共價鍵時，氫原子帶有正電性，可以被另一個電負性強的原子共享的作用力稱氫鍵。氫鍵發(fā)生在已經(jīng)以共價鍵與其它原子鍵合的氫原子與另一個原子之間（X-H…Y），通常發(fā)生氫鍵作用的氫原子兩邊的原子（X、Y）都是電負性較強的原子。氫鍵既可以是分子間氫鍵，也可以是分子內(nèi)的。其鍵能一般為5-30kJ/mol，比一般的共價鍵、離子鍵和金屬鍵鍵能要小。三、氫鍵本文檔共147頁；當前第43頁；編輯于星期三\11點45分氫鍵的存在(1)分子間氫鍵：(2)分子內(nèi)氫鍵：一個分子的X—H鍵中的H與另一個分子的Y原子相結(jié)合而成的氫鍵稱為分子間氫鍵，有同種分子間與不同分子間。一個分子的X—H鍵中的H與其分子內(nèi)部的Y原子相結(jié)合而成的氫鍵稱為分子內(nèi)氫鍵。如：鄰羥基苯甲酸。分子間氫鍵會增強分子間作用力分子內(nèi)氫鍵則削弱分子間作用力OOHCOH本文檔共147頁；當前第44頁；編輯于星期三\11點45分氫原子與一個電負性較大而半徑較小的原子如N、O、F靠近時就有可能共享一個質(zhì)子而形成氫鍵。氫鍵具有飽和性和方向性。氫鍵對生物體系有重大意義，特別是在穩(wěn)定生物大分子的二級結(jié)構(gòu)中起主導作用。氫鍵使水具有強內(nèi)聚力、高汽化熱和溶化熱，從而為細胞提供了一個穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。除共價鍵之外的最強的穩(wěn)定因素本文檔共147頁；當前第45頁；編輯于星期三\11點45分本文檔共147頁；當前第46頁；編輯于星期三\11點45分蛋白質(zhì)分子中氫鍵的形成氫鍵在維系蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定上起著重要的作用。氫鍵的鍵能較低(12kJ/mol)，因而易被破壞。本文檔共147頁；當前第47頁；編輯于星期三\11點45分離子鍵又稱靜電作用力，代表著正負離子間的引力。由帶相反電荷的兩個基團間的靜電吸引而形成的。四、離子鍵（鹽鍵）正離子和負離子之間由于靜電引力所形成的化學鍵。離子既可以是單離子，如Na+、Cl-；也可以由原子團形成；如SO42-，NO3-等。力的大小與荷電量成正比，與荷電基團間的距離平方成反比，還與介質(zhì)的極性有關(guān)。

離子鍵的作用力強，無飽和性，無方向性。本文檔共147頁；當前第48頁；編輯于星期三\11點45分

離子鍵(saltbond)是由帶正電荷基團與帶負電荷基團之間相互吸引而形成的化學鍵。在近中性環(huán)境中，蛋白質(zhì)分子中的酸性氨基酸殘基側(cè)鏈電離后帶負電荷，而堿性氨基酸殘基側(cè)鏈電離后帶正電荷，二者之間可形成離子鍵。本文檔共147頁；當前第49頁；編輯于星期三\11點45分蛋白質(zhì)分子中離子鍵的形成本文檔共147頁；當前第50頁；編輯于星期三\11點45分五、二硫鍵肽鍵適當位置的兩個半胱氨酸之間可通過氧化脫氫而形成二硫鍵，該化學鍵對穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象具有重要意義。Cys-SH+HS-Cys→Cys-S-S-Cys本文檔共147頁；當前第51頁；編輯于星期三\11點45分二硫鍵（disulfidebond）又稱S－S鍵。是2個SH基被氧化而形成的—S—S—形式的硫原子間的鍵。二硫鍵在蛋白質(zhì)分子的立體結(jié)構(gòu)形成上起著十分重要的作用。人胰島素的一級結(jié)構(gòu)本文檔共147頁；當前第52頁；編輯于星期三\11點45分六、短程力（范德華力）短程力（short-rangeforce）是原子或基團接近到很短距離時明顯出現(xiàn)的作用力。1、當離子與分子接近時，相互間即逐漸產(chǎn)生靜電作用。2、分子和分子間也可發(fā)生相互作用。這種相互作用可以發(fā)生在偶極與偶極之間，偶極和誘導偶極之間及誘導偶極之間，這些作用力統(tǒng)稱為范德華力。

本文檔共147頁；當前第53頁；編輯于星期三\11點45分本文檔共147頁；當前第54頁；編輯于星期三\11點45分兩個微溶于水的分子或基團之間的相互作用

概念：兩個疏水基團在水溶液中相互接觸時，由于對水分子排斥而趨向聚集的力?？乖瓫Q定簇與抗體上的結(jié)合點靠近，互相間正、負極性消失，親水層立即失去。此力在抗原抗體反應(yīng)中的結(jié)合是很重要的。

提供的作用力最大，約占總結(jié)合力的50％。七、疏水作用力（疏水鍵）本文檔共147頁；當前第55頁；編輯于星期三\11點45分非極性物質(zhì)在含水的極性環(huán)境中存在時，會產(chǎn)生一種相互聚集的力，這種力稱為疏水鍵或疏水作用力。蛋白質(zhì)分子中的許多氨基酸殘基側(cè)鏈也是非極性的，這些非極性的基團在水中也可相互聚集，形成疏水鍵，如Leu，Ile，Val，Phe，Ala等的側(cè)鏈基團。本文檔共147頁；當前第56頁；編輯于星期三\11點45分配位鍵是特殊的共價鍵，它的共用電子對是由一個原子提供的。例如氨和三氟化硼可以形成配位化合物：圖片中→表示配位鍵。在N和B之間的一對電子來自N原子上的孤對電子。

在生物體系中，配位鍵對穩(wěn)定生物大分子的構(gòu)象，形成特定的生物分子復合物具有重要意義。八、配位鍵（coordinationbond）本文檔共147頁；當前第57頁；編輯于星期三\11點45分一些金屬離子能與含氮、氧的基團間形成一種特殊類型的共價結(jié)合。這種結(jié)合力稱配位鍵。配位鍵的本質(zhì)與一般共價鍵不同，在于共享電子對全由鍵合原子的一方提供。本文檔共147頁；當前第58頁；編輯于星期三\11點45分共價鍵次級鍵化學鍵肽鍵一級結(jié)構(gòu)氫鍵二硫鍵二、三、四級結(jié)構(gòu)疏水鍵鹽鍵三、四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中的共價鍵與次級鍵范德華力本文檔共147頁；當前第59頁；編輯于星期三\11點45分維持三維結(jié)構(gòu)的作用力本文檔共147頁；當前第60頁；編輯于星期三\11點45分第三節(jié)生物分子的自我組裝本文檔共147頁；當前第61頁；編輯于星期三\11點45分核酸鏈中的磷酸二酯鍵蛋白質(zhì)內(nèi)多肽鏈中的肽鍵寡糖鏈間α-1，6糖苷鍵或β-1，4糖苷鍵OIII—C—N——P—O—2.3.1生物大分子的共價結(jié)構(gòu)macromolecularcovalentstructure本文檔共147頁；當前第62頁；編輯于星期三\11點45分核酸鏈中的磷酸二酯鍵（0.159～0.162nm）比P=O雙鍵的鍵長（0.146nm)長,但遠比P—O單鍵的鍵長（0.172nm)短。5′3′結(jié)構(gòu)式OHOHOH5′3′本文檔共147頁；當前第63頁；編輯于星期三\11點45分肽與肽鍵多肽鏈中的肽鍵（0.132nm)比C=N鍵（0.125nm)長，而又比正常的C—N鍵（0.144nm)短。本文檔共147頁；當前第64頁；編輯于星期三\11點45分

寡糖鏈間的α-1，6糖苷鍵或β-1，4糖苷鍵也類似于共價鍵性質(zhì)。本文檔共147頁；當前第65頁；編輯于星期三\11點45分自組裝即組成分子的單體或亞基自發(fā)地形成超分子結(jié)構(gòu)(如核糖核蛋白體、病毒、膜或多酶系統(tǒng))。1.類似功能分子組裝2.同類生物分子組裝3.異類生物分子組裝2.3.2生物大分子的自我組裝

LargemacromolecularAssemblies

本文檔共147頁；當前第66頁；編輯于星期三\11點45分

自組裝包含兩個問題：①形成復合物的生物分子具有相應(yīng)的專一性表面結(jié)構(gòu)；②ΔG有利于復合物的形成。

有關(guān)定律：

熱力學第一定律：能量守恒定律

熱力學第二定律(熵定律)：ΔG=ΔH—TΔS，ΔG<0為自發(fā)。ΔG（自由能）:生物化學反應(yīng)釋放出的自由能是生物體能用來做功的能?；瘜W反應(yīng)中自由能的變化及其意義:ΔG=0該過程（反應(yīng)）為可逆的。ΔG>0該過程（反應(yīng)）不能自發(fā)進行，需提供能量才能進行。ΔG<0該過程（反應(yīng)）釋放自由能，反應(yīng)能自發(fā)進行。本文檔共147頁；當前第67頁；編輯于星期三\11點45分例如,煙草花葉病毒(tobaccomosaicvirus,TMV)組裝過程的△H為120KJ/mol,△S為415J/mol,由于△G=△H-T△S,故TMV的組裝過程顯著受溫度的影響。低于10℃,△G為正,病毒粒子解體；約16℃,△G=0,兩者建立平衡;37℃時,△G為負,過程明顯趨向自組裝。這是由于溫度不同,過程的熵變和熵變在△G中所占的比重發(fā)生變化結(jié)果。本文檔共147頁；當前第68頁；編輯于星期三\11點45分線性結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上通過分子間力學的相互作用（次級鍵的作用）自我折疊形成二級結(jié)構(gòu)或高級結(jié)構(gòu)，具有特定的生物學活性。組裝：一級結(jié)構(gòu)的組裝是模板指導組裝，高級結(jié)構(gòu)的組裝是自我組裝（部分靠蛋白分子的幫助）蛋白質(zhì)核糖體核酸DNA聚合酶或RNA聚合酶多糖的合成在特異酶的作用下合成本文檔共147頁；當前第69頁；編輯于星期三\11點45分從分子水平看，一般認為在生物大分子組裝成超分子結(jié)構(gòu)的過程中，蛋白質(zhì)在此過程中起著重要的作用。本文檔共147頁；當前第70頁；編輯于星期三\11點45分NulceoproteinassociationsofnucleicacidsandproteinRibosome:ribosomalproteins＋rRNAs本文檔共147頁；當前第71頁；編輯于星期三\11點45分Chromatin：Viruses:Telomerase：deoxyribonucleoproteinconsistingofDNA&histonestoformarepeatingunitcallednucleosomeproteincapsid+RNAorDNAreplicatingtheendsofeukaryoticchromosomes.RNAactsasthereplicationtemplate,andproteincatalyzesthereactionNulceoprotein本文檔共147頁；當前第72頁；編輯于星期三\11點45分蛋白質(zhì)通常由亞基通過非共價鍵聯(lián)合組成，如血紅蛋白有4條多肽鏈亞基。許多超分子結(jié)構(gòu)亞基可以自我組裝，無需外界指導，其組裝的信息主要存在于蛋白質(zhì)自身結(jié)構(gòu)中。血紅蛋白有α、β兩種亞基，在生理環(huán)境中，始終是組裝成α2β2血紅蛋白形式，而不會組裝成其它形式，即使溶液中含有其它不同種蛋白質(zhì)亞基或不同物種血紅蛋白亞基，它們也不會交換成雜種，說明了α、β亞基具有十分專一的結(jié)構(gòu)信息。形狀和空間結(jié)構(gòu)精確的互補性，保證了專一的組裝。

本文檔共147頁；當前第73頁；編輯于星期三\11點45分Manyproteinsarecomposedoftwoormorepolypeptidechains(subunits).Thesesubunitsmaybeidenticalordifferent.Thesameforceswhichstabilizetertiarystructureholdthesesubunitstogether.Thisleveloforganizationcalledquaternarystructure.Thequaternarystructureofhemoglobin：a1-yellow;

b1-lightblue;a2-green;b2-darkblue;heme-redProteinstructure－Quaternary本文檔共147頁；當前第74頁；編輯于星期三\11點45分1.類似功能分子組裝1功能類似的分子的組裝結(jié)構(gòu)生物學研究表明，結(jié)構(gòu)域的組合是許多蛋白質(zhì)在功能上存在差異的物質(zhì)基礎(chǔ)。本文檔共147頁；當前第75頁；編輯于星期三\11點45分2.同類生物分子組裝2同類分子的組裝超分子復合物-通過蛋白質(zhì)自身及蛋白和其它生物大分子自發(fā)聚集形成。本文檔共147頁；當前第76頁；編輯于星期三\11點45分3.異類生物分子組裝3異類生物分子的組裝蛋白質(zhì)與核酸形成的復合物稱為核蛋白體。核內(nèi)小核糖核蛋白體（snRNP),信號識別顆粒（SRP）,轉(zhuǎn)錄因子等。本文檔共147頁；當前第77頁；編輯于星期三\11點45分本文檔共147頁；當前第78頁；編輯于星期三\11點45分三、生物分子的構(gòu)型與構(gòu)象（一）構(gòu)型（二）構(gòu)象一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)（三）生物分子的螺旋結(jié)構(gòu)本文檔共147頁；當前第79頁；編輯于星期三\11點45分2.3.3.1生物大分子的結(jié)構(gòu)層次

macromolecularlevels

生物學功能的表現(xiàn)與生物分子在特定環(huán)境下的構(gòu)型和構(gòu)象有關(guān)。

構(gòu)型(configuration):分子中各原子都具有的各自固定的空間排列使分子能以立體化學的形式區(qū)分開。

構(gòu)象(conformation):分子的共價鍵結(jié)構(gòu)不變，在單鍵時周圍原子旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的原子空間排列。本文檔共147頁；當前第80頁；編輯于星期三\11點45分核酸－核苷酸，核苷酸的序列決定了蛋白質(zhì)中相應(yīng)氨基酸的序列。氨基酸的序列決定了蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)、一級結(jié)構(gòu)決定二級結(jié)構(gòu)或更高級的結(jié)構(gòu)。分子構(gòu)象是空間結(jié)構(gòu)，高級結(jié)構(gòu)，立體結(jié)構(gòu)、三位構(gòu)象的總稱。如：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)包含了一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)。本文檔共147頁；當前第81頁；編輯于星期三\11點45分一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)α－螺旋β－折疊本文檔共147頁；當前第82頁；編輯于星期三\11點45分血紅蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)本文檔共147頁；當前第83頁；編輯于星期三\11點45分Manyproteinsarecomposedoftwoormorepolypeptidechains(subunits).Thesesubunitsmaybeidenticalordifferent.Thesameforceswhichstabilizetertiarystructureholdthesesubunitstogether.Thisleveloforganizationcalledquaternarystructure.Thequaternarystructureofhemoglobin：a1-yellow;

b1-lightblue;a2-green;b2-darkblue;heme-redProteinstructure－Quaternary本文檔共147頁；當前第84頁；編輯于星期三\11點45分2.3.3.2生物分子的螺旋結(jié)構(gòu)

macromolecularhelixstructure生物分子中二級結(jié)構(gòu)多以螺旋結(jié)構(gòu)普遍存在。有些螺旋分子會出現(xiàn)在更高的層次。如蛋白質(zhì)、核酸、染色質(zhì)、微管等。本文檔共147頁；當前第85頁；編輯于星期三\11點45分轉(zhuǎn)錄因子與DNA分子的作用鞭毛的結(jié)構(gòu)與運動酶蛋白的催化功能膜蛋白的螺旋結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)：生物分子的螺旋結(jié)構(gòu)

macromolecularhelixstructure本文檔共147頁；當前第86頁；編輯于星期三\11點45分2.3.4生物膜的組裝

biomembraneassemblies生物膜是由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成的裝配體。脂雙層分子構(gòu)成細胞膜，膜中的蛋白質(zhì)與脂質(zhì)通過疏水作用相互結(jié)合。膜蛋白結(jié)構(gòu)的主要特征是α螺旋的球狀結(jié)構(gòu)。本文檔共147頁；當前第87頁；編輯于星期三\11點45分膜流動性的生理意義:

質(zhì)膜的流動性是保證其正常功能的必要條件。例如跨膜物質(zhì)運輸、細胞信息傳遞、細胞識別、細胞免疫、細胞分化以及激素的作用等都與膜的流動性密切相關(guān)。

膜的流動性本文檔共147頁；當前第88頁；編輯于星期三\11點45分細胞膜由流動的脂雙層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成。磷脂分子以疏水性尾部相對，極性頭部朝向水相組成膜骨架蛋白質(zhì)或嵌在脂雙層表面，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨整個脂雙層流動鑲嵌模型本文檔共147頁；當前第89頁；編輯于星期三\11點45分本文檔共147頁；當前第90頁；編輯于星期三\11點45分現(xiàn)代分子生物學發(fā)展中具有重要意義的成就之一就是認識到生物大分子是生物一切生命活動的分子基礎(chǔ)。生物的生長、發(fā)育和繁殖從根本上來說也就是各種生物大分子的依次合成、組裝和擴增過程。遺傳物質(zhì)（核酸）能夠自我復制并控制蛋白質(zhì)的合成，由蛋白質(zhì)再合成其他生物分子。生物大分子自我組裝成生物不同層次的結(jié)構(gòu)和組織。遺傳信息的表達可在不同水平上進行自我調(diào)節(jié)。由此呈現(xiàn)出生物的各種不同功能。五、復雜聚集物的自我裝配本文檔共147頁；當前第91頁；編輯于星期三\11點45分一種多蛋白裝配體——膠原蛋白

原膠原細絲(procollagenfilaments)(0~4nm)↓原小纖維(protofibrils)(11~15nm)↓微小纖維(microfibrils)(30~200nm)↓膠原蛋白小纖維(collagenfibrils)(0.2~0.4μm)↓纖維(fibers)(1~10μm)↓腱、骨胳、軟骨等(肉眼可見)本文檔共147頁；當前第92頁；編輯于星期三\11點45分本文檔共147頁；當前第93頁；編輯于星期三\11點45分膠原纖維中原膠原蛋白分子的排列

本文檔共147頁；當前第94頁；編輯于星期三\11點45分本文檔共147頁；當前第95頁；編輯于星期三\11點45分

煙草花葉病毒是核酸與衣殼蛋白相互識別，由衣殼亞單位按一定方式圍繞RNA聚集而成，不借助酶，也無需能量再生體系。煙草花葉病毒（TMV）呈直桿狀，長300nm，寬18nm，中空內(nèi)徑4nm，由158個氨基酸組成一個皮鞋狀的衣殼粒，總共有2130個衣殼粒，排列成130圈螺旋，TMV的核酸核心是單鏈的RNA，含有6395個核苷酸，每3個核苷酸與一個衣殼粒相結(jié)合，盤繞于蛋白質(zhì)的中空內(nèi)徑中。本文檔共147頁；當前第96頁；編輯于星期三\11點45分本文檔共147頁；當前第97頁；編輯于星期三\11點45分第四節(jié)生物大分子的相互作用生物大分子發(fā)揮生理功能所需的三個條件：分子結(jié)構(gòu)、分子運動和變化以及分子間的相互作用。生物大分子相互作用的力：1.非共價鍵的作用；2.分子的結(jié)合與解離；本文檔共147頁；當前第98頁；編輯于星期三\11點45分生物大分子的相互作用DNA-蛋白質(zhì)相互作用（DNA-proteininteraction）蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的相互作用（protein-proteininteraction）糖-蛋白質(zhì)的相互作用脂-蛋白質(zhì)的相互作用本文檔共147頁；當前第99頁；編輯于星期三\11點45分染色質(zhì)的構(gòu)成轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合2.4.1核酸與蛋白質(zhì)的相互作用本文檔共147頁；當前第100頁；編輯于星期三\11點45分蛋白質(zhì)和核酸大分子之間的相互作用本文檔共147頁；當前第101頁；編輯于星期三\11點45分本文檔共147頁；當前第102頁；編輯于星期三\11點45分反式作用因子結(jié)構(gòu)域的模式DNA結(jié)合域(DNA-bandingdomain)鋅指結(jié)構(gòu)

(zincfingermotif)同源結(jié)構(gòu)域(homodomain,HD)：螺旋-轉(zhuǎn)角螺旋(helix-turn-helix)亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)(leucinezipper)螺旋-環(huán)-螺旋(helix-loop-helix,HLH)堿性α螺旋(alkalineα-helix)本文檔共147頁；當前第103頁；編輯于星期三\11點45分Thehelixturnhelixdomaina.Helix-turn-helix（螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋）。是最早發(fā)現(xiàn)于原核生物中的一個關(guān)鍵因子，該結(jié)構(gòu)域長約20個aa，主要是兩個α-螺旋區(qū)和將其隔開的β轉(zhuǎn)角。其中的一個被稱為識別螺旋區(qū)，因為它常常帶有數(shù)個直接與DNA序列相識別的氨基酸。本文檔共147頁；當前第104頁；編輯于星期三\11點45分FrontSideTop

DNABindingDomainHelixTurnHelixdomain

CRO–CroProteinComplexWithDNAContainingOperatorOR1fromBacteriophage本文檔共147頁；當前第105頁；編輯于星期三\11點45分本文檔共147頁；當前第106頁；編輯于星期三\11點45分本文檔共147頁；當前第107頁；編輯于星期三\11點45分Domain2Domain3Domain1b.Homeodomain（同源域），最早來自控制軀體發(fā)育的基因，長約60個氨基酸，其中的DNA結(jié)合區(qū)與helix-turn-helixmotif相似，人們把該DNA序列稱為homeobox。主要與DNA大溝相結(jié)合。本文檔共147頁；當前第108頁；編輯于星期三\11點45分TheZincFingerdomain

c.Zincfinger（鋅指）長約30個aa，其中4個氨基酸（Cys或2個Cys，兩個His）與一個Zinc原子相結(jié)合。與Zinc結(jié)合后鋅指結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。本文檔共147頁；當前第109頁；編輯于星期三\11點45分

DNABindingMotifZincBindingMotif

Gal4–DNAcomplexfromSaccharomycescerevisiae.FrontSideTop本文檔共147頁；當前第110頁；編輯于星期三\11點45分d.Leucinezippers

（亮氨酸拉鏈）

d.亮氨酸拉鏈

是親脂性（amphipathic）的α螺旋，包含有許多集中在螺旋一邊的疏水氨基酸，兩條多肽鏈以此形成二聚體。每隔6個殘基出現(xiàn)一個亮氨酸。由賴氨酸（Lys）和精氨酸（Arg）組成DNA結(jié)合區(qū)。本文檔共147頁；當前第111頁；編輯于星期三\11點45分

DNABindingMotif

LeucineZipperMotifGcn4ComplexWithAp-1DnafromSaccharomycescerevisiae.FrontSideTop本文檔共147頁；當前第112頁；編輯于星期三\11點45分Thebasichelix-loop-helixdomain

e.堿性螺旋-環(huán)-螺旋

該調(diào)控區(qū)長約50個aa殘基，同時具有DNA結(jié)合和形成蛋白質(zhì)二聚體的功能，其主要特點是可形成兩個親脂性α-螺旋，兩個螺旋之間由環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連，其DNA結(jié)合功能是由一個較短的富堿性氨基酸區(qū)所決定的。本文檔共147頁；當前第113頁；編輯于星期三\11點45分DNA—蛋白質(zhì)相互作用：（一）化學鍵：1.氫鍵2.疏水鍵3.離子鍵（二）DNA—蛋白質(zhì)相互作用中的序列特異識別：1.序列特異識別的結(jié)合能2.序列特異結(jié)合的機構(gòu)基元本文檔共147頁；當前第114頁；編輯于星期三\11點45分2.4.2蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用一種蛋白質(zhì)分子的表面可以被另一種蛋白質(zhì)分子所結(jié)合，如蛋白水解酶類（proteinase）和蛋白質(zhì)聚集在一起形成一個復雜的結(jié)構(gòu)，膜和病毒外殼尤其是相同部件自我聚集形成一個多亞基的復合物。

①蛋白抗原與抗體的作用②轉(zhuǎn)錄因子間的相互作用③細胞因子和膜蛋白受體的作用本文檔共147頁；當前第115頁；編輯于星期三\11點45分①蛋白抗原與抗體的作用本文檔共147頁；當前第116頁；編輯于星期三\11點45分酪氨酸激酶受體

Receptortyrosinekinases本文檔共147頁；當前第117頁；編輯于星期三\11點45分RNApolymeraserequiresaproteincomplexatapromotertoinitiateRNAsynthesis②轉(zhuǎn)錄因子間的相互作用本文檔共147頁；當前第118頁；編輯于星期三\11點45分Enhancerbindingproteinscanactfromadistancetoenhanceinitiationoftranscription本文檔共147頁；當前第119頁；編輯于星期三\11點45分腺苷酸環(huán)化酶：跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，催化ATP生成cAMP。Adenylatecyclase③細胞因子和膜蛋白受體的作用本文檔共147頁；當前第120頁；編輯于星期三\11點45分蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用生物體內(nèi)一種蛋白質(zhì)分子與另一種蛋白質(zhì)分子結(jié)合的例子很多。例如：血紅蛋白，RNA聚合酶，DNA聚合酶。蛋白質(zhì)多亞基形式的優(yōu)點是:1）亞基對DNA的利用來說是一種經(jīng)濟的方法；2）可以減少蛋白質(zhì)合成過程中隨機的錯誤對蛋白質(zhì)活性的影響；3）活性能夠非常有效和迅速地被打開和被關(guān)閉。

血紅蛋白四級結(jié)構(gòu)

細菌的RNA聚合酶DNA聚合酶-Ⅲ（DNApol-Ⅲ）本文檔共147頁；當前第121頁；編輯于星期三\11點45分（一）糖蛋白糖蛋白（glycoprotein）是蛋白質(zhì)和寡糖鏈通過糖苷鍵連接成的，有N-糖苷鍵和O-糖苷鍵。（二）蛋白聚糖蛋白聚糖是一類非常復雜的大分子，是含有共價連接的一條或數(shù)條糖胺聚糖鏈的核心蛋白大分子。2.4.3糖與蛋白質(zhì)的相互作用本文檔共147頁；當前第122頁；編輯于星期三\11點45分（1）糖蛋白：是蛋白與糖通過糖苷鍵連接成的產(chǎn)物。寡糖鏈由不同單糖組成，根據(jù)結(jié)合方式不同可以有多種形式，作為分子識別標志。

單糖：葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、胞壁酸、甘露糖、鼠李糖和唾液酸等。

糖苷鍵：1－2、1－3、1－4、1－6、2－3、2－6等。

半縮醛的構(gòu)型：α型、β型。糖蛋白組成人體內(nèi)的重要物質(zhì)：免疫球蛋白、激素、酶、干擾素、凝血因子、細胞膜表面抗原、受體、轉(zhuǎn)運蛋白、凝集素、毒素。本文檔共147頁；當前第123頁；編輯于星期三\11點45分

單糖結(jié)構(gòu)

-D-葡萄糖-D-半乳糖D-甘露糖D-木糖（Glc，▲）(Gal，●)(Man，○)(Xyl，)-D-N-乙酰葡糖胺-D-葡糖醛酸-L-艾杜糖醛酸-D-葡糖胺（GlcNAc,■）（GlcUA,)(IdoUA，)（GlcN）-D-N-乙酰半乳糖胺-L-巖藻糖唾液酸-D-N-乙酰葡糖胺-尿苷二磷酸（GalNAc，□)(Fuc，△)(SA，◆)GlcNAc-UDP

(*單糖的英文縮寫及代表符號在括號標明)本文檔共147頁；當前第124頁；編輯于星期三\11點45分本文檔共147頁；當前第125頁；編輯于星期三\11點45分本文檔共147頁；當前第126頁；編輯于星期三\11點45分糖蛋白是蛋白與糖共價結(jié)合的復合分子。糖鏈和肽鏈的結(jié)合主要有兩大類：①N－糖苷鍵，由β構(gòu)型的N－乙酰葡萄糖胺與天冬酰胺的酰胺基形成；②O－糖苷鍵，由α構(gòu)型的N－乙酰半乳糖胺與絲氨酸或蘇氨酸的羥基形成；N－糖苷鍵連接的糖肽又稱為天冬酰胺連接的糖肽；由O－糖苷鍵形成的糖肽又稱為粘蛋白型糖肽。天冬酰胺連接的糖鏈中由共同的5糖核心，而粘蛋白型糖鏈不具有共同的寡糖結(jié)構(gòu)。糖的種類及連接方式呈高度的多樣化，表明糖鏈能夠編碼大量的信息。本文檔共147頁；當前第127頁；編輯于星期三\11點45分糖蛋白的分類與結(jié)構(gòu)N-連接：O-連接：GPl-連接：

GlcNAcAsnGalNAcSer(Thr)連接方式本文檔共147頁；當前第128頁；編輯于星期三\11點45分N-連接糖蛋白:糖鏈的βN-乙酰葡糖胺與多肽鏈的天冬酰胺的酰胺氮連接，形成N-糖苷鍵，此種糖鏈為N-連接糖鏈，也稱N-連接聚糖。

連接點的結(jié)構(gòu)GlcNAcβ-N-Asn

糖基化位點N-連接聚糖中Asn-X-Ser／Thr三個氨基酸殘基序列子(其中X是除脯氨酸外的任一氨基酸)稱為糖基化位點。本文檔共147頁；當前第129頁；編輯于星期三\11點45分核心結(jié)構(gòu)高甘露糖型復雜型雜合型

N-連接糖鏈結(jié)構(gòu)都有一個五糖核心結(jié)構(gòu)ManMan

Man

GlcNAc

GlcNAcAsnD-甘露糖-D-N-乙酰葡糖胺天冬酰胺本文檔共147頁；當前第130頁；編輯于星期三\11點45分O-連接糖蛋白:糖鏈的αN-乙酰半乳糖胺與多肽鏈的絲氨酸或蘇氨酸的羥基連接，形成O-糖苷鍵，糖鏈為O-連接糖鏈，也稱O-連接聚糖。連接點的結(jié)構(gòu)GalNAcα-O-Ser／ThrIgA分子的O-連接糖鏈有6種本文檔共147頁；當前第131頁；編輯于星期三\11點45分GPl-連接糖蛋白:糖磷脂酰肌醇(GPl)與多肽鏈連接,此類蛋白質(zhì)稱為GPl-連接糖蛋白或GPl-錨定糖蛋白。

連接結(jié)構(gòu)磷酸乙醇胺-甘露糖-甘露糖-甘露糖-葡糖胺-磷脂酰肌醇。本文檔共147頁；當前第132頁；編輯于星期三\11點45分糖蛋白的功能（一）糖鏈對糖蛋白理化性質(zhì)、空間結(jié)構(gòu)和生物活性的影響1.對糖蛋白新生