王镜岩生物化学知识点整理版.docx

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1、第一章蛋白质化学多半蛋白质含 Tyr 、Trp 残基，所以测定蛋白质溶液280nm 的光吸教课目的：最好的沉淀整理1. 掌握蛋白质的观点、重要性和分子构成。2. 掌握 - 氨基酸的构造通式和 20 种氨基酸的名称、符号、构造、分类；掌握氨基酸的重要性质；熟习肽和活性肽的观点。3. 掌握蛋白质的一、二、三、四级构造的特点及其重要化学键。收值，是剖析溶液中蛋白质含量的快速简易的方法。2两性解离和等电点（ isoelectric point, pI）氨基酸在水溶液或晶体状态时以两性离子的形式存在，既可作为酸（质子供体） ，又可作为碱（质子受体）起作用，是两性电解质，其解离度与溶液的pH 有关。在某一

2、 pH 的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋向和4. 认识蛋白质构造与功能间的关系。程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的pH 称为该氨基5. 熟习蛋白质的重要性质和分类第一节蛋白质的分子构成一、蛋白质的元素（化学）构成主要有 C （50% 55% ）、H（ 6% 7% ）、O（ 19% 24% ）、N（13% 酸的等电点。氨基酸的pI 是由 - 羧基和 - 氨基的解离常数的负对数 pK1 和 pK2 决定的。计算公式为：pI=1/2(pK1+ pK2)。若 1 个氨基酸有 3 个可解离基团， 写出它们电离式后取兼性离子两边的 pK 值的均匀值，即为此氨基酸的等电点（酸性氨基酸的等1

3、9% ）、 S （ 0% 4% ）。有些蛋白质还含微量的P 、Fe 、Cu 、Zn 、电点取两羧基的 pK 值的均匀值，碱性氨基酸的等电点取两氨基的 pKMn、值的均匀值）。Co 、 Mo、 I 等。各样蛋白质的含氮量很凑近，均匀为16% 。所以，能够用定氮法来计算样品中蛋白质的大概含量。每克样品含氮克数 100=100g 样品中蛋白质含量（ g% ）二、蛋白质的基本构成单位氨基酸蛋白质在酸、 碱或蛋白酶的作用下， 最后水解为游离氨基酸 （amino acid ），即蛋白质构成单体或构件分子。存在于自然界中的氨基酸第二节 蛋白质的分子构造蛋白质是生物大分子， 构造比较复杂， 人们用 4 个层次

4、来描绘，包含蛋白质的一级、二级、三级和四级构造。一级构造描绘的是蛋白质的线性（或一维）构造，即共价连结的氨基酸残基的序列，又称初级或化学构造。二级以上的构造称高级构造或构象有 300 余种，但合成蛋白质的氨基酸仅20 种（称编码氨基酸） ，最（ conformation ） 。先发现的是天门冬氨酸 （ 1806 年），最后判定的是苏氨酸 （ 1938 年）。（三）氨基酸的重要理化性质一、蛋白质的一级构造（primary structure）1953 年，英国科学家 F. Sanger 第一测定了胰岛素 （insulin ）1 一般物理性质的一级构造，有 51 个氨基酸残基，由一条A 链和一条

5、B 链构成， - 氨基酸为无色晶体，熔点一般在200 oC 以上。各样氨基酸分子中共有 3 个二硫键，此中两个在A、B 链之间，另一个在A 链内。在水中的溶解度差异很大（酪氨酸不溶于水）。一般溶解于稀酸或蛋白质的一级构造测定或称序列剖析常用的方法是Edman 降稀碱，但不可以溶解于有机溶剂， 往常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。芬芳族氨基酸（ Tyr 、 Trp 、 Phe ）有共轭双键，在近紫外区有光汲取能力， Tyr 、 Trp 的汲取峰在 280nm ， Phe 在 265 nm 。因为大解和重组 DNA 法。 Edman 降解是经典的化学方法，比较复杂。第一要纯化必定量的待测蛋白质，

6、 分别作分子量测定、 氨基酸构成剖析、N-尾端剖析、 C- 尾端剖析； 要应用不同的化学试剂或特异的蛋白内1 / 62切酶水解将蛋白质裂解成大小不同的肽段，测出它们的序列， 比较主链能够以特别多的构象出现。事实上， 肽链在构象上遇到很大限不同水解制成的两套肽段， 找出重叠片段， 最后推测蛋白质的完好序列。重组 DNA 法是鉴于分子克隆的分子生物学方法，比较简单而高效，不用先纯化该种蛋白质， 而是先要获取编码该种蛋白质的基因（ DNA 片段），测定 DNA 中核苷酸的序列，再按三个核苷酸编码制，因为主链上有 1/3 不可以自由旋转的肽键， 此外主链上有好多侧链 R 的影响。蛋白质的主链骨架由很多

7、肽键平面连结而成。2. - 螺旋 ( -helix) - 螺旋是肽键平面经过- 碳原子的相对旋转形成的一种紧一个氨基酸的原则推测蛋白质的完好序列。证和增补。这两种方法能够相互印密螺旋环绕，是有周期的一种主链构象。其特点是： 螺旋每转一圈上涨个氨基酸残基，螺距约（每个残基上涨，旋当前，国际互联网蛋白质数据库已有3 千多种一级构造清楚。蛋白质一级构造是空间构造和特异生物学功能的基础。二、蛋白质的二级构造（ secondary structure）转 100O ）。 相邻的螺圈之间形成链内氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行。典型 - 螺旋一对氢键 O 与 N 之间共有 13 个原子（），前后间隔 3蛋

8、白质的二级构造是指其分子中主链原子的局部空间摆列，是个残基。主链构象（不包含侧链 R 基团）。螺旋的走向绝大多半是右手螺旋，残基侧链伸向外侧。R 基团的构象是分子中原子的空间摆列， 但这些原子的摆列取决于它们绕键的旋转， 构象不同于构型， 一个蛋白质的构象在不损坏共价键大小、荷电状态及形状均对 3. - 折叠 ( -pleated sheet)- 螺旋的形成及稳固有影响。状况下是能够改变的。 可是蛋白质中任一氨基酸残基的本质构象自 - 折叠是一种肽链相当伸展的周期性构造。由度是特别有限的， 在生理条件下， 每种蛋白质仿佛是表现出称为相邻肽键平面间折叠成110O 角，呈锯齿状。天然构象的单调稳固

9、形状。两个以上具 - 折叠的肽链或同一肽链内不同肽段相互平行20 世纪 30 年月末， 和应用 X 射线衍射剖析测定了一些氨基酸和寡肽的晶体构造， 获取了一组标准键长和键角，提出了肽单元摆列，形成 - 折叠片层，其稳固要素是肽链间的氢键。逆向平行的片层构造比顺向平行的稳固。（ peptide unit ）的观点 , 还提出了两种主链原子的局部空间摆列的分子模型（ - 螺旋）和（ - 折叠）。1肽单位 - 螺旋和 - 折叠是蛋白质二级构造的主要形式。毛发中的- 角蛋白和蚕丝中的丝心蛋白是其典型，在很多球蛋白中也存在， 但所占比率不相同。肽键及其两头的 -C 共 6 个原子处于同一平面上，构成了肽

10、单位（所在的平面称肽键平面） 。肽键 CN 键长为，比相邻的单键（）短，而较C=N 双键（） 长，有部分双键的性质，不可以自由旋转。肽键平面上各原子呈顺反胶原蛋白中存在的螺旋构造不同于一般的 拥有左手螺旋的链相互环绕形成右手超螺旋分子。旋和超螺旋的反向环绕保持其稳固性。4. - 转角（ -turn ）- 螺旋，是由 3 条链间氢键以及螺异构关系，肽键平面上的 O 、H 以及 2 个 - 碳原子为反式构型 （trans为了牢牢折叠成球蛋白的密切形状，多肽链180O 回折成发夹configuration）。主链中的 C C 和 C N 单键能够旋转， 其旋转角 、 决或 - 转角。其处由 4 个连

11、续的氨基酸残基构成，常有存在，稳固 - 转角的作使劲是第一个氨基酸残基羰基氧（Gly 和 Pro O）与第定了两个相邻的肽键平面相对关系。因为肽键平面的相对旋转，使四个氨基酸残基的氨基氢（H）之间形成的氢键。 - 转角常有于连2 / 62接反平行 - 折叠片的端头。5. 无规卷曲（ random coil ）构成四级构造的每条多肽链称为亚基(subunit)，亚基独自存在时一般没有生物学功能，构成四级构造的几个亚基能够相同或不同。4 / 62多肽链的主链表现无确定规律的卷曲。肽链是这样的构象。 6超二级构造和构造域典型球蛋白大概一半多如血红蛋白 (hemoglobin,Hb) 成的四聚体（ 2

12、 2 ）。五、蛋白质分子中的化学键是由两个 - 亚基和两个 - 亚基形超二级构造和构造域是蛋白质二级至三级构造层次的一种过渡态构象。蛋白质的一级构造是由共价键形成的，如肽键和二硫键。 而维持空间构象稳固的是非共价的次级键。如氢键、盐键、疏水键、范超二级构造指蛋白质中两个或三个拥有二级构造的肽段在空德华引力等。间上相互凑近，形成一特别的组合体，又称为模体（有 ， 等，比如钙联合蛋白质中的螺旋序及锌指构造。motif ）。往常-环- 螺旋模第三节 蛋白质构造与功能的关系一、蛋白质一级构造与功能的关系（一）一级构造是空间构象的基础构造域是球状蛋白质的折叠单位，是在超二级构造基础长进一20 世纪 60

13、 年月初，美国科学家进行牛胰核糖核酸酶的变性和步绕波折叠有独到构象和部分生物学功能的构造。质分子或亚基， 构造域和三级构造是一个意思，对于较小的蛋白即这些蛋白质是单复性实验，提出了蛋白质一级构造决定空间构造的命题。核糖核酸酶由 124 个氨基酸残基构成， 有 4 对二硫键。 用尿素构造域的； 对于较大的蛋白质分子或亚基， 个以上的相对独立的构造域缔合成三级构造。三、蛋白质的三级构造（ tertiary structure多肽链常常由两个或两）和 - 巯基乙醇办理该酶溶液，分别损坏次级键和二硫键，肽链完全伸展，变性的酶失掉催化活性；当用透析方法去除变性剂后，酶活性几乎完好恢复，理化性质也与天然的

14、酶相同。指一条多肽链中所有原子的整体排布，包含主链和侧链。 维系三级构造的作使劲主假如次级键 （疏水相互作用、 静电力、氢键等）。概率计算表示， 8 个半胱氨酸残基联合成4 对二硫键，可随机在序列中相隔较远的氨基酸疏水侧链相互凑近， 袋”状构造，联合蛋白质的辅基常常镶嵌其内，形成“洞窟”或“口形成功能活性部位，组合成 105 种配对方式， 而事实上只形成了天然酶的构象，这说明一级构造未损坏， 保持了氨基酸的摆列次序便可能答复到本来的三级构造，功能依旧存在。而亲水基团则在外，这也是球状蛋白质易溶于水的原由。1963 年（二）种属差异Kendrew 等从鲸肌红蛋白的 X 射线衍射图谱测定它的三级构

15、造 （ 153大批实验结果证明， 一级构造相像的多肽或蛋白质，其空间结个氨基酸残基和一个血红素辅基，相对分子质量为17800 ）。由 A构和功能也相像， 不同种属的同源蛋白质有同源序列，反应其共同- H 8 段 - 螺旋环绕折叠成球状，氨基酸残基上的疏水侧链多半在分子内部形成一个袋形空穴，血红素居于此中， 富裕极性及电荷的则在分子表面形结婚水的球状蛋白。四、蛋白质的四级构造 (quaternary structure)有些蛋白质的分子量很大， 由 2 条或 2 条以上拥有独立三级结进化发源，经过比较能够揭露进化关系。比如哺乳动物的胰岛素，其一级构造仅个别氨基酸差异（A 链5、6、10 位， B

16、 链 30 位），它们对生物活性调理糖代谢的生理功能不起决定作用。构的多肽链经过非共价键相互联合而成，称为蛋白质的四级构造。从各样生物的细胞色素C(cytochrome c )的一级构造剖析，能够认识物种进化间的关系。进化中越凑近的生物， 它们的细胞色凝结等特点。 要认识和剖析蛋白质构造和功能的关系就要利用其特素 c 的一级构造越近似。殊的理化性质，采纳盐析、透析、电泳、层析及离心等不损害蛋白（三）分子病质空间构象的物理方法分别纯化蛋白质。分子病是指机体 DNA 分子上基因缺点惹起 mRNA 分子异样和蛋白质生物合成的异样， 从而致使机体某些功能和构造随之变异的遗一、蛋白质的高分子性质蛋白质的

17、相对分子质量在1 万100 万，其颗粒均匀直径约为传病。在 1904 年，发现镰刀状红细胞贫血病。大概化费了40 多年nm（胶粒范围是 1100nm ）。正确靠谱的测定方法是超离心法，蛋才清楚生病原由， 患者的血红蛋白 （HbS ）与正常人的 （ HbA）对比，白质的相对分子质量可用沉降系数（S）表示。仅 - 链的第 6 位上， Val 取代了正常的 Glu。当前全球已发现有在球状蛋白质三级构造形成时，亲水基团位于分子表面， 在水异样血红蛋白 400 种以上。溶液中与水起水合作用， 所以，蛋白质的水溶液拥有亲水胶体的性二、蛋白质空间构造与功能的关系质。颗粒表面的水化膜和电荷是其稳固的要素，调理

18、pH 至 pI 、加蛋白质的空间构造是其生物活性的基础，空间构造变化， 其功入脱水剂等，蛋白质即可从溶液中积淀出来。能也随之改变。肌红蛋白（Mb）和血红蛋白（ Hb）是典型的例子。透析法是利用蛋白质不可以透过半透膜的性质，去掉小分子物肌红蛋白（ Mb）和血红蛋白（ Hb）都能与氧进行可逆的联合，质，达到纯化的目的。氧联合在血红素辅基上。但是Hb 是四聚体分子，能够转运氧；Mb大小不同的蛋白质分子能够经过凝胶过滤分开。又称分子筛层是单体，能够储藏氧，并且能够使氧在肌肉内很简单地扩散。它们析。的氧合曲线不同， Mb 为一条双曲线， Hb 是一条 S 型曲线。在低 p(O2)二、蛋白质的两性解离下，

19、肌红蛋白比血红蛋白对氧亲和性高好多，p(O2) 为 (1torr 时，蛋白质和氨基酸相同是两性电解质，在溶液中的荷电状态受肌红蛋白处于半饱和状态。 在高 p(O2) 下，如在肺部（大概 100torr ）pH 值影响。当蛋白质溶液处于某一pH 时，蛋白质解离成正、负离时，二者几乎都被饱和。 其差异形成一个有效的将氧从肺转运到肌子的趋向相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH 称肉的氧转运系统。为该蛋白质的等电点。 pH pI时，该蛋白质颗粒带负电荷，反之Hb 未与氧联合时，其亚基处于一种空间构造密切的构象（紧张态， T 型），与氧的亲和力小。只需有一个亚基与氧联合，就能则带正电荷。在人

20、体体液中多半蛋白质的等电点凑近pH5 ，所以在生理环境下， 多半蛋白质解离成阴离子。 少许蛋白质， 如鱼精蛋白、使 4 个亚基间的盐键断裂，变为废弛的构象（废弛态，R 型）。T 型组蛋白的 pI 偏于碱性，称碱性蛋白质，而胃蛋白酶和丝蛋白为酸和 R 型的相互变换对换节 Hb 运氧的功能有重要作用。一个亚基与性蛋白。其配体联合后能促进另一亚基与配体的联合是正共同效应， 其理论解说是 Hb 是别构蛋白，有别构效应。三、蛋白质的变性、积淀和凝结蛋白质在某些理化要素的作用下，空间构造被损坏， 致使理化性质改变，生物学活性丧失，称为蛋白质的变性（第四节蛋白质的理化性质denaturation）。蛋白质的

21、理化性质和氨基酸相像，有两性解离及等电点、 紫外蛋白质变性的本质是多肽链从卷曲到伸展的过程，不波及一级汲取和呈色反响。作为生物大分子，还有胶体性质、积淀、变性和构造的改变（如加热损坏氢键，酸碱损坏盐键等）。变性作用可是于强烈，是一种可逆反响，去除变性要素，有些蛋白质原有的构象和功能可恢复或部分恢复，称为复性（denaturation）。蛋白质变性的主要表现是失掉生物学活性，如酶失掉催化能力、血红蛋白失掉运输氧的功能、胰岛素失掉调理血糖的生理功能等。变性蛋白溶解度降低， 易形成积淀析出； 易被蛋白水解酶消化。蛋白质变性拥有重要的本质意义。蛋白质自溶液中析出的现象，称为蛋白质的积淀。盐析、有机 溶

22、剂、重金属盐、生物碱试剂都可积淀蛋白质。盐析积淀蛋白质不 变性，是分别制备蛋白质的常用方法。如血浆中的清蛋白在饱和的硫酸铵溶液中可积淀，而球蛋白则在半饱和硫酸铵溶液中发生沉淀。乙醇、丙酮均为脱水剂，可损坏水化膜，降低水的介电常数，使蛋白质的解离程度降低， 表面电荷减少， 从而使蛋白质积淀析出。低温时，用丙酮积淀蛋白质， 可保存原有的生物学活性。 但用乙醇， 时间较长则会致使变性。 重金属盐（Hg2+ 、Cu2+ 、Ag+），生物碱（如三彔乙酸、 苦味酸、鞣酸）与蛋白质联合成盐而积淀， 是不可以逆的。蛋白质变性不必定积淀 （如强酸、 强碱作用变性后仍旧能溶解于强酸、强碱溶液中，将pH 调至等电点

23、，出现絮状物，仍可溶解于强酸、强碱溶液，加热则变为凝块，不再溶解）。凝结是蛋白质变性发展的不可以逆的结果。积淀的蛋白质不必定变性（如盐析）。四、蛋白质的紫外汲取和呈色反响蛋白质含芬芳族氨基酸， 在 280nm 波优点有特点性汲取峰， 用于定量测定。蛋白质分子中的多种化学基团拥有特定的化学性能，与某些试剂产生颜色反响，可用于定性、定量剖析。如蛋白质分子中含有许多和双缩脲构造相像的肽键， 在碱性溶液与硫酸铜反响产生红紫色络合物（双缩脲反响） 。酪氨酸含酚基，与米伦试剂生成白色积淀， 加热后变红色。 Folin- 酚试剂与酪氨酸反响生成蓝色。色氨酸与乙醛酸反响，慢慢注入浓硫酸，出现紫色环。第五节蛋白

24、质的分类自然界蛋白质散布宽泛，种类众多，有10121013 种。当前仍无法按蛋白质的化学构造进行精准的分类，一般按蛋白质的分子形状、分子构成、生物功能进行分类。 1按分子形状分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。2. 按分子构成分为简单蛋白质和联合蛋白质。简单蛋白质完好水解的产物仅为 - 氨基酸。这种蛋白质按其溶解度等理化性质分为7 类。包含清蛋白、 球蛋白、 醇溶蛋白、 谷蛋白、精蛋白、组蛋白和硬蛋白。联合蛋白质由简单蛋白质和非蛋白质（辅基）构成。依据辅基的不同，这种蛋白质可分为5 类。如核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、色蛋白和磷蛋白。细胞核中的核蛋白是DNA 与组蛋白联合而成， 细胞质中的核糖体是 RNA

25、 与蛋白质构成的， 已知的病毒也是核蛋白。 免疫球蛋白是一类糖蛋白， 由蛋白质与糖以共价键相连而成；脂蛋白由蛋白质与脂类经过非共价键相连，存在生物膜和动物血浆中。 3按蛋白质功能分为活性蛋白质和非活性蛋白质。活性蛋白质包含有催化功能的酶、 有调理功能的激素、 有运动、防守、接受和传达信息的蛋白质以及毒蛋白、膜蛋白等。胶原、角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白等是非活性蛋白质。第二章核酸的化学教课目的：1. 掌握 DNA 和 RNA 在化学组分、分子构造和生物功能上的特点。2. 掌握 DNA 双螺旋构造模型和 t-RNA 二级构造的重点， 认识核酸的三级构造。3. 熟习核酸的性质 （一般性质、 DNA 热

26、变性、复性与分子杂交） 。4. 掌握基因组的观点， 原核生物和真核生物基因组的特点。 认识DNA 测序的原理。导入：核酸是生物遗传的物质基础。它的发现和研究进展如何？5 / 621868 年瑞士青年医生 Miescher 从 胞核中分别出一种含磷量很高的酸性化合物，称 核素。其 任者Altman 展了从酵母和 物 中制 不含蛋白 的核酸的方法，于1889 年提出核酸（ nucleic acid ） 一名称。初期核酸研究因“四核苷酸假 ”的 展 慢。1943 年 Chargaff 等揭露了 DNA 的碱基配 律， 1944 年美国Avery 利用致病肺炎球菌中提取的DNA 使另一种非致病性的肺炎

27、球菌的 性状 生改 而成 致病菌， 正是DNA 携 信息。 Astbury 、 Franklin 和 Wilkins 用 X 射 衍射法研究 DNA 分子构，获取清楚衍射 。 Watson 和 Crick 在此基 上于 1953 年提出了 DNA 双螺旋 构模型， 了然基因 构、 信息和功能三者之的关系，确定了分子生物学基 。1958 年 Crick 提出“中心法”；60 年 月 破 密 ， 明3RNA 参加蛋白生物合成的程；70 年月 生了基因重 和DNA 序生物技 ，90 年月提出人 基因 划， 21 世 入后基因 代。核酸的研究成了生命科学中最活 的 域之一。第一节核酸的化学构成天然存在

28、的核酸有两 ，即脱氧核糖核酸 （ deoxyribonucleicacid ， DNA）和核糖核酸（ribonucleic acid， RNA）。 DNA 分子是生物体的 信息 ，散布在原核 胞的核区，真核 胞的核和胞器以及病毒中；RNA 分子参加 信息表达的一些 程，主要存在于 胞 。一、核酸的基本 成 位核酸是一种多聚核苷酸， 用不同的降解法获取其 成 位 核苷酸。而核苷酸又由碱基、戊糖和磷酸 成。（一）戊糖DNA 含 -D-2- 脱氧核糖， RNA 含 -D- 核糖。 是核酸分 的依照。核糖中的C1 5 。（二）碱基（ base ）核酸中的碱基有两 ：呤碱和 碱。 有 5 种基本的碱基外

29、，有一些含量甚少的罕有碱基。DNA 和 RNA 中常 的两种 呤碱是腺 呤（adenine ，A）、 呤（ guanine ，G）。而 碱有所不同：RNA 主要含胞 （cytosine ，C）、尿 （ uracil，U），DNA 主要含胞 、胸腺 （thymine ， T） 。tRNA 中含有 多的罕有碱基（修 碱基），多 甲基化的。（三）核苷是碱基和戊糖生成的糖苷。通C1 - N9或 C1 - N1 糖苷接，用 字符表示，脱氧核苷 在 字符前加d。常 的修核苷有：次黄苷或肌苷I 、黄 呤核苷X、二 尿 核苷D、假尿苷 等。注意符号的意 ，如m5dC 。（四）核苷酸是核苷的磷酸 。生物体内游离

30、存在的多是5-核苷酸（如 pA、pdG 等）。常 的核苷酸AMP、GMA、CMP 、 UMP 。常 的脱氧核苷酸有 dAMP、dGMA、dCMP 、dTMP 。AMP 是一些重要 的构成分（如NAD+、NADP+ 、FAD 等）； 化核苷酸（cAMP/cGMP ）是胞功能的 分子和信号分子。ATP 在能量代 中起重要作用。核苷酸是两性 解 ，有等 点。 核苷酸有互 异构和紫外吸收。（含氧的碱基有 式和 醇式两种互 异构体，在生理 pH 条件下主要以 式存在）二、核苷酸的 接方式RNA 和 DNA 都有方向性，从5 3 。前一位核苷酸的 3- OH 与下一位核苷酸的 5 位磷酸基之 形成 3 ，

31、5- 磷酸二，从而形成一个没有分支的 性大分子，两个尾端分 称5 尾端和 3 尾端。大分子的主 由相 摆列的戊糖和磷酸构成，而碱基可看作主 上的 基 ，主 上的磷酸基是酸性的，在 胞pH 下 荷；而碱基有疏水性。：列表 明 DNA 和 RNA 在化学 成、 分子 构和生物功能方面的主要特点。10 / 62第二节DNA的分子构造3螺距为 nm ，含 10 个碱基对（ bp），相邻碱基对平面间的距一、 DNA 的一级构造 (primary stucture)离为 nm 。螺旋直径为 2 nm 。DNA 的一级构造是指分子中脱氧核苷酸的摆列次序，常被简单以为是碱基序列（ base sequence

32、）。碱基序有严格的方向性和多样氢键保持双螺旋的横向稳固。碱基对平面几乎垂直螺旋轴，碱基对平面间的疏水聚积力保持螺旋的纵向稳固。性。一般将 5-磷酸端作 为多核苷酸链的“头” ，写在左边，4碱基在一条链上的摆列次序不受限制。遗传信息由碱基序如 pACUGA （ 5 3） 。所携带。在 DNA 一级构造中， 有一种回文构造的特别序列， 所谓回文构造即 DNA 互补链上一段反向重复次序， 正读和反读意义相同， 经反折可5. DNA 构象有多态性。Watson 和 Crick 依 据 Wilkins 和 Franklin 拍 摄 的 DNA X- 射形成 “十字形” 构造，在转录成 RNA 后可形成

33、“发夹” 样构造，有调线照片是相对湿度92% 的 DNA 钠盐所得的衍射图，所以控意义。Watson-Crick双螺旋构造称 B-DNA 。细胞内的 DNA 与它特别相像。- GCTA GTTCA CTC TGAAC AATT此外还有 A-DNA 、 C-DNA 、 D-DNA 。- CGAT CAAGT GAG ACTTG TTAA1979 年 Rich发现 Z-DNA （左手螺旋、螺距、直径）DNA 分子很大，最小的病毒DNA 约含 5000b。1965 年 Holley三、 DNA 的三级构造用片段重叠法达成酵母tRNAala 76nt序列测定； 1977 年 SangerDNA 双螺旋

34、进一步蟠曲所形成的空间构象称DNA 的三级构造。利用双脱氧法（酶法）测定了 X174 单链 DNA5386b 的全序列。 1990某些病毒、 细菌、真核生物线粒体和叶绿体的DNA 是环形双螺年实行的人类基因组计划（ HGP ），用 15 年，投资 30 亿美元，达成旋，再次螺旋化形成超螺旋； 在真核生物细胞核内的DNA 是很长的人类单倍体基因组 DNA3 109bp 全序列的测定。该计划由美、英、线形双螺旋，经过组装形成特别致密的超级构造。日、法、德、中六国科学家合作，于2003 年提早达成，生命科学1环形 DNA 可形成超螺旋进入后基因组时代，研究重点从测序转向对基因组功能的研究。当将线性过

35、旋或欠旋的双螺旋DNA 连结形成一个环时， 都会自二、 DNA 的二级构造双螺旋 (double helix)动形成额外的超螺旋来抵消过旋或欠旋造成的应力，目的是保持B1953年， Watson 和 Crick 依据 Wilkins 和 Franklin 拍构象。过旋 DNA 会自动形成额外的左手螺旋（正超螺旋），而欠旋摄的 DNA X-射线照片（ DNA 有和两个周期性变化）以及Chargaff形成额外的右手螺旋（负超螺旋） 。等人对 DNA 的碱基构成的剖析（ A=T ， G=C ， A+G=C+T ），推测出DNA一段双螺旋圈数为 10 的 B-DNA 连结成环形时，不发生进一步是由两条

36、相互环绕的链形成。Watson-Crick 双螺旋构造模型以下歪曲，称废弛环形 DNA （双螺旋的圈数 =链绕数，即 T=L ，超螺旋数W=0 ；L=T+W ），但将这一线形图：时，DNA 的螺旋先拧松一圈再连结成环1. 两条反向平行的多核苷酸链形成右手螺旋。一条链为5解链环形 DNA 存在的歪曲张力， 可致使双链环向右手方向歪曲形成- 3 ，另一条为 3 5 。（某些病毒的 DNA 是单链分子 ssDNA ） 2碱基在双螺旋内侧， A 与 T， G 与 C 配对， A 与 T 形成两个负超螺旋（ T 10， L=9， W = -1）。在生物体内， 绝大多半超螺旋 DNA 以负超螺旋的形式存在

37、， 也氢键， G 与 C 形成三个氢键。糖基- 磷酸基骨架在外侧。表面有一就是说，一旦超螺旋解开，则会形成解链环形DNA ，有益于 DNA 复条大沟和一小沟。制或转录。螺旋拥有相同的构造， 但 L值不同的分子称为拓扑异构体。DNADNA 携带两种不同蛋白质的信息。拓扑异构酶切断一条链或两条链，拓扑异构体能够相互转变。W 的3真核生物基因一般散布在若干条染色体上，其特点是：有正表示双链闭环的螺旋圈在增添，W 的负表示减少。 L 和 T 的正负重复序列（按重复次数分单拷贝序、中度重复序和高度重复序）； 表示螺旋方向，右手为正，左手螺旋为负；L 值必然是整数。有断裂基因（由不编码的内含子和编码的外显

38、子构成）。酵母基因2. 真核细胞染色体组有 107bp，含 6374 个基因。人类基因组有3 109 bp ，含 4 万真核细胞 DNA 是线形分子， 与组蛋白联合， 其两头固定也形成个基因。超螺旋构造。 DNA 被密切地包装成染色体来自三个水平的折叠：核小体、 30nm 纤丝和放射环。核小体是染色体的基本构造单位，是 DNA 包装的第一步， 它由DNA 联合到组蛋白上形成复合物，在电镜下显示为成串的“念珠”第三节 RNA 的分子构造RNA 往常以单链形式存在，比 DNA 分子小得多，由数十个至数千个核苷酸构成。 RNA 链能够回折且经过 A 与 U，G 与 C 配对形成局部的双螺旋， 不可以

39、配对的碱基则形成环状崛起， 这种短的双螺旋状。组蛋白是富含精氨酸和赖氨酸的碱性蛋白质，其氨基酸序列在区和环称为发夹构造。进化中是高度守旧的。组蛋白有5 种， H2A 、H2B 、H3 和 H4 各两分RNA 的 C2位羟基是游离的，是一个易发生不良反响的地点，子构成的八聚体是核小体中心颗粒，DNA 环绕其上，相邻核小体间它使 RNA 的化学性质不如 DNA 稳固，能较 DNA 产生更多的修饰组分。的 DNA 称为连结 DNA 且联合 H1。200 bpDNA 的长度约为 68nm ，被压缩在 10nm 的核小体中。 压缩比约为 7。30nm 纤丝是第二级压缩，每圈含 6 个核小体，压缩比是 6

40、。30nm 螺旋管再环绕成超螺旋圆筒，压缩比是 40 。再进一步形成染色单体，总压缩近一万倍。典型人RNA 的种类、大小、构造都比 DNA 多样化，依照功能的不同和构造的特点， RNA 主要分为 tRNA、 rRNA 和 mRNA 三类。其余，细胞的不同部位还存在着另一些小分子RNA ，如核内小 RNA （snRNA ）、核仁体细胞的 DNA 理论长度应是 180 cm ，被包装在 46 个 5 m 的染色体中。四、 DNA 和基因组小 RNA （ snoRNA ）、胞质小 RNA （ scRNA ）等，分别参加的前体（ hnRNA ）和 rRNA 的转运和加工过程。一、转运 RNA （tra

41、nsfer RNA ， tRNA ）mRNA1. DNA 分子中的最小功能单位称作基因，为RNA 或蛋白质编1. 分子量最小的 RNA ，约占总 RNA 的 15% 。主要功能是在蛋白质生物合成过程中，起着转运氨基酸的作用。码的基因称构造基因， DNA 中具调理功能而不转录生成RNA 的片段21965 年 Holley 等测定了酵母丙氨酸tRNA 的一级构造，并称调理基因。基因组（ genome ）是某生物体所含的所有基因，即全提出二级构造模型。一级构造特点：核苷酸残基数在7395 ；含有部 DNA 或完好的单套遗传物质（配子中的整套基因）。许多的罕有碱基（如 mG、 DHU 等）；5 -尾端

42、多为 pG， 3 - 尾端2. 细菌、噬菌体、大多半动植物病毒的基因组即指单个分子。最小病毒如SV40的基因组仅有 5226b，含 5 个基因。大肠杆菌含 106 bp ，有 30004000 个基因， DNA 完好伸展总长约。DNA都是 -CCA 。3. tRNA 的二级构造为“三叶草”形，包含环及一个附带叉。各部分的构造都和它的功能有关。4 个螺旋区、 3 个5端 17位原核生物基因组的特点是： 构造简炼， 绝大多半为蛋白质编码（构造基因）；有转录单元，即功能有关的基因常串连一同，并转与近 3端 6772 位形成的双螺旋区称氨基酸臂，似“叶柄”， 3录在同一 mRNA （多顺反子 mRNA ）中；有基因重叠现象，即同一段端有共同的 -CCA-OH 构造，用于连结该RNA 转运的氨基酸。 3 个环是二氢尿嘧啶环（ D环）、反密码子环、 TC 环。4. 紫外汲取，最大汲取峰在260nm 处，核酸的变性或降解，419731975 年的 X 射线衍射剖析表示， 倒 L字母形，反密码环和氨基酸臂分别位于倒二、信使 RNA （messenger RNA ， m RNA ）tRNA 的三级构造呈L 的两头。吸光度 A 高升，称为添色效应。二、核酸的变性和复性 1变性的观点1. 细胞内含量较少的一类 RNA，约占总 RNA