第二章生物大分子及其相互作用详解演示文稿

第二章生物大分子及其相互作用详解演示文稿本文档共147页；当前第1页；编辑于星期三\11点45分优选第二章生物大分子及其相互作用本文档共147页；当前第2页；编辑于星期三\11点45分生物类群之间的本质差异？生物学还原成简单的化学！本文档共147页；当前第3页；编辑于星期三\11点45分前言一、在我们居住的地球，有大约1000万种生物。从高山到平原，从沙膜到极地，从空中到海洋，几乎到处都有生命的踪迹。有天上飞的，地下爬的，水中游的。有的生物只是一个单细胞，如大肠杆菌和酵母菌；有的则有复杂的组织和器官，象人体就有1014体细胞。二、如果就生物大分子而言，人体大约有50000种以上的蛋白质，同时含有数以万计的核酸及其它大分子种类。地球上的全部生物，估计包括1011种蛋白和差不多相同数量的核酸。

即使极为简单的大肠杆菌（其体积约为2×10-12cm3)，也含有3000多种蛋白质，1000多种核酸，还有1000多种其他生物大分子和低分子的有机化合物。本文档共147页；当前第4页；编辑于星期三\11点45分三、在这样种类复杂，形态万千的生物体系中，人们

必须寻求生命状态的基本逻辑原理，这就是：（一）生物大分子虽然具有复杂的结构，但在组成方面却存在一种基本的简单性，例如：1.DNA由4种脱氧核糖核苷酸（4dNTP)聚合而成；2.RNA由4种核糖核苷酸（4NTP)聚合而成；3.蛋白质由20余种氨基酸聚合而成；4.多糖由少数几种单糖聚合而成。（二）所有的生物都使用相同种类的的构件分子，似乎它们是从一个共同的祖先进化而来。（三）每种生物的特性是通过它具有的一套与众不同的核酸和蛋白质而保持的。（四）每种生物大分子在细胞中有特定的功能。

以上这些正是生物化学、分子生物学、分子遗传学所要研究的基本问题所遵循的逻辑。本文档共147页；当前第5页；编辑于星期三\11点45分四、生物大分子（biopolymer、biomacromolecule)是指生物体内由分子量较低的基本结构单位首尾相连形成的多聚化合物。包括核酸、蛋白质和多糖。基本结构单位的排列顺序构成生物大分子的一级结构，生物大分子在其一级结构的基础上形成复杂的空间结构。自然界典型的生物大分子的分子量在10～103ＫＤ之间。本文档共147页；当前第6页；编辑于星期三\11点45分五、基因组研究、基因表达调控研究、结构分子生物学研究和信号传导研究是当今分子生物学研究的4大前沿领域。

生物功能由结构所决定。生物大分子在表现其生理功能过程中，必须具备特定的空间立体结构（即三维结构）。现已知道，在DNA、基因或RNA水平，存在各种体现功能结构域，结构域本身特点和形态及它们所处的空间大分子的空间结构形态都直接影响DNA，基因或RNA的功能发挥。

在蛋白质水平由于它们是直接体现生物理功能的物质，其空间结构对其功能影响更为直接。因此，蛋白质的空间结构与功能的关系研究是结构分子生物学研究的主体。本文档共147页；当前第7页；编辑于星期三\11点45分六、研究生物大分子结构的新技术、新方法和新仪器不断改进和涌现，如：DNA重组技术酶逐步降解技术基因自动合成和测序技术X线晶体学分析技术计算机技术以及不同技术组合，使获得清晰度的结构图象，了解生物过程中蛋白质构象的动态变化，以及对生物大分子结构进行贮存，比较和结构——功能预测成为可能。本文档共147页；当前第8页；编辑于星期三\11点45分生物大分子关于生命有机体的化学组成、生物分子，特别是生物大分子（biologicalmacromolecule）的结构、相互关系及其功能。

生物大分子是由小分子单体聚合而成的多聚体。如氨基酸—蛋白质、核苷酸—核酸、葡萄糖—淀粉等。生物大分子执行着各种各样的生物学功能，如生物催化、物质运输、代谢调节、贮存、传递与表达遗传信息等。

它们复杂的空间结构是其功能的化学基础。本文档共147页；当前第9页；编辑于星期三\11点45分N2CO2H2O单体生物大分子细胞器细胞细胞本文档共147页；当前第10页；编辑于星期三\11点45分细胞中的物质代谢与能量代谢合成代谢（anabolism）：将小分子的前体（precursor）经过特定的代谢途径构建成较大的分子，并且消耗能量。分解代谢（catabolism）：将较大的分子经过特定的代谢途径，分解成小的分子并且释放出能量。物质代谢与能量代谢相伴随。在这个过程中，ATP（三磷酸腺苷）是能量转换和传递的中间体。

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1953年Watson和Crick描绘出了DNA的双螺旋结构模型，这在生命科学发展历史上是一个具有里程碑意义的重大事件。

生命科学从此进入了分子生物学新时代。悼念克里克本文档共147页；当前第12页；编辑于星期三\11点45分本文档共147页；当前第13页；编辑于星期三\11点45分第一节生物活性物质的本质三、生物大分子的高聚物性质二、生物活性分子的化学本质一、生物活性物质的属性本文档共147页；当前第14页；编辑于星期三\11点45分生命体由有机化合物构成的生物分子组成生命体与环境持续进行物质和能量交换细胞内生物大分子相互处于拥挤环境生命体能够进行自我更新一、生命是结构和功能高度协调的系统本文档共147页；当前第15页；编辑于星期三\11点45分（1）生物体是由生物大分子(biomolecule)等有机物构成的细胞

超分子复合物

染色体,核糖体,膜,微管等

生物大分子

DNA,RNA,蛋白质,多糖，脂等

单体

核苷酸,氨基酸,单糖,脂肪酸本文档共147页；当前第16页；编辑于星期三\11点45分(2)生物体能与环境不断地交换物质与能量活机体中存在着一个具一定顺序、相互协调、可自我调节的代谢网络,其中各个代谢反应都有相应的酶催化。细胞和机体与环境保持在一个远离平衡态的稳态(steadystate)中。与此相反,无生命物质总是趋向于与环境达成平衡。

本文档共147页；当前第17页；编辑于星期三\11点45分(3)所有生物大分子共同存在于细胞环境中细胞是生命的结构基础，是生物体结构功能的基本单位。(4)生物体能进行自我更新生物体能精确的自我复制、生长、繁殖，而且在一定的条件下产生变异，产生新的生命类型，从而对新环境表现出适应性。本文档共147页；当前第18页；编辑于星期三\11点45分二、生物活性分子的化学本质尽管活细胞或生命物体是由许多无生命的有机化合物组成，但细胞不是包容所有相遇的物质和无选择地摄取。在生命的进化过程中，只是特定生物分子的聚集才能使生命出现。本文档共147页；当前第19页；编辑于星期三\11点45分（一）生物分子在化学组成上的统一性与多样性

对于生命个体来说，无论是原核生物还是真核生物，其化学组成都是蛋白质、核酸、脂类等生物大分子和一些小分子化合物及无机盐组成。本文档共147页；当前第20页；编辑于星期三\11点45分（二）生物大分子中构件在代谢中的重要性生物大分子中的单体不仅作为结构单位,同时还是合成机体时许多重要组分的前体。尤其是单糖，脂肪酸及氨基酸也是机体中间代谢的重要枢纽。本文档共147页；当前第21页；编辑于星期三\11点45分三大物质代谢途径之间的联系本文档共147页；当前第22页；编辑于星期三\11点45分三、生物大分子的高聚物特性

核酸（DNA和RNA）蛋白质多糖脂质本文档共147页；当前第23页；编辑于星期三\11点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’]-磷酸二酯键连接成的多核苷酸链。DNA和RNA的区别在于前者是4种脱氧核糖核苷酸，后者为4种核糖核苷酸，不同的脱氧核苷酸或核苷酸的区别在于其碱基的不同。本文档共147页；当前第24页；编辑于星期三\11点45分核酸的类别与分布核酸分为两大类：脱氧核糖核酸(DeoxyribonucleicAcid，DNA)核糖核酸(RibonucleicAcid,RNA)RNA根据它的功能,可以分为信使RNA(messengerRNA，mRNA)转运RNA(transferRNA,tRNA)核糖体RNA(ribosomeRNA，rRNA)本文档共147页；当前第25页；编辑于星期三\11点45分蛋白质的组成单位——基本氨基酸

1.化学结构R-CH(NH2)-COOH含有氨基的羧酸R代表氨基酸之间相异的部分，叫R基，又称为侧链。酪氨酸分子

本文档共147页；当前第26页；编辑于星期三\11点45分

除脯氨酸外，其他均具有如上结构通式。不变部分可变部分2.结构通式本文档共147页；当前第27页；编辑于星期三\11点45分组成蛋白质的基本氨基酸有20种，除脯氨酸为α-亚氨基酸外，均为α-氨基酸除甘氨酸外，都具有旋光性（+、-）和光学异构体（D或L型）除了甘氨酸外，蛋白质水解后的所有α-氨基酸都是L－型蛋白质分子的骨架由氨基酸通过肽键连接成的多肽链。本文档共147页；当前第28页；编辑于星期三\11点45分糖与多糖糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物；糖类物质可以根据其水解情况分为：单糖、寡糖和多糖；在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。本文档共147页；当前第29页；编辑于星期三\11点45分重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。1.单糖的结构本文档共147页；当前第30页；编辑于星期三\11点45分(1).淀粉（分为直链淀粉和支链淀粉）直链淀粉分子量约1万-200万，250-260个葡萄糖分子，以（14）糖苷键聚合而成。呈螺旋结构，遇碘显紫蓝色。支链淀粉中除了（14）糖苷键构成糖链以外，在支点处存在（16）糖苷键，分子量较高。遇碘显紫红色。2.多糖本文档共147页；当前第31页；编辑于星期三\11点45分(2).纤维素由葡萄糖以（14）糖苷键连接而成的直链，不溶于水。(3).几丁质（壳多糖）N-乙酰-D-葡萄糖胺，以（14）糖苷键缩合而成的线性均一多糖。(4).杂多糖糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等）透明质酸硫酸软骨素硫酸皮肤素硫酸角质素肝素本文档共147页；当前第32页；编辑于星期三\11点45分本文档共147页；当前第33页；编辑于星期三\11点45分本文档共147页；当前第34页；编辑于星期三\11点45分脂质是一类包括许多化学上不同的物质，如磷脂、类固醇、胡萝卜素及脂溶性维生素等。其共同特点在于难溶于水，从结构上说不属于高聚合物。化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物，脂质的元素主要是碳、氢、氧，及氮、硫、磷。脂类（lipides）本文档共147页；当前第35页；编辑于星期三\11点45分名称代号丁酸(butyricacid)己酸(caproicacid)辛酸(caprylicacid)癸酸(capricacid)月桂酸(1auricacid)肉豆蔻酸(myristicacid)棕榈酸(palmiticacid)棕榈油酸(palmitoleicacid)硬脂酸(stearicacid)油酸(oleicacid)反油酸(elaidicacid)亚油酸(1inoleicacid)α-亚麻酸(α-1inolenicacid)γ-亚麻酸(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(鰶鱼酸)(clupanodonicacid)二十二碳六烯酸(docosahexenoicacid，DHA)二十四碳单烯酸(神经酸)(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常见的脂肪酸本文档共147页；当前第36页；编辑于星期三\11点45分脂肪（甘油三酯）磷脂：含磷酸及有机碱的脂类糖脂：含糖及有机碱的脂类类脂胆固醇及其酯类固醇胆汁酸类固醇激素

脂类分类：根据生理功能不同分：根据化学结构分：甘油酯类神经鞘脂类类固醇本文档共147页；当前第37页；编辑于星期三\11点45分脂肪的生理功能：1)氧化供能2)储存能量3)提供必需脂肪酸类脂的生理功能：1)是生物膜的组成成分；2)协助脂类和脂溶性维生素的吸收；3）胆固醇是机体合成维生素D3、胆汁酸及各种类固醇激素的重要原料。本文档共147页；当前第38页；编辑于星期三\11点45分脂类的功能一、构成体质二、功能与保护机体三、提供必需脂肪酸与促进脂溶性维生素的吸收四、增加饱腹感和改善食品感官性状本文档共147页；当前第39页；编辑于星期三\11点45分第二节生物分子内相互作用的化学力本文档共147页；当前第40页；编辑于星期三\11点45分一、生物分子相互作用的化学力

（一）扩散作用分子随热运动而移动称为扩散（diffusion）。（二）专一性相互作用（三）平衡常数

当热运动时各种分子被带到一起，那些表面形态相匹配的分子正确地靠拢。促使大分子发生特异相互反应的一些非共价键包括离子键、氢键和范德华力。

本文档共147页；当前第41页；编辑于星期三\11点45分二、生物分子内部的共价键

表2-1生物大分子中常见共价键的强度本文档共147页；当前第42页；编辑于星期三\11点45分氢原子与一个电负性较大而半径较小的原子如N、O、F形成共价键时，氢原子带有正电性，可以被另一个电负性强的原子共享的作用力称氢键。氢键发生在已经以共价键与其它原子键合的氢原子与另一个原子之间（X-H…Y），通常发生氢键作用的氢原子两边的原子（X、Y）都是电负性较强的原子。氢键既可以是分子间氢键，也可以是分子内的。其键能一般为5-30kJ/mol，比一般的共价键、离子键和金属键键能要小。三、氢键本文档共147页；当前第43页；编辑于星期三\11点45分氢键的存在(1)分子间氢键：(2)分子内氢键：一个分子的X—H键中的H与另一个分子的Y原子相结合而成的氢键称为分子间氢键，有同种分子间与不同分子间。一个分子的X—H键中的H与其分子内部的Y原子相结合而成的氢键称为分子内氢键。如：邻羟基苯甲酸。分子间氢键会增强分子间作用力分子内氢键则削弱分子间作用力OOHCOH本文档共147页；当前第44页；编辑于星期三\11点45分氢原子与一个电负性较大而半径较小的原子如N、O、F靠近时就有可能共享一个质子而形成氢键。氢键具有饱和性和方向性。氢键对生物体系有重大意义，特别是在稳定生物大分子的二级结构中起主导作用。氢键使水具有强内聚力、高汽化热和溶化热，从而为细胞提供了一个稳定的内环境。除共价键之外的最强的稳定因素本文档共147页；当前第45页；编辑于星期三\11点45分本文档共147页；当前第46页；编辑于星期三\11点45分蛋白质分子中氢键的形成氢键在维系蛋白质的空间结构稳定上起着重要的作用。氢键的键能较低(12kJ/mol)，因而易被破坏。本文档共147页；当前第47页；编辑于星期三\11点45分离子键又称静电作用力，代表着正负离子间的引力。由带相反电荷的两个基团间的静电吸引而形成的。四、离子键（盐键）正离子和负离子之间由于静电引力所形成的化学键。离子既可以是单离子，如Na+、Cl-；也可以由原子团形成；如SO42-，NO3-等。力的大小与荷电量成正比，与荷电基团间的距离平方成反比，还与介质的极性有关。

离子键的作用力强，无饱和性，无方向性。本文档共147页；当前第48页；编辑于星期三\11点45分

离子键(saltbond)是由带正电荷基团与带负电荷基团之间相互吸引而形成的化学键。在近中性环境中，蛋白质分子中的酸性氨基酸残基侧链电离后带负电荷，而碱性氨基酸残基侧链电离后带正电荷，二者之间可形成离子键。本文档共147页；当前第49页；编辑于星期三\11点45分蛋白质分子中离子键的形成本文档共147页；当前第50页；编辑于星期三\11点45分五、二硫键肽键适当位置的两个半胱氨酸之间可通过氧化脱氢而形成二硫键，该化学键对稳定蛋白质空间构象具有重要意义。Cys-SH+HS-Cys→Cys-S-S-Cys本文档共147页；当前第51页；编辑于星期三\11点45分二硫键（disulfidebond）又称S－S键。是2个SH基被氧化而形成的—S—S—形式的硫原子间的键。二硫键在蛋白质分子的立体结构形成上起着十分重要的作用。人胰岛素的一级结构本文档共147页；当前第52页；编辑于星期三\11点45分六、短程力（范德华力）短程力（short-rangeforce）是原子或基团接近到很短距离时明显出现的作用力。1、当离子与分子接近时，相互间即逐渐产生静电作用。2、分子和分子间也可发生相互作用。这种相互作用可以发生在偶极与偶极之间，偶极和诱导偶极之间及诱导偶极之间，这些作用力统称为范德华力。

本文档共147页；当前第53页；编辑于星期三\11点45分本文档共147页；当前第54页；编辑于星期三\11点45分两个微溶于水的分子或基团之间的相互作用

概念：两个疏水基团在水溶液中相互接触时，由于对水分子排斥而趋向聚集的力。抗原决定簇与抗体上的结合点靠近，互相间正、负极性消失，亲水层立即失去。此力在抗原抗体反应中的结合是很重要的。

提供的作用力最大，约占总结合力的50％。七、疏水作用力（疏水键）本文档共147页；当前第55页；编辑于星期三\11点45分非极性物质在含水的极性环境中存在时，会产生一种相互聚集的力，这种力称为疏水键或疏水作用力。蛋白质分子中的许多氨基酸残基侧链也是非极性的，这些非极性的基团在水中也可相互聚集，形成疏水键，如Leu，Ile，Val，Phe，Ala等的侧链基团。本文档共147页；当前第56页；编辑于星期三\11点45分配位键是特殊的共价键，它的共用电子对是由一个原子提供的。例如氨和三氟化硼可以形成配位化合物：图片中→表示配位键。在N和B之间的一对电子来自N原子上的孤对电子。

在生物体系中，配位键对稳定生物大分子的构象，形成特定的生物分子复合物具有重要意义。八、配位键（coordinationbond）本文档共147页；当前第57页；编辑于星期三\11点45分一些金属离子能与含氮、氧的基团间形成一种特殊类型的共价结合。这种结合力称配位键。配位键的本质与一般共价键不同，在于共享电子对全由键合原子的一方提供。本文档共147页；当前第58页；编辑于星期三\11点45分共价键次级键化学键肽键一级结构氢键二硫键二、三、四级结构疏水键盐键三、四级结构蛋白质分子中的共价键与次级键范德华力本文档共147页；当前第59页；编辑于星期三\11点45分维持三维结构的作用力本文档共147页；当前第60页；编辑于星期三\11点45分第三节生物分子的自我组装本文档共147页；当前第61页；编辑于星期三\11点45分核酸链中的磷酸二酯键蛋白质内多肽链中的肽键寡糖链间α-1，6糖苷键或β-1，4糖苷键OIII—C—N——P—O—2.3.1生物大分子的共价结构macromolecularcovalentstructure本文档共147页；当前第62页；编辑于星期三\11点45分核酸链中的磷酸二酯键（0.159～0.162nm）比P=O双键的键长（0.146nm)长,但远比P—O单键的键长（0.172nm)短。5´3´结构式OHOHOH5´3´本文档共147页；当前第63页；编辑于星期三\11点45分肽与肽键多肽链中的肽键（0.132nm)比C=N键（0.125nm)长，而又比正常的C—N键（0.144nm)短。本文档共147页；当前第64页；编辑于星期三\11点45分

寡糖链间的α-1，6糖苷键或β-1，4糖苷键也类似于共价键性质。本文档共147页；当前第65页；编辑于星期三\11点45分自组装即组成分子的单体或亚基自发地形成超分子结构(如核糖核蛋白体、病毒、膜或多酶系统)。1.类似功能分子组装2.同类生物分子组装3.异类生物分子组装2.3.2生物大分子的自我组装

LargemacromolecularAssemblies

本文档共147页；当前第66页；编辑于星期三\11点45分

自组装包含两个问题：①形成复合物的生物分子具有相应的专一性表面结构；②ΔG有利于复合物的形成。

有关定律：

热力学第一定律：能量守恒定律

热力学第二定律(熵定律)：ΔG=ΔH—TΔS，ΔG<0为自发。ΔG（自由能）:生物化学反应释放出的自由能是生物体能用来做功的能。化学反应中自由能的变化及其意义:ΔG=0该过程（反应）为可逆的。ΔG>0该过程（反应）不能自发进行，需提供能量才能进行。ΔG<0该过程（反应）释放自由能，反应能自发进行。本文档共147页；当前第67页；编辑于星期三\11点45分例如,烟草花叶病毒(tobaccomosaicvirus,TMV)组装过程的△H为120KJ/mol,△S为415J/mol,由于△G=△H-T△S,故TMV的组装过程显著受温度的影响。低于10℃,△G为正,病毒粒子解体；约16℃,△G=0,两者建立平衡;37℃时,△G为负,过程明显趋向自组装。这是由于温度不同,过程的熵变和熵变在△G中所占的比重发生变化结果。本文档共147页；当前第68页；编辑于星期三\11点45分线性结构：一级结构的基础上通过分子间力学的相互作用（次级键的作用）自我折叠形成二级结构或高级结构，具有特定的生物学活性。组装：一级结构的组装是模板指导组装，高级结构的组装是自我组装（部分靠蛋白分子的帮助）蛋白质核糖体核酸DNA聚合酶或RNA聚合酶多糖的合成在特异酶的作用下合成本文档共147页；当前第69页；编辑于星期三\11点45分从分子水平看，一般认为在生物大分子组装成超分子结构的过程中，蛋白质在此过程中起着重要的作用。本文档共147页；当前第70页；编辑于星期三\11点45分NulceoproteinassociationsofnucleicacidsandproteinRibosome:ribosomalproteins＋rRNAs本文档共147页；当前第71页；编辑于星期三\11点45分Chromatin：Viruses:Telomerase：deoxyribonucleoproteinconsistingofDNA&histonestoformarepeatingunitcallednucleosomeproteincapsid+RNAorDNAreplicatingtheendsofeukaryoticchromosomes.RNAactsasthereplicationtemplate,andproteincatalyzesthereactionNulceoprotein本文档共147页；当前第72页；编辑于星期三\11点45分蛋白质通常由亚基通过非共价键联合组成，如血红蛋白有4条多肽链亚基。许多超分子结构亚基可以自我组装，无需外界指导，其组装的信息主要存在于蛋白质自身结构中。血红蛋白有α、β两种亚基，在生理环境中，始终是组装成α2β2血红蛋白形式，而不会组装成其它形式，即使溶液中含有其它不同种蛋白质亚基或不同物种血红蛋白亚基，它们也不会交换成杂种，说明了α、β亚基具有十分专一的结构信息。形状和空间结构精确的互补性，保证了专一的组装。

本文档共147页；当前第73页；编辑于星期三\11点45分Manyproteinsarecomposedoftwoormorepolypeptidechains(subunits).Thesesubunitsmaybeidenticalordifferent.Thesameforceswhichstabilizetertiarystructureholdthesesubunitstogether.Thisleveloforganizationcalledquaternarystructure.Thequaternarystructureofhemoglobin：a1-yellow;

b1-lightblue;a2-green;b2-darkblue;heme-redProteinstructure－Quaternary本文档共147页；当前第74页；编辑于星期三\11点45分1.类似功能分子组装1功能类似的分子的组装结构生物学研究表明，结构域的组合是许多蛋白质在功能上存在差异的物质基础。本文档共147页；当前第75页；编辑于星期三\11点45分2.同类生物分子组装2同类分子的组装超分子复合物-通过蛋白质自身及蛋白和其它生物大分子自发聚集形成。本文档共147页；当前第76页；编辑于星期三\11点45分3.异类生物分子组装3异类生物分子的组装蛋白质与核酸形成的复合物称为核蛋白体。核内小核糖核蛋白体（snRNP),信号识别颗粒（SRP）,转录因子等。本文档共147页；当前第77页；编辑于星期三\11点45分本文档共147页；当前第78页；编辑于星期三\11点45分三、生物分子的构型与构象（一）构型（二）构象一级结构二级结构三级结构四级结构（三）生物分子的螺旋结构本文档共147页；当前第79页；编辑于星期三\11点45分2.3.3.1生物大分子的结构层次

macromolecularlevels

生物学功能的表现与生物分子在特定环境下的构型和构象有关。

构型(configuration):分子中各原子都具有的各自固定的空间排列使分子能以立体化学的形式区分开。

构象(conformation):分子的共价键结构不变，在单键时周围原子旋转所产生的原子空间排列。本文档共147页；当前第80页；编辑于星期三\11点45分核酸－核苷酸，核苷酸的序列决定了蛋白质中相应氨基酸的序列。氨基酸的序列决定了蛋白质的一级结构、一级结构决定二级结构或更高级的结构。分子构象是空间结构，高级结构，立体结构、三位构象的总称。如：蛋白质的结构包含了一级结构、二级结构三级结构和四级结构。本文档共147页；当前第81页；编辑于星期三\11点45分一级结构二级结构三级结构四级结构α－螺旋β－折叠本文档共147页；当前第82页；编辑于星期三\11点45分血红蛋白质的三级结构和四级结构本文档共147页；当前第83页；编辑于星期三\11点45分Manyproteinsarecomposedoftwoormorepolypeptidechains(subunits).Thesesubunitsmaybeidenticalordifferent.Thesameforceswhichstabilizetertiarystructureholdthesesubunitstogether.Thisleveloforganizationcalledquaternarystructure.Thequaternarystructureofhemoglobin：a1-yellow;

b1-lightblue;a2-green;b2-darkblue;heme-redProteinstructure－Quaternary本文档共147页；当前第84页；编辑于星期三\11点45分2.3.3.2生物分子的螺旋结构

macromolecularhelixstructure生物分子中二级结构多以螺旋结构普遍存在。有些螺旋分子会出现在更高的层次。如蛋白质、核酸、染色质、微管等。本文档共147页；当前第85页；编辑于星期三\11点45分转录因子与DNA分子的作用鞭毛的结构与运动酶蛋白的催化功能膜蛋白的螺旋结构与功能结构是功能的基础：生物分子的螺旋结构

macromolecularhelixstructure本文档共147页；当前第86页；编辑于星期三\11点45分2.3.4生物膜的组装

biomembraneassemblies生物膜是由蛋白质和脂质组成的装配体。脂双层分子构成细胞膜，膜中的蛋白质与脂质通过疏水作用相互结合。膜蛋白结构的主要特征是α螺旋的球状结构。本文档共147页；当前第87页；编辑于星期三\11点45分膜流动性的生理意义:

质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素的作用等都与膜的流动性密切相关。

膜的流动性本文档共147页；当前第88页；编辑于星期三\11点45分细胞膜由流动的脂双层和嵌在其中的蛋白质组成。磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成膜骨架蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层流动镶嵌模型本文档共147页；当前第89页；编辑于星期三\11点45分本文档共147页；当前第90页；编辑于星期三\11点45分现代分子生物学发展中具有重要意义的成就之一就是认识到生物大分子是生物一切生命活动的分子基础。生物的生长、发育和繁殖从根本上来说也就是各种生物大分子的依次合成、组装和扩增过程。遗传物质（核酸）能够自我复制并控制蛋白质的合成，由蛋白质再合成其他生物分子。生物大分子自我组装成生物不同层次的结构和组织。遗传信息的表达可在不同水平上进行自我调节。由此呈现出生物的各种不同功能。五、复杂聚集物的自我装配本文档共147页；当前第91页；编辑于星期三\11点45分一种多蛋白装配体——胶原蛋白

原胶原细丝(procollagenfilaments)(0~4nm)↓原小纤维(protofibrils)(11~15nm)↓微小纤维(microfibrils)(30~200nm)↓胶原蛋白小纤维(collagenfibrils)(0.2~0.4μm)↓纤维(fibers)(1~10μm)↓腱、骨胳、软骨等(肉眼可见)本文档共147页；当前第92页；编辑于星期三\11点45分本文档共147页；当前第93页；编辑于星期三\11点45分胶原纤维中原胶原蛋白分子的排列

本文档共147页；当前第94页；编辑于星期三\11点45分本文档共147页；当前第95页；编辑于星期三\11点45分

烟草花叶病毒是核酸与衣壳蛋白相互识别，由衣壳亚单位按一定方式围绕RNA聚集而成，不借助酶，也无需能量再生体系。烟草花叶病毒（TMV）呈直杆状，长300nm，宽18nm，中空内径4nm，由158个氨基酸组成一个皮鞋状的衣壳粒，总共有2130个衣壳粒，排列成130圈螺旋，TMV的核酸核心是单链的RNA，含有6395个核苷酸，每3个核苷酸与一个衣壳粒相结合，盘绕于蛋白质的中空内径中。本文档共147页；当前第96页；编辑于星期三\11点45分本文档共147页；当前第97页；编辑于星期三\11点45分第四节生物大分子的相互作用生物大分子发挥生理功能所需的三个条件：分子结构、分子运动和变化以及分子间的相互作用。生物大分子相互作用的力：1.非共价键的作用；2.分子的结合与解离；本文档共147页；当前第98页；编辑于星期三\11点45分生物大分子的相互作用DNA-蛋白质相互作用（DNA-proteininteraction）蛋白质-蛋白质的相互作用（protein-proteininteraction）糖-蛋白质的相互作用脂-蛋白质的相互作用本文档共147页；当前第99页；编辑于星期三\11点45分染色质的构成转录因子与DNA的结合2.4.1核酸与蛋白质的相互作用本文档共147页；当前第100页；编辑于星期三\11点45分蛋白质和核酸大分子之间的相互作用本文档共147页；当前第101页；编辑于星期三\11点45分本文档共147页；当前第102页；编辑于星期三\11点45分反式作用因子结构域的模式DNA结合域(DNA-bandingdomain)锌指结构

(zincfingermotif)同源结构域(homodomain,HD)：螺旋-转角螺旋(helix-turn-helix)亮氨酸拉链结构(leucinezipper)螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix,HLH)碱性α螺旋(alkalineα-helix)本文档共147页；当前第103页；编辑于星期三\11点45分Thehelixturnhelixdomaina.Helix-turn-helix（螺旋-转角-螺旋）。是最早发现于原核生物中的一个关键因子，该结构域长约20个aa，主要是两个α-螺旋区和将其隔开的β转角。其中的一个被称为识别螺旋区，因为它常常带有数个直接与DNA序列相识别的氨基酸。本文档共147页；当前第104页；编辑于星期三\11点45分FrontSideTop

DNABindingDomainHelixTurnHelixdomain

CRO–CroProteinComplexWithDNAContainingOperatorOR1fromBacteriophage本文档共147页；当前第105页；编辑于星期三\11点45分本文档共147页；当前第106页；编辑于星期三\11点45分本文档共147页；当前第107页；编辑于星期三\11点45分Domain2Domain3Domain1b.Homeodomain（同源域），最早来自控制躯体发育的基因，长约60个氨基酸，其中的DNA结合区与helix-turn-helixmotif相似，人们把该DNA序列称为homeobox。主要与DNA大沟相结合。本文档共147页；当前第108页；编辑于星期三\11点45分TheZincFingerdomain

c.Zincfinger（锌指）长约30个aa，其中4个氨基酸（Cys或2个Cys，两个His）与一个Zinc原子相结合。与Zinc结合后锌指结构较稳定。本文档共147页；当前第109页；编辑于星期三\11点45分

DNABindingMotifZincBindingMotif

Gal4–DNAcomplexfromSaccharomycescerevisiae.FrontSideTop本文档共147页；当前第110页；编辑于星期三\11点45分d.Leucinezippers

（亮氨酸拉链）

d.亮氨酸拉链

是亲脂性（amphipathic）的α螺旋，包含有许多集中在螺旋一边的疏水氨基酸，两条多肽链以此形成二聚体。每隔6个残基出现一个亮氨酸。由赖氨酸（Lys）和精氨酸（Arg）组成DNA结合区。本文档共147页；当前第111页；编辑于星期三\11点45分

DNABindingMotif

LeucineZipperMotifGcn4ComplexWithAp-1DnafromSaccharomycescerevisiae.FrontSideTop本文档共147页；当前第112页；编辑于星期三\11点45分Thebasichelix-loop-helixdomain

e.碱性螺旋-环-螺旋

该调控区长约50个aa残基，同时具有DNA结合和形成蛋白质二聚体的功能，其主要特点是可形成两个亲脂性α-螺旋，两个螺旋之间由环状结构相连，其DNA结合功能是由一个较短的富碱性氨基酸区所决定的。本文档共147页；当前第113页；编辑于星期三\11点45分DNA—蛋白质相互作用：（一）化学键：1.氢键2.疏水键3.离子键（二）DNA—蛋白质相互作用中的序列特异识别：1.序列特异识别的结合能2.序列特异结合的机构基元本文档共147页；当前第114页；编辑于星期三\11点45分2.4.2蛋白质与蛋白质的相互作用一种蛋白质分子的表面可以被另一种蛋白质分子所结合，如蛋白水解酶类（proteinase）和蛋白质聚集在一起形成一个复杂的结构，膜和病毒外壳尤其是相同部件自我聚集形成一个多亚基的复合物。

①蛋白抗原与抗体的作用②转录因子间的相互作用③细胞因子和膜蛋白受体的作用本文档共147页；当前第115页；编辑于星期三\11点45分①蛋白抗原与抗体的作用本文档共147页；当前第116页；编辑于星期三\11点45分酪氨酸激酶受体

Receptortyrosinekinases本文档共147页；当前第117页；编辑于星期三\11点45分RNApolymeraserequiresaproteincomplexatapromotertoinitiateRNAsynthesis②转录因子间的相互作用本文档共147页；当前第118页；编辑于星期三\11点45分Enhancerbindingproteinscanactfromadistancetoenhanceinitiationoftranscription本文档共147页；当前第119页；编辑于星期三\11点45分腺苷酸环化酶：跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，催化ATP生成cAMP。Adenylatecyclase③细胞因子和膜蛋白受体的作用本文档共147页；当前第120页；编辑于星期三\11点45分蛋白质与蛋白质的相互作用生物体内一种蛋白质分子与另一种蛋白质分子结合的例子很多。例如：血红蛋白，RNA聚合酶，DNA聚合酶。蛋白质多亚基形式的优点是:1）亚基对DNA的利用来说是一种经济的方法；2）可以减少蛋白质合成过程中随机的错误对蛋白质活性的影响；3）活性能够非常有效和迅速地被打开和被关闭。

血红蛋白四级结构

细菌的RNA聚合酶DNA聚合酶-Ⅲ（DNApol-Ⅲ）本文档共147页；当前第121页；编辑于星期三\11点45分（一）糖蛋白糖蛋白（glycoprotein）是蛋白质和寡糖链通过糖苷键连接成的，有N-糖苷键和O-糖苷键。（二）蛋白聚糖蛋白聚糖是一类非常复杂的大分子，是含有共价连接的一条或数条糖胺聚糖链的核心蛋白大分子。2.4.3糖与蛋白质的相互作用本文档共147页；当前第122页；编辑于星期三\11点45分（1）糖蛋白：是蛋白与糖通过糖苷键连接成的产物。寡糖链由不同单糖组成，根据结合方式不同可以有多种形式，作为分子识别标志。

单糖：葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、胞壁酸、甘露糖、鼠李糖和唾液酸等。

糖苷键：1－2、1－3、1－4、1－6、2－3、2－6等。

半缩醛的构型：α型、β型。糖蛋白组成人体内的重要物质：免疫球蛋白、激素、酶、干扰素、凝血因子、细胞膜表面抗原、受体、转运蛋白、凝集素、毒素。本文档共147页；当前第123页；编辑于星期三\11点45分

单糖结构

-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-岩藻糖唾液酸-D-N-乙酰葡糖胺-尿苷二磷酸（GalNAc，□)(Fuc，△)(SA，◆)GlcNAc-UDP

(*单糖的英文缩写及代表符号在括号标明)本文档共147页；当前第124页；编辑于星期三\11点45分本文档共147页；当前第125页；编辑于星期三\11点45分本文档共147页；当前第126页；编辑于星期三\11点45分糖蛋白是蛋白与糖共价结合的复合分子。糖链和肽链的结合主要有两大类：①N－糖苷键，由β构型的N－乙酰葡萄糖胺与天冬酰胺的酰胺基形成；②O－糖苷键，由α构型的N－乙酰半乳糖胺与丝氨酸或苏氨酸的羟基形成；N－糖苷键连接的糖肽又称为天冬酰胺连接的糖肽；由O－糖苷键形成的糖肽又称为粘蛋白型糖肽。天冬酰胺连接的糖链中由共同的5糖核心，而粘蛋白型糖链不具有共同的寡糖结构。糖的种类及连接方式呈高度的多样化，表明糖链能够编码大量的信息。本文档共147页；当前第127页；编辑于星期三\11点45分糖蛋白的分类与结构N-连接：O-连接：GPl-连接：

GlcNAcAsnGalNAcSer(Thr)连接方式本文档共147页；当前第128页；编辑于星期三\11点45分N-连接糖蛋白:糖链的βN-乙酰葡糖胺与多肽链的天冬酰胺的酰胺氮连接，形成N-糖苷键，此种糖链为N-连接糖链，也称N-连接聚糖。

连接点的结构GlcNAcβ-N-Asn

糖基化位点N-连接聚糖中Asn-X-Ser／Thr三个氨基酸残基序列子(其中X是除脯氨酸外的任一氨基酸)称为糖基化位点。本文档共147页；当前第129页；编辑于星期三\11点45分核心结构高甘露糖型复杂型杂合型

N-连接糖链结构都有一个五糖核心结构ManMan

Man

GlcNAc

GlcNAcAsnD-甘露糖-D-N-乙酰葡糖胺天冬酰胺本文档共147页；当前第130页；编辑于星期三\11点45分O-连接糖蛋白:糖链的αN-乙酰半乳糖胺与多肽链的丝氨酸或苏氨酸的羟基连接，形成O-糖苷键，糖链为O-连接糖链，也称O-连接聚糖。连接点的结构GalNAcα-O-Ser／ThrIgA分子的O-连接糖链有6种本文档共147页；当前第131页；编辑于星期三\11点45分GPl-连接糖蛋白:糖磷脂酰肌醇(GPl)与多肽链连接,此类蛋白质称为GPl-连接糖蛋白或GPl-锚定糖蛋白。

连接结构磷酸乙醇胺-甘露糖-甘露糖-甘露糖-葡糖胺-磷脂酰肌醇。本文档共147页；当前第132页；编辑于星期三\11点45分糖蛋白的功能（一）糖链对糖蛋白理化性质、空间结构和生物活性的影响1.对糖蛋白新生