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1、关于细胞内生物分子相互作用概述第1页，讲稿共47张，创作于星期二第第2 2章章 细胞内生物分子相互作用概述细胞内生物分子相互作用概述 2.12.1 生物活性物质的本质生物活性物质的本质 2.22.2 生物大分子间相互作用的化学力生物大分子间相互作用的化学力 2.32.3 生物大分子的自我组装生物大分子的自我组装 2.42.4 生物大分子的相互作用生物大分子的相互作用第2页，讲稿共47张，创作于星期二2.1 2.1 生物活性物质的本质生物活性物质的本质2.1.1 2.1.1 生物活性物质的属性生物活性物质的属性（1 1）生物体是由生物大分子生物体是由生物大分子(biomolecule)(biom
2、olecule)等有机物构成的等有机物构成的 细胞细胞超分子复合物超分子复合物 染色体染色体,核糖体核糖体,膜膜,微管等微管等生物大分子生物大分子 DNA,RNA,DNA,RNA,蛋白质蛋白质,多糖，脂等多糖，脂等 单体单体 核苷酸核苷酸,氨基酸氨基酸,单糖单糖,脂肪酸脂肪酸第3页，讲稿共47张，创作于星期二(2)(2)生物体能与环境不断地交换物质与能量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调节的代谢网络,其中各个代谢反应都有相应的酶催化。细其中各个代谢反应都有相应的酶催化。细胞和机体与环境
3、保持在一个远离平衡态的稳态胞和机体与环境保持在一个远离平衡态的稳态(steady(steady state)state)中。与此相反中。与此相反,无生命物质总是趋向于与环境达无生命物质总是趋向于与环境达成平衡。成平衡。第4页，讲稿共47张，创作于星期二(3)(3)所有生物大分子共同存在于细胞环境中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细胞是生命的结构基础，是生物体结构功能的基本单位。基本单位。(4)(4)生物体能进行自我更新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
4、的生命类型，从而对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。新环境表现出适应性。第5页，讲稿共47张，创作于星期二2.1.2 2.1.2 生物大分子的化学本质与特性生物大分子的化学本质与特性 蛋白质、核酸、多糖和脂类是生物体细胞内的蛋白质、核酸、多糖和脂类是生物体细胞内的4 4类重要类重要的生物大分子。的生物大分子。核酸中的核酸中的DNADNA担负着遗传信息的传递（遗担负着遗传信息的传递（遗传）的任务，传）的任务，RNARNA担负将遗传信息表达为蛋白质的任务；蛋担负将遗传信息表达为蛋白质的任务；蛋白质是生命现象的主要体现者，是细胞和身体结构和功能的白质是生命现象的主要体
5、现者，是细胞和身体结构和功能的主要物质，其中酶是生命活动中各种化学反应的催化剂，是主要物质，其中酶是生命活动中各种化学反应的催化剂，是生物体进行发育而周密的新陈代谢的基本保证。生物体进行发育而周密的新陈代谢的基本保证。第6页，讲稿共47张，创作于星期二(1)(1)蛋白质蛋白质 蛋白质是由氨基酸构成的生物大分子。蛋白质是由氨基酸构成的生物大分子。蛋白质蛋白质作为作为“生物性状生物性状”分子，在生命活动中起十分重要分子，在生命活动中起十分重要的功能：的功能：蛋白质作为生物催化剂蛋白质作为生物催化剂酶。酶。细胞中各种细胞中各种生化反应都是在酶的催化下进行的，而酶就是一类有生化反应都是在酶的催化下进行
6、的，而酶就是一类有特定功能的蛋白质。特定功能的蛋白质。40004000 蛋白质参与细胞信号和配体运输。蛋白质参与细胞信号和配体运输。许多蛋白许多蛋白质参与细胞信号产生和转导过程。许多配体运输蛋白可质参与细胞信号产生和转导过程。许多配体运输蛋白可以与特定的小分子物质结合，并把这些分子转运到多细以与特定的小分子物质结合，并把这些分子转运到多细胞生物身体的其他部位。胞生物身体的其他部位。结构蛋白。结构蛋白。第7页，讲稿共47张，创作于星期二所有的蛋白质都含有碳氢氧氮四种元素，有些蛋所有的蛋白质都含有碳氢氧氮四种元素，有些蛋白质还含有硫、磷和一些金属元素。白质还含有硫、磷和一些金属元素。蛋白质平均含碳
7、蛋白质平均含碳5050，氢，氢7 7，氧，氧2323，氮，氮1616。其中氮的含量较为恒定，而且在糖和脂类中不含氮，所以其中氮的含量较为恒定，而且在糖和脂类中不含氮，所以常通过测量样品中氮的含量来测定蛋白质含量。如常用的常通过测量样品中氮的含量来测定蛋白质含量。如常用的凯氏定氮：凯氏定氮：蛋白质含量蛋白氮蛋白质含量蛋白氮6.256.25（其中（其中6.256.25是是1616的的倒数）倒数）第8页，讲稿共47张，创作于星期二(2)(2)核酸核酸 DNADNA是生物体中信息的原初载体，是生物体中信息的原初载体，DNADNA通过复制使遗通过复制使遗传信息由亲代流向子代传信息由亲代流向子代,通过转录
8、使特定基因的遗传信息通过转录使特定基因的遗传信息转换成相应的指令转换成相应的指令-mRNA,-mRNA,后者指导氨基酸按一定的顺序连后者指导氨基酸按一定的顺序连接成特定的多肽接成特定的多肽,然后折叠成相应的蛋白质。然后折叠成相应的蛋白质。核酸分子的骨架是由核苷酸通过核酸分子的骨架是由核苷酸通过3,5-3,5-磷酸二酯磷酸二酯键连接成的多核苷酸链键连接成的多核苷酸链,核苷酸是其单体。构成核苷酸是其单体。构成DNADNA和和RNARNA的分别是的分别是4 4种脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸。不同的核糖种脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸。不同的核糖核苷酸核苷酸(和脱氧核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸)的区别在于其碱
9、基的差异。的区别在于其碱基的差异。第9页，讲稿共47张，创作于星期二(3)(3)糖类糖类 糖类常被称为碳水化合物，是由碳、氢、氧三种糖类常被称为碳水化合物，是由碳、氢、氧三种元素构成的有机化合物，这三种元素的比例一般为元素构成的有机化合物，这三种元素的比例一般为1:21:2：1 1。在生物体内，糖既是能源，又是代谢过程的中间在生物体内，糖既是能源，又是代谢过程的中间产物，某些糖还是构成其他重要生物大分子产物，某些糖还是构成其他重要生物大分子(如糖蛋如糖蛋白白)的成分。生物体内的糖主要有单糖、寡糖和多糖。的成分。生物体内的糖主要有单糖、寡糖和多糖。第10页，讲稿共47张，创作于星期二(4)(4)
10、脂类脂类 脂类包括的范围很广，所有不溶于水而易溶于有机溶剂的生物分脂类包括的范围很广，所有不溶于水而易溶于有机溶剂的生物分子都属于脂类，它们构成了细胞的疏水成分。子都属于脂类，它们构成了细胞的疏水成分。生物体所含有的脂类主要生物体所含有的脂类主要有：脂肪和油、蜡、磷脂类、类固醇和萜类。有：脂肪和油、蜡、磷脂类、类固醇和萜类。组成脂类的主要元素也是碳、氢、氧组成脂类的主要元素也是碳、氢、氧(有时含有磷、氮有时含有磷、氮)，脂类是非极，脂类是非极性物质，它们不溶于水，能溶于非极性溶剂。脂类在生物体内也有一系列重性物质，它们不溶于水，能溶于非极性溶剂。脂类在生物体内也有一系列重要功能：要功能：磷脂是
11、构成生物膜结构的基础；磷脂是构成生物膜结构的基础；脂肪含较高能量，因而是储能物质；脂肪含较高能量，因而是储能物质；蜡质等可以作为保护层，起保水、保温和绝缘等作用；蜡质等可以作为保护层，起保水、保温和绝缘等作用；维生素、激素等重要的生物活性物质按其理化性质也可归为脂类中。维生素、激素等重要的生物活性物质按其理化性质也可归为脂类中。第11页，讲稿共47张，创作于星期二 一切生物体中的各类有机大分子都是由完全相同的单体，一切生物体中的各类有机大分子都是由完全相同的单体，如蛋白质分子中的如蛋白质分子中的2020种氨基酸、种氨基酸、DNADNA及及RNARNA中的中的8 8种碱基所组合而种碱基所组合而成
12、的，由此产生了分子生物学的成的，由此产生了分子生物学的3 3条基本原理：条基本原理：构成生物体有机大分子的单体在不同生物中都是相同构成生物体有机大分子的单体在不同生物中都是相同的（的（构成生物大分子的单体是相同的，共同的核酸语言、共同构成生物大分子的单体是相同的，共同的核酸语言、共同的蛋白质语言的蛋白质语言）；生物遗传信息表达的中心法则相同。）；生物遗传信息表达的中心法则相同。生物体内一切有机大分子的建成都遵循着各自特定的规则。生物体内一切有机大分子的建成都遵循着各自特定的规则。生物大分子单体的排列（核苷酸、氨基酸）的不同，某一生物大分子单体的排列（核苷酸、氨基酸）的不同，某一特定生物体所拥有
13、的核酸及蛋白质分子决定了它的属性。特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性。第12页，讲稿共47张，创作于星期二2.2 2.2 生物大分子间相互作用的化学力生物大分子间相互作用的化学力 生物大分子间相互作用主要表现在：生物大分子间相互作用主要表现在：DNADNA与蛋白质之间（与蛋白质之间（染色体、染色质、病毒染色体、染色质、病毒）;RNA RNA与蛋白质之间（与蛋白质之间（信号识别颗粒、核糖体、核信号识别颗粒、核糖体、核内小分子核糖核蛋白体内小分子核糖核蛋白体snRNPsnRNP）;蛋白质与蛋白质之间（蛋白质与蛋白质之间（两个两个亚基和两个亚基和两个亚基结亚基结合形成血红蛋白；合形成血
14、红蛋白；微管蛋白和微管蛋白和微管蛋白先形成二聚体，然微管蛋白先形成二聚体，然后再组装成微管。后再组装成微管。）。）。第13页，讲稿共47张，创作于星期二2.2.1 2.2.1 生物大分子间相互作用的化学力生物大分子间相互作用的化学力(1)(1)扩散作用扩散作用 在同一温度下，分子的运动的方向是由分子浓度较高的地在同一温度下，分子的运动的方向是由分子浓度较高的地方往浓度较低的地方运动，这种现象称为扩散作用。方往浓度较低的地方运动，这种现象称为扩散作用。扩散作用扩散作用是一种自然发生的现象，它不必藉外界力量即可发生。水、气是一种自然发生的现象，它不必藉外界力量即可发生。水、气体分子（如二氧化碳、氧
15、气）可通过细胞膜，藉扩散作用进出体分子（如二氧化碳、氧气）可通过细胞膜，藉扩散作用进出细胞膜。葡萄糖等物质，则不能藉扩散作用通过细胞膜。细胞膜。葡萄糖等物质，则不能藉扩散作用通过细胞膜。(2)(2)专一性相互作用专一性相互作用 生物大分子在进化过程中形成了表面形态相匹配的分子能生物大分子在进化过程中形成了表面形态相匹配的分子能通过分子表面的识别正确地靠拢并结合。通过分子表面的识别正确地靠拢并结合。这种结合依赖于大分子表面的结构基序及离子键、氢键和范德这种结合依赖于大分子表面的结构基序及离子键、氢键和范德华力等促使大分子发生特异相互反应的一些非共价键。华力等促使大分子发生特异相互反应的一些非共价
16、键。第14页，讲稿共47张，创作于星期二2.2.2 2.2.2 生物大分子内部的化学键生物大分子内部的化学键（1 1）氢键）氢键(hydrogen bond)(hydrogen bond)氢原子与一个电负性较大而半径较小的原子如氢原子与一个电负性较大而半径较小的原子如N N、O O、F F靠近时就有可能共享一个质子而形成氢键。靠近时就有可能共享一个质子而形成氢键。氢键具有氢键具有饱和性饱和性和和方向性方向性。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。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
17、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。为细胞提供了一个稳定的内环境。第15页，讲稿共47张，创作于星期二(2)(2)离子键离子键 正离子和负离子之间由于静电引力所形成的化学键。正离子和负离子之间由于静电引力所形成的化学键。离子离子既可以是单离子，如既可以是单离子，如NaNa+、ClCl-；也可以由原子团形成；如；也可以由原子团形成；如SOSO4 42-2-，NONO3 3-等。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。介质的极性对荷电基团相互作用有比，还与介质的极性有关。介
18、质的极性对荷电基团相互作用有屏蔽效应，介质的极性越小，荷电基团相互作用越强。例如，屏蔽效应，介质的极性越小，荷电基团相互作用越强。例如，-COO-COO-与与-NH-NH3 3+间在极性介质水中的相互作用力，仅为在蛋白质间在极性介质水中的相互作用力，仅为在蛋白质分子内部非极性环境中的分子内部非极性环境中的1/201/20，在真空中的，在真空中的1/801/80。离子键的作用力强，无饱和性，无方向性。离子键的作用力强，无饱和性，无方向性。第16页，讲稿共47张，创作于星期二(3)(3)二硫键（二硫键（disulfide bond disulfide bond）又称又称S SS S键。是键。是2
19、2个个SHSH基被氧化而形成的基被氧化而形成的SSSS形式形式的硫原子间的键。的硫原子间的键。Cys-SH+HS-Cys Cys-S-S-CysCys-SH+HS-Cys Cys-S-S-Cys 二硫键在蛋白质分子的立体结构形成上起着十分重要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。的作用。人胰岛索的一级结构人胰岛索的一级结构第17页，讲稿共47张，创作于星期二(4)(4)短程力短程力 当原子或基团接近到很短的距离时，会明显产生一当原子或基团接近到很短的距离时，会明显产生一种作用力，称为短程力。种作用力，称为短程力。大多数短程力都属于范德华力。大多数短程力都属于范德华力。范德华力一
20、般发生在偶极与偶极、偶极与诱导偶极范德华力一般发生在偶极与偶极、偶极与诱导偶极及诱导偶极与诱导偶极之间。及诱导偶极与诱导偶极之间。范德华力对生物多层次结构的形成和分子的相互识范德华力对生物多层次结构的形成和分子的相互识别与结合有重要意义。别与结合有重要意义。第18页，讲稿共47张，创作于星期二(5)(5)疏水作用疏水作用(hydrophobic interaction)(hydrophobic interaction)当两亲化合物混于水中时，两亲化合物的非极性端相当两亲化合物混于水中时，两亲化合物的非极性端相互靠近避开水的作用。互靠近避开水的作用。生物分子有许多结构部分具有疏水性质，如蛋白质的
21、生物分子有许多结构部分具有疏水性质，如蛋白质的疏水氨基酸侧链，核酸的碱基，脂肪酸的烃链等。它们之疏水氨基酸侧链，核酸的碱基，脂肪酸的烃链等。它们之间的疏水相互作用，在稳定蛋白质，核酸的高层次结构和间的疏水相互作用，在稳定蛋白质，核酸的高层次结构和形成生物膜中发挥着主导作用。形成生物膜中发挥着主导作用。第19页，讲稿共47张，创作于星期二(6)(6)配位键（配位键（coordination bondcoordination bond）配位键是特殊的共价键，它的共用电子对是由一个原子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。提供的。例如氨和三氟化硼可以形成配位化合物：图片中例如氨和三
22、氟化硼可以形成配位化合物：图片中表表示配位键。在示配位键。在N N和和B B之间的一对电子来自之间的一对电子来自N N原子上的孤对电子。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。定的生物分子复合物具有重要意义。第20页，讲稿共47张，创作于星期二2.3 2.3 生物大分子的自我组装生物大分子的自我组装 分子自组装是各种复杂生物结构形成的基础。分子自组装是各种复杂生物结构形成的基础。分子自组装就是在平衡条件下，分子间通过非共价相分子自组装就是在平衡条件下，分子间通过非共价相互作用自发组合形
23、成的一类结构明确、稳定、具有某种特互作用自发组合形成的一类结构明确、稳定、具有某种特定功能或性能的分子聚集体或超分子结构。定功能或性能的分子聚集体或超分子结构。自组装是由较弱的、可逆的非共价相互作用驱动的，如氢自组装是由较弱的、可逆的非共价相互作用驱动的，如氢键，键，-相互作用等。同时，自组装体系的结构稳定性和相互作用等。同时，自组装体系的结构稳定性和完整性也是靠这些作用非共价相互作用来保持的。完整性也是靠这些作用非共价相互作用来保持的。第21页，讲稿共47张，创作于星期二2.3.1 2.3.1 生物大分子的共价结构生物大分子的共价结构 核酸链中的磷酸二酯键（核酸链中的磷酸二酯键（0.1590
24、.1590.162 nm0.162 nm）比）比P=OP=O双键的键长（双键的键长（0.146 nm)0.146 nm)长长,但远比但远比POPO单键的键长单键的键长（0.172 nm)0.172 nm)短。短。53结构式结构式OHOHOH53第22页，讲稿共47张，创作于星期二肽与肽键肽与肽键 多肽链中的肽键（多肽链中的肽键（0.132 nm)0.132 nm)比比C=NC=N键（键（0.125 0.125 nm)nm)长，而又比正常的长，而又比正常的CNCN键（键（0.144 nm)0.144 nm)短。短。第23页，讲稿共47张，创作于星期二 寡糖链间的寡糖链间的-1-1，6 6糖苷糖苷
25、键或键或-1-1，4 4糖苷键也类似于糖苷键也类似于共价键性质。共价键性质。第24页，讲稿共47张，创作于星期二2.3.2 2.3.2 生物大分子的自我组装生物大分子的自我组装 高级结构的组装是自我组装，一级结构不仅提供组装的信高级结构的组装是自我组装，一级结构不仅提供组装的信息，而且提供组装的能量，使其自发进行。息，而且提供组装的能量，使其自发进行。1.1.功能类似的分子的组装：功能类似的分子的组装：许多与许多与DNADNA结合的蛋白质都含结合的蛋白质都含有螺旋有螺旋-转角转角-螺旋结构基序。锌指结构基序。螺旋结构基序。锌指结构基序。2.2.同类生物分子的组装：同类生物分子的组装：两个两个亚
26、基和两个亚基和两个亚基结亚基结合形成血红蛋白；合形成血红蛋白；微管蛋白和微管蛋白和微管蛋白先形成二聚体，微管蛋白先形成二聚体，然后再组装成微管。然后再组装成微管。3.3.异类生物分子组装：异类生物分子组装：蛋白质与核酸形成的复合物称蛋白质与核酸形成的复合物称为核蛋白体；病毒粒子是由为核蛋白体；病毒粒子是由RNARNA或或DNADNA与蛋白质结合而形成与蛋白质结合而形成的。的。第25页，讲稿共47张，创作于星期二 自组装包含两个问题：自组装包含两个问题：形成复合物的生物分子具有相应的专形成复合物的生物分子具有相应的专一性表面结构；一性表面结构；G G 有利于复合物的形成。有利于复合物的形成。有关
27、定律：有关定律：热力学第一定律：能量守恒定律热力学第一定律：能量守恒定律热力学第二定律热力学第二定律(熵定律熵定律)：G=HTSG=HTS，G0G0 G0 该过程（反应）不能自发进行，需提供能量才能进行。该过程（反应）不能自发进行，需提供能量才能进行。G0 G0 该过程（反应）释放自由能，反应能自发进行。该过程（反应）释放自由能，反应能自发进行。第26页，讲稿共47张，创作于星期二 例如例如,烟草花叶病毒烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus,TMV)(tobacco mosaic virus,TMV)组装组装过程的过程的H H为为120 KJ/mol,S120 KJ/mol,
28、S为为415 J/mol,415 J/mol,由于由于G=H-G=H-TS,TS,故故TMVTMV的组装过程显著受温度的影响。的组装过程显著受温度的影响。低于低于10,G10,G为正为正,病毒粒子解体；约病毒粒子解体；约16,G=0,16,G=0,两者建立平衡两者建立平衡;37;37时时,G,G为负为负,过程明显趋向自组装。过程明显趋向自组装。这是由于温度不同这是由于温度不同,过程的熵变和熵变在过程的熵变和熵变在G G中所占的比重发生变化结果。中所占的比重发生变化结果。第27页，讲稿共47张，创作于星期二除了病毒外除了病毒外,生物机体内蛋白质与核酸的交互作用对生命生物机体内蛋白质与核酸的交互作
29、用对生命活动具有十分重要的意义。遗传信息的传递和调控都离不开蛋活动具有十分重要的意义。遗传信息的传递和调控都离不开蛋白质与核酸的交互作用。白质与核酸的交互作用。蛋白质和核酸的交互作用可以分蛋白质和核酸的交互作用可以分为两个方面：为两个方面：1 1、核酸与蛋白质形成特定的超分子复合物、核酸与蛋白质形成特定的超分子复合物,如核糖体如核糖体(ribosome),(ribosome),核内小核糖核蛋白、信号识别颗粒、延长因核内小核糖核蛋白、信号识别颗粒、延长因子与核糖体形成的三元复合物等。他们为生命过程提供子与核糖体形成的三元复合物等。他们为生命过程提供所需的机构。所需的机构。2 2、蛋白质与核酸间的
30、交互作用是动态性的、蛋白质与核酸间的交互作用是动态性的,它与基因表它与基因表达及其调控有关。达及其调控有关。第28页，讲稿共47张，创作于星期二2.3.3 2.3.3 生物大分子的结构层次生物大分子的结构层次 构型是指由于手性的存在而造成的基团不同构型是指由于手性的存在而造成的基团不同空间排布称为构型空间排布称为构型(configuration)。构型的改变必须通过共价键的断裂。构型的改变必须通过共价键的断裂。构象是指由于单键旋转时有关原子相对构象是指由于单键旋转时有关原子相对转动所造成的相应原子或基团在空间的不同转动所造成的相应原子或基团在空间的不同排布称为构象排布称为构象(conforma
31、tion)(conformation)。构象的改变构象的改变不涉及共价键的改变。不涉及共价键的改变。第29页，讲稿共47张，创作于星期二蛋白质结构蛋白质结构一级结构：一级结构：多肽链中氨基酸的排列顺序。多肽链中氨基酸的排列顺序。二级结构：二级结构：多肽链经过折叠形成几种由氢键维持的规多肽链经过折叠形成几种由氢键维持的规则结构，如则结构，如螺旋，螺旋，折叠，折叠，转角和无规则卷曲。转角和无规则卷曲。三级结构：三级结构：在二级结构的基础上进一步折叠成三维构象。在二级结构的基础上进一步折叠成三维构象。四级结构：四级结构：如果蛋白质由多个亚基构成（如血红蛋白）如果蛋白质由多个亚基构成（如血红蛋白），各
32、个亚基通过各种稳定因素维系在一起。，各个亚基通过各种稳定因素维系在一起。第30页，讲稿共47张，创作于星期二DNADNA也有一级结构、二级结构和三级结构。也有一级结构、二级结构和三级结构。DNADNA的一级结构的一级结构 DNADNA是由成千上万个脱氧核糖核苷酸聚合是由成千上万个脱氧核糖核苷酸聚合而成的多聚脱氧核糖核酸。它的一级结构是它而成的多聚脱氧核糖核酸。它的一级结构是它的构件的组成及排列顺序，即的构件的组成及排列顺序，即碱基序列碱基序列。碱基。碱基的特定序列携带着遗传信息。的特定序列携带着遗传信息。DNADNA的二级结构的二级结构DNADNA的三级结构的三级结构 DNADNA的三级结构是
33、指双螺旋的进一步扭曲形成的三级结构是指双螺旋的进一步扭曲形成的超螺旋，即螺旋的螺旋。的超螺旋，即螺旋的螺旋。盘绕过多时形成正超螺旋，不足时为负超螺盘绕过多时形成正超螺旋，不足时为负超螺旋。旋。第31页，讲稿共47张，创作于星期二 RNA RNA有一级结构、二级结构和三级结构。有一级结构、二级结构和三级结构。RNA RNA 通常是一条单链分子，它的一级结构即是其通常是一条单链分子，它的一级结构即是其核苷酸序列核苷酸序列。但但RNARNA能通过自身回折形成能通过自身回折形成局部碱基配对的双螺旋区局部碱基配对的双螺旋区，这是，这是RNARNA的二级结构。的二级结构。在二级结构在二级结构的基础上再折叠
34、就形成的基础上再折叠就形成三级结构三级结构。5sRNA5sRNA的二级结构的二级结构第32页，讲稿共47张，创作于星期二2.3.4 2.3.4 生物分子的螺旋结构生物分子的螺旋结构 虽然人类设计建筑与马路时均偏好于笔直虽然人类设计建筑与马路时均偏好于笔直的线条，但大自然的选择对此并不赞同，而更的线条，但大自然的选择对此并不赞同，而更倾向于螺旋状的卷曲结构。小到决定生命形态倾向于螺旋状的卷曲结构。小到决定生命形态的的DNADNA结构，乃至关乎我们后天性状美丑的结构，乃至关乎我们后天性状美丑的蛋白质结构及我们赖以生存的食物的主要组蛋白质结构及我们赖以生存的食物的主要组分淀粉，无一例外是螺旋结构。分
35、淀粉，无一例外是螺旋结构。第33页，讲稿共47张，创作于星期二2.3.5 2.3.5 生物膜的组装生物膜的组装 细胞及细胞器表面覆盖着一层极薄的膜，统称生物膜。细胞及细胞器表面覆盖着一层极薄的膜，统称生物膜。生物膜主要由脂类和蛋白质组成，脂类约占生物膜主要由脂类和蛋白质组成，脂类约占4040，蛋白质占，蛋白质占6060。真核细胞的生物膜约占细胞干重的。真核细胞的生物膜约占细胞干重的70%80%70%80%，最多的是，最多的是内质网膜。内质网膜。19721972年提出的流动镶嵌模型年提出的流动镶嵌模型(fluid mosaic model)(fluid mosaic model)受到受到广泛的支
36、持。其要点为：广泛的支持。其要点为：（1 1）膜磷脂排列成双分子层，构成膜的基质。）膜磷脂排列成双分子层，构成膜的基质。（2 2）多种蛋白质包埋于基质中，称为膜蛋白。）多种蛋白质包埋于基质中，称为膜蛋白。第34页，讲稿共47张，创作于星期二生物膜具有及其重要的生物功能：生物膜具有及其重要的生物功能：（1 1）它具有保护层的作用，是细胞表面的屏障；（）它具有保护层的作用，是细胞表面的屏障；（2 2）它是）它是细胞内外环境进行物质交换的通道；能量转换和信息传细胞内外环境进行物质交换的通道；能量转换和信息传递也都要通过膜进行。递也都要通过膜进行。（3 3）许多酶系与膜相结合，一系列生化反应在膜上进行
37、。）许多酶系与膜相结合，一系列生化反应在膜上进行。第35页，讲稿共47张，创作于星期二2.3.6 2.3.6 复杂大分子的自我装配举例复杂大分子的自我装配举例 现代分子生物学发展中具有重要意义的成就之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。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遗传物质（核酸）能够自我复制并控制蛋白质的合成，
38、由蛋白质再合成其他生物分子。生物大分子自成，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。物的各种不同功能。第36页，讲稿共47张，创作于星期二 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一定方式围绕RNARNA聚集而成，不借助酶，也无需能量再生体系。聚集而成，不借助酶，也无需能量再生体系。烟草花叶病毒（烟草花叶病毒（TMVTMV）呈直
39、杆状，长）呈直杆状，长300 nm300 nm，宽，宽18 nm18 nm，中，中空内径空内径4 nm4 nm，由，由158158个氨基酸组成一个皮鞋状的衣壳粒，总共有个氨基酸组成一个皮鞋状的衣壳粒，总共有21302130个衣壳粒，排列成个衣壳粒，排列成130130圈螺旋，圈螺旋，TMVTMV的核酸核心是单链的的核酸核心是单链的RNARNA，含有，含有63956395个核苷酸，每个核苷酸，每3 3个核苷酸与一个衣壳粒相结合，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。盘绕于蛋白质的中空内径中。第37页，讲稿共47张，创作于星期二2.4 2.4 生物大分子的相互作用生物大分子的相互作用
40、2.4.1 2.4.1 核酸与蛋白质的相互作用核酸与蛋白质的相互作用 （1 1）DNADNA、组蛋白结合形成染色质。、组蛋白结合形成染色质。（2 2）蛋白质和）蛋白质和DNADNA相互作用参与基因的表达调控。相互作用参与基因的表达调控。调节蛋白与调节蛋白与DNADNA结合打开或关闭特定基因的活性。结合打开或关闭特定基因的活性。（3 3）蛋白质对）蛋白质对DNADNA的位点特异性切割。的位点特异性切割。限制性内切限制性内切核酸酶能识别四核苷酸或六核苷酸序列，并在相邻的核核酸酶能识别四核苷酸或六核苷酸序列，并在相邻的核苷酸之间打断磷酸二酯键。苷酸之间打断磷酸二酯键。第38页，讲稿共47张，创作于星
41、期二2.4.2 2.4.2 蛋白质与蛋白质的相互作用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，红蛋白，RNARNA聚合酶，聚合酶，DNADNA聚合酶。聚合酶。蛋白质多亚基形式的优点是蛋白质多亚基形式的优点是:1 1）亚基对）亚基对DNADNA的利用来说是一种经济的方法；的利用来说是一种经济的方法；2 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；）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 3）活性能够非常有效和迅速地被打开和被关闭。）活性能够非常有
42、效和迅速地被打开和被关闭。血红蛋白四级结构血红蛋白四级结构细菌的细菌的RNARNA聚合酶聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶-（DNA pol-DNA pol-）第39页，讲稿共47张，创作于星期二2.4.3 2.4.3 糖与蛋白质的相互作用糖与蛋白质的相互作用1.1.糖蛋白糖蛋白 糖蛋白是以蛋白质为主体的糖蛋白质复合物，在肽链糖蛋白是以蛋白质为主体的糖蛋白质复合物，在肽链的特定残基上共价结合着一个、几个或十几个寡糖链。寡糖的特定残基上共价结合着一个、几个或十几个寡糖链。寡糖链一般由链一般由2 21515个单糖构成。寡糖链与肽链的连接方式有两种：个单糖构成。寡糖链与肽链的连接方式有两种：一种是一种是
43、它的还原末端以它的还原末端以O-O-糖苷键与肽链的丝氨酸或苏氨酸残糖苷键与肽链的丝氨酸或苏氨酸残基的侧链羟基结合；基的侧链羟基结合；另一种是另一种是以以N-N-糖苷键与侧链的天冬酰胺残基的侧链氨基结糖苷键与侧链的天冬酰胺残基的侧链氨基结合。合。N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺第40页，讲稿共47张，创作于星期二 糖蛋白在体内分布十分广泛，许多酶、激素、运输糖蛋白在体内分布十分广泛，许多酶、激素、运输蛋白、结构蛋白都是糖蛋白。糖蛋白的生物学功能：蛋白、结构蛋白都是糖蛋白。糖蛋白的生物学功能：（1 1）糖蛋白携带某些蛋白质代谢去向的信息。）糖蛋白携带某些蛋白质代谢去向的信息。糖蛋糖蛋白寡糖链末端的唾液
44、酸残基，决定着某种蛋白质是否在血流白寡糖链末端的唾液酸残基，决定着某种蛋白质是否在血流中存在或被肝脏除去的信息。中存在或被肝脏除去的信息。（2 2）寡糖链在细胞识别、信号传递中起关键作用。）寡糖链在细胞识别、信号传递中起关键作用。淋巴淋巴细胞正常情况应归巢到脾脏，而切去唾液酸后，结果竞归巢到细胞正常情况应归巢到脾脏，而切去唾液酸后，结果竞归巢到了肝脏。在原核中表达的真核基因，无法糖基化。了肝脏。在原核中表达的真核基因，无法糖基化。第41页，讲稿共47张，创作于星期二2.2.蛋白聚糖（蛋白聚糖（proteoglycanproteoglycan，PG PG）蛋白聚糖是以糖胺聚糖为主体的糖蛋白质复合
45、物。蛋白聚糖是以糖胺聚糖为主体的糖蛋白质复合物。存在于人和动物的皮肤、软骨、肌腱、脐带、角膜等部位的各种存在于人和动物的皮肤、软骨、肌腱、脐带、角膜等部位的各种结缔组织中。结缔组织中。蛋白聚糖以蛋白质为核心，以糖胺聚糖链为主体，在同一条核心蛋白聚糖以蛋白质为核心，以糖胺聚糖链为主体，在同一条核心蛋白肽链上，密集地结合着几十条至千百条糖胺聚糖糖链，形成瓶刷蛋白肽链上，密集地结合着几十条至千百条糖胺聚糖糖链，形成瓶刷状分子。每条糖胺聚糖状分子。每条糖胺聚糖链由链由100100到到200200个单糖分子构成，具有二糖个单糖分子构成，具有二糖重复序列，一般无分支。重复序列，一般无分支。第42页，讲稿共
46、47张，创作于星期二蛋白聚糖的性质多接近于多糖，有三种不同类型的糖肽蛋白聚糖的性质多接近于多糖，有三种不同类型的糖肽键：键：N-N-乙酰半乳糖胺与苏氨酸或丝氨酸羟基之间所形乙酰半乳糖胺与苏氨酸或丝氨酸羟基之间所形成的成的-O-O-糖苷键。糖苷键。N-N-乙酰葡萄糖胺与天冬酰胺之间形成的乙酰葡萄糖胺与天冬酰胺之间形成的-N-N-糖苷键；糖苷键；D-D-木糖与丝氨酸羟基之间形成的木糖与丝氨酸羟基之间形成的-O-O-糖苷键；糖苷键；第43页，讲稿共47张，创作于星期二蛋白聚糖的功能：蛋白聚糖的功能：（1 1）蛋白聚糖具有极强的亲水性，能结合大量的水，蛋白聚糖具有极强的亲水性，能结合大量的水，能保持组
47、织的体积和外形并使之具有抗拉、抗压强度。能保持组织的体积和外形并使之具有抗拉、抗压强度。（2 2）蛋白聚糖链相互间的作用，在细胞与细胞、细胞与蛋白聚糖链相互间的作用，在细胞与细胞、细胞与基质相互结合，维持组织的完整性中起重要作用。基质相互结合，维持组织的完整性中起重要作用。（3 3）糖链的网状结构还具有分子筛效应，对物质的运糖链的网状结构还具有分子筛效应，对物质的运送有一定意义。送有一定意义。（4 4）类风湿性关节炎患者关节液的粘度降低与蛋白多类风湿性关节炎患者关节液的粘度降低与蛋白多糖的结构变化有关。糖的结构变化有关。第44页，讲稿共47张，创作于星期二2.4.4 2.4.4 脂与蛋白质的相
48、互作用脂与蛋白质的相互作用 脂脂蛋蛋白白（lipoproteinlipoprotein）由由脂脂质质分分子子与与蛋蛋白白质质通通过过非非共共价价结结合合而而形形成成并并存存在在于于动动物物血血液液中中，参参与与脂脂类类物物质质转转运运的的一一类类复复合合体体。根根据据在在特特定定的的盐盐密密度度内内的的漂漂浮浮行行为为，可可把把血血浆脂蛋白分成四大类：浆脂蛋白分成四大类：（1 1）高密度脂蛋白（）高密度脂蛋白（high-density lipoproteinshigh-density lipoproteins，HDLHDL）：）：电电泳时称为泳时称为脂蛋白。主要生理功能是转运磷脂和胆固醇。脂蛋
49、白。主要生理功能是转运磷脂和胆固醇。（2 2）低密度脂蛋白（）低密度脂蛋白（low-density lipoproteinslow-density lipoproteins，LDLLDL）：）：电泳电泳时称为时称为脂蛋白。主要生理功能是转运胆固醇和磷脂到肝脏进行代谢。脂蛋白。主要生理功能是转运胆固醇和磷脂到肝脏进行代谢。（3 3）极低密度脂蛋白（）极低密度脂蛋白（very low density lipoproteinsvery low density lipoproteins，VLDLVLDL）：）：电泳时称为前电泳时称为前脂蛋白。主要生理功能是运输肝合成的内源性甘油三脂蛋白。主要生理功能是
50、运输肝合成的内源性甘油三酯。酯。（4 4）乳糜微粒（）乳糜微粒（chylomicron,CMchylomicron,CM）：）：电泳时乳糜微粒留在原点。电泳时乳糜微粒留在原点。主要生理功能是运输外源性脂类。主要生理功能是运输外源性脂类。第45页，讲稿共47张，创作于星期二生物科学三个最基本理论问题生物科学三个最基本理论问题生命起源生命起源、生命进化生命进化和和生命本质生命本质的进一步深入研究与细胞的进一步深入研究与细胞内生物分子的相互作用研究关系密切。内生物分子的相互作用研究关系密切。水是生命之源水是生命之源 第46页，讲稿共47张，创作于星期二15.10.202215.10.2022感感谢谢