生物大分子的结构与功能fyfk.docx
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1、第一篇生生物大分分子的结结构与功功能第第一章氨氨基酸和和蛋白质质一、组组成蛋白白质的220种氨氨基酸的的分类、非非极性氨氨基酸包括括:甘氨氨酸、丙丙氨酸、缬缬氨酸、亮亮氨酸、异异亮氨酸酸、苯丙丙氨酸、脯脯氨酸、极极性氨基基酸极性性中性氨氨基酸:色氨酸酸、酪氨氨酸、丝丝氨酸、半半胱氨酸酸、蛋氨氨酸、天天冬酰胺胺、谷氨氨酰胺、苏苏氨酸酸性性氨基酸酸:天冬冬氨酸、谷谷氨酸碱性性氨基酸酸:赖氨氨酸、精精氨酸、组组氨酸其中中:属于于芳香族族氨基酸酸的是:色氨酸酸、酪氨氨酸、苯苯丙氨酸酸属于于亚氨基基酸的是是:脯氨氨酸含硫硫氨基酸酸包括:半胱氨氨酸、蛋蛋氨酸注意意:在识识记时可可以只记记第一个个字,如如碱
2、性氨氨基酸包包括:赖赖精组二、氨氨基酸的的理化性性质、两两性解离离及等电电点氨基基酸分子子中有游游离的氨氨基和游游离的羧羧基,能能与酸或或碱类物物质结合合成盐,故故它是一一种两性性电解质质。在某某一的溶液液中,氨氨基酸解解离成阳阳离子和和阴离子子的趋势势及程度度相等,成成为兼性性离子,呈呈电中性性,此时时溶液的的称称为该氨氨基酸的的等电点点。、氨氨基酸的的紫外吸吸收性质质芳香族氨氨基酸在在2800nm波波长附近近有最大大的紫外外吸收峰峰,由于于大多数数蛋白质质含有这这些氨基基酸残基基,氨基基酸残基基数与蛋蛋白质含含量成正正比,故故通过对对2800nm波波长的紫紫外吸光光度的测测量可对对蛋白质质
3、溶液进进行定量量分析。、茚茚三酮反反应氨基基酸的氨氨基与茚茚三酮水水合物反反应可生生成蓝紫紫色化合合物,此此化合物物最大吸吸收峰在在5700nm波波长处。由由于此吸吸收峰值值的大小小与氨基基酸释放放出的氨氨量成正正比,因因此可作作为氨基基酸定量量分析方方法。三、肽肽两分分子氨基基酸可借借一分子子所含的的氨基与与另一分分子所带带的羧基基脱去分子水水缩合成成最简单单的二肽肽。二肽肽中游离离的氨基基和羧基基继续借借脱水作作用缩合合连成多多肽。110个以以内氨基基酸连接接而成多多肽称为为寡肽;39个氨氨基酸残残基组成成的促肾肾上腺皮皮质激素素称为多多肽;551个氨氨基酸残残基组成成的胰岛岛素归为为蛋白
4、质质。多肽肽连中的的自由氨氨基末端端称为端,自自由羧基基末端称称为端端,命名名从端端指向端。人体体内存在在许多具具有生物物活性的的肽,重重要的有有:谷胱胱甘肽(GSH):是由谷、半胱和甘氨酸组成的三肽。半胱氨酸的巯基是该化合物的主要功能基团。GSH的巯基具有还原性,可作为体内重要的还原剂保护体内蛋白质或酶分子中巯基免被氧化,使蛋白质或酶处于活性状态。四、蛋蛋白质的的分子结结构、蛋蛋白质的的一级结结构:即即蛋白质质分子中中氨基酸酸的排列列顺序。主要要化学键键:肽键键,有些些蛋白质质还包含含二硫键键。、蛋蛋白质的的高级结结构:包包括二级级、三级级、四级级结构。)蛋蛋白质的的二级结结构:指指蛋白质质
5、分子中中某一段段肽链的的局部空空间结构构,也就就是该段段肽链骨骨架原子子的相对对空间位位置,并并不涉及及氨基酸酸残基侧侧链的构构象。二二级结构构以一级级结构为为基础,多多为短距距离效应应。可分分为:-螺旋旋:多肽肽链主链链围绕中中心轴呈呈有规律律地螺旋旋式上升升,顺时时钟走向向,即右右手螺旋旋,每隔隔3.66个氨基基酸残基基上升一一圈,螺螺距为00.5440nmm。-螺旋的的每个肽肽键的-和第第四个肽肽键的羧羧基氧形形成氢键键,氢键键的方向向与螺旋旋长轴基基本平形形。-折叠叠:多肽肽链充分分伸展,各各肽键平平面折叠叠成锯齿齿状结构构,侧链链基团团交错位位于锯齿齿状结构构上下方方;它们们之间靠靠
6、链间肽肽键羧基基上的氧氧和亚氨氨基上的的氢形成成氢键维维系构象象稳定-转角角:常发发生于肽肽链进行行1800度回折折时的转转角上,常常有个个氨基酸酸残基组组成,第第二个残残基常为为脯氨酸酸。无规规卷曲:无确定定规律性性的那段段肽链。主要要化学键键:氢键键。)蛋蛋白质的的三级结结构:指指整条肽肽链中全全部氨基基酸残基基的相对对空间位位置,显显示为长长距离效效应。主要要化学键键:疏水水键(最最主要)、盐盐键、二二硫键、氢氢键、范范德华力力。)蛋蛋白质的的四级结结构:对对蛋白质质分子的的二、三三级结构构而言,只只涉及一一条多肽肽链卷曲曲而成的的蛋白质质。在体体内有许许多蛋白白质分子子含有二二条或多多
7、条肽链链,每一一条多肽肽链都有有其完整整的三级级结构,称称为蛋白白质的亚亚基,亚亚基与亚亚基之间间呈特定定的三维维空间排排布,并并以非共共价键相相连接。这这种蛋白白质分子子中各个个亚基的的空间排排布及亚亚基接触触部位的的布局和和相互作作用,为为四级结结构。由由一条肽肽链形成成的蛋白白质没有有四级结结构。主要要化学键键:疏水水键、氢氢键、离离子键五、蛋蛋白质结结构与功功能关系系、蛋蛋白质一一级结构构是空间间构象和和特定生生物学功功能的基基础。一一级结构构相似的的多肽或或蛋白质质,其空空间构象象以及功功能也相相似。尿素素或盐酸酸胍可破破坏次级级键-巯基基乙醇可可破坏二二硫键、蛋蛋白质空空间结构构是
8、蛋白白质特有有性质和和功能的的结构基基础。肌红红蛋白:只有三三级结构构的单链链蛋白质质,易与与氧气结结合,氧氧解离曲曲线呈直直角双曲曲线。血红红蛋白:具有个亚基基组成的的四级结结构,可可结合分子氧氧。成人人由两条条-肽链(1141个个氨基酸酸残基)和和两条-肽链(1146个个氨基酸酸残基)组组成。在在氧分压压较低时时,与氧氧气结合合较难,氧氧解离曲曲线呈状曲线线。因为为:第一一个亚基基与氧气气结合以以后,促促进第二二及第三三个亚基基与氧气气的结合合,当前前三个亚亚基与氧氧气结合合后,又又大大促促进第四四个亚基基与氧气气结合,称称正协同同效应。结结合氧后后由紧张张态变为为松弛态态。六、蛋蛋白质的
9、的理化性性质、蛋蛋白质的的两性电电离:蛋蛋白质两两端的氨氨基和羧羧基及侧侧链中的的某些基基团,在在一定的的溶液条件件下可解解离成带带负电荷荷或正电电荷的基基团。、蛋蛋白质的的沉淀:在适当当条件下下,蛋白白质从溶溶液中析析出的现现象。包包括:a.丙酮酮沉淀,破破坏水化化层。也也可用乙乙醇。b.盐析析,将硫硫酸铵、硫硫酸钠或或氯化钠钠等加入入蛋白质质溶液,破破坏在水水溶液中中的稳定定因素电电荷而沉沉淀。、蛋蛋白质变变性:在在某些物物理和化化学因素素作用下下,其特特定的空空间构象象被破坏坏,从而而导致其其理化性性质的改改变和生生物活性性的丧失失。主要要为二硫硫键和非非共价键键的破坏坏,不涉涉及一级级
10、结构的的改变。变变性后,其其溶解度度降低,粘粘度增加加,结晶晶能力消消失,生生物活性性丧失,易易被蛋白白酶水解解。常见见的导致致变性的的因素有有:加热热、乙醇醇等有机机溶剂、强强酸、强强碱、重重金属离离子及生生物碱试试剂、超超声波、紫紫外线、震震荡等。、蛋蛋白质的的紫外吸吸收:由由于蛋白白质分子子中含有有共轭双双键的酪酪氨酸和和色氨酸酸,因此此在2880nmm处有特特征性吸吸收峰,可可用蛋白白质定量量测定。、蛋蛋白质的的呈色反反应a.茚三三酮反应应:经水水解后产产生的氨氨基酸可可发生此此反应,详详见二、b. 双双缩脲反反应:蛋蛋白质和和多肽分分子中肽肽键在稀稀碱溶液液中与硫硫酸酮共共热,呈呈现
11、紫色色或红色色。氨基基酸不出出现此反反应。蛋蛋白质水水解加强强,氨基基酸浓度度升高,双双缩脲呈呈色深度度下降,可可检测蛋蛋白质水水解程度度。七、蛋蛋白质的的分离和和纯化、沉沉淀,见见六、电电泳:蛋蛋白质在在高于或或低于其其等电点点的溶液液中是带带电的,在在电场中中能向电电场的正正极或负负极移动动。根据据支撑物物不同,有有薄膜电电泳、凝凝胶电泳泳等。、透透析:利利用透析析袋把大大分子蛋蛋白质与与小分子子化合物物分开的的方法。、层层析:a.离子子交换层层析,利利用蛋白白质的两两性游离离性质,在在某一特特定时,各各蛋白质质的电荷荷量及性性质不同同,故可可以通过过离子交交换层析析得以分分离。如如阴离子
12、子交换层层析,含含负电量量小的蛋蛋白质首首先被洗洗脱下来来。b.分子子筛,又又称凝胶胶过滤。小分子蛋白质进入孔内,滞留时间长,大分子蛋白质不能时入孔内而径直流出。、超超速离心心:既可可以用来来分离纯纯化蛋白白质也可可以用作作测定蛋蛋白质的的分子量量。不同同蛋白质质其密度度与形态态各不相相同而分分开。八、多多肽链中中氨基酸酸序列分分析a.分析析纯化蛋蛋白质的的氨基酸酸残基组组成(蛋蛋白质水水解为个个别氨基基酸,测测各氨基基酸的量量及在蛋蛋白质中中的百分分组成)测测定肽链链头、尾尾的氨基基酸残基基二硝基氟氟苯法(DNP法)头头端尾端端羧肽肽酶、法法等丹酰氯法法水水解肽链链,分别别分析胰凝乳蛋蛋白酶
13、(糜糜蛋白酶酶)法:水解芳芳香族氨氨基酸的的羧基侧侧肽键胰蛋白酶酶法:水水解赖氨氨酸、精精氨酸的的羧基侧侧肽键溴化脯法法:水解解蛋氨酸酸羧基侧侧的肽键键Edmaan降解解法测定定各肽段段的氨基基酸顺序序(氨基基末端氨氨基酸的的游离-氨基与与异硫氰氰酸苯酯酯反应形形成衍生生物,用用层析法法鉴定氨氨基酸种种类) b.通过过核酸推推演氨基基酸序列列。第第二章核酸酸的结构构与功能能一、核核酸的分分子组成成:基本本组成单单位是核核苷酸,而而核苷酸酸则由碱碱基、戊戊糖和磷磷酸三种种成分连连接而成成。两类类核酸:脱氧核核糖核酸酸(DNNA),存存在于细细胞核和和线粒体体内。核糖核核酸(RRNA),存存在于细
14、细胞质和和细胞核核内。、碱碱基:NH2NH2OCH33OOOOONNH2胞胞嘧啶胸腺腺嘧啶尿嘧嘧啶鸟嘌嘌呤腺嘌嘌呤嘌呤和嘧嘧啶环中中均含有有共轭双双键,因因此对波波长2660nmm左右的的紫外光光有较强强吸收,这这一重要要的理化化性质被被用于对对核酸、核核苷酸、核核苷及碱碱基进行行定性定定量分析析。、戊戊糖:DDNA分分子的核核苷酸的的糖是是-D-2-脱脱氧核糖糖,RNNA中为为-D-核糖。、磷磷酸:生生物体内内多数核核苷酸的的磷酸基基团位于于核糖的的第五位位碳原子子上。二、核核酸的一一级结构构核苷苷酸在多多肽链上上的排列列顺序为为核酸的的一级结结构,核核苷酸之之间通过过3,5磷酸二二酯键连连
15、接。三、DNA的空间结构与功能、DNA的二级结构DNA双双螺旋结结构是核核酸的二二级结构构。双螺螺旋的骨骨架由糖和磷磷酸基构构成,两两股链之之间的碱碱基互补补配对,是是遗传信信息传递递者,DDNA半半保留复复制的基基础,结结构要点点:a.DNNA是一一反向平平行的互互补双链链结构亲水的的脱氧核核糖基和和磷酸基基骨架位位于双链链的外侧侧,而碱碱基位于于内侧,碱碱基之间间以氢键键相结合合,其中中,腺嘌嘌呤始终终与胸腺腺嘧啶配配对,形形成两个个氢键,鸟鸟嘌呤始始终与胞胞嘧啶配配对,形形成三个个氢键。b.DNNA是右右手螺旋旋结构螺旋直直径为22nm。每每旋转一一周包含含了100个碱基基,每个个碱基的
16、的旋转角角度为336度。螺螺距为33.4nnm,每每个碱基基平面之之间的距距离为00.344nm。c.DNNA双螺螺旋结构构稳定的的维系横向靠靠互补碱碱基的氢氢键维系系,纵向向则靠碱碱基平面面间的疏疏水性堆堆积力维维持,尤尤以后者者为重要要。、DNA的三级结构三级级结构是是在双螺螺旋基础础上进一一步扭曲曲形成超超螺旋,使使体积压压缩。在在真核生生物细胞胞核内,DNA三级结构与一组组蛋白共同组成核小体。在核小体的基础上,DNA链经反复折叠形成染色体。、功功能DNA的的基本功功能就是是作为生生物遗传传信息复复制的模模板和基基因转录录的模板板,它是是生命遗遗传繁殖殖的物质质基础,也也是个体体生命活活
17、动的基基础。DNA中中的核糖糖和磷酸酸构成的的分子骨骨架是没没有差别别的,不不同区段段的DNNA分子子只是碱碱基的排排列顺序序不同。四、RNA的空间结构与功能DNA是是遗传信信息的载载体,而而遗传作作用是由由蛋白质质功能来来体现的的,在两两者之间间RNAA起着中中介作用用。其种种类繁多多,分子子较小,一一般以单单链存在在,可有有局部二二级结构构,各类类RNAA在遗传传信息表表达为氨氨基酸序序列过程程中发挥挥不同作作用。如如:名称称功能能核蛋白体体RNAA(rRRNA)核蛋白体体组成成成分信使RNNA(mmRNAA)蛋白质合合成模板板转运RNNA(ttRNAA)转运氨基基酸不均一核核RNAA(H
18、nnRNAA)成熟mRRNA的的前体小核RNNA(SSnRNNA)参与HnnRNAA的剪接接、转运运小核仁RRNA(SnooRNAA)rRNAA的加工工和修饰饰、信信使RNNA(半衰期期最短)hnRNA为mRNA的初级产物,经过剪接切除内含子,拼接外显子,成为成熟的mRNA并移位到细胞质)大大多数的的真核mmRNAA在转录录后末端加加上一个个-甲基鸟鸟嘌呤及及三磷酸酸鸟苷帽帽子,帽帽子结构构在mRRNA作作为模板板翻译成成蛋白质质的过程程中具有有促进核核蛋白体体与mRRNA的的结合,加加速翻译译起始速速度的作作用,同同时可以以增强mmRNAA的稳定定性。末端多多了一个个多聚腺腺苷酸尾尾巴,可可
19、能与mmRNAA从核内内向胞质质的转位位及mRRNA的的稳定性性有关。)功功能是把把核内DDNA的的碱基顺顺序,按按照碱基基互补的的原则,抄抄录并转转送至胞胞质,以以决定蛋蛋白质合合成的氨氨基酸排排列顺序序。mRRNA分分子上每每3个核苷苷酸为一一组,决决定肽链链上某一一个氨基基酸,为为三联体体密码。、转转运RNNA(分子量量最小)tRNA分子中含有1020稀有碱基,包括双氢尿嘧啶,假尿嘧啶和甲基化的嘌呤等。)二二级结构构为三叶叶草形,位位于左右右两侧的的环状结结构分别别称为DDHU环环和T环,位位于下方方的环叫叫作反密密码环。反反密码环环中间的的3个碱基基为反密密码子,与与mRNNA上相相应
20、的三三联体密密码子形形成碱基基互补。所所有tRRNA33末端均均有相同同的CCCA-OOH结构构。)三三级结构构为倒LL型。)功功能是在在细胞蛋蛋白质合合成过程程中作为为各种氨氨基酸的的戴本并并将其转转呈给mmRNAA。、核核蛋白体体RNAA(含量最最多)原原核生物物的rRRNA的的小亚基基为166S,大大亚基为为5S、23SS;真核核生物的的rRNNA的小小亚基为为18SS,大亚亚基为55S、5.88S、28SS。真核核生物的的18SSrRNNA的二二级结构构呈花状状。)rRNA与核糖体蛋白共同构成核糖体,它是蛋白质合成机器核蛋白体的组成成分,参与蛋白质的合成。、核酶:某些RNA 分子本身具
21、有自我催化能,可以完成rRNA的剪接。这种具有催化作用的RNA称为核酶。五、核核酸的理理化性质质、DNA的变性在某某些理化化因素作作用下,如如加热,DNA分子互补碱基对之间的氢键断裂,使DNA双螺旋结构松散,变成单链,即为变性。监测是否发生变性的一个最常用的指标是DNA在紫外区260nm波长处的吸光值变化。解链过程中,吸光值增加,并与解链程度有一定的比例关系,称为DNA的增色效应。紫外光吸收值达到最大值的50时的温度称为DNA的解链温度(Tm),一种DNA分子的Tm值大小与其所含碱基中的GC比例相关,GC比例越高,Tm值越高。、DNA的复性和杂交变性性DNAA在适当当条件下下,两条条互补链链可
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