第三講相互作用與分子識(shí)別課件

第三講相互作用與分子識(shí)別生物分子與化學(xué)物質(zhì)之間均存在相互作用。分子間的相互作用有非專一性和專一性兩類，前者指分子之間的一般相互作用；后者指生物分子之間及生物分子與化學(xué)物質(zhì)之間的專一性識(shí)別作用，即分子識(shí)別。分子識(shí)別是許多重要生理現(xiàn)象的分子基礎(chǔ)，例如抗原與抗體，藥物與受體靶。第三講相互作用與分子識(shí)別生物分子與化學(xué)物質(zhì)之間均存在相互作1第一節(jié)生物分子間的識(shí)別不同生物大分子之間普遍存在的專一結(jié)合現(xiàn)象，稱分子識(shí)別。例如胰島素和其受體，凝血酶與血纖維蛋白原之間。分子識(shí)別通過結(jié)合部位實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)分子識(shí)別必須具備以下條件：兩者結(jié)合部位的微區(qū)構(gòu)象互補(bǔ)結(jié)合部位的化學(xué)基團(tuán)形成化學(xué)鍵第一節(jié)生物分子間的識(shí)別不同生物大分子之間普遍存在的專一結(jié)合2（一）分子或亞基的聚合不少蛋白質(zhì)，其分子或亞基能夠形成聚合體，例如，胰島素單體，在溶液中能夠發(fā)生聚合反應(yīng)。（一）分子或亞基的聚合不少蛋白質(zhì)，其分子或亞基能夠形成聚合體3胰島素濃度越大，高聚體的數(shù)量越多。（二）形成聚合體的主要結(jié)合力⒈疏水作用在胰島素單體的B鏈上，由Val12、Tyr16、Phe24、Phe25和Tyr26的疏水側(cè)鏈形成一個(gè)疏水面，兩個(gè)疏水面可結(jié)合成一個(gè)疏水核。⒉氫鍵研究表明，胰島素B鏈C末端肽段是伸展構(gòu)象胰島素濃度越大，高聚體的數(shù)量越多。4第三講相互作用與分子識(shí)別課件5在兩個(gè)C末端肽段之間，一方的Phe24的N—H和C=O基分別與另一方的Tyr26的C=O和N—H基形成二個(gè)氫鍵；一方的Tyr26的N—H和C=O基分別與另一方的Phe24的C=O和N—H基形成二個(gè)氫鍵。結(jié)果形成反平行β-折疊片。酶水解除去B鏈C端5肽，胰島素仍保持生物學(xué)活性，卻不能聚合。這說明，上述反平行β-折疊片是穩(wěn)定二聚體的重要因素。在兩個(gè)C末端肽段之間，一方的Phe24的N—H和6第三講相互作用與分子識(shí)別課件7第三講相互作用與分子識(shí)別課件8（三）蛋白質(zhì)分子或亞基的聚合方式以不同方式聚合，形成聚合體。⒈線性聚合特點(diǎn)：聚合體呈線性，聚合度非常大。蛋白質(zhì)的生理功能與線性聚合有關(guān)，例如桿狀的血纖維蛋白質(zhì)分子按末端對(duì)末端的方式直接聚合，生成細(xì)長(zhǎng)的聚合體，同時(shí)也側(cè)向聚集，以增加纖維蛋白的厚度，導(dǎo)致血液凝固。（三）蛋白質(zhì)分子或亞基的聚合方式9第三講相互作用與分子識(shí)別課件10⒉環(huán)狀聚合

聚合形成環(huán)狀，有環(huán)對(duì)稱性⒉環(huán)狀聚合

聚合形成環(huán)狀，有環(huán)對(duì)稱性11⒊螺旋聚合體聚合體呈螺旋狀，例如煙草花葉病毒的殼體蛋白，每圈16.3個(gè)亞基，每個(gè)亞基分子量13.500，螺距2.5nm，長(zhǎng)度300nm，由2130個(gè)亞基組成。⒊螺旋聚合體12第三講相互作用與分子識(shí)別課件13肌肉的F-肌動(dòng)蛋白是雙股螺旋，每圈含13個(gè)單體，螺距70nm，單體呈球狀。肌肉的F-肌動(dòng)蛋白是雙股螺旋，14第三講相互作用與分子識(shí)別課件15⒋球狀聚合體由許多球狀亞基相互聚合組成空心的球體蛋白質(zhì)分子或亞基之間的聚合有一定基礎(chǔ)，即聚合部位一定是互補(bǔ)的；在聚合時(shí)，為了達(dá)到一定程度的互補(bǔ)，還要發(fā)生單體之間的構(gòu)象變化（類似與酶與底物相互作用）。許多蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能與其聚合或解離關(guān)系密切。⒋球狀聚合體16第三講相互作用與分子識(shí)別課件17例如，雞肝乙酰CoA羧化酶單體無催化活性，分子量410,000。加入檸檬酸或磷酸，可引起單體聚合，生成有催化活性的多聚體，分子量4～10×106若除去活化劑，加入丙二酰CoA或軟酯酰CoA，則引起該酶解聚，喪失活力。例如，雞肝乙酰CoA羧化酶單體無催化活性，分子量410,0018第三講相互作用與分子識(shí)別課件19（四）分子識(shí)別的物理基礎(chǔ)⒈概述識(shí)別可分為三個(gè)階段，即擴(kuò)散、接觸并形成化學(xué)鍵。擴(kuò)散分子熱運(yùn)動(dòng)引起的由高濃度向低濃度的運(yùn)動(dòng)，方向不定，擴(kuò)散平均距離與時(shí)間的平方根相關(guān)。對(duì)小分子，擴(kuò)散是一種有效的運(yùn)動(dòng)方向；對(duì)于大分子，受共存的其它大分子的頻繁碰撞而阻滯，擴(kuò)散速率極小。（四）分子識(shí)別的物理基礎(chǔ)⒈概述20細(xì)胞內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速率極快，一個(gè)酶分子平均每秒可催化1000次反應(yīng)，分子運(yùn)動(dòng)須十分迅速才能滿足。分子的運(yùn)動(dòng)分為三類，即移動(dòng)運(yùn)動(dòng)（從一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置）；振動(dòng)（共價(jià)連接的原子相對(duì)另一原子的快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)）；旋轉(zhuǎn)。快速分光技術(shù)發(fā)現(xiàn)：球蛋白每秒繞其軸心作大約106次翻滾和旋轉(zhuǎn)（實(shí)際是構(gòu)象變化）。運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的擴(kuò)散碰撞速率與擴(kuò)散分子的濃度成正比。細(xì)胞內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速率極快，一個(gè)酶分子平均每秒可催化10021⒉分子識(shí)別的動(dòng)力學(xué)通過擴(kuò)散，分子間發(fā)生碰撞并形成復(fù)合物的過程是可逆的，即結(jié)合和解離同時(shí)存在，直至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。⒉分子識(shí)別的動(dòng)力學(xué)通過擴(kuò)散，分子間發(fā)生碰撞并形成復(fù)合物的過程22結(jié)合速率=Kon[A][B]，解離速率=Koff[AB]。達(dá)到平衡時(shí)，兩者相等，所以Keq為平衡常數(shù)，又稱親和常數(shù)。親和常數(shù)與結(jié)合力反相關(guān)，生物體系的親和常數(shù)一般在103-1012mol/L之間，對(duì)應(yīng)的結(jié)合能在17-71KJ/mol，大約有4-17個(gè)氫鍵。結(jié)合速率=Kon[A][B]，解離速率=Koff[AB]。達(dá)23⒊分子識(shí)別的特征專一性作用包括；酶與底物抗原與抗體受體與配體蛋白質(zhì)與糖鏈蛋白質(zhì)與核酸（多肽鏈與堿基的直接接觸；堿性氨基酸與戊糖骨架的電荷聯(lián)系）。⒊分子識(shí)別的特征專一性作用24通過DNA-蛋白質(zhì)相互作用分析，發(fā)現(xiàn)了多種結(jié)合特異DNA序列的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)單元，最常見的是鋅指結(jié)構(gòu)，它存在于調(diào)節(jié)蛋白、DNA和RNA結(jié)合蛋白中。鋅指結(jié)構(gòu)指至少由三個(gè)以上不同結(jié)構(gòu)的、由鋅離子穩(wěn)定的、超小結(jié)構(gòu)域組成的蛋白質(zhì)單元，該單元與DNA的大溝主要通過三個(gè)堿基對(duì)作用，而鋅指結(jié)構(gòu)的連接區(qū)則懸于大溝之上，不直接參與與DNA的結(jié)合。通過DNA-蛋白質(zhì)相互作用分析，發(fā)現(xiàn)了多種結(jié)合特異DNA序列25第三講相互作用與分子識(shí)別課件26第三講相互作用與分子識(shí)別課件27第三講相互作用與分子識(shí)別課件28（四）分子識(shí)別過程中的高級(jí)結(jié)構(gòu)變化誘導(dǎo)契合學(xué)說（四）分子識(shí)別過程中的高級(jí)結(jié)構(gòu)變化誘導(dǎo)契合學(xué)說29（五）分子識(shí)別過程的連續(xù)和協(xié)調(diào)性表現(xiàn)在協(xié)同完成一個(gè)系列代謝反應(yīng)如圖（五）分子識(shí)別過程的連續(xù)和協(xié)調(diào)性表現(xiàn)在協(xié)同完成一個(gè)系列代謝反30腎上腺素調(diào)節(jié)糖代謝的過程

腎上腺素調(diào)節(jié)糖代謝的過程

31第三講相互作用與分子識(shí)別課件32第二節(jié)分子識(shí)別的化學(xué)基礎(chǔ)從本質(zhì)上講，分子識(shí)別是在特異的空間通過化學(xué)鍵實(shí)現(xiàn)的。一般將這種化學(xué)作用分成兩大類，即強(qiáng)相互作用（共價(jià)鍵）和弱相互作用（分子間力）。第二節(jié)分子識(shí)別的化學(xué)基礎(chǔ)從本質(zhì)上講，分子識(shí)別是在特異的空間33（一）相互作用的化學(xué)鍵

鍵型相互作用能（KJ/mol）實(shí)例共價(jià)鍵16.8-462R-CH3-OH非共價(jià)鍵加強(qiáng)離子鍵離子鍵離子-偶極偶極-偶極氫鍵電荷轉(zhuǎn)移疏水作用范德華力約42約21約4.2-29.4約4.2-29.4約4.2-29.4約4.2約4.2約2.1-4.2（一）相互作用的化學(xué)鍵

鍵型相互作用能（KJ/34⒈共價(jià)鍵結(jié)合共價(jià)鍵是有機(jī)分子之間最強(qiáng)的作用力，許多底物與受體、藥物與靶的作用是通過該化學(xué)鍵實(shí)現(xiàn)的。如β-內(nèi)酰胺類抗生素⒈共價(jià)鍵結(jié)合共價(jià)鍵是有機(jī)分子之間最強(qiáng)的作用力，許多底物與受體35第三講相互作用與分子識(shí)別課件36第三講相互作用與分子識(shí)別課件37第三講相互作用與分子識(shí)別課件38第三講相互作用與分子識(shí)別課件39⒉離子鍵⒉離子鍵40第三講相互作用與分子識(shí)別課件41⒊離子-偶極和偶極-偶極相互作用藥物和受體分子，由于碳和其它原子（如N,O等）間電負(fù)性的差異，導(dǎo)致電子不對(duì)稱分布，產(chǎn)生電子偶極。例如帶有部分正、負(fù)電荷的羰基、酯、醚、酰胺、腈和其它基團(tuán)。⒊離子-偶極和偶極-偶極相互作用藥物和受體分子，由于碳和其它42這些電荷分布不均勻的基團(tuán)，可以與帶相反電荷的基團(tuán)形成相互作用，即偶極-離子相互作用；偶極-偶極間相互作用；前者比范德華力強(qiáng)，后者與范德華力相當(dāng)。這種作用常在藥物與受體之間出現(xiàn)。例如局部麻醉藥狄布卡因，解痙藥阿托品和乙酰膽堿與各自的受體相互作用（后圖）這些電荷分布不均勻的基團(tuán)，可以與帶相反電荷的基團(tuán)形成相互作用43第三講相互作用與分子識(shí)別課件44⒋氫鍵相互作用氫鍵在保持生物體系的完整性和藥物與受體分子的相互契合方面有著特殊的重要作用。在給定的氫鍵中（X-H…Y)，氫原子一方面與供體原子保持共價(jià)連接，另一方面，則與受體原子以離子化的方式結(jié)合，可以看成是偶極-偶極鍵的一種特例，H原子作為一個(gè)偶極的正極端。⒋氫鍵相互作用氫鍵在保持生物體系的完整性和藥物與受體分子的相45第三講相互作用與分子識(shí)別課件46第三講相互作用與分子識(shí)別課件47生物體系中最常見的氫鍵發(fā)生在羥基（-OH）和氨基（-NH2)之間，其穩(wěn)定性遞減次序是：OHN＞OXO＞NHN-NHO.氫鍵既可以發(fā)生在分子間，也可以發(fā)生在分子內(nèi)。分類ΝOH/cm-3R（O…O)/nm實(shí)例弱氫鍵中強(qiáng)氫鍵強(qiáng)氫鍵＞32002800-3100700-2700＞0.270.26-0.270.24-0.27H2OR-OH(醇、酚、羧酸）MH(RCOO)2(酸鹽）生物體系中最常見的氫鍵發(fā)生在羥基（-OH）和氨基（-NH2)48單個(gè)氫鍵較弱，多重氫鍵可大大增強(qiáng)穩(wěn)定性。氫鍵使DNA堿基配對(duì)，使蛋白質(zhì)形成二級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)分子暴露的質(zhì)子供-受體基團(tuán)，可與藥物分子的質(zhì)子受-供體基團(tuán)相互作用。而藥物上的-OH\-COOH\-CO-\-NH2和-SH基團(tuán)，可通過氫鍵有效地與受體結(jié)合。單個(gè)氫鍵較弱，多重氫鍵可大大增強(qiáng)穩(wěn)定性。49⒌芳香氫鍵(π平面氫鍵）芳環(huán)的電子云作為質(zhì)子受體與一個(gè)質(zhì)子供體所形成的氫鍵，通常是在酰胺和芳環(huán)形成氫鍵。這種氫鍵在序列特異的蛋白質(zhì)-DNA相互作用中能代替普通氫鍵的功能。⒌芳香氫鍵(π平面氫鍵）芳環(huán)的電子云作為質(zhì)子受體與一個(gè)質(zhì)子供50⒍電荷轉(zhuǎn)移在給電子分子和受電子分子間，由電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的靜電引力形成復(fù)合物。這種復(fù)合物的相互作用常發(fā)生于藥物和受體間。一般的情況是，藥物的生物活性中心電子密度低，構(gòu)成了和電子云密度高的受體成鍵的基礎(chǔ)，酶的富電子區(qū)域則與抑制劑的缺電子區(qū)域形成相互作用。⒍電荷轉(zhuǎn)移在給電子分子和受電子分子間，由電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的靜電引51第三講相互作用與分子識(shí)別課件52⒎疏水相互作用是疏水基團(tuán)聚集所產(chǎn)生的能量效應(yīng)和熵效應(yīng)。例如，體液中游離存在的藥物和受體，其分子表面、包括非極性部位均處于水合狀態(tài)，當(dāng)兩者〝鄰近〞結(jié)合時(shí)，非極性部分的水分子被排斥，導(dǎo)致體系的混亂度增加，即熵增加。隨著這種特異結(jié)合完成，該非極性分區(qū)域穩(wěn)定化，熵變值減少。疏水相互作用對(duì)于形成藥物-受體復(fù)合物非常重要。蛋白質(zhì)分子內(nèi)也形成分子內(nèi)疏水鍵、疏水腔或疏水縫隙，穩(wěn)定其空間構(gòu)象。⒎疏水相互作用是疏水基團(tuán)聚集所產(chǎn)生的能量效應(yīng)和熵效應(yīng)。53鴿肝二氫葉酸酶與碳?xì)浠衔锶〈s環(huán)間的疏水作用鴿肝二氫葉酸酶與碳?xì)浠衔锶〈s環(huán)間的疏水作用54第三講相互作用與分子識(shí)別課件55第三講相互作用與分子識(shí)別課件56⒏范德華引力是原子核吸引另一原子核外電子產(chǎn)生的作用力，非特異性，強(qiáng)度低且與原子間距離密切相關(guān)（0.4-0.6nm）。包括色散力、靜電力、誘導(dǎo)力。通過多原子間的相互作用發(fā)揮一定作用。⒏范德華引力是原子核吸引另一原子核外電子產(chǎn)生的作用力，非特異57⒐螯合作用供電子基團(tuán)與金屬離子結(jié)合并形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物；供電子體為配位體（主要是N、O、S）,最穩(wěn)定的螯合環(huán)為五元或六元環(huán)，含硫的四元環(huán)也較穩(wěn)定。體內(nèi)的配位體有氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)及有機(jī)酸等，螯合的離子一般是Fe,Mg,Ca,Zn,Co等，作為蛋白質(zhì)輔助因子。與金屬離子的螯合可達(dá)到解毒作用，但有的也有毒性。⒐螯合作用供電子基團(tuán)與金屬離子結(jié)合并形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物；供58青霉胺與Cu的螯合物青霉胺與Cu的螯合物598-羥基喹寧-Fe螯合物8-羥基喹寧-Fe螯合物60第三講相互作用與分子識(shí)別課件61（二）分子識(shí)別中的立體化學(xué)因素⒈幾何異構(gòu)由于雙鍵或脂環(huán)等剛性或半剛性結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的順（Z)反（E）異構(gòu)現(xiàn)象稱為幾何異構(gòu)。（二）分子識(shí)別中的立體化學(xué)因素⒈幾何異構(gòu)62幾何異構(gòu)體中官能團(tuán)分布與受體藥效基團(tuán)排列相差極大，相互作用受到影響，理化和生物活性也都有較大差別。例如，（Z)-和（E)-己烯雌酚的立體結(jié)構(gòu)和生物活性相差甚遠(yuǎn)。幾何異構(gòu)體中官能團(tuán)分布與受體藥效基團(tuán)排列相差極大，相互作用受63反式泰爾酚比其順式結(jié)構(gòu)異構(gòu)體的活性強(qiáng)5-40倍。反式泰爾酚比其順式結(jié)構(gòu)異構(gòu)體的活性強(qiáng)5-40倍。64桂皮酰胺類藥物反式-抗驚；順式-致驚，中樞興奮。桂皮酰胺類藥物反式-抗驚；順式-致驚，中樞興奮。65⒉光學(xué)異構(gòu)

分子中原子或基團(tuán)的排列方式不同形成的異構(gòu)體，有鏡像關(guān)系，除旋光外，理化性質(zhì)極相似，生物活性的差異主要由受體的選擇性表現(xiàn)。⒉光學(xué)異構(gòu)

分子中原子或基團(tuán)的排列方式不同形成的異構(gòu)體，有鏡66S-(+)氟苯丙胺抑制食欲，R-(-)無S-(+)氟苯丙胺抑制食欲，R-(-)無67麻黃堿：血管收縮；偽麻黃堿：支氣管擴(kuò)張。麻黃堿：血管收縮；偽麻黃堿：支氣管擴(kuò)張。68撲爾敏（+）-異構(gòu)體比（-）-異構(gòu)體活性強(qiáng)撲爾敏（+）-異構(gòu)體比（-）-異構(gòu)體活性強(qiáng)69腎上腺素與其受體形成三部分結(jié)合，分別是氨基；苯環(huán)及兩個(gè)酚羥基；側(cè)鏈醇羥基。D-(-)-腎上腺素的血管收縮作用是L-(+)-異構(gòu)體的20倍腎上腺素與其受體形成三部分結(jié)合，分別是氨基；苯環(huán)及兩個(gè)酚羥基70手性碳原子的數(shù)量與光學(xué)異構(gòu)體藥物的活性密切相關(guān)，例如氯霉素有4個(gè)光學(xué)異構(gòu)體，只有（-）(1R;2S)有顯著抗菌活性手性碳原子的數(shù)量與光學(xué)異構(gòu)體藥物的活性密切相關(guān)，例如氯霉素有71⒊構(gòu)象異構(gòu)分子內(nèi)各原子及基團(tuán)因單鍵旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的空間結(jié)構(gòu)稱構(gòu)象，實(shí)際上大分子的構(gòu)象有限，即存在優(yōu)勢(shì)構(gòu)象。能為受體識(shí)別并與受體結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的構(gòu)象，能產(chǎn)生特定的藥理效應(yīng)。藥物的構(gòu)象直接影響與受體的結(jié)合及生理活性。構(gòu)象對(duì)藥效的影響方式多種多種多樣，有的只能以一種構(gòu)象與受體結(jié)合發(fā)揮藥效，如多巴胺；有的則可以多種構(gòu)象發(fā)揮作用，如組胺，以反式作用于H1受體；以扭曲式作用于H2受體；甚至有的以不同的構(gòu)象產(chǎn)生不同的生理作用。⒊構(gòu)象異構(gòu)分子內(nèi)各原子及基團(tuán)因單鍵旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的空間結(jié)構(gòu)稱構(gòu)象，72多巴胺和阿撲嗎啡均作用于多巴胺受體，研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)位交叉式是其優(yōu)勢(shì)構(gòu)象，須多巴胺的N與O4的距離為0.78nm才能有最大活性。10-羥基阿撲嗎啡也有此距離，所以有活性，而11，10，11二甲氧基衍生物等均無活性。多巴胺和阿撲嗎啡均作用于多巴胺受體，研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)位交叉式是其73第四節(jié)超分子化學(xué)與分子識(shí)別超分子化學(xué)是研究分子間通過非共價(jià)作用形成功能體系的科學(xué)。超分子體系的成員一般稱為受體和作用物（或配體），通常，將小分子稱為作用物，如陰、陽離子及中性小分子。經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的超分子體系具有分子識(shí)別、能量轉(zhuǎn)換、選擇性催化及物質(zhì)運(yùn)輸?shù)裙δ?，其中分子識(shí)別是超分子功能的基礎(chǔ)。第四節(jié)超分子化學(xué)與分子識(shí)別超分子化學(xué)是研究分子間通過非共價(jià)74（一）環(huán)糊精及其衍生物與分子識(shí)別環(huán)糊精（CD)分子由D-吡喃葡萄糖通過1，4糖苷鍵連接成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，分別為α、β、γ-環(huán)糊精，環(huán)糊精的空腔內(nèi)側(cè)有兩圈氫原子及一圈糖，此處糖的氧原子處于C-H鍵屏蔽下，具有疏水性；外側(cè)邊框由于羥基聚集呈親水性。位于CD窄口端，指向環(huán)外面的伯羥基稱為第一面羥基，位于寬口處的為仲羥基，稱為第二面羥基，第二面羥基有順時(shí)針和逆時(shí)針兩種指向，該結(jié)構(gòu)可在手性手性化合物的識(shí)別起作用。（一）環(huán)糊精及其衍生物與分子識(shí)別環(huán)糊精（CD)分子由D-吡喃75第三講相互作用與分子識(shí)別課件76第三講相互作用與分子識(shí)別課件77環(huán)糊精在分子識(shí)別中的應(yīng)用環(huán)糊精的空腔與尺寸適宜的手性化合物形成包合物，兩者間的分子識(shí)別即相互作用。作為環(huán)狀主體分子，對(duì)客體的識(shí)別有內(nèi)識(shí)別，作用力主要有范德華力，疏水作用力，色散力等；外識(shí)別，作用力主要是氫鍵。環(huán)糊精的這種分子識(shí)別作用可應(yīng)用于分析分離、醫(yī)藥、模擬酶等許多領(lǐng)域。環(huán)糊精在分子識(shí)別中的應(yīng)用環(huán)糊精的空腔與尺寸適宜的手性化合物形78⒈分子識(shí)別⒈分子識(shí)別79⒉自組裝⒉自組裝80⒊模擬酶功能許多研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)糊精的疏水空腔可包一些酶的底物；表面親水性羥基具有孤電子對(duì)，也可傳遞質(zhì)子。前者相當(dāng)于酶與底物的結(jié)合中心，后者則相當(dāng)于酶的催化中心。因此，成為模擬研究酶的重要載體之一。通過修飾環(huán)糊精，改善其結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，可構(gòu)筑成不同類型的模擬酶。⒊模擬酶功能許多研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)糊精的疏水空腔可包一些酶的底物；81用環(huán)糊精母體設(shè)計(jì)的水解酶使乙酰對(duì)硝基苯酯水解速度增加900倍，磷酸對(duì)硝基苯酯水解速度增加2900-3700倍用環(huán)糊精母體設(shè)計(jì)的水解酶使乙酰對(duì)硝基苯酯水解速度增加900倍82第三講相互作用與分子識(shí)別課件83第三講相互作用與分子識(shí)別課件84第三講相互作用與分子識(shí)別課件85第三講相互作用與分子識(shí)別課件86（二）杯芳烴與分子識(shí)別杯芳烴是由苯酚與甲醛經(jīng)縮合反應(yīng)生成的一類環(huán)狀低聚物，其命名習(xí)慣寫成〝杯[n]芳烴〞。例如對(duì)位由叔丁基取代的環(huán)狀四聚體可寫為〝對(duì)叔丁基杯[4]芳烴（Ⅰ）〞（二）杯芳烴與分子識(shí)別杯芳烴是由苯酚與甲醛經(jīng)縮合反應(yīng)生成的一87第三講相互作用與分子識(shí)別課件88合成及修飾合成及修飾89杯芳烴的特征：⑴具有由亞甲基相連的苯環(huán)所構(gòu)成的空腔；⑵有易于導(dǎo)入官能團(tuán)或用于催化反應(yīng)的酚羥基；⑶有可利用芳香族置換反應(yīng)進(jìn)行化學(xué)修飾的苯環(huán)；通過引入適當(dāng)取代基，構(gòu)象能夠發(fā)生變化，可固定所需各種構(gòu)型。杯芳烴的特征：⑴具有由亞甲基相連的苯環(huán)所構(gòu)成的空腔；90杯芳烴可作為酶模擬物發(fā)揮離子載體、分子識(shí)別和酶催化等功能，是繼環(huán)糊精、冠醚之后的第三類新型主體化合物杯芳烴可作為酶模擬物發(fā)揮離子載體、分子識(shí)別和酶催化等功能，是91第三講相互作用與分子識(shí)別課件92分子識(shí)別作用在杯芳烴上引入酯基、酰胺基、羧基和冠醚等，構(gòu)成人工受體，可識(shí)別各類金屬離子，形成穩(wěn)定配合物，并顯示出獨(dú)特的性能。例如與Na+形成1：1配合物分子識(shí)別作用在杯芳烴上引入酯基、酰胺基、羧基和冠醚等，構(gòu)成人93第三講相互作用與分子識(shí)別課件94第三講相互作用與分子識(shí)別課件95第三講相互作用與分子識(shí)別課件96第五節(jié)化學(xué)物質(zhì)與核酸的相互作用許多分子能與核酸發(fā)生相互作用，或干擾其模板功能，或是使其斷鏈，影響其調(diào)控和表達(dá)。小分子與核酸的作用，既可作為生物探針，研究其結(jié)構(gòu)與功能，還可作為藥物，探測(cè)細(xì)胞癌變或攻擊癌的核酸靶。因此，小分子化合物與核酸的特異性相互作用研究有重要學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。第五節(jié)化學(xué)物質(zhì)與核酸的相互作用許多分子能與核酸發(fā)生相互作用，97(一）與核酸特異相互作用的小分子主要有誘變劑和化學(xué)致癌物，多為芳香族烴，入苯并芘等?；瘜W(xué)治療劑，例如特別是抗腫瘤、抗病毒藥物，入順鉑、多柔比星?？勺鳛楹怂釞z測(cè)探針，熒光探針、電化學(xué)探針，啞啶、噻吩嗪、喹啉類及金屬卟啉類分子。(一）與核酸特異相互作用的小分子主要有誘變劑和化學(xué)致癌物，多98（二）化學(xué)物質(zhì)的致突變作用生命體系的遺傳關(guān)系一般是：DNA的變化導(dǎo)致DNA、mRNA等變化，引起遺傳形狀改變。DNA的變化可能是堿基種類的變化、或是堿基順序的變化，DNA順序的變化產(chǎn)生基因突變。基因突變是遺傳物質(zhì)的分子水平變化，包括堿基置換、移碼、損傷等類型。（二）化學(xué)物質(zhì)的致突變作用生命體系的遺傳關(guān)系一般是：DNA的99基因突變—指基因DNA序列改變導(dǎo)致的子代遺傳信息變化。從化學(xué)角度講涉及到少數(shù)堿基的置換、缺失或插入。

堿基置換DNA中某一堿基被另一堿基所置換引起的遺傳變異。包括轉(zhuǎn)換：即DNA鏈中的嘌呤被嘌呤或是嘧啶被嘧啶所置換；顛換：嘌呤被嘧啶,或是嘧啶被嘌呤所置換。基因突變—指基因DNA序列改變導(dǎo)致的子代遺傳信息變化。從化100⒈引起置換的誘變劑定義：可直接與核酸堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的誘變劑，在體內(nèi)和離體時(shí)均有作用。誘變劑種類多，例如亞硝酸、羥胺和各種烷化劑（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯，N-甲基-N’硝基-N-亞硝基胍，N-甲基-N-亞硝基脲，乙烯亞胺，環(huán)氧乙酸，氮芥）等。⒈引起置換的誘變劑定義：可直接與核酸堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的誘變劑101作用：它們可與核苷酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起DNA復(fù)制時(shí)堿基配對(duì)的轉(zhuǎn)換，并在細(xì)胞分裂過程中使細(xì)胞發(fā)生變異。羥胺只引起G┇C→A:T，其余都是可使G┇C=A:T發(fā)生互變。能引起顛換的誘變劑很少，只是部分烷化劑才有此功能（參見下表）。作用：它們可與核苷酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起DNA復(fù)制時(shí)堿基配102若干誘變劑的作用機(jī)制及誘變功能誘變因素 在DNA上的初級(jí)效應(yīng) 遺傳效應(yīng)堿基類似物 摻入作用 T=GC雙向轉(zhuǎn)換羥胺 與胞嘧啶起反應(yīng) GC→AT的轉(zhuǎn)換亞硝酸 A、G、C的氧化脫氨作用 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換交聯(lián) 缺失 烷化劑 烷化堿基（主要是G） AT=GC雙向轉(zhuǎn)換烷化磷酸基AT→TA的顛換喪失烷化的嘌呤 GC→CG的顛換 糖-磷酸骨架的斷裂巨大損傷若干誘變劑的作用機(jī)制及誘變功能誘變因素 在DNA上的初級(jí)效應(yīng)103根據(jù)化學(xué)誘變劑對(duì)DNA作用方式，

分為以下幾大類⑴烷化劑類這是一類能與一個(gè)或幾個(gè)核酸堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起DNA復(fù)制時(shí)堿基配對(duì)轉(zhuǎn)換而發(fā)生遺傳變異的化學(xué)物質(zhì)。主要的有（見后）根據(jù)化學(xué)誘變劑對(duì)DNA作用方式，

分為以下幾大類⑴烷化劑類104第三講相互作用與分子識(shí)別課件105誘變?cè)碚T變劑的活性烷基，能夠攻擊DNA分子中電子云密度極高的位點(diǎn)，取代氫原子。DNA中最可能的烷化點(diǎn)是鳥嘌呤的N7、N3位，胞嘧啶的N3位等。取代導(dǎo)致的效果是分子量增大，與核糖的結(jié)合鏈容易水解而脫落，形成缺口。修復(fù)時(shí)易發(fā)生錯(cuò)配，引起遺傳密碼子改變-基因突變。誘變?cè)?06G在正常情況下是酮式，與胞嘧啶C配對(duì)，烷基化的G常以烯醇式存在，該形式的G不能再與C配對(duì)，而與T錯(cuò)誤配對(duì)。G在正常情況下是酮式，與胞嘧啶C配對(duì)，烷基化的G常以烯醇式存107第三講相互作用與分子識(shí)別課件108⑵堿基類似物誘變劑類似天然堿基，滲入到DNA分子中引起變異。例如5-溴尿嘧啶（5-BU）,5-氟尿嘧啶，5-氨基尿嘧啶，2-氨基嘌呤6-氯嘌呤，8-氮嘌呤。主要產(chǎn)生復(fù)制錯(cuò)誤和滲入錯(cuò)誤，造成堿基對(duì)的轉(zhuǎn)換，可回復(fù)突變。5-溴尿嘧啶的酮式與鳥嘌呤配對(duì)，烯醇式則與胸腺嘧啶配對(duì)。⑵堿基類似物誘變劑類似天然堿基，滲入到DNA分子中引起變異。109第三講相互作用與分子識(shí)別課件110⑶移碼誘變劑嵌入DNA單鏈的堿基之間或DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的相鄰多核苷酸鏈之間，稱嵌入劑。通常為多環(huán)平面結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度為0.68nm，恰好是DNA單鏈相鄰堿基距離的2倍。如果該物質(zhì)嵌入到新合成的互補(bǔ)鏈上，就會(huì)減少1個(gè)堿基；如果嵌入到模板鏈的兩堿基之間，就會(huì)時(shí)互補(bǔ)鏈插入一個(gè)多余的堿基。兩者均造成移碼。⑶移碼誘變劑嵌入DNA單鏈的堿基之間或DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的相鄰111第三講相互作用與分子識(shí)別課件112第三講相互作用與分子識(shí)別課件113移碼誘變劑包括吖啶黃，吖啶橙等吖啶類化合物。該類化合物插入到DNA雙螺旋的鄰近堿基之間，使DNA鏈拉長(zhǎng)，距離由0.34增大到0.68nm，既可能造成DNA鏈上堿基的添加或缺失，導(dǎo)致突變。移碼誘變劑包括吖啶黃，吖啶橙等吖啶類化合物。該類化合物插入到114⑷脫氨基誘變劑指脫除堿基環(huán)外氨基的化學(xué)試劑，最常用的是亞硝酸。亞硝酸使腺嘌呤（A)、鳥嘌呤(G)脫氨，分別變成次黃嘌呤（H）和黃嘌呤（X）；胞嘧啶(C)脫氨,變成尿嘧啶。脫氨基的A不能與T配對(duì)，只能與C配對(duì)；脫氨基的C不能與U配對(duì)，只能與A配對(duì)；造成ATHCGC;GCUATA⑷脫氨基誘變劑指脫除堿基環(huán)外氨基的化學(xué)試劑，最常用的是亞硝酸115第三講相互作用與分子識(shí)別課件116⒉化學(xué)致癌物及其作用機(jī)制人類癌癥有80%-90%是受環(huán)境影響而產(chǎn)生的，化學(xué)致癌物是主要的致癌因素。使正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為癌細(xì)胞的化學(xué)物質(zhì)稱致癌物。直接致癌物：不經(jīng)體內(nèi)轉(zhuǎn)化直接作用于生物大分子物質(zhì)引發(fā)癌癥的物質(zhì)（烷化劑，亞硝酸類）間接致癌物：經(jīng)體內(nèi)代謝活化引發(fā)癌癥的物質(zhì)（多環(huán)芳烴類、亞硝胺類、芳香胺等）促癌物：本身不致癌，但強(qiáng)化致癌物作用的物質(zhì)，如巴豆油，丙酮，酚，氧化鐵塵粉塵。⒉化學(xué)致癌物及其作用機(jī)制人類癌癥有80%-90%是受環(huán)境影響117大部分化學(xué)致癌物屬于間接致癌物，體內(nèi)的活化主要發(fā)生于微粒體的多功能氧化酶。有機(jī)致癌物大致可分為多環(huán)芳烴類、芳香胺類、偶氮類、亞硝胺類及亞硝酰胺類、烷化劑類、內(nèi)酯類、性激素、霉菌毒素等。其中多環(huán)芳烴、亞硝胺及霉菌毒素是環(huán)境中三類最普遍、最重要的致癌物。大部分化學(xué)致癌物屬于間接致癌物，體內(nèi)的活化主要發(fā)生于微粒體的118⑴烷化劑類一類具有烷化作用的有機(jī)分子，其中某些功能基團(tuán)有致癌作用，素有〝化學(xué)射線〞之稱。工業(yè)原料中硫酸二甲酯、氯甲甲醚、二氯甲醚、氯乙烯、氯丁二烯、藥物氮芥、環(huán)磷酰胺等都有致癌性，可誘發(fā)皮膚、呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和造血系統(tǒng)的腫瘤。⑴烷化劑類一類具有烷化作用的有機(jī)分子，其中某些功能基團(tuán)有致癌119第三講相互作用與分子識(shí)別課件120⑵多環(huán)芳烴類(PAH)數(shù)量最多、分布最廣、對(duì)人類健康威脅最大的一類環(huán)境污染物，主要存在于煤、石油、焦油和和瀝青中，也可由含碳?xì)湓氐幕衔锊煌耆紵a(chǎn)生，機(jī)動(dòng)車廢氣、香煙煙霧、燒荒的煙中均含有多環(huán)芳烴致癌物。多環(huán)芳烴經(jīng)微粒體代謝成環(huán)氧化芳烴致癌物，如苯并[α]芘，最終生成7，8-二氫二醇-9，10-環(huán)氧化物。⑵多環(huán)芳烴類(PAH)數(shù)量最多、分布最廣、對(duì)人類健康威脅最大121第三講相互作用與分子識(shí)別課件122第三講相互作用與分子識(shí)別課件123⑶芳香胺類包括芳香胺和芳香酰胺是合成染料和化學(xué)藥的重要原料，需體內(nèi)酶代謝活化才有致癌性。這類化合物的代表有β-萘胺、4-氨基聯(lián)苯、聯(lián)苯胺，2-乙酰氨基芴（hu）。主要引起職業(yè)性膀胱癌（染發(fā)），美發(fā)師及使用者患白血病。它們與DNA形成加合物，從而導(dǎo)致突變。⑶芳香胺類包括芳香胺和芳香酰胺是合成染料和化學(xué)藥的重要原料，124第三講相互作用與分子識(shí)別課件125第三講相互作用與分子識(shí)別課件126含有偶氮基團(tuán)（-N=N-)，多數(shù)與芳香基團(tuán)相連，屬于衍生物致癌，通過與DNA或蛋白質(zhì)結(jié)合，引起職業(yè)性肝臟腫瘤。常見的有奶油黃、偶氮萘、酸性猩紅等。⑷偶氮染料含有偶氮基團(tuán)（-N=N-)，多數(shù)與芳香基團(tuán)相連，屬于衍生物致127第三講相互作用與分子識(shí)別課件128⑸亞硝基化合物（NOC）NOC具有R-N(NO)-R’結(jié)構(gòu)的一類化合物，它們能溶于水和脂肪，具有使DNA烷化的作用，從而致癌。有亞硝胺、亞硝酰胺、亞硝基氨基酸等。間接致癌物，常引起食道癌或胃癌⑸亞硝基化合物（NOC）NOC具有R-N(NO)-R’結(jié)構(gòu)的129⑹生物毒素來源于生物體、分子結(jié)構(gòu)各異的天然性化學(xué)致癌物，須經(jīng)代謝活化才能發(fā)揮致癌（消化系統(tǒng)腫瘤）作