生物化学总结.docx

《生物化学总结.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学总结.docx（45页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精品名师归纳总结生物化学（ biochemistry）是争论生命化学的科学，它在分子水平上探讨生命的本质，即争论生物体的分子结构与功能，物质代谢与调剂，遗传信息的传递与调控，及其在生命活动中的作用。人们通常将争论核酸、蛋白质等全部生物大分子的结构、功能及基因结构、表达与调控的内容，称为分子生物学。所以分子生物学是生物化学的重要组成部分。一、生物化学进展简史1初期阶段 18 世纪 20 世记初 生物化学的争论始于18 世纪， 但作为一门独立的科学是在20 世纪初期。 主要争论生物体的化学组成。2蓬勃进展阶段（从20 世记初 20 世记中期）主要在养分学，内分泌学，酶学，物质代谢及其调控等方面取得

2、了重大进展。3分子生物学进展阶段（从20 世纪中期至今）主要有物质代谢途径的争论连续进展，重点进入代谢调剂与合成代谢的争论。另外，显著特点是分子生物学的崛起。DAN双螺旋结构模型的提出，遗传密码的破译，重组 DNA技术的建立等。20 世纪末始动的人类基因组方案（human genome project）是人类生命科学中的又一宏大创举。以基因编码蛋白质的结构与功能为重点之一的功能基因组争论已快速崛起。当前显现的的蛋白质组学（ proteomics）领域。阐明人类基因组功能是一项多学科的任务，因而产生了一门前景宽阔的新兴学科-生物信息学（ bioinformatics）。我国科学家对生物化学的进展

3、做出了重大的奉献。二、生物化学争论的主要内容1生物分子的结构与功能2物质代谢及其调剂3基因信息传递及其调控三、生物化学与医学生物化学是一门重要的医学基础课，与医学有着紧密的联系。生物大分子通常都有肯定的分子结构规律，即由肯定的基本结构单位，按肯定的排列次序和 连接方式而形成的多聚体。蛋白质和核酸是体内主要的生物大分子，各自有其结构特点，并分别行使不同的生理功能。酶是一类重要的蛋白质分子，是生物体内的催化剂。本篇将介绍蛋白质的结构、功能。核酸的结核与功能。酶等三章。重点把握上述生物大分子物质的结构特性，重要功能及基本的理化性质与应用，这对懂得生命的本质具有重要意义。蛋白质是生物体含量最丰富的生物

4、大分子物质，约占人体固体成分的45%，且分布广泛，全部细胞、组织都含有蛋白质。生物体结构越复杂，蛋白质的种类和功能也越繁多。蛋白质也是机体的功能分子（ working molecules）。它参与机体的一切生理活动，机体的各种生理功能几乎都是通过蛋白质来完成的，而且在其中起着关键作用，所以蛋白质是生命的物质基础。第一节蛋白质的分子组成 Conformation of Protein Molecules 一、蛋白质的元素组成组成蛋白质的元素除含有碳、氢、氧外都含有氮。有些蛋白质仍含有少量硫、磷、铁、锰、锌、铜、碘等。大多数蛋白质含氮量比较接近，平均为16%，这是蛋白质元素组成的一个特点。蛋白质的

5、元素组成中含有氮，是碳水化物、脂肪在养分上不能替代蛋白质的缘由。 二、氨基酸氨基酸（ amino acid）是组成蛋白质的基本单位。组成人体蛋白质的氨基酸仅有20 种。其可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结化学结构式有一个共同特点，即在连接羧基的碳原子上仍有一个氨基，故称氨基酸 除甘氨酸外 。（一）氨基酸的结构组成人体蛋白质的20 种氨基酸，各种氨基酸在结构上有以下特点。1组成蛋白质的氨基酸，除甘氨酸外，均属L- - 氨基酸。2不同的L- - 氨基酸，其侧链（R）不同。（二）氨基酸的分类依据氨基酸侧链R 基团的结构和性质，可将20 种氨基酸分成四类。1.非极性疏水性氨基酸 2极性中

6、性氨基 3酸性氨基酸 4碱性氨基酸在蛋白质的修饰过程中，蛋白质分子中20 种氨基酸残基的某些基团仍可被甲基化、甲酰化、乙酰化、异戊二烯化和磷酸化等。（三）氨基酸的理化性质1. 两性解离及等电点：全部氨基酸都含有碱性的- 氨基和酸性的- 羧基， 因此氨基酸是一种两性电解质，具有两性解离的特性。2. 紫外吸取性质依据氨基酸的吸取光谱，含有共轭双键的色氨酸、酪氨酸的最大吸取峰在280nm波长邻近。3. 茚三酮反应：可作为氨基酸定量分析方法。三、肽（ peptides）肽 peptide在蛋白质分子中由一分子氨基酸的- 羧基与另一分子氨基酸的- 氨基脱水生成的键称为肽键（ peptide bond）。

7、肽键是蛋白质分子中基本的化学键。如由二个氨基酸以肽键相连形成的肽称为二肽， 相互之间以肽键相连。 二肽仍可通过肽键与另一分子氨基酸相连生成三肽。此反应可连续进行，依次生成四肽、五肽。由10 个以内的氨基酸由肽键相连生成的肽称为寡肽 （ oligopeptide），由更多的氨基酸借肽键相连生成的肽称为多肽（polypeptide）。多肽是链状化合物，故称多肽链 （polypeptide chain）。多肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全，故称为氨基酸残基（ residue ）。多肽链中形成肽键的 4 个原子和两侧的 - 碳原子成为多肽链的骨架或主链。 构成多肽链骨架或主链的原子称为主链原子或

8、骨架原子， 而余下的 R 基团部分，称为侧链。多肽链的左端有自由氨基称为氨基末端（ aminoterminal ） 或 N-端，右端有自由羧基称为羧基 末端（ carboxylterminal ）或 C-端。把含有 51 个氨基酸残基、分子量为 5733 的胰岛素称作蛋白质。这好像是习惯上的多肽与蛋白质的分界线。生物活性肽谷胱甘肽 glutathione, GSH GSH是由谷、半胱和甘氨酸组成的三肽。第一个肽键与一般不同，由谷氨酸- 羧基与半胱氨酸的氨基组成，分子中半胱氨酸的巯基是该化合物的主要功能基团。多肽类激素及神经肽 其次节蛋白质的分子结构Molecular Structure of

9、Protein人体的蛋白质分子是由20 种氨基酸借肽键相连形成的生物大分子。每种蛋白质都有其肯定的氨基酸组成及氨基酸排列次序，以及肽链特定的空间排布。从而表达了蛋白质的特性，是每种蛋白质具有特殊生理功能的结构基础。蛋白质分子结构分成一级结构、二级结构、 三级结构、 四级结构 4 个层次，后三者统称为空间结构、高级结构或空间构象（conformation）。蛋白质的空间结构涵盖了蛋白质分子中的每一原子在三维空间的相对位置，它们是蛋白质特 有性质和功能的结构基础。由一条肽链形成的蛋白质只有一级结构、二级结构和三级结构，由二条或二条以上肽链形成的蛋白质才可能有四级结构。一、蛋白质的一级结构蛋白质中氨

10、基酸的排列次序称为蛋白质的一级结构（ primary structure）。肽键是一级结构的主要化学键。有些蛋白质仍包含二硫键，即由两个半胱氨酸巯基脱氢氧化而成。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结目前已知一级结构的蛋白质数量已相当可观，并且仍以更快的速度增长。国际互联网有如干重要的蛋白质数据库（ updated protein databases），收集了大量最新的蛋白质一级结构及 其他资料 , 为蛋白质结构与功能的深化争论供应了便利。二、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 （ secandary structure）是指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构， 也就是该段肽链主链骨

11、架原子的相对空间位置。不涉及氨基酸残基侧链的构象。蛋白质的二级结构主要包括- 螺旋、 - 折叠、 - 转角和无规卷曲。（一）肽单元构成肽键的4 个原子和与其相邻的两个碳原子（C）构成一个肽单元（peptide unit）。由于参与肽单元的6 个原子 C 1、C、O、N、H、C 2 位于同一平面，故又称为肽平面。（二） - 螺旋- 螺旋（ -helix）：蛋白质分子中多个肽单元通过氨基酸- 碳原子的旋转，使多肽链的主链环绕中心轴呈有规律的螺旋上升，回旋成稳固的- 螺旋构象。螺旋靠氢键维护。如氢键破坏，就- 螺旋构象即遭破坏。（三） - 折叠（ -pleated sheet）每个肽单元以C为旋转点

12、，依次折叠成锯齿状结构，氨基酸残基侧链交替位置于锯齿状结构的上下方，氢键是维护- 折叠结构的主要次级键。（四） - 转角（ -turn）和无规卷曲（ random coil）- 转角舒展的肽链形成180回折，即U 形转角结构。无规卷曲系指没有确定规律性的那部分肽链构象。（五）模体 motif在很多蛋白质分子中，可发觉二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象， 被称为模体。 一个模序总有其特点性的氨基酸序列，并发挥特殊的功能。如在很多钙结合蛋白分子中通常有一个结合钙离子的模序。它由 - 螺旋 - 环- - 螺旋三个肽段组成。 锌指结构 zinc finger也是一个

13、常见的模体例子。此模体由1 个 - 螺旋和 2 个反平行的 - 折叠三个肽段组成。由于Zn2+可稳固模体中- 螺旋结构，致使此- 螺旋能镶嵌于 DNA的大沟中， 因此含锌指结构的蛋白质都能与DNA或 RNA结合。可见模体的特点性空间 构象是其特殊功能的结构基础。（六）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成- 螺旋或 - 折叠，它就会显现相应的二级结构。三、蛋白质的三级结构 一 蛋白质的三级结构（tertiary structure）是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链全部原子在三维空间的排布位置。例:Mb

14、（肌红蛋白） 是由 153 个氨基酸残基构成的单条肽链的蛋白质，含有 1 个血红素辅基。可进行可逆的氧合和脱氧。蛋白质三级结构的形成和稳固主要靠次级键疏水键、离子键（盐键）、氢键和 Van derWaals 力等。疏水性氨基酸的侧链R 基为疏水基团，有躲开水，相互集合而藏于蛋白质分子内部的自然趋势，这种结合力叫疏水键。（二）结构域分子量大的蛋白质三级结构常可分割成1 个和数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行其功能，称为结构域domain 。如纤连蛋白 fibronectin，它由二条多肽链通过近C-端的两个二硫键相连而成，含有6 个结构域，各个结构域分别执行一种功能，有可与细胞、胶原、

15、 DNA和肝素等配体结合的结构域。（三）分子伴侣除一级结构为打算因素外，蛋白质空间构象的正确形成仍需要一类称为分子伴侣chaperon的蛋白质参与。 分子伴侣通过供应一个爱护环境从而加速蛋白质折叠成自然构象或形成四级结构。分子伴侣广泛的存在于从细菌到人的生物体中，其中有很大一部分被称之为热休克蛋白（ heat shock protein）。四、蛋白质的四级结构在体内有很多蛋白质分子含有二条或多条多肽链，才能全面的执行功能。每一条多肽链都有可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其完整的三级结构，称为蛋白质的亚基（ subunit），这种蛋白质分子中各个亚基的空间排布 及亚基接触部位的布

16、局和相互作用，称为蛋白质的四级结构（quaternary structure）。 在四级结构中， 各个亚基间的结合力主要是氢键和离子键维护四级结构。含有四级结构的蛋白质， 单独的亚基一般没有生物学功能，只有完整的四级结构寡聚体才有生物学功能。亚基分子结构相同 , 称之为同二聚体homodimer,如亚基分子结构不同, 就称之为异二聚体heterodimer。血红蛋白 hemoglobin,Hb是由 2 个亚基和2 个亚基组成的四聚体，两种亚基的三级结构颇为相像，且每个亚基都结合有1 个血红素（ heme）辅基。五、蛋白质的分类（一） 依据蛋白质组成成分可分成单纯蛋白质和结合蛋白质， 单纯蛋白质

17、只含氨基酸。 结合蛋白质，除蛋白质部格外，仍含有非蛋白质部分， 为蛋白质的生物活性或代谢所依靠。 结合蛋白质中的非蛋白质部分被称为辅基， 绝大部分辅基通过共价键方式与蛋白质部分相连。 辅基的种类也很广，常见的有色素化合物、寡糖、脂类、磷酸、金属离子甚至分子量较大的核酸。（二）蛋白质仍可依据其外形分为纤维状蛋白质和球状蛋白质两大类。第三节蛋白质的结构与功能的关系Relationship of Protein Structure and Function一、蛋白质的一级结构与功能的关系（一）蛋白质的一级结构是空间构象的基础Anfinsen在争论核糖核酸酶时已发觉，蛋白质的功能与其三级结构亲密相关，

18、而特定三级结构是以氨基酸次序为基础的。核糖核酸酶是由124 个氨基酸残基组成的一条多肽链，分子中 8 个半胱氨酸的巯基构成四对二硫键Cys26 和 Cys84, Cys40和 Cys95, Cys58和 Cys110,Cys65 和 Cys72 图 1-17A 。进而形成具有肯定空间构象的球状蛋白质。用变性剂和仍原剂 - 巯基乙醇处理该酶溶液，分别破坏二硫键和次级键，使其空间结构被破坏。但肽键不受影响， 一级结构仍保持完整， 酶变性失去活性。 如用透析方法除去尿素和 - 巯基乙醇后， 核糖核酸酶又从无序的多肽链卷曲折叠成自然酶的空间结构， 酶从变性状态复性， 酶的活性又复原至原先水平。这充分证

19、明，只要其一级结构未被破坏，就可能复原原先的三级结构，功能依旧存在，所以多肽链中氨基酸的排列次序是蛋白质空间结构的基础。（二）一级结构与功能的关系已有大量的试验结果证明，一级结构相像的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能也相像。例如不同哺乳类动物的胰岛素分子结构都由A 和 B 两条链组成， 且二硫键的配对和空间构象也极相像，它们都执行着相同的调剂糖代谢等的生理功能。又例如垂体前叶分泌的促肾上腺皮质激素ACTH和促黑激素 -MSH, -MSH共有一段相同的氨基酸序列，因此，ACTH也可促进皮下黑色素生成，但作用较弱。又例存在于生物界的蛋白质如细胞色素Ccytochrome C，比较它们的一级结构，可

20、以帮忙明白物种进化间的关系。但有时蛋白质分子中起“关键” 作用的氨基酸残基缺失或被替代，都会严峻影响空间构象乃 至生理功能， 甚至导致疾病产生。例如正常人血红蛋白亚基的第6 位氨基酸是谷氨酸，而镰刀形贫血患者的血红蛋白中，谷氨酸变成了缬氨酸，即酸性氨基酸被中性氨基酸替代，仅此一个氨基酸之差，本是水溶性的血红蛋白，就集合成丝，相互粘着，导致红细胞变形成为 镰刀状而极易破裂，产生镰刀形红细胞性贫血（sickle cell anemia）。这种由蛋白质分子 发生变异所导致的疾病，被称之为“分子病”，其病由于基因突变所致。二、蛋白质空间结构与功能的关系体内蛋白质所具有的特定空间构象都与其发挥特殊的生理

21、功能有着亲密的关系。（一）肌红蛋白和血红蛋白结构肌红蛋白 myoglubin， Mb 与血红蛋白都是含有血红素辅基的蛋白质。血红素是铁卟啉化合物，它由4 个吡咯环通过4 个甲炔基相连成为一个环形，Fe2+ 居于环中。从X 线衍射法分析获得的肌红蛋白的三维结构中，可见它是一个只有三级结构的单链蛋白质，氨基酸残基上的疏水侧链大都在分子内部，富极性及电荷的就在分子表面，因此其水溶性较好。Mb 分子内部有一个袋形空穴，血红素居于其中。血红蛋白 hemoglubin ，Hb具有四个亚基组成的四级结构，每个亚基结构中间有一个疏水局部，可结合1 个血红素并携带1 分子氧，因此一分子Hb 共结合 4 分子氧。

22、成年人红细胞中可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结的 Hb 主要由两条肽链和两条肽链 2 2 组成，链含141 个氨基酸残基，链含146 个氨基酸残基。胎儿期主要为2 2，胚胎期为 2 2。Hb各亚基的三级结构与Mb极为相像。 Hb亚基之间通过8 对盐键，使四个亚基紧密结合而形成亲水的球状蛋白。（二）血红蛋白的构象变化与结合氧Hb 与 Mb一样可逆的与O2结合， 氧合 Hb 占总 Hb的百分数 称百分饱和度 随 O2 浓度变化而变化。图1-22 为 Hb 和 Mb的氧解离曲线，前者为S 状曲线，后者为直角双曲线。可见，Mb 易与 O2结合，而 Hb 与 O2的结合在O2分压较低时较

23、难。 为什么？依据S 形曲线的特点可知，Hb 中第一个亚基与O2 结合以后，促进其次及第三个亚基与O2 的结合，当前三个亚基与O2结合后，又大大促进第四个亚基与O2结合，这种效应称为正协同效应positive cooperativity。协同效应的定义是指一个亚基与其配体Hb 中的配体为O2结合后，能影响此寡聚 体中另一亚基与配体的结合才能。假如是促进作用就称为正协同效应;反之就为负协同效 应。仍可依据Perutz等利用 X 线衍射技术分析Hb 和氧合 Hb 结晶的三维结构图谱，提出了 说明 O2与 Hb 结合的正协同效应的理论。未结合O2时， Hb 的 1/ 1 和 2/ 2 呈对角排列，结

24、构较为紧密，称为紧急态tense state, T态 ，T 态 Hb 与 O2的亲和力小。随着O2 的结合， 4 个亚基羧基末端之间的盐键断裂，其二级、三级和四级结构也发生变化，使1/1 和 2/ 2 的长轴形成15的夹角，结构显得相对放松，称为放松态relaxed state,R态 。Hb 氧合与脱氧时T 态和 R 态相互转换的可能方式有多种。此种一个氧分子与Hb亚基结合后引起亚基构象变化，称为变构效应allosteric effect。小分子 O2 称为变构剂或效应剂， Hb就被称为变构蛋白。变构效应具有普遍生物学意义。（三）蛋白质构象转变与疾病如蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，

25、但蛋白质的构象发生转变，仍可影响其功能，严峻时可导致疾病发生，有人将此类疾病称为蛋白构象疾病。有些蛋白质错折叠后相互集合， 常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理转变，这类疾病包括人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨丁顿舞蹈病（Hunti ngton disease）、疯牛病等。第四节蛋白质的理化性质及其分别纯化The Characters of Protein and its Purification一、蛋白质的理化性质（一）蛋白质的两性电离蛋白质是由氨基酸组成，其分子末端除有自由的-NH2 和 -COOH外，很多氨基酸残基的侧链上尚有可解离的基因

26、，这些基团在溶液肯定pH 条件下可以解离成带负电荷或正电荷的基 团。当蛋白质溶液在某一pH 时，蛋白质解离成正负离子的趋势相等，即成兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH 称为蛋白质的等电点（isoelectric point,PI）。蛋白质溶液的pH大于等电点时，该蛋白质颗粒带负电荷，小于等电点时就带正电荷。（二）蛋白质的胶体性质蛋白质是生物大分子，分子量可自1 万至 100 万之巨，其分子的直径可达1 100nm，为胶粒范畴之内。（三）蛋白质的变性、沉淀和凝固在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质的转变和生物活性的丢失，称

27、为蛋白质的变性denaturation 。1 蛋白质变性的特点：蛋白质变性的主要特点是生物活性丢失。2 蛋白质变性的本质：一般认为蛋白质的变性主要发生二硫键和非共价键的破坏，蛋白质变性是蛋白质空间构象的转变或破坏，不涉及一级结构中氨基酸序列的转变。3 蛋白质变性的意义：在临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外 ,防止蛋白质变性也是有效储存蛋白质制剂 如疫苗等 的必要条件。4. 如蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，有些蛋白质仍可复原或部分复原其原有的构象和功能， 称为复性 renaturation。但是很多蛋白质变性后，空间构象严峻被破坏，不能复原，称为不行逆性变性。5. 蛋白质经强酸

28、、 强碱作用发生变性后，仍能溶解于强酸或强碱溶液中，如将 pH 调至等电点，就变性蛋白质立刻结成絮状的不溶解物，此絮状物仍可溶解于强酸和强碱中。如再加热可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结就絮状物可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中，这种现象称为蛋白质的凝固作用 protein coagulation（四）蛋白质的紫外吸取。蛋白质在280nm波特长有特点性的紫外吸取，可作蛋白质定量测定。（五）蛋白质的呈色反应茚三酮反应 ninhydrin reaction蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应，详见本章第一节。双缩脲反应 biuret reaction蛋白质和多

29、肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，出现紫色或红色，称为双缩脲反应。氨基酸不显现此反应。二、蛋白质的分别和纯化（一）透析及超滤法（二）丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀（三）电泳（四）层析（五）分子筛（六）超速离心小 结Summary蛋白质是重要的生物大分子，在体内分布广泛，含量丰富，种类繁多。每一种蛋白质都有其特定的空间构象和生物学功能。组成蛋白质的基本单位为L- - 氨基酸，共有20 种，可分为非极性疏水性氨基酸、极性中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸四类。氨基酸属于两性电解质，在溶液的pH 等于其 pI时，氨基酸呈兼性离子。氨基酸可通过肽键相连而成肽。小于10 个氨基酸组成的肽称为寡 肽，大于1

30、0 个就称为多肽。体内存在很多如GSH、促甲状腺释放激素和神经肽等重要的生物活性肽。复杂的蛋白质结构可分成一级、二级、 三级和四级结构四个层次。蛋白质一级结构是指蛋白质分子中氨基酸自N端至 C 端的排列次序， 即氨基酸序列， 其连接键为肽键，仍包括二硫键的位置。 形成肽键的6 个原子处于同一平面，构成了所谓的肽单元。二级结构是指蛋白质主链局部的空间结构，不涉及氨基酸残基侧链构象。主要为- 螺旋、 - 折叠、 - 转角和无规卷曲， 以氢键维护其稳固性。在蛋白质分子中，空间上相互邻近的二个或三个具有二级结 构的肽段， 完成特定的生物学功能，称之为模体。 三级结构是指多肽链主链和侧链的全部原子的空间

31、排布位置。三级结构的形成和稳固主要靠次级键。一些蛋白质的三级结构可形成1个或数个球状或纤维状的区域，各行其功能， 称为结构域。 四级结构是指蛋白质亚基之间的 缔合， 也主要靠次级键维系。依据蛋白质的外形，可分成球状蛋白质和纤维状蛋白质。依据组成成分， 仍可分成单纯蛋白质和结合蛋白质，前者仅含有氨基酸，后者除氨基酸外，仍含有非蛋白质的辅基成分。一级结构是空间构象的基础，也是功能的基础。一级结构相像的蛋白质，其空间构象及功能也相近。如蛋白质的一级结构发生转变就影响其正常功能，由此引起的疾病称为分子病。生物体内蛋白质的合成、加工和成熟是一个复杂的过程，其中多肽链的正确折叠对其正确构象形成和功能发挥至

32、关重要。蛋白质折叠成正确的空间构象过程，除一级结构是其打算因素外，仍需要分子伴侣参与。如蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生转变， 仍可影响其功能， 严峻时可导致疾病发生，有人将此类疾病称为蛋白构象疾病。蛋白质空间构象与功能有着亲密关系。血红蛋白亚基与O2 结合可引起另一亚基构象变化，使之更易与O2结合，所以血红蛋白的氧解离曲线呈S 型。这种变构效应是蛋白质中普遍存 在的功能调剂方式之一。蛋白质的空间构象发生转变，可导致其理化性质变化和生物活性的 丢失， 称之为蛋白质变性。蛋白质发生变性后，只要其一级结构未遭破坏，仍可在肯定条件下复性，复原原有的空间构象和功能。分别、纯

33、化蛋白质是争论单个蛋白质结构与功能的先决条件。通常利用蛋白质的理化性质，实行不损耗蛋白质结构和功能的物理方法来纯化蛋白质。常用的技术有电泳法、层析法、 超速离心法等。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结概 述Introduction核酸（ nucleic acid）是以核苷酸为基本组成单位的生物信息大分子。核酸可以分为脱氧核糖核酸（ deoxyribonucleic acid， DNA）和核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）两大类。第一节核酸的化学组成及一级结构Chemical constitution and primary construction of nuc

34、leic acid核酸的基本组成单位是核苷酸（nucleotide），而核苷酸就由碱基、戊糖和磷酸三种成分连 接而成。 DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸（deoxyribonucleotide或 deoxynucleotid e）， RNA的基本组成单位是核糖核苷酸（ribonucleotide）。一、核苷酸的结构（一）碱基的种类：构成核苷酸的五种碱基（ base ）分别属于嘌呤（ purine ）和嘧啶（ pyr imidine ）两类含氮杂环化合物（见图 2-1 ）。DNA分子中的碱基成分为 A、G、C 和 T 四种。 而 RNA分子就主要由 A、 G、C和 U 四种碱基组成。图 2-

35、1参与组成核酸的主要碱基（二）戊糖与核苷：是核苷酸的另一重要成分。脱氧核糖核苷酸中的戊糖是b D 2脱氧核糖。核糖核苷酸中的戊糖为b D核糖。这一结构上的差异使得DNA分子较 RNA分子在化学上更为稳固， 从而被自然挑选作为生物遗传信息的储存载体。为区分于碱基中的碳原子 编号，核糖或脱氧核糖中的碳原子标以C 1´ 、 C2´ （图 22）等。碱基和核糖或脱氧核糖通过糖苷键（glycosidic bond）缩合形成核苷或脱氧核苷，连接位置是 C 1´ 。DNA和 RNA中的核苷组成及其中英文对比见表21。（三）核苷与磷酸通过酯键结合即构成核苷酸或脱氧核苷酸。生

36、物体内多数核苷酸都是5´ 核苷酸， 即磷酸基团位于核糖的第五位碳原子C 5´ 上（图 2 3）。依据磷酸基 团的数目不同，有核苷一磷酸（nucleoside monophosphate，NMP）、核苷二磷酸（nucleos ide diphosphate， NDP）、核苷三磷酸（nucleoside triphosphate， NTP）的命名方式。根 据碱基成分的不同，有AMP（ adenosine monophosphate）、ADP（ adenosine diphosphate）、 ATP（ adenosine triphosphate）等命名。图 2 2 核糖和核

37、苷（四）核苷酸除了构成核酸大分子以外，仍参与各种物质代谢的调控和多种蛋白质功能的调节。例如ATP和 UTP在能量代谢中均为重要的底物或中间产物。环腺苷酸（cyclic AMP， c AMP）和环鸟苷酸（cyclic GMP ， cGMP）等就在细胞信号转导过程中具有重要调控作用。图 2 3 不同类型核苷酸的结构二、核酸的一级结构 一 定义 : 核酸的一级结构是指DNA和 RNA分子中核苷酸的排列次序，也称核苷酸序列。由于核酸分子中不同核苷酸之间的差异仅在于碱基的不同，因此也称为碱基序列。 二 连接方式 :磷酸二酯键。 四种脱氧核苷酸依据肯定的排列次序以化学键：3 , 5 磷酸二酯键（ phos

38、phodiester linkage）相连形成的多聚脱氧核苷酸（polydeoxynucleotides）链称为 DNA。多聚核苷酸（ polynucleotides）链就称为RNA。这些脱氧核苷酸或核苷酸的连接具有严格的方向性，由前一位核苷酸的3´ OH与下一位核苷酸的5´ 位磷酸基之间形成3´, 5´磷酸二酯键，从而构成一个没有分支的线性大分子（图2-4）。它们的两个末端分别称为5´ 末端（游离磷酸基）和3´ 末端（游离羟基） 。书写规章应从5´ 末端到 3´ 末端。（见六版教材图2-4 ）图

39、2 4 DNA 的一级结构及其书写方式 三DNA 和 RNA一级结构的差异：RNA是生物体内另一大类核酸。它与DNA的差别是：组成它的核苷酸的戊糖不是脱氧核糖而是核糖。RNA 中的嘧啶成分为胞嘧啶和尿嘧啶，而不含有胸腺嘧啶，所以构成RNA的基本四种核苷酸是AMP、GM、P CMP和 UMP，其中 U代替了 DNA中的 T。DNA和 RNA对遗传信息的携带和传递，是依靠碱基排列次序变化而实现的。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其次节 DNA的空间结构与功能Space structure and function of DNA一、 DNA的二级结构双螺旋结构模型（一）双螺旋结构的争

40、论背景1碱基组成的Chargaff规章： A=T，C=G。不同种属的DNA碱基组成不同。同一个体不同器官、不同组织的DNA具有相同的碱基组成。2 DNA纤维的 X 线图谱分析显示DNA是螺旋型分子，且为双链分子。3 Rosalind Franklin获得了高质量的DNA的 X 线衍射照片，显示出DNA是螺旋形分子，而且从密度上提示DNA是双链分子。 1953 年 Watson 和 Crick总结前人的争论成果，提出了DNA的双螺旋结构模型。（二） DNA双螺旋结构模型的要点1DNA 是一反向平行的互补双链结构: DNA 分子是由两条反向平行的脱氧多核苷酸链组成，一条链的走向是5 3，另一条链的

41、走向是3 5。在 DNA双链结构中，外侧是由亲水的脱氧核糖基和磷酸基构成的骨架，内侧是碱基，两条链的碱基之间以氢键结合即A 与 T配对。 C 与 G配对。两个配对的碱基结构几乎在一个平面上，并且此平面与线性分子的长轴相垂直（图2 5）。2 DNA是右手螺旋结构DNA 线性长分子通过初始的折叠形成一个右手螺旋式结构，螺旋直径为 2nm，螺旋一周包含了10 对碱基，螺距为3.4nm。外观上， DNA双螺旋分子存在一个大沟和一个小沟，此沟状结构可能与蛋白质和DNA间的识别有关 图 25）。图 2 5 DNA 双螺旋结构示意图3疏水力和氢键维系DNA双螺旋结构的稳固 DNA 双螺旋结构的稳固性横向靠两

42、条链间互补碱基的氢键维系，纵向就靠碱基平面间的疏水性积累力维护，由以后者更为重要。（三） DNA结构的多样性不同的环境条件下，DNA的结构不同，自然界存在的DNA有： B-DNA 右手螺旋（ Watson-Crick模型结构）Z-DNA 左手螺旋A-DNA 右手螺旋体内不同构象的DNA在功能上有所差异，可能参与基因表达的调剂和掌握。（见六版教材图2-6 ）图 2-6不同类型的DNA双螺旋结构二、 DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装DNA是特别庞大的信息高分子，DNA的长度要求其必需形成紧密折叠扭转的方式才能够存在于很小的细胞核内。（一） DNA的超螺旋结构DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结

43、构（superhelix或 supercoil）。盘绕方向与DNA双螺旋方同相同为正超螺旋（positive supercoil）。盘绕方向与DNA双螺旋方向相反就为负超 螺旋（ negative supercoil）。自然界的闭合双链DNA主要是以负超螺旋形式存在。（二）原核生物DNA的高级结构绝大部分原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋分子。在细胞内进一步盘绕，并形成类核（ nucleoid）结构，以保证其以较致密的形式存在于细胞内。在细菌基因组中，超螺旋可以相互独立存在， 形成超螺旋区 （图 2 7），各区域间的DNA可以有不同程度的超螺旋结构。图 2 7 环状 DNA 的超螺旋结构

44、示（三） DNA在真核生物细胞核内的组装在真核生物， DNA以特别致密的形式存在于细胞核内。在细胞周期的大部分时间里以分散存在的染色质（ chromatin）形式显现，在细胞分裂期形成高度组织有序的染色体（chromoso me）染色质的基本组成单位被称为核小体（nucleosome ），由 DNA和 5 种组蛋白（ histone， H）共同构成。核小体中的组蛋白分别称为H1，H2A，H2B，H3 和 H4。各两分子的H2A，H2B，H3 和 H4 共同构成八聚体的核心组蛋白，DNA双螺旋链缠绕在这一核心上形成核小体的核心颗粒（ core particle）。核小体的核心颗粒之间再由DNA（约 60 bp ）和组蛋白H1 构成的连可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结接区连接起来形成串珠样的结构（图28）。图 2 8 核小体的结构示意图核小体是DNA在核内形成致密结构的第一层次折叠，使得 DNA的整体体积削减约6 倍。其次层次的折叠是核小体卷曲（每周6 个核小体）形成直径30 nm、在染色质和间期染色体中都 可以见到的纤维状结构和襻状结构，DNA的致密程度增加约40 倍。第三层次的折叠是30 nm纤维再折叠形成柱状结构，致密程度增加约1000 倍，在分裂期染色体中增加约10 000 倍，从