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1、关于细胞内生物分子的相互作用第1页，讲稿共29张，创作于星期二l复习内容：细胞中的各种力l重点：生物大分子组装的特点及其优点第2页，讲稿共29张，创作于星期二l2.1 生物活性物质的本质l 生物活性物质的化学属性 生物大分子 小分子l生命体的属性 物质能量交换、细胞稳定内环境、环境适应能力第3页，讲稿共29张，创作于星期二1,1,共价键共价键l蛋白质分子中的共价键有肽键和二硫键。蛋白质分子中的共价键有肽键和二硫键。是生物大分子分子之间最强的作用力，是生物大分子分子之间最强的作用力，化学物质（药物、毒物等）可以与生物化学物质（药物、毒物等）可以与生物大分子（受体蛋白或核酸）构成共价键，大分子（受
2、体蛋白或核酸）构成共价键，共价键除非被体内的特异性酶催化断裂共价键除非被体内的特异性酶催化断裂以外，很难恢复原形，是不可逆过程，以外，很难恢复原形，是不可逆过程，对酶来讲就是不可逆抑制作用。对酶来讲就是不可逆抑制作用。2.2 生物大分子间相互作用的 化学力2.2.1 力的种类第4页，讲稿共29张，创作于星期二2,2,非共价键非共价键 l生生物物体体系系中中分分子子识识别别的的过过程程不不仅仅涉涉及及到到化化学学键键的的形形成成，而而且且具具有有选选择择性性的的识识别别。共共价价键键存存在在于于一一个个分分子子或或多多个个分分子子的的原原子子之之间间，决决定定分分子子的的基基本本结结构构，是是分
3、分子子识别的一种方式。识别的一种方式。l而而非非共共价价键键（又又称称为为次次级级键键或或分分子子间间力力）决决定定生生物物大大分分子子和和分分子子复复合合物物的的高高级级结结构，在分子识别中起着关键的作用。构，在分子识别中起着关键的作用。第5页，讲稿共29张，创作于星期二1),1),静电作用静电作用 l静静电电作作用用是是指指荷荷电电基基团团、偶偶极极以以及及诱诱导导偶极之间的各种静电吸引力。偶极之间的各种静电吸引力。l酶酶、核核酸酸、生生物物膜膜、蛋蛋白白质质等等生生物物大大分分子子的的表表面面都都具具有有可可电电离离的的基基团团和和偶偶极极基基团团存存在在，很很容容易易与与含含有有极极性
4、性基基团团的的底底物物或抑制剂等生成离子键和其它静电作用或抑制剂等生成离子键和其它静电作用第6页，讲稿共29张，创作于星期二（1)1)离子键离子键 l生生物物大大分分子子表表面面的的带带电电基基团团可可以以与与药药物物或或底底物物分分子子的的带带电电基基团团形形成成离离子子键键。这这种键可以解离。种键可以解离。第7页，讲稿共29张，创作于星期二(2)(2)离子偶极作用离子偶极作用 l药药物物分分子子和和受受体体分分子子中中O O、S S、N N和和C C原原子子的的电电负负性性均均不不相相等等，这这些些原原子子形形成成的的键键由由于于电电负负性性差差值值可可以以产产生生偶偶极极现现象象。这这种
5、种偶偶极极部部分分与与永永久久电电荷荷可可以以形形成成静静电电作作用用.l离子离子-偶极相互作用一般比离子键小得多，键能与偶极相互作用一般比离子键小得多，键能与距离的平方差成反比，由于偶极矩是个向量，电荷距离的平方差成反比，由于偶极矩是个向量，电荷与偶极的取向会影响药物与偶极的取向会影响药物-受体的作用强度。如普鲁受体的作用强度。如普鲁卡因及其衍生物的局部麻醉作用与酯羰基的偶极性质卡因及其衍生物的局部麻醉作用与酯羰基的偶极性质有关。有关。第8页，讲稿共29张，创作于星期二(3)(3)偶极偶极-偶极相互作用偶极相互作用 l两两个个原原子子的的电电负负性性不不同同，产产生生价价键键电电子子的的极极
6、化化作作用用，成成为为持持久久的的偶偶极极两两个个偶极间的作用。偶极间的作用。l偶偶极极偶偶极极相相互互作作用用的的大大小小，取取决决于于偶偶极极的的大大小小、它它们们之之间间的的距距离离和和相相互互位位置置。这这种种相相互互作作用用在在水水溶溶液液中普遍存在。中普遍存在。l它它的的作作用用强强度度比比离离子子偶偶极极作作用用小小，但但比比偶偶极极诱诱导导偶偶极极作作用用大大。这这种种作作用用对对药药物物受受体体相相互互作作用用的的特特异异性性和立体选择性非常重要和立体选择性非常重要第9页，讲稿共29张，创作于星期二2)2)，氢键，氢键 l氢键的形成氢键的形成 氢键是由两个负电性原子对氢原子的
7、静氢键是由两个负电性原子对氢原子的静电引力所形成，是一种特殊形式的偶极电引力所形成，是一种特殊形式的偶极偶极键。偶极键。它是质子给予体它是质子给予体X-HX-H和质子接受体和质子接受体Y Y之间的一种特之间的一种特殊类型的相互作用。殊类型的相互作用。l氢键的大小和方向氢键的大小和方向 氢键的键能比共价键弱，比范德华氢键的键能比共价键弱，比范德华力强，在生物体系中为力强，在生物体系中为8.48.4320.4kj/mol(2-320.4kj/mol(2-8kcal/mol)8kcal/mol)。键长为。键长为0.250.250.31nm0.31nm，比共价键短。，比共价键短。氢键的方向用键角表示，
8、是指氢键的方向用键角表示，是指XHXH与与HYHY之间的之间的夹角，一般为夹角，一般为180180 250250。第10页，讲稿共29张，创作于星期二3).3).范德华力范德华力 l这这是是一一种种普普遍遍存存在在的的作作用用力力，是是一一个个原原子子的的原原子子核核吸吸引引另另一一个个原原子子外外围围电电子子所所产产生生的的作作用用力力。它它是是一一种比较弱的、非特异性的作用力。种比较弱的、非特异性的作用力。l这这种种作作用用力力非非常常依依赖赖原原子子间间的的距距离离，当当相相互互靠靠近近到到大大约约0.40.40.6nm(40.6nm(46A6A)时时，这这种种力力就就表表现现出出较较大
9、大的集合性质。的集合性质。l范范德德华华力力包包括括引引力力和和排排斥斥力力，其其中中作作用用势势能能与与1/R1/R6 6成成正正比比的的三三种种作作用用力力（静静电电力力、诱诱导导力力和和色色散散力力）通称为范德华引力。通称为范德华引力。第11页，讲稿共29张，创作于星期二4),4),疏水作用疏水作用 l疏水作用是指极性基团间的静电力和疏水作用是指极性基团间的静电力和氢键使极性基团倾向于聚集在一起，氢键使极性基团倾向于聚集在一起，因而排斥疏水基团，使疏水基团相互因而排斥疏水基团，使疏水基团相互聚集所产生的能量效应和熵效应。聚集所产生的能量效应和熵效应。l蛋白质和酶的表面通常具有极性链或区蛋
10、白质和酶的表面通常具有极性链或区域，这是由构成它们的氨基酸侧链上的域，这是由构成它们的氨基酸侧链上的烷基链或苯环在空间上相互接近时形成烷基链或苯环在空间上相互接近时形成的。的。l高分子的蛋白质可形成分子内疏水高分子的蛋白质可形成分子内疏水链、疏水腔或疏水缝隙，可以稳定链、疏水腔或疏水缝隙，可以稳定生物大分子的高级结构。生物大分子的高级结构。第12页，讲稿共29张，创作于星期二2.2.2 相互作用的主要类型lDNA蛋白质lRNA蛋白质l蛋白质蛋白质l其他 大分子小分子分子间相互作用的实现一般是通过分子的扩散和分子间转移的相互作用而实现第13页，讲稿共29张，创作于星期二2.3生物大分子的自我组装
11、l共价结构：磷酸二酯键、肽键、糖苷键l大分子自我组装 线型结构高级结构 功能类似分子的组装：结构域组合 同类分子的组装：肌动蛋白、微管、血 红蛋白 异类分子组装：病毒、核糖体、小分子单元 特定化学键单元聚合物（生物大分子）大分子的组装的核心在于特异性第14页，讲稿共29张，创作于星期二2.3生物大分子的自我组装l结构层次 一级二级三级四级l螺旋结构：螺旋普遍存在，与功能相关，如DNA。l膜的组装：功能：区室化，物质交换 结构：蛋白质脂质第15页，讲稿共29张，创作于星期二生物大分子装配举例烟草花叶病毒的装配第16页，讲稿共29张，创作于星期二第17页，讲稿共29张，创作于星期二第18页，讲稿共
12、29张，创作于星期二l棒状结构，2130个蛋白质亚基l 6395个核苷酸残基的RNAl生理条件下，34个亚基聚集成20S双盘结构，RNA嵌入双盘结构（距中心4nm,圈内侧）后，盘状结构转化为 螺旋，称起始复合物，蛋白亚基逐个加入，完成包装；RNA起始部位具发夹结构，位于RNA内部，第19页，讲稿共29张，创作于星期二第20页，讲稿共29张，创作于星期二第21页，讲稿共29张，创作于星期二l装配不是随意的，是有起始点，有顺序 又终点的l起始点的辨认等其实是分子特异的相互作用的过程。l这种分子作用方式普遍存在于生物的代谢、信号转导途径中。第22页，讲稿共29张，创作于星期二2.4生物大分子的相互作
13、用l普遍存在l特异作用l作用方式为共价和非共价键第23页，讲稿共29张，创作于星期二l核酸与蛋白质的相互作用：如组蛋白与DNA的作用，组蛋白由碱性氨基酸为主组成，中和DNA的负电荷；调节蛋白识别特异的DNA序列，如阻遏蛋白Cro（P24）l研究蛋白质与核酸结合的方法：特异部位的化学修饰研究蛋白质与核酸结合的方法：特异部位的化学修饰 与保护，磷酸化、甲基与保护，磷酸化、甲基化、乙基化）化、乙基化）l分子识别方式与结构功能相关；分子识别方式与结构功能相关；l一些与一些与DNA特异结合的蛋白质在结构上呈特异结合的蛋白质在结构上呈二重对称性，一般为二聚体，二重对称性，一般为二聚体，第24页，讲稿共29
14、张，创作于星期二l蛋白质与蛋白质作用：疏水基团 亲水集团的排列l多亚基体系的优点：减少功能上的错误率；经济性，调节有效；P27第25页，讲稿共29张，创作于星期二l糖与蛋白质的作用：糖与蛋白共价结合，N，O连接，糖链的多样性反映了功能的多样性。蛋白聚糖中糖残基被修饰，糖链更长，有支持、连接、固定、信号传递、等多种功能，参与众多生理过程。第26页，讲稿共29张，创作于星期二l脂与蛋白的作用：酯键连接，疏水作用第27页，讲稿共29张，创作于星期二小结l生物大分子相互作用的力的种类l大分子组装的基本过程：一级结构组装，高级结构，组装的特异性l常见的生物大分子及其功能，如细胞膜，糖蛋白等l生物大分子 的优点：降低错误，经济，利于调控第28页，讲稿共29张，创作于星期二16.09.2022感感谢谢大大家家观观看看第29页，讲稿共29张，创作于星期二