生物無(wú)機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

1、第二章第二章 生物化學(xué)基本知識(shí)生物化學(xué)基本知識(shí)第一節(jié)第一節(jié) 生命元素生命元素第二節(jié)第二節(jié) 生命配體生命配體( (氨基酸氨基酸, ,蛋白質(zhì)蛋白質(zhì), ,核酸核酸) )第三節(jié)第三節(jié) 酶酶第四節(jié)第四節(jié) 常見(jiàn)的幾種常見(jiàn)的幾種輔酶輔酶第一節(jié)第一節(jié) 生命必需元素及其動(dòng)態(tài)平衡生命必需元素及其動(dòng)態(tài)平衡 生命生命是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程, ,但必需但必需滿足以下滿足以下6 6個(gè)條件個(gè)條件: : 1.1.能夠從它周?chē)h(huán)境的原材料中生產(chǎn)它自己所需的組成能夠從它周?chē)h(huán)境的原材料中生產(chǎn)它自己所需的組成成分成分; ; 2.2.能夠從它周?chē)沫h(huán)境中吸取能量并將其轉(zhuǎn)化為不同形能夠從它周?chē)沫h(huán)境中吸取能量并將其轉(zhuǎn)化為不同

2、形式的功式的功, ,從而使自身保持生存從而使自身保持生存; ; 3.3.催化能夠維持其生命活動(dòng)的各種化學(xué)反應(yīng)催化能夠維持其生命活動(dòng)的各種化學(xué)反應(yīng); ; 4.4.為生物合成及其他生物過(guò)程提供準(zhǔn)確的信息以保證其為生物合成及其他生物過(guò)程提供準(zhǔn)確的信息以保證其準(zhǔn)確的再生準(zhǔn)確的再生; ; 5.5.使其自身保持相對(duì)的隔離狀態(tài)使其自身保持相對(duì)的隔離狀態(tài), ,從而保證與外部環(huán)境從而保證與外部環(huán)境的交換在嚴(yán)格的條件控制下進(jìn)行的交換在嚴(yán)格的條件控制下進(jìn)行; ; 6.6.調(diào)控其自身活動(dòng)調(diào)控其自身活動(dòng), ,以便在環(huán)境變化的情況下保持其動(dòng)以便在環(huán)境變化的情況下保持其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。態(tài)結(jié)構(gòu)。定義：定義：它們的缺乏會(huì)導(dǎo)致生物組織

3、嚴(yán)重的，不可逆的它們的缺乏會(huì)導(dǎo)致生物組織嚴(yán)重的，不可逆的 損傷。嚴(yán)格講損傷。嚴(yán)格講, ,必需元素應(yīng)該滿足以下幾個(gè)條件：必需元素應(yīng)該滿足以下幾個(gè)條件：首先首先，這些元素在不同組織中均有一定，這些元素在不同組織中均有一定濃度濃度；其次其次，除去除去這些元素會(huì)造成這些組織在生理或結(jié)構(gòu)上這些元素會(huì)造成這些組織在生理或結(jié)構(gòu)上的不正常；的不正常；再次再次，這些元素的，這些元素的存在存在能夠使生物生理或結(jié)構(gòu)的不正能夠使生物生理或結(jié)構(gòu)的不正?，F(xiàn)象消失或預(yù)防不正常現(xiàn)象的產(chǎn)生；?，F(xiàn)象消失或預(yù)防不正?，F(xiàn)象的產(chǎn)生；最后最后, ,這些元素有這些元素有專(zhuān)門(mén)的生物功能專(zhuān)門(mén)的生物功能。 目前為止目前為止, ,有有2424（o

4、r26?or26?）種元素被列為哺乳動(dòng)）種元素被列為哺乳動(dòng)物的必需元素，其中物的必需元素，其中1414種為金屬元素。種為金屬元素。必需元素必需元素or生命元素生命元素essential elements占人體總重量低于占人體總重量低于0.010.01的元素的元素人人體體中中的的元元素素常量常量元素元素微量微量元素元素 C、H、O、N、P、S、Cl、Na、Mg、K和和Ca等等11種，約占體重的種，約占體重的99.25。As、B、Ti、Al、Ba、Nb 、 Rb、和和Zr等等8種種。Bi、Sb、Be、Cd、Hg和和Sb等等6種。種。必需微必需微量元素量元素非必需微非必需微量元素量元素有毒微有毒微量

5、元素量元素占人體總重量高占人體總重量高于于0.01的元素的元素鐵、鋅、銅、鉻、錳、鐵、鋅、銅、鉻、錳、硒、鎳、鈷、氟、碘、硒、鎳、鈷、氟、碘、鉬、釩、錫、硅、溴等鉬、釩、錫、硅、溴等1515種種。生命元素生命元素Concentrations (mM)of some ions in seawater and blood plasma There is even a striking parallelism between the concentrations of the dominant ions in seawater and, for example, in blood plasma, w

6、hich suggests that our ancestry is rooted in the sea. IonSeawaterBlood plasmaCl-550100Na+470140Mg2+502K+1010Ca2+103MoO42-0.2 M2-20 MFirst row transition elements1-10 nM2-20 MBiological function of selected metal ionsMetal FunctionSodiumCharge carrier; osmotic balancePotassiumCharge carrier; osmotic

7、balanceMagnesiumStructure; hydrolase; isomeraseCalciumStructure; trigger; charge carrierVanadiumNitrogen fixation; oxidaseChromiumUnknown, possible involvement in glucose toleranceMolybdenumNitrogen fixation; oxidase; oxo transferManganesePhotosynthesis; oxidase; structureIronOxidase; dioxygen trans

8、port and storage; electron transfer; nitrogen fixation; CobaltOxidase; alkyl group transferNickelHydrogenase; hydrolaseCopperOxidase; dioxygen transfer; electron transfer;ZincStructure; hydrolaseThe importance of organic compounds in the functioning of the human body is well known. Some idea of the

9、vital role played by elements other than carbon for specific functions is shown in the table.The impact of inorganic species in the bodyBody component or functionElement or compoundTeeth and bone constructionCa, F, PUrinary and renal stones Ca, Transport and storage of O2FeBlood pressure and blood c

10、oagulation controlNa, Cl, NO, CaMuscle contractionCa, MgRespirationFe, CuCell divisionCa, Fe, CoGut contraction and food movement; penis erectionNO, CaControl of pH in bloodCO2, ZnThyroid function INon-essential but valuable elements A few elements have become of marked clinical value. Clinical valu

11、e of some elements Value ElementPsychotropic drug for manic-depressive illness （狂躁抑郁類(lèi)精神類(lèi)藥物）（狂躁抑郁類(lèi)精神類(lèi)藥物） LiDiagnostic imaging （診斷成像）（診斷成像） Tc-99mMagnetic resonance imaging enhancement GdCytotoxic drug PtAntiarthritic drug （治療風(fēng)濕病類(lèi)藥物）（治療風(fēng)濕病類(lèi)藥物） Au最適營(yíng)養(yǎng)濃度定律最適營(yíng)養(yǎng)濃度定律濃度，明顯地影響濃度，明顯地影響著它對(duì)生物體是著它對(duì)生物體是“必需必需”、“有益

12、有益”還是還是“有有害害”。法國(guó)科學(xué)家。法國(guó)科學(xué)家G. Bertrand 在研究錳對(duì)植在研究錳對(duì)植物生長(zhǎng)的影響后，提出物生長(zhǎng)的影響后，提出了一個(gè)最適營(yíng)養(yǎng)定律：了一個(gè)最適營(yíng)養(yǎng)定律：植物缺少某種必需元素植物缺少某種必需元素時(shí)不能成活，當(dāng)該元素時(shí)不能成活，當(dāng)該元素適量時(shí)就能茁壯成長(zhǎng)，適量時(shí)就能茁壯成長(zhǎng)，但過(guò)量時(shí)又轉(zhuǎn)為有害。但過(guò)量時(shí)又轉(zhuǎn)為有害。 Obviously, serious ailments and diseases can be caused in humans by an incorrect balance of elements. It should be emphasized that

13、 there is always a fine balance between a deficiency and an excess intake (both of which could lead to death) and a short range of daily intake which is essential and optimal. Ailments and diseases caused by a deficiency (d) or excess (e) of essential elementsAilment or diseaseElementAnemia （貧血）（貧血）

14、Fe (d) Co (d) Cu (d) Mo (d)Lung diseasesSi (e) Ni (e) Cr (e)Psychiatric disorders （精神病）（精神?。㎝n (e)Goitre （甲狀腺腫）（甲狀腺腫）I (d and e)Heart failureCo (e)Convulsions （痙攣）（痙攣） Mg(d)Wilsons disease, Menkes syndromeCu (d and e)Inhibited growthSi, V, Ni, Zn, As, Mo and Mn (all d)克汀病克汀病碘缺乏碘缺乏呆、小、聾、啞、癱呆、小、聾、啞、癱侏

15、儒侏儒先天畸形先天畸形鋅缺乏鋅缺乏厭食、生長(zhǎng)障礙，骨厭食、生長(zhǎng)障礙，骨畸形畸形克山病克山病硒缺乏硒缺乏心律不齊，心臟擴(kuò)大，心律不齊，心臟擴(kuò)大，心率衰竭，休克心率衰竭，休克大骨節(jié)病大骨節(jié)病硒缺乏有關(guān)硒缺乏有關(guān)肌肉萎縮、發(fā)育障礙，肌肉萎縮、發(fā)育障礙，行動(dòng)蹣跚行動(dòng)蹣跚硒中毒硒中毒硒過(guò)量硒過(guò)量脫發(fā)脫甲，皮膚潮紅、脫發(fā)脫甲，皮膚潮紅、神經(jīng)、牙齒損害神經(jīng)、牙齒損害微量元素引起的地方病微量元素引起的地方病 黑皮病黑皮病慢性砷中毒慢性砷中毒皮膚色素過(guò)渡沉著、皮膚色素過(guò)渡沉著、神經(jīng)性皮炎，致癌神經(jīng)性皮炎，致癌水俁水俁( (yuyu) )病病慢性甲基慢性甲基汞中毒汞中毒感覺(jué)障礙、共濟(jì)失調(diào)，感覺(jué)障礙、共濟(jì)失調(diào)，語(yǔ)言

16、、智力障癌語(yǔ)言、智力障癌骨痛病骨痛病慢性鎘中毒慢性鎘中毒易骨折、骨質(zhì)疏松、易骨折、骨質(zhì)疏松、軟化變形，疼痛軟化變形，疼痛地方性地方性氟中毒氟中毒水中氟過(guò)量水中氟過(guò)量氟斑釉齒、氟骨病、氟斑釉齒、氟骨病、心臟病心臟病鬼剃頭鬼剃頭鉈中毒鉈中毒脫發(fā)、頭暈、乏力、脫發(fā)、頭暈、乏力、食欲不振，視物模糊食欲不振，視物模糊表表2.2.微量元素引起的地方病微量元素引起的地方病( (續(xù)續(xù)) ) 微量元素引起的地方病微量元素引起的地方病 地方性甲地方性甲狀腺腫狀腺腫碘缺乏碘缺乏地方性地方性克汀病克汀病呆呆小小聾聾啞啞癱癱侏儒、先天畸形侏儒、先天畸形厭食、生長(zhǎng)障礙，骨畸形厭食、生長(zhǎng)障礙，骨畸形鋅缺乏鋅缺乏六旬母親肩背

17、侏儒兒子六旬母親肩背侏儒兒子3030載，用壞載，用壞2020個(gè)背篼個(gè)背篼 硒缺乏硒缺乏克山病克山病心律不齊，心心律不齊，心臟擴(kuò)大，心率臟擴(kuò)大，心率衰竭，休克衰竭，休克大骨節(jié)病大骨節(jié)病 肌肉萎縮、發(fā)育肌肉萎縮、發(fā)育障礙、行動(dòng)蹣跚障礙、行動(dòng)蹣跚地方性硒中毒地方性硒中毒硒過(guò)量硒過(guò)量脫發(fā)脫甲，皮膚潮紅、神經(jīng)、牙齒損害脫發(fā)脫甲，皮膚潮紅、神經(jīng)、牙齒損害微量元素引起的地方病微量元素引起的地方病( (續(xù)續(xù)) ) 黑皮病黑皮病慢性砷中毒慢性砷中毒 皮膚色素過(guò)渡沉著、皮膚色素過(guò)渡沉著、神經(jīng)性皮炎，致癌。神經(jīng)性皮炎，致癌。水俁病水俁病慢性甲基汞中毒慢性甲基汞中毒 感覺(jué)障礙、共濟(jì)感覺(jué)障礙、共濟(jì)失調(diào)，語(yǔ)言、智失調(diào)，語(yǔ)

18、言、智力障癌。力障癌。元素的中毒元素的中毒骨骨痛痛病病 易骨折、易骨折、骨質(zhì)疏松、骨質(zhì)疏松、軟化變形，軟化變形，疼痛疼痛 鋁過(guò)量引起的腦癡呆鋁過(guò)量引起的腦癡呆 電鍍時(shí)吸入鉻酸霧，產(chǎn)生電鍍時(shí)吸入鉻酸霧，產(chǎn)生的六價(jià)鉻化物，可損害人的六價(jià)鉻化物，可損害人體皮膚及呼吸道，形成很體皮膚及呼吸道，形成很深的潰瘍性鉻瘡。鉻瘡出深的潰瘍性鉻瘡。鉻瘡出現(xiàn)后，鉻毒素進(jìn)入人體血現(xiàn)后，鉻毒素進(jìn)入人體血液沉淀。液沉淀。女工陳麒穗女工陳麒穗, ,在在重慶市巴南區(qū)渝重慶市巴南區(qū)渝南鑫光燈具有限南鑫光燈具有限公司電鍍車(chē)間打公司電鍍車(chē)間打工四個(gè)月，體內(nèi)工四個(gè)月，體內(nèi)鉻含量竟然超標(biāo)鉻含量竟然超標(biāo)一萬(wàn)倍一萬(wàn)倍! ! 鬼剃頭鬼剃頭鉈

19、中毒鉈中毒脫發(fā)、頭暈、乏力、食欲不振，視物模糊脫發(fā)、頭暈、乏力、食欲不振，視物模糊。清華女生清華女生“鉈鉈”中毒后無(wú)望掙扎十中毒后無(wú)望掙扎十多年多年 Toxic elementsAluminium Highly toxic, Al3+ causes anemia (can replace Fe3+), dementia（癡呆）（癡呆） and death. Can replace Mg2+, since it binds more strongly to the same ligands. Lowering of pH in soils increases bioavailability of

20、 Al(III).老年性癡呆或精神異?；颊撸X內(nèi)含鋁量比正常人高老年性癡呆或精神異?；颊?，腦內(nèi)含鋁量比正常人高10-30倍。倍。 Arsenic Powerful poison. As(V) simulates P(V). As(III) reacts with thiol groups thus affecting enzymes. Complete absence in diet leads to growth and reproductive disorders. Occurs naturally as non-toxic Me3As+CH2CO2- in fish and lobste

21、rs.Beryllium Most toxic of all elements. Be2+ can interfere with many of the functions of Mg2+. Ingestion of beryllium compounds causes lung cancer and other pulmonary (肺部的肺部的)diseases.CadmiumHighly toxic leading to desfunctioning of the kidneys. Cd2+ can replace Zn2+ in S-containing enzymes and sub

22、stitute for Ca2+ in bone. Biological retention of many years. Organisms may react to Cd2+ (and other heavy metal ions) by increasing production of metallothioneins which act as clearing agents. Mercury Locates in liver, kidney and brain . Hg is less toxic than Hg2+ and RHg+ ions, which are soluble a

23、nd move easily through membranes (e.g. blood-brain). Bacterial resistance to Hg(II), and associated metal-regulated transcription and detoxification have been well studied (MerR). LeadLong history of toxicity. Pb2+ causes anemia by inhibiting heme synthetase which catalyses Fe incorporation into por

24、phyrins. Organometallic Pb compounds cross the blood-brain barrier and attack the central nervous system. Selenium 硒硒 Toxicity leading to hair and nail loss, but component of glutathione peroxidase which protects red blood cells from H2O2. Essential nutrient in the soil. Some plants can remove Se sa

25、lts and transform them into the much less toxic gas, Me2Se.Strontium 鍶鍶Long term effect on bone marrow （骨髓）（骨髓） function. Sr2+ ends up in mineralized portion of bone (simulating Ca2+). Long biological retention. Removal promoted by Ca2+ complexing ligands.Thallium 鉈鉈Neurotoxin （神經(jīng)毒素）（神經(jīng)毒素）. Tl+ stab

26、le ion, radius similar to that of K+ and can replace K+ in many of its functions.第二節(jié)第二節(jié) 生命配體生命配體蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)是生命體系中最重要的一：蛋白質(zhì)是生命體系中最重要的一類(lèi)生物大分子，是生命活動(dòng)的主要承載者類(lèi)生物大分子，是生命活動(dòng)的主要承載者以及生命現(xiàn)象的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。以及生命現(xiàn)象的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。核酸核酸：核酸是生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，與生：核酸是生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，與生物的生長(zhǎng)，發(fā)育等呈長(zhǎng)生命活動(dòng)以及癌變物的生長(zhǎng)，發(fā)育等呈長(zhǎng)生命活動(dòng)以及癌變等異常生命活動(dòng)相關(guān)。等異常生命活動(dòng)相關(guān)。酶酶: :具有生物催化功

27、能的生物大分子具有生物催化功能的生物大分子, ,大多大多數(shù)由蛋白質(zhì)組成（少數(shù)為數(shù)由蛋白質(zhì)組成（少數(shù)為RNARNA）。）。蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)（protein）蛋白質(zhì)是生命體系中最重要的一類(lèi)生物大分子，是生命活動(dòng)蛋白質(zhì)是生命體系中最重要的一類(lèi)生物大分子，是生命活動(dòng)的主要承載者以及生命現(xiàn)象的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，的主要承載者以及生命現(xiàn)象的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約大約1/3的蛋白質(zhì)為金屬蛋白的蛋白質(zhì)為金屬蛋白。它們的生物功能可分為：。它們的生物功能可分為：u具有具有催化功能催化功能的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)-酶酶(enzyme)。生物體內(nèi)的化學(xué)。生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)幾乎都是在生物催化劑催化下完成的。酶是生物催反應(yīng)幾

28、乎都是在生物催化劑催化下完成的。酶是生物催化劑中最重要的一類(lèi)?；瘎┲凶钪匾囊活?lèi)。研究金屬酶的結(jié)構(gòu)，功能，催化研究金屬酶的結(jié)構(gòu)，功能，催化機(jī)理及其模擬構(gòu)成了生物無(wú)機(jī)化學(xué)的主題機(jī)理及其模擬構(gòu)成了生物無(wú)機(jī)化學(xué)的主題。u具有具有運(yùn)輸功能運(yùn)輸功能的蛋白質(zhì)；的蛋白質(zhì)；u具有具有營(yíng)養(yǎng)貯存營(yíng)養(yǎng)貯存功能的蛋白質(zhì)；功能的蛋白質(zhì)；u具有具有結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)功能的蛋白質(zhì)；的蛋白質(zhì)；u具有具有防御功能防御功能的蛋白質(zhì)；的蛋白質(zhì)；u具有具有調(diào)控功能調(diào)控功能的蛋白質(zhì)；如胰島素的蛋白質(zhì)；如胰島素(insulin)，鋅指蛋白，鋅指蛋白(zinc finger protein)等。等。 蛋白質(zhì)可以被蛋白質(zhì)可以被酸堿或蛋白酸堿或蛋白

29、酶酶催化水解完全水解得到催化水解完全水解得到各種氨基酸的混合物，部各種氨基酸的混合物，部分水解通常得到多肽片段。分水解通常得到多肽片段。最后得到各種氨基酸的混最后得到各種氨基酸的混合物。合物。 所以，所以，氨基酸氨基酸是蛋白質(zhì)的是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元基本結(jié)構(gòu)單元。 大多數(shù)的蛋白質(zhì)都是由大多數(shù)的蛋白質(zhì)都是由2020種氨基酸組成。這種氨基酸組成。這2020種氨種氨基酸被稱(chēng)為基酸被稱(chēng)為基本氨基酸?；景被?。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)L-L- - -氨基酸氨基酸UV 特征吸收：特征吸收： 260280 nm構(gòu)成蛋白質(zhì)的構(gòu)成蛋白質(zhì)的2020種種氨基酸在可見(jiàn)光區(qū)氨基酸在可見(jiàn)光區(qū)都沒(méi)有光吸收，但都沒(méi)有光吸收，但在遠(yuǎn)紫外

30、區(qū)在遠(yuǎn)紫外區(qū)(220 (220 nm)nm)均有光吸收。均有光吸收。在近紫外區(qū)在近紫外區(qū)(220-(220-300nm)300nm)只有酪氨酸只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力酸有吸收光的能力。pKa 氨基酸殘基可能的配位方式氨基酸殘基可能的配位方式 CCHNHH2CSMOCCHNHCH2MMOSCCHNHCH2MONNH Cys-M Cys-M2 His-M(-nitrogen) CCHNHCH2MOHNNHis-M(-nitrogen)CCHNHCH2MOCOOCCHNHCH2OCMOO CCHNHCH2MOCMOO Asp-M Asp-M Asp-MMonoden

31、tate Bidentate, chelating Bidentate, bridging Similar structures are formed by glutamic acid CCHNHCH2OCH2MSCH3CCHNHCH2OMO Met-M Tyr-M 重要的不常見(jiàn)氨基酸重要的不常見(jiàn)氨基酸 在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見(jiàn)的氨基酸，在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見(jiàn)的氨基酸，通常稱(chēng)為不常見(jiàn)蛋白質(zhì)氨基酸通常稱(chēng)為不常見(jiàn)蛋白質(zhì)氨基酸, ,這些氨基酸都這些氨基酸都是由相應(yīng)的基本氨基酸衍生而來(lái)的。是由相應(yīng)的基本氨基酸衍生而來(lái)的。非蛋白氨基酸非蛋白氨基酸 除了上述構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸以外，自然界還除

32、了上述構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸以外，自然界還存在一些并不是蛋白質(zhì)組分的氨基酸，這些氨基酸存在一些并不是蛋白質(zhì)組分的氨基酸，這些氨基酸通常被稱(chēng)為非蛋白氨基酸，至今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通常被稱(chēng)為非蛋白氨基酸，至今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)200200多種以多種以上，它們具有不同的功能上，它們具有不同的功能。 高半胱氨酸高半胱氨酸：甲硫氨酸生物合成的中間產(chǎn)物：甲硫氨酸生物合成的中間產(chǎn)物 HSCH2CH2CHNH2COOH蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 將蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次進(jìn)一步細(xì)分，可在二、三級(jí)將蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次進(jìn)一步細(xì)分，可在二、三級(jí)結(jié)構(gòu)之間增加超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域兩個(gè)層次。結(jié)構(gòu)之間增加超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域兩個(gè)層次。The Structures o

33、f Proteins蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域低低高高蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)(Primary structure)包括組成包括組成蛋白質(zhì)的多蛋白質(zhì)的多肽鏈數(shù)目肽鏈數(shù)目.多肽鏈的多肽鏈的氨基酸順序氨基酸順序，以及多肽鏈內(nèi)或鏈間以及多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置二硫鍵的數(shù)目和位置。其中最重要的是多肽其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它鏈的氨基酸順序，它是蛋白質(zhì)生物功能的是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ)基礎(chǔ)。牛胰核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)牛胰核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白

34、質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 肽鏈的肽鏈的主鏈主鏈在空間的排在空間的排列。列。它只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)它只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵。象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵。蛋白質(zhì)中的幾種超二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)中的幾種超二級(jí)結(jié)構(gòu) motif motif hairpin相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元經(jīng)常按照一定規(guī)律、規(guī)則地組合在一起，相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元經(jīng)常按照一定規(guī)律、規(guī)則地組合在一起，彼此相互作用，形成在空間構(gòu)象上特征的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合單位。彼此相互作用，形成在空間構(gòu)象上特征的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合單位。結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域（structural domain）對(duì)于一些相當(dāng)大的蛋白質(zhì)分子，一條長(zhǎng)的多肽鏈，有時(shí)對(duì)于一些相當(dāng)大的蛋白質(zhì)分子，一條長(zhǎng)的多肽鏈，

35、有時(shí)要先分別要先分別折疊成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域折疊成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域，再組裝成球狀或，再組裝成球狀或顆粒狀的復(fù)雜構(gòu)象（三級(jí)結(jié)構(gòu)）。顆粒狀的復(fù)雜構(gòu)象（三級(jí)結(jié)構(gòu)）。這種在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的特定區(qū)域稱(chēng)這種在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的特定區(qū)域稱(chēng)為結(jié)構(gòu)域?yàn)榻Y(jié)構(gòu)域（structural domain）。每個(gè)每個(gè)結(jié)構(gòu)域自身都是緊密裝配結(jié)構(gòu)域自身都是緊密裝配的，但的，但結(jié)構(gòu)域之間的聯(lián)系結(jié)構(gòu)域之間的聯(lián)系是比較松散的是比較松散的，因此在兩個(gè)結(jié)構(gòu)域間常常形成空穴。不，因此在兩個(gè)結(jié)構(gòu)域間常常形成空穴。不同的蛋白質(zhì)，其結(jié)構(gòu)域的數(shù)目各不相同。蛋白質(zhì)分子分同的蛋白質(zhì)，其結(jié)構(gòu)域的數(shù)目各不相同。蛋白質(zhì)分子分

36、成幾個(gè)結(jié)構(gòu)域的現(xiàn)象，通常與蛋白質(zhì)的功能有關(guān)成幾個(gè)結(jié)構(gòu)域的現(xiàn)象，通常與蛋白質(zhì)的功能有關(guān)。 疏水疏水 相互作用相互作用靜電相互作用靜電相互作用金屬離子金屬離子配位作用配位作用折疊折疊結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鏈間鏈間氫健氫健螺旋螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鏈內(nèi)鏈內(nèi)氫健氫健二硫健二硫健側(cè)鏈側(cè)鏈之間之間氫健氫健穩(wěn)定蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力穩(wěn)定蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力 蛋 白 質(zhì) 的 四 級(jí) 結(jié) 構(gòu)蛋 白 質(zhì) 的 四 級(jí) 結(jié) 構(gòu)(Quaternary Structure)(Quaternary Structure)是指由多條各自具有一、是指由多條各自具有一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu)的肽鏈通過(guò)二、三級(jí)結(jié)構(gòu)的肽鏈通過(guò)非共價(jià)鍵非共價(jià)鍵連接起來(lái)的結(jié)構(gòu)連

37、接起來(lái)的結(jié)構(gòu)形式；各個(gè)亞基在這些蛋形式；各個(gè)亞基在這些蛋白質(zhì)中的空間排列方式及白質(zhì)中的空間排列方式及亞基之間的相互作用關(guān)系亞基之間的相互作用關(guān)系。四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)proteins核酸（核酸（Nucleic acid）核酸分為脫氧核糖核酸核酸分為脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸（和核糖核酸（RNA)兩種。兩種。DNA是染色體的主要成份。是染色體的主要成份。DNA是所有生是所有生物的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)，生物體的遺傳信息都貯存在物的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)，生物體的遺傳信息都貯存在DNA中。中。RNA主要存在于細(xì)胞質(zhì)中。有三種主要存在于細(xì)胞質(zhì)中。有三種RNA，即信使，即信使核糖核酸核糖核酸(mRNA)核糖體核糖核酸核

38、糖體核糖核酸(rRNA)和轉(zhuǎn)運(yùn)和轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸核糖核酸(tRNA)。有一類(lèi)被稱(chēng)為核糖酶（有一類(lèi)被稱(chēng)為核糖酶（ribozyme）的）的RNA分子具分子具有酶學(xué)功能，有酶學(xué)功能，有關(guān)核糖酶中金屬離子的作用是目前生物無(wú)機(jī)化有關(guān)核糖酶中金屬離子的作用是目前生物無(wú)機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。核核酸酸核核苷苷酸酸核核苷苷堿堿基基戊戊糖糖磷磷酸酸核核糖糖(nucleic acid)(nucleotide) (nucleoside)(phosphate)(base)(pentose)D-riboseD-2-deoxyribose 五種堿基五種堿基 NNNHN123456789NNNHN

39、NH2HNNNHNOH2N 嘌呤嘌呤(purine) 腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A) 鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤(guanine, G) (1) (1) 嘌呤堿嘌呤堿 (2) (2) 嘧啶堿嘧啶堿 NN123456NNHNH2ONHNHOONHNHOOH3C 嘧啶嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C) 尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U for RNA) 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T for DNA) (3) (3) 核核 苷苷 NNNNNH2OHOHHO12345 腺嘌呤脫氧核苷腺嘌呤脫氧核苷NNH2ONOOHHO(4) (4) 胞嘧啶脫氧核苷胞嘧啶脫氧核苷NNN

40、NNH2OOHOHOP-OO-O(5) 5-腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸 NNNNNH2OOHOHOPOO-OPO-OOPO-O-O AMPADPATP123678912345三磷酸腺苷三磷酸腺苷 ATP(Adenosine triphosphate): energy-rich, 30.51 KJ/mol, 8.36 KJ/mol The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its signifi

41、cance for information transfer in living material Francis H. C. Crick Maurice H. F. Wilkins James D. Watson 兩條鏈以相反方向繞同一軸形成右旋雙螺旋兩條鏈以相反方向繞同一軸形成右旋雙螺旋,直徑直徑2nm, 轉(zhuǎn)一周高度轉(zhuǎn)一周高度3.4nm, 含含10個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸, 大溝槽大溝槽, 小溝小溝槽。槽。 內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)base基以基以H band相連相連,維持維持double helix。 A = T, G C base complementary base stacking force 堿基堆積力

42、堿基堆積力 內(nèi)疏水，內(nèi)疏水， 外親水，外親水， 靜電作用。靜電作用。 double-stranded cyclic DNA 雙鏈環(huán)型雙鏈環(huán)型DNA Superhelix 超螺旋超螺旋 Supercoil 超卷曲超卷曲DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn) 嘌呤和嘧啶嘌呤和嘧啶(Hydrogen bond)DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型示意圖雙螺旋結(jié)構(gòu)模型示意圖Helical forms of DNA1 turn 10b 11b 12b1 rise 3.4 2.3 3.8A-DNAB-DNA Z-DNAShapeBroadestIntermediateMost elongatedRise per

43、base pair2.3 3.4 3.8 Helix diameter25.5 23.7 18.4 Screw senseRight-handedRight-handedLeft-handedGlycosidic bondantiantianti for C, Tsyn for GBase pairs per turn of helix1110.412Pitch per turn of helix 25.3 35.4 45.6 Tilt of base pairs from normal to helix axis 1919Majior groove Narrow and deepWide a

44、nd deepFlatMinor groove Broad and shallowNarrow and deepNarrow and deepParameters of A-, B-, and Z-DNAStructure of a G-quartetDifferent strand orientations for (a)4-strand intermolecular quadruplexesInternational Journal of Mass Spectrometry 253 (2006) 225237G-四鏈體結(jié)構(gòu)（四鏈體結(jié)構(gòu)（G-quadruplex）由富含由富含G的的DNA鏈形成的特殊二級(jí)結(jié)構(gòu)鏈形成的特殊二級(jí)結(jié)構(gòu)DNA RNA兩類(lèi)多核苷酸鏈的片斷結(jié)構(gòu) RNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)大腸桿菌大腸桿菌16S rRNAtRNA第三節(jié)第三節(jié) 酶酶非蛋白質(zhì)部分非蛋白質(zhì)部分輔基輔基 P