生物大分子(2)

1、细胞内生物大分子的结构和功能 概述概述 一、生物大分子的概念一、生物大分子的概念二、蛋白质的结构和功能二、蛋白质的结构和功能三、核酸的结构和功能三、核酸的结构和功能一、生物大分子的概念一、生物大分子的概念细胞内的生命物质大部分是由生物大分子组成，它们细胞内的生命物质大部分是由生物大分子组成，它们的相对分子质量在的相对分子质量在10000-1000000之间，有机化合物中之间，有机化合物中的蛋白质（酶）、核酸等分子量巨大，结构复杂，具的蛋白质（酶）、核酸等分子量巨大，结构复杂，具有生物活性，携带着生命信息，决定着生物体的结构有生物活性，携带着生命信息，决定着生物体的结构和功能，称为生物大分子。和

2、功能，称为生物大分子。 包括包括蛋白质蛋白质、核酸核酸和高分子的碳氢化合物和高分子的碳氢化合物分子量分子量 104106二、二、蛋白质蛋白质的结构的结构和功能和功能v蛋白质是存在于一切细胞中的生物大分子，是蛋白质是存在于一切细胞中的生物大分子，是 所有的生物大分子中最具多样性的分子，每个所有的生物大分子中最具多样性的分子，每个 细胞中都含有数千种不同的蛋白质，它们在机细胞中都含有数千种不同的蛋白质，它们在机 体中担负着各种各样的生理功能。体中担负着各种各样的生理功能。v约占细胞干重的约占细胞干重的50%50%。蛋白质的基本组成单位是蛋白质的基本组成单位是- -氨基酸。氨基酸。 1.蛋白质的化学

3、组成甘氨酸甘氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸氨基酸的结构 蛋白质由20种不同的氨基酸组成，他们在化学结构上具有共同的特点： b.R基的不同，决定氨基酸的种类不同氨基酸不同功能不同理化性质不同蛋白质空间构象不同理化性质不同R基不同氨基酸决定蛋白质的功能氨基酸决定蛋白质的功能两性电解质（电泳的原理）两性电解质（电泳的原理）等电点(PI)：蛋白质或两性电解质蛋白质或两性电解质(如氨基酸如氨基酸)所带净电荷为所带净电荷为零时溶液的零时溶液的pH，此时蛋白质或两性电解质在电场中的迁移率为，此时蛋白质或两性电解质在电场中的迁移率为零。符号为零。符号为pI。 溶液PHPI 带负电荷 正极溶液PHPI 带正电

4、荷 负极2.蛋白质的分子结构氨基酸之间的连接方式-肽键脱水缩合脱水缩合肽键肽键-H20二肽三肽三肽+ 2H2O三个氨基酸的脱水缩合反应 多肽：多肽：由由3 3个或个或3 3个以上氨基酸分子缩合而个以上氨基酸分子缩合而 成，含多个肽键的化合物。成，含多个肽键的化合物。肽链肽链：多肽通常呈链状结构，所以多肽通多肽通常呈链状结构，所以多肽通 常又叫肽链。常又叫肽链。蛋白质分子可由一条或几条多肽链组成蛋白质分子可由一条或几条多肽链组成蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构，也是蛋白质的最基本的结构，是由基因上的遗传密码决

5、定的，20种氨基酸 无数种蛋白质1953年，Sanger等首先测出世界上第一种蛋白质的一级结构胰岛素，1. 1. 相似结构表现相似的功能相似结构表现相似的功能 ( (不同动物来不同动物来 源的胰岛素源的胰岛素) )2. 2. 不同结构具有不同的功能不同结构具有不同的功能 ( (催产素与抗催产素与抗 利尿激素利尿激素) ) 催产素催产素 半胱半胱- -酪酪- -异亮异亮- -谷谷- -天天- -半胱半胱- -脯脯- -亮亮- -甘甘 抗利尿激素抗利尿激素 半胱半胱- -酪酪- -苯丙苯丙- -谷谷- -天天- -半胱半胱- -精精- -亮亮- -甘甘3. 3. 一级结构的改变与一级结构的改变与分

6、子病分子病 ( (镰刀状红细镰刀状红细 胞性贫血胞性贫血) )蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质一级结构与功能的关系N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146) 镰刀形红细胞贫血镰刀形红细胞贫血蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构主要靠相互氨基酸残基之间蛋白质的二级结构主要靠相互氨基酸残基之间通过通过氢键氢键和和二硫键二硫键维系。维系。主要的蛋白质二级结构有：主要的蛋白质二级结构有：-螺旋、螺旋、-折叠。折叠。肌肉中的肌动蛋白和肌球蛋白细胞外基质中的

7、肌肉中的肌动蛋白和肌球蛋白细胞外基质中的胶原蛋白主要是胶原蛋白主要是-螺旋。螺旋。丝蛋白几乎全部为丝蛋白几乎全部为-折叠。折叠。-螺旋螺旋(-helix) 是右手螺旋，每个螺旋包括是右手螺旋，每个螺旋包括3.6个氨基酸残基，个氨基酸残基，1螺距为螺距为0.54nm。-折叠折叠(-sheet) 由两条或多条几乎完全由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，呈伸展的肽链平行排列，呈锯齿状折叠构象。锯齿状折叠构象。 折叠片通过一个肽键的羰折叠片通过一个肽键的羰基氧和相邻肽链的另一个基氧和相邻肽链的另一个酰胺氢之间形成的氢键维酰胺氢之间形成的氢键维持的。持的。 这些肽链可这些肽链可以是同向平行排列或者是

8、以是同向平行排列或者是反平行排列。反平行排列。蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构是指在二级结构的基础上，蛋白质的三级结构是指在二级结构的基础上，蛋白质分子按一定的方式再行盘曲折叠形成的空蛋白质分子按一定的方式再行盘曲折叠形成的空间结构。间结构。蛋白质的三级结构除了氢键和二硫键外，还依蛋白质的三级结构除了氢键和二硫键外，还依靠各种氨基酸侧链之间的疏水键、离子键等。靠各种氨基酸侧链之间的疏水键、离子键等。疏水建：是多肽链上的某些氨基酸的疏水基团或疏水侧链（非极性侧链）由于避开水而造成相互接近、粘附聚集在一起。离子键：是正电荷和负电荷之间的一种静电相互作用。N 端端 C端端肌红蛋白（M

9、b）蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构是由两条或两条以上具有三级结构的肽链（亚是由两条或两条以上具有三级结构的肽链（亚基）通过非共价键相互连接形成的更为复杂的基）通过非共价键相互连接形成的更为复杂的空间结构。空间结构。具有四级结构的蛋白质分子，只有亚基完整聚具有四级结构的蛋白质分子，只有亚基完整聚合在一起形成四级结构时才具有生物活性。合在一起形成四级结构时才具有生物活性。血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构3.蛋白质的分类蛋白质的分类形状形状：球状蛋白、纤维状蛋白球状蛋白、纤维状蛋白酸碱性酸碱性：酸性蛋白、碱性蛋白：酸性蛋白、碱性蛋白功能功能：结构蛋白、调控蛋白

10、、转运蛋白等：结构蛋白、调控蛋白、转运蛋白等组分组分：单纯蛋白、结合蛋白：单纯蛋白、结合蛋白4.蛋白质的功能蛋白质的功能是构成细胞和生物体结构的重要物质。是构成细胞和生物体结构的重要物质。催化作用：催化作用：绝大多数酶都是蛋白质。绝大多数酶都是蛋白质。胃蛋白酶结晶胃蛋白酶结晶传递和运输作用传递和运输作用血红蛋白血红蛋白(4)防御防御作用：免疫球蛋白作用：免疫球蛋白(5)调节作用：调节作用：如胰岛素、生长激素，能够调节机体的生命活动。如胰岛素、生长激素，能够调节机体的生命活动。结构和支持作用结构和支持作用：胶原蛋白胶原蛋白、结构蛋白结构蛋白催化作用催化作用：各种酶各种酶传递和运输作用传递和运输作

11、用：血红蛋白血红蛋白免疫保护作用免疫保护作用：抗体抗体调节作用调节作用：肽类激素肽类激素收缩作用收缩作用：肌动蛋白和肌球蛋白肌动蛋白和肌球蛋白蛋白质的功能蛋白质的功能 三、核酸的结构和功能三、核酸的结构和功能1、核酸的组成和结构、核酸的组成和结构2、核酸的种类与比较、核酸的种类与比较3、DNA的结构与功能的结构与功能4、RNA的结构与功能的结构与功能核核 酸酸(nucleic acid) 是以核苷酸为基本组成单位的生物大是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。分子，携带和传递遗传信息。核酸在核酸酶的作用下水解成核酸在核酸酶的作用下水解成核苷酸核苷酸。 1、核酸的组成和结构、核

12、酸的组成和结构核苷酸由含氮碱基、戊糖、磷酸组成核苷酸由含氮碱基、戊糖、磷酸组成核苷酸核苷酸由碱基由碱基(base)(base)、戊糖（五碳糖）和、戊糖（五碳糖）和磷酸磷酸3 3种成分以共价键依次连接而成。种成分以共价键依次连接而成。核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷或核苷或脱氧核脱氧核苷苷核酸酶核酸酶水解水解核苷酶核苷酶核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖含氮含氮 碱基碱基戊糖戊糖嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶OO 核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖HOH2COHOHOH12345HOH2COHHOH12345五碳糖五碳糖（1）核酸中常见的）核酸中常见的5种碱基种碱基嘌呤嘌呤 (purine) NNN HN123456789NNN

13、 HNN H2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NN HN HNN H2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)碱碱 基基:NNH132456嘧啶嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOOCH3OHOHHOHHHHOCH2NHNNNONH2OHOHHOHHHHOCH2NHNNNONH2OHOHHOHHHHOCH2NNHOOOHHHOHHHHOCH2NNHOO 鸟嘌呤核苷鸟嘌呤核苷鸟嘌呤脱氧核苷鸟嘌呤脱氧核苷胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷胞嘧啶脱氧核苷胞嘧啶脱氧核苷（2）

14、碱基和戊糖缩合成核苷碱基和戊糖缩合成核苷9911戊糖戊糖1位碳上的位碳上的-OH和碱基（嘌呤为和碱基（嘌呤为9位位N，嘧啶为，嘧啶为1位位N）上的）上的H结合，脱去结合，脱去1分子的和分子的和H2O糖苷糖苷键键POOOHOHOCH2OHOHNNNH2O核苷酸：核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 核苷（脱氧核苷）和磷酸以核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。 （3）核苷与磷酸以酯键连接成核苷酸核苷与磷酸以酯键连接成核苷酸C5酯键酯键deoxy （四）核苷酸通

15、过（四）核苷酸通过3 ,5 -磷酸二酯键连接成磷酸二酯键连接成核苷酸链核苷酸链 许许多多的核苷酸通过前一个核苷酸戊糖许许多多的核苷酸通过前一个核苷酸戊糖3位位C上的羟基上的羟基与后一个核苷酸与后一个核苷酸磷酸上的磷酸上的H原子原子结合，在聚合酶的作用下，脱去一分子的结合，在聚合酶的作用下，脱去一分子的H2O，形成形成C3酯键相连酯键相连，从而把各个核苷酸合成一，从而把各个核苷酸合成一条多核苷酸链。条多核苷酸链。CGAC5酯键酯键C C3 3酯键酯键磷酸二酯键（磷酸二酯键（3-5）3 -5 磷酸二酯键是核酸的基本结构键磷酸二酯键是核酸的基本结构键核酸链有方向性，两个末端分别是核酸链有方向性，两个

16、末端分别是5末端与末端与3末端，末端，5末端含末端含磷酸基团，磷酸基团，3含羟基。含羟基。核酸的一级结构核酸的一级结构多核苷酸链上核苷酸的排列顺序称为核多核苷酸链上核苷酸的排列顺序称为核酸的一级结构。酸的一级结构。在书写时，习惯把在书写时，习惯把5端放在左边，端放在左边，3端放端放在右边，即书写方向按在右边，即书写方向按5-3，从繁到简，从繁到简有以下三种表示方法：结构式、线条式、有以下三种表示方法：结构式、线条式、字母式。字母式。5 A C T G C T 3 5 pApCpTpGpCpT-OH 3 A G P5 P T PG PC PT P OH 3 结构式结构式线条式线条式字母式字母式D

17、NA和RNA的区别类别类别 碱基碱基 戊糖戊糖 结构结构 部位部位 功能功能 DNA AGCT 脱氧戊糖 双链 主要位于细胞核 遗传信息载体RNA AGCU 戊糖 单链 主要存在与细胞质 遗传表达2、核酸的种类、核酸的种类根据所含戊糖和碱基的不同，将核酸分为两类根据所含戊糖和碱基的不同，将核酸分为两类：脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（核糖核酸（RNA）。45PP核核 糖糖AMPADPATP2OOHOH1 OH2C3POHOOOHOOOHHOO9NNNNHH腺嘌呤（腺嘌呤（A）NH23、DNA分子的结构与功能分子的结构与功能（1）DNA分子的结构分子的结构（2）DNA分子的功能分

18、子的功能核酸的研究历史1868年年Miescher（弗雷德里希（弗雷德里希米歇尔米歇尔）从脓细胞的从脓细胞的细胞核中分离出了一种含磷酸的有机物，当时称为细胞核中分离出了一种含磷酸的有机物，当时称为核素，后称核酸。核素，后称核酸。1944年年Avery（艾弗里（艾弗里）等通过肺炎双球菌转化试等通过肺炎双球菌转化试验证明验证明DNA是遗传物质。是遗传物质。1951年年11月，英国的威尔金斯（月，英国的威尔金斯（WilKins）和罗莎琳）和罗莎琳德（德（Rosalind）获得了高质量的）获得了高质量的DNA分子的分子的X-衍射衍射照片。照片。DNA分子双螺旋结构模型要点1DNA分子由两条反向多聚脱氧

19、核苷分子由两条反向多聚脱氧核苷酸链组成。酸链组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕。两条链沿着同一根轴平行盘绕。螺旋中的两条链方向相反，即其中一条螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向为链的方向为53，而另一条链的方向，而另一条链的方向为为35。双螺旋结构双螺旋结构 脱氧核糖和磷酸排在两条脱氧核糖和磷酸排在两条链的外侧，构成多聚脱氧核链的外侧，构成多聚脱氧核糖核苷酸链的骨架。糖核苷酸链的骨架。每一条链上的碱基伸向内侧每一条链上的碱基伸向内侧双螺旋结构双螺旋结构 2两条链上的碱基是互相对两条链上的碱基是互相对应的，伸向内侧的碱基可以形应的，伸向内侧的碱基可以形成氢键，一条链上的成氢键，一条链上的A

20、与另一与另一条链上的条链上的T配对，配对，G与与C配对。配对。碱基互补配对原则为碱基互补配对原则为A=T，G=C。A与与T之间形成之间形成2个氢键，个氢键，G与与C之之间形成间形成3个氢键。个氢键。碱基互补配对碱基互补配对 3DNA分子中双螺旋的直径为分子中双螺旋的直径为2nm，螺距为，螺距为3.4nm，内含，内含10个个碱基对，也就是相邻碱基对的平碱基对，也就是相邻碱基对的平均间距为均间距为0.34nm。双螺旋结构双螺旋结构Minor GrooveMajor Groove大沟往往是蛋白质因大沟往往是蛋白质因子结合特异子结合特异DAN序列序列的位点。的位点。双螺旋结构双螺旋结构DNA分子的功能

21、分子的功能1)储存遗传信息2)DNA分子的复制DNA复制 : DNA分子以亲代为模板，合成子代DNA的过程。3)传递遗传信息DNADNA复制的基本过程复制的基本过程 DNA复制的基本形式复制的基本形式 半保留复制半保留复制1解旋解旋2 2条单链条单链2分别以分别以2 2条单链为模板按碱条单链为模板按碱基配对原则形成与亲代基配对原则形成与亲代DNADNA分子相同的两条子链。每条分子相同的两条子链。每条子链中一条多核苷酸链是亲子链中一条多核苷酸链是亲代代DNADNA分子即模板链，另一分子即模板链，另一条是互补合成的。条是互补合成的。ATGCAAA-TA-TATCGCGGCGCATTTATGCCGA

22、-TA-TATCGGCGCA -TATGCTACGTAA-TA-TATCGGCG-C 复制方向复制方向 5 3 复制的半不连续性复制的半不连续性(冈崎片段、前导链、后随冈崎片段、前导链、后随链链) )5 3 5 3 复制起始点复制起始点复制叉复制叉5 3 5 3 5 3 5 3 复制起始点复制起始点复制叉复制叉前导链前导链后随链（延迟链）后随链（延迟链）RNARNA引物引物冈崎片段冈崎片段 RNA引物：长度一般为引物：长度一般为412个核苷酸个核苷酸,为为DNA分子提供分子提供3端，起引导的作用。端，起引导的作用。DNA聚合聚合酶在复制起始时酶在复制起始时,只能在已有的只能在已有的3-OH上延

23、伸上延伸DNA链。链。 DNA聚合酶：作用是将脱氧核苷酸连接到已有聚合酶：作用是将脱氧核苷酸连接到已有的引物的引物3 OH上延伸上延伸DNA链，而不具有直接起始链，而不具有直接起始DNA新链或冈崎片段合成的功能。新链或冈崎片段合成的功能。DNA复制需要引物复制需要引物复制子：复制子：含有一个复制起始点，能够独立进行含有一个复制起始点，能够独立进行复制的复制的DNA片段。片段。每个复制子只有起点，没有终点。每个复制子只有起点，没有终点。许多复制子同时进行复制，从起点开许多复制子同时进行复制，从起点开始，双向进行复制。始，双向进行复制。3、RNA的结构与功能的结构与功能 mRNA tRNA rRNA细胞中含量 5%10% 5%10% 80%90%分子量 （1-5）x1052x106 （2.43）x104 （0.612x106 大小悬殊 约有7080个单核苷酸 碱基或核苷酸 无稀有碱基 含有较多的假尿嘧啶核苷。 无特殊特点 此外还含有一些稀有碱 基，如甲基腺嘌呤和甲 基鸟嘌呤等 结构特点 基本上呈线形，部分 呈三叶草形，柄部和基部 线形，某些节段 节段可能绕成环形 可成双螺旋形，柄末端 可能成双螺旋结构 有CC三个碱基，其相对 端呈环形，有三个碱基 形成反密码子。位置 细胞质或核糖体 细胞质中或核糖体上 细胞质中功能 转录DNA的遗传信