生物化學總結(jié)

1、生物化學（biochemistry）是研究生命化學的科學，它在分子水平上探討生命的本質(zhì)，即研究生物體的分子結(jié)構(gòu)與功能，物質(zhì)代謝與調(diào)節(jié)，遺傳信息的傳遞與調(diào)控，及其在生命活動中的作用。人們通常將研究核酸、蛋白質(zhì)等所有生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能及基因結(jié)構(gòu)、表達與調(diào)控的內(nèi)容，稱為分子生物學。所以分子生物學是生物化學的重要組成部分。一、生物化學發(fā)展簡史1初期階段(18世紀20世記初)生物化學的研究始于18世紀，但作為一門獨立的科學是在20世紀初期。主要研究生物體的化學組成。2蓬勃發(fā)展階段（從20世記初20世記中期）主要在營養(yǎng)學，內(nèi)分泌學，酶學，物質(zhì)代謝及其調(diào)控等方面取得了重大進展。3分子生物學發(fā)展階段（從2

2、0世紀中期 至今）主要有物質(zhì)代謝途徑的研究繼續(xù)發(fā)展，重點進入代謝調(diào)節(jié)與合成代謝的研究。另外，顯著特征是分子生物學的崛起。DAN雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出，遺傳密碼的破譯，重組DNA技術(shù)的建立等。20世紀末始動的人類基因組計劃（human genome project）是人類生命科學中的又一偉大創(chuàng)舉。以基因編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能為重點之一的功能基因組研究已迅速崛起。當前出現(xiàn)的的蛋白質(zhì)組學（proteomics）領(lǐng)域。闡明人類基因組功能是一項多學科的任務，因而產(chǎn)生了一門前景廣闊的新興學科-生物信息學（bioinformatics）。我國科學家對生物化學的發(fā)展做出了重大的貢獻。二、生物化學研究的主要內(nèi)容1

3、生物分子的結(jié)構(gòu)與功能2物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)3基因信息傳遞及其調(diào)控三、生物化學與醫(yī)學生物化學是一門重要的醫(yī)學基礎(chǔ)課，與醫(yī)學有著緊密的聯(lián)系。 生物大分子通常都有一定的分子結(jié)構(gòu)規(guī)律，即由一定的基本結(jié)構(gòu)單位，按一定的排列順序和連接方式而形成的多聚體。蛋白質(zhì)和核酸是體內(nèi)主要的生物大分子，各自有其結(jié)構(gòu)特征，并分別行使不同的生理功能。酶是一類重要的蛋白質(zhì)分子，是生物體內(nèi)的催化劑。本篇將介紹蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能；核酸的結(jié)核與功能；酶等三章。重點掌握上述生物大分子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性，重要功能及基本的理化性質(zhì)與應用，這對理解生命的本質(zhì)具有重要意義。蛋白質(zhì)是生物體含量最豐富的生物大分子物質(zhì)，約占人體固體成分的45%，且分布廣

4、泛，所有細胞、組織都含有蛋白質(zhì)。生物體結(jié)構(gòu)越復雜，蛋白質(zhì)的種類和功能也越繁多。蛋白質(zhì)也是機體的功能分子（working molecules）。它參與機體的一切生理活動，機體的各種生理功能幾乎都是通過蛋白質(zhì)來完成的，而且在其中起著關(guān)鍵作用，所以蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。第一節(jié) 蛋白質(zhì)的分子組成 Conformation of Protein Molecules一、蛋白質(zhì)的元素組成組成蛋白質(zhì)的元素除含有碳、氫、氧外都含有氮。有些蛋白質(zhì)還含有少量硫、磷、鐵、錳、鋅、銅、碘等。大多數(shù)蛋白質(zhì)含氮量比較接近，平均為16%，這是蛋白質(zhì)元素組成的一個特點。蛋白質(zhì)的元素組成中含有氮，是碳水化物、脂肪在營養(yǎng)上不能替

5、代蛋白質(zhì)的原因。二、 氨基酸氨基酸（amino acid）是組成蛋白質(zhì)的基本單位。組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種。其化學結(jié)構(gòu)式有一個共同特點，即在連接羧基的碳原子上還有一個氨基，故稱氨基酸(除甘氨酸外)。（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)組成人體蛋白質(zhì)的20種氨基酸，各種氨基酸在結(jié)構(gòu)上有下列特點。1組成蛋白質(zhì)的氨基酸，除甘氨酸外，均屬L-氨基酸。2不同的L-氨基酸，其側(cè)鏈（R）不同。（二）氨基酸的分類根據(jù)氨基酸側(cè)鏈R基團的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，可將20種氨基酸分成四類。1. 非極性疏水性氨基酸2極性中性氨基3酸性氨基酸4堿性氨基酸 在蛋白質(zhì)的修飾過程中，蛋白質(zhì)分子中20種氨基酸殘基的某些基團還可被甲基化、甲酰化、乙酰

6、化、異戊二烯化和磷酸化等。（三）氨基酸的理化性質(zhì)1.兩性解離及等電點：所有氨基酸都含有堿性的-氨基和酸性的-羧基，因此氨基酸是一種兩性電解質(zhì)，具有兩性解離的特性。2.紫外吸收性質(zhì) 根據(jù)氨基酸的吸收光譜，含有共軛雙鍵的色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm波長附近。3.茚三酮反應：可作為氨基酸定量分析方法。三、 肽（peptides）肽(peptide)在蛋白質(zhì)分子中由一分子氨基酸的-羧基與另一分子氨基酸的-氨基脫水生成的鍵稱為肽鍵（peptide bond）。肽鍵是蛋白質(zhì)分子中基本的化學鍵。如由 二個氨基酸以肽鍵相連形成的肽稱為二肽，相互之間以肽鍵相連。二肽還可通過肽鍵與另一分子氨基酸相連生成

7、三肽。此反應可繼續(xù)進行，依次生成四肽、五肽。由10個以內(nèi)的氨基酸由肽鍵相連生成的肽稱為寡肽（oligopeptide），由更多的氨基酸借肽鍵相連生成的肽稱為多肽（polypeptide）。多肽是鏈狀化合物，故稱多肽鏈（polypeptide chain）。多肽鏈中的氨基酸分子因脫水縮合而基團不全，故稱為氨基酸殘基（residue）。多肽鏈中形成肽鍵的4個原子和兩側(cè)的-碳原子成為多肽鏈的骨架或主鏈。構(gòu)成多肽鏈骨架或主鏈的原子稱為主鏈原子或骨架原子，而余下的R基團部分，稱為側(cè)鏈。多肽鏈的左端有自由氨基稱為氨基末端（aminoterminal）或N-端，右端有自由羧基稱為羧基 末端（carboxyl

8、terminal）或C-端。把含有51個氨基酸殘基、分子量為5733的胰島素稱作蛋白質(zhì)。這似乎是習慣上的多肽與蛋白質(zhì)的分界線。生物活性肽谷胱甘肽(glutathione, GSH) GSH是由谷、半胱和甘氨酸組成的三肽。第一個肽鍵與一般不同，由谷氨酸-羧基與半胱氨酸的氨基組成，分子中半胱氨酸的巰基是該化合物的主要功能基團。多肽類激素及神經(jīng)肽 第二節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)Molecular Structure of Protein 人體的蛋白質(zhì)分子是由20種氨基酸借肽鍵相連形成的生物大分子。每種蛋白質(zhì)都有其一定的氨基酸組成及氨基酸排列順序，以及肽鏈特定的空間排布。從而體現(xiàn)了蛋白質(zhì)的特性，是每種蛋白質(zhì)

9、具有獨特生理功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)分成一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)、四級結(jié)構(gòu)4個層次，后三者統(tǒng)稱為空間結(jié)構(gòu)、高級結(jié)構(gòu)或空間構(gòu)象（conformation）。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)涵蓋了蛋白質(zhì)分子中的每一原子在三維空間的相對位置，它們是蛋白質(zhì)特有性質(zhì)和功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。由一條肽鏈形成的蛋白質(zhì)只有一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)，由二條或二條以上肽鏈形成的蛋白質(zhì)才可能有四級結(jié)構(gòu)。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序稱為蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（primary structure）。肽鍵是一級結(jié)構(gòu)的主要化學鍵。有些蛋白質(zhì)還包含二硫鍵，即由兩個半胱氨酸巰基脫氫氧化而成。 目前已知一級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)量已相當

10、可觀，并且還以更快的速度增長。國際互聯(lián)網(wǎng)有若干重要的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（updated protein databases），收集了大量最新的蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)及其他資料,為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的深入研究提供了便利。二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)（secandary structure）是指蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，也就是該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置。不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)主要包括-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲。（一）肽單元構(gòu)成肽鍵的4個原子和與其相鄰的兩個碳原子（C）構(gòu)成一個肽單元（peptide unit）。由于參與肽單元的6個原子C1、C、O、N、H、C

11、2位于同一平面，故又稱為肽平面。（二）-螺旋-螺旋（-helix）：蛋白質(zhì)分子中多個肽單元通過氨基酸-碳原子的旋轉(zhuǎn)，使多肽鏈的主鏈圍繞中心軸呈有規(guī)律的螺旋上升，盤旋成穩(wěn)定的-螺旋構(gòu)象。螺旋靠氫鍵維持。若氫鍵破壞，則-螺旋構(gòu)象即遭破壞。（三）-折疊（-pleated sheet）每個肽單元以C為旋轉(zhuǎn)點，依次折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)， 氨基酸殘基側(cè)鏈交替地位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上下方，氫鍵是維持-折疊結(jié)構(gòu)的主要次級鍵。（四）-轉(zhuǎn)角（-turn）和 無規(guī)卷曲（random coil）-轉(zhuǎn)角伸展的肽鏈形成180回折，即U形轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)。無規(guī)卷曲系指沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈構(gòu)象。（五）模體(motif)在許多蛋白質(zhì)分子

12、中，可發(fā)現(xiàn)二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構(gòu)象，被稱為模體。一個模序總有其特征性的氨基酸序列，并發(fā)揮特殊的功能。如在許多鈣結(jié)合蛋白分子中通常有一個結(jié)合鈣離子的模序。它由-螺旋-環(huán)-螺旋三個肽段組成。鋅指結(jié)構(gòu)(zinc finger)也是一個常見的模體例子。此模體由1個-螺旋和2個反平行的-折疊三個肽段組成。由于Zn2+可穩(wěn)固模體中-螺旋結(jié)構(gòu)，致使此-螺旋能鑲嵌于DNA的大溝中，因此含鋅指結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)都能與DNA或RNA結(jié)合。可見模體的特征性空間構(gòu)象是其特殊功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈對二級結(jié)構(gòu)形成的影響蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是以一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨

13、基酸殘基的側(cè)鏈適合形成-螺旋或-折疊，它就會出現(xiàn)相應的二級結(jié)構(gòu)。三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)(一)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)（tertiary structure）是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，也就是整條肽鏈所有原子在三維空間的排布位置。例:Mb（肌紅蛋白）是由153個氨基酸殘基構(gòu)成的單條肽鏈的蛋白質(zhì)，含有1個血紅素輔基?？蛇M行可逆的氧合和脫氧。 蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定主要靠次級鍵疏水鍵、離子鍵（鹽鍵）、氫鍵和Van der Waals力等。疏水性氨基酸的側(cè)鏈R基為疏水基團，有避開水，相互聚集而藏于蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的自然趨勢，這種結(jié)合力叫疏水鍵。（二）結(jié)構(gòu)域分子量大的蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)?？煞指畛?個

14、和數(shù)個球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域(domain)。如纖連蛋白(fibronectin)，它由二條多肽鏈通過近C-端的兩個二硫鍵相連而成，含有6個結(jié)構(gòu)域，各個結(jié)構(gòu)域分別執(zhí)行一種功能，有可與細胞、膠原、DNA和肝素等配體結(jié)合的結(jié)構(gòu)域。（三）分子伴侶除一級結(jié)構(gòu)為決定因素外，蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的正確形成還需要一類稱為分子伴侶(chaperon)的蛋白質(zhì)參與。分子伴侶通過提供一個保護環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級結(jié)構(gòu)。分子伴侶廣泛地存在于從細菌到人的生物體中，其中有很大一部分被稱之為熱休克蛋白（heat shock protein）。四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)在體內(nèi)有許

15、多蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，才能全面地執(zhí)行功能。每一條多肽鏈都有其完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基（subunit），這種蛋白質(zhì)分子中各個亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)（quaternary structure）。在四級結(jié)構(gòu)中，各個亞基間的結(jié)合力主要是氫鍵和離子鍵維持四級結(jié)構(gòu)。含有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，單獨的亞基一般沒有生物學功能，只有完整的四級結(jié)構(gòu)寡聚體才有生物學功能。亞基分子結(jié)構(gòu)相同,稱之為同二聚體(homodimer),若亞基分子結(jié)構(gòu)不同,則稱之為異二聚體(heterodimer)。血紅蛋白(hemoglobin,Hb)是由2個亞基和2個亞基組成的四

16、聚體，兩種亞基的三級結(jié)構(gòu)頗為相似，且每個亞基都結(jié)合有1個血紅素（heme）輔基。五、蛋白質(zhì)的分類（一）根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分可分成單純蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)，單純蛋白質(zhì)只含氨基酸；結(jié)合蛋白質(zhì)，除蛋白質(zhì)部分外，還含有非蛋白質(zhì)部分，為蛋白質(zhì)的生物活性或代謝所依賴。結(jié)合蛋白質(zhì)中的非蛋白質(zhì)部分被稱為輔基，絕大部分輔基通過共價鍵方式與蛋白質(zhì)部分相連。輔基的種類也很廣，常見的有色素化合物、寡糖、脂類、磷酸、金屬離子甚至分子量較大的核酸。（二）蛋白質(zhì)還可根據(jù)其形狀分為纖維狀蛋白質(zhì)和球狀蛋白質(zhì)兩大類。第三節(jié) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系Relationship of Protein Structure and Funct

17、ion一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)Anfinsen在研究核糖核酸酶時已發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)的功能與其三級結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，而特定三級結(jié)構(gòu)是以氨基酸順序為基礎(chǔ)的。核糖核酸酶是由124個氨基酸殘基組成的一條多肽鏈，分子中8個半胱氨酸的巰基構(gòu)成四對二硫鍵(Cys26和Cys84, Cys40和Cys95, Cys58和Cys110, Cys65和Cys72)(圖1-17A)。進而形成具有一定空間構(gòu)象的球狀蛋白質(zhì)。用變性劑和還原劑-巰基乙醇處理該酶溶液，分別破壞二硫鍵和次級鍵，使其空間結(jié)構(gòu)被破壞。但肽鍵不受影響，一級結(jié)構(gòu)仍保持完整，酶變性失去活性。如用透析方法除去尿素和-

18、巰基乙醇后，核糖核酸酶又從無序的多肽鏈卷曲折疊成天然酶的空間結(jié)構(gòu)，酶從變性狀態(tài)復性，酶的活性又恢復至原來水平。這充分證明，只要其一級結(jié)構(gòu)未被破壞，就可能恢復原來的三級結(jié)構(gòu)，功能依然存在，所以多肽鏈中氨基酸的排列順序是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。（二）一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系已有大量的實驗結(jié)果證明，一級結(jié)構(gòu)相似的多肽或蛋白質(zhì)，其空間構(gòu)象以及功能也相似。例如不同哺乳類動物的胰島素分子結(jié)構(gòu)都由A和B兩條鏈組成，且二硫鍵的配對和空間構(gòu)象也極相似，它們都執(zhí)行著相同的調(diào)節(jié)糖代謝等的生理功能。又例如垂體前葉分泌的促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)和促黑激素(-MSH, -MSH)共有一段相同的氨基酸序列，因此，ACTH也可

19、促進皮下黑色素生成，但作用較弱。又例存在于生物界的蛋白質(zhì)如細胞色素C(cytochrome C)，比較它們的一級結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進化間的關(guān)系。但有時蛋白質(zhì)分子中起“關(guān)鍵”作用的氨基酸殘基缺失或被替代，都會嚴重影響空間構(gòu)象乃至生理功能，甚至導致疾病產(chǎn)生。例如正常人血紅蛋白亞基的第6位氨基酸是谷氨酸，而鐮刀形貧血患者的血紅蛋白中，谷氨酸變成了纈氨酸，即酸性氨基酸被中性氨基酸替代，僅此一個氨基酸之差，本是水溶性的血紅蛋白，就聚集成絲，相互粘著，導致紅細胞變形成為鐮刀狀而極易破碎，產(chǎn)生鐮刀形紅細胞性貧血（sickle cell anemia）。這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導致的疾病，被稱之為“分子

20、病”，其病因為基因突變所致。二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系體內(nèi)蛋白質(zhì)所具有的特定空間構(gòu)象都與其發(fā)揮特殊的生理功能有著密切的關(guān)系。（一）肌紅蛋白和血紅蛋白結(jié)構(gòu)肌紅蛋白(myoglubin， Mb)與血紅蛋白都是含有血紅素輔基的蛋白質(zhì)。血紅素是鐵卟啉化合物，它由4個吡咯環(huán)通過4個甲炔基相連成為一個環(huán)形，F(xiàn)e2+ 居于環(huán)中。從X線衍射法分析獲得的肌紅蛋白的三維結(jié)構(gòu)中，可見它是一個只有三級結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，氨基酸殘基上的疏水側(cè)鏈大都在分子內(nèi)部，富極性及電荷的則在分子表面，因此其水溶性較好。Mb分子內(nèi)部有一個袋形空穴，血紅素居于其中。血紅蛋白(hemoglubin，Hb)具有四個亞基組成的四級結(jié)構(gòu)，每個

21、亞基結(jié)構(gòu)中間有一個疏水局部，可結(jié)合1個血紅素并攜帶1分子氧，因此一分子Hb共結(jié)合4分子氧。成年人紅細胞中的Hb主要由兩條肽鏈和兩條肽鏈(22)組成，鏈含141個氨基酸殘基，鏈含146個氨基酸殘基。胎兒期主要為22，胚胎期為22。Hb各亞基的三級結(jié)構(gòu)與Mb極為相似。Hb亞基之間通過8對鹽鍵，使四個亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。（二）血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧Hb與Mb一樣可逆地與O2結(jié)合，氧合Hb占總Hb的百分數(shù)(稱百分飽和度)隨O2濃度變化而變化。圖1-22為Hb和Mb的氧解離曲線，前者為S狀曲線，后者為直角雙曲線?？梢?，Mb易與O2結(jié)合，而Hb與O2的結(jié)合在O2分壓較低時較難。為什么？根

22、據(jù)S形曲線的特征可知，Hb中第一個亞基與O2結(jié)合以后，促進第二及第三個亞基與O2的結(jié)合，當前三個亞基與O2結(jié)合后，又大大促進第四個亞基與O2結(jié)合，這種效應稱為正協(xié)同效應(positive cooperativity)。協(xié)同效應的定義是指一個亞基與其配體(Hb中的配體為O2)結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一亞基與配體的結(jié)合能力。如果是促進作用則稱為正協(xié)同效應; 反之則為負協(xié)同效應。還可根據(jù)Perutz等利用X線衍射技術(shù)分析Hb和氧合Hb結(jié)晶的三維結(jié)構(gòu)圖譜，提出了解釋O2與Hb結(jié)合的正協(xié)同效應的理論。未結(jié)合O2時，Hb的1/1和2/2呈對角排列，結(jié)構(gòu)較為緊密，稱為緊張態(tài)(tense state, T態(tài)

23、)，T態(tài)Hb與O2的親和力小。隨著O2的結(jié)合，4個亞基羧基末端之間的鹽鍵斷裂，其二級、三級和四級結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，使1/1和2/2的長軸形成15的夾角，結(jié)構(gòu)顯得相對松弛，稱為松弛態(tài)(relaxed state, R態(tài))。Hb氧合與脫氧時T態(tài)和R態(tài)相互轉(zhuǎn)換的可能方式有多種。此種一個氧分子與Hb亞基結(jié)合后引起亞基構(gòu)象變化，稱為變構(gòu)效應(allosteric effect)。小分子O2稱為變構(gòu)劑或效應劑，Hb則被稱為變構(gòu)蛋白。變構(gòu)效應具有普遍生物學意義。（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導致疾病發(fā)生，有人將此類疾病稱為

24、蛋白構(gòu)象疾病。有些蛋白質(zhì)錯折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變，這類疾病包括人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨丁頓舞蹈病（Huntington disease）、瘋牛病等。第四節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其分離純化The Characters of Protein and its Purification一、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)（一）蛋白質(zhì)的兩性電離蛋白質(zhì)是由氨基酸組成，其分子末端除有自由的-NH2和-COOH外，許多氨基酸殘基的側(cè)鏈上尚有可解離的基因，這些基團在溶液一定pH條件下可以解離成帶負電荷或正電荷的基團。當?shù)鞍踪|(zhì)溶液在某一pH

25、時，蛋白質(zhì)解離成正負離子的趨勢相等，即成兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點（isoelectric point,PI）。蛋白質(zhì)溶液的pH大于等電點時，該蛋白質(zhì)顆粒帶負電荷，小于等電點時則帶正電荷。（二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)是生物大分子，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達1100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固在某些物理和化學因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導致其理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失，稱為蛋白質(zhì)的變性(denaturation)。 1 蛋白質(zhì)變性的特征：蛋白質(zhì)變性的主要特征是生物活性喪失

26、。2 蛋白質(zhì)變性的本質(zhì)：一般認為蛋白質(zhì)的變性主要發(fā)生二硫鍵和非共價鍵的破壞，蛋白質(zhì)變性是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的改變或破壞，不涉及一級結(jié)構(gòu)中氨基酸序列的改變。3 蛋白質(zhì)變性的意義：在臨床醫(yī)學上，變性因素常被應用來消毒及滅菌。此外, 防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑(如疫苗等)的必要條件。4. 若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，有些蛋白質(zhì)仍可恢復或部分恢復其原有的構(gòu)象和功能，稱為復性(renaturation)。但是許多蛋白質(zhì)變性后，空間構(gòu)象嚴重被破壞，不能復原，稱為不可逆性變性。5. 蛋白質(zhì)經(jīng)強酸、強堿作用發(fā)生變性后，仍能溶解于強酸或強堿溶液中，若將pH調(diào)至等電點，則變性蛋白質(zhì)立即結(jié)成絮狀的不

27、溶解物，此絮狀物仍可溶解于強酸和強堿中。如再加熱則絮狀物可變成比較堅固的凝塊，此凝塊不易再溶于強酸和強堿中，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的凝固作用(protein coagulation)。（四）蛋白質(zhì)的紫外吸收蛋白質(zhì)在280nm波長處有特征性的紫外吸收，可作蛋白質(zhì)定量測定。（五）蛋白質(zhì)的呈色反應茚三酮反應(ninhydrin reaction) 蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應，詳見本章第一節(jié)。雙縮脲反應(biuret reaction) 蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，稱為雙縮脲反應。氨基酸不出現(xiàn)此反應。二、蛋白質(zhì)的分離和純化（一） 透析及超濾法（二）丙酮

28、沉淀、鹽析及免疫沉淀（三）電泳（四） 層析（五） 分子篩（六） 超速離心小 結(jié)Summary蛋白質(zhì)是重要的生物大分子，在體內(nèi)分布廣泛，含量豐富，種類繁多。每一種蛋白質(zhì)都有其特定的空間構(gòu)象和生物學功能。組成蛋白質(zhì)的基本單位為L-氨基酸，共有20種，可分為非極性疏水性氨基酸、極性中性氨基酸、酸性氨基酸和堿性氨基酸四類。氨基酸屬于兩性電解質(zhì)，在溶液的pH等于其pI時，氨基酸呈兼性離子。氨基酸可通過肽鍵相連而成肽。小于10個氨基酸組成的肽稱為寡肽，大于10個則稱為多肽。體內(nèi)存在許多如GSH、促甲狀腺釋放激素和神經(jīng)肽等重要的生物活性肽。復雜的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)可分成一級、二級、三級和四級結(jié)構(gòu)四個層次。蛋白質(zhì)一級

29、結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸自N端至C端的排列順序，即氨基酸序列，其連接鍵為肽鍵，還包括二硫鍵的位置。形成肽鍵的6個原子處于同一平面，構(gòu)成了所謂的肽單元。二級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)主鏈局部的空間結(jié)構(gòu)，不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈構(gòu)象。主要為-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲，以氫鍵維持其穩(wěn)定性。在蛋白質(zhì)分子中，空間上相互鄰近的二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，完成特定的生物學功能，稱之為模體。三級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈主鏈和側(cè)鏈的全部原子的空間排布位置。三級結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定主要靠次級鍵。一些蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)可形成1個或數(shù)個球狀或纖維狀的區(qū)域，各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域。四級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)亞基之間的締合，也主要靠次級鍵維系。根據(jù)蛋

30、白質(zhì)的形狀，可分成球狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白質(zhì)。根據(jù)組成成分，還可分成單純蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)，前者僅含有氨基酸，后者除氨基酸外，還含有非蛋白質(zhì)的輔基成分。一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)，也是功能的基礎(chǔ)。一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)，其空間構(gòu)象及功能也相近。若蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變則影響其正常功能，由此引起的疾病稱為分子病。 生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成、加工和成熟是一個復雜的過程，其中多肽鏈的正確折疊對其正確構(gòu)象形成和功能發(fā)揮至關(guān)重要。蛋白質(zhì)折疊成正確的空間構(gòu)象過程，除一級結(jié)構(gòu)是其決定因素外，還需要分子伴侶參與。若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導致疾病發(fā)生，

31、有人將此類疾病稱為蛋白構(gòu)象疾病。蛋白質(zhì)空間構(gòu)象與功能有著密切關(guān)系。血紅蛋白亞基與O2結(jié)合可引起另一亞基構(gòu)象變化，使之更易與O2結(jié)合，所以血紅蛋白的氧解離曲線呈S型。這種變構(gòu)效應是蛋白質(zhì)中普遍存在的功能調(diào)節(jié)方式之一。蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象發(fā)生改變，可導致其理化性質(zhì)變化和生物活性的喪失，稱之為蛋白質(zhì)變性。蛋白質(zhì)發(fā)生變性后，只要其一級結(jié)構(gòu)未遭破壞，仍可在一定條件下復性，恢復原有的空間構(gòu)象和功能。分離、純化蛋白質(zhì)是研究單個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的先決條件。通常利用蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)，采取不損傷蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的物理方法來純化蛋白質(zhì)。常用的技術(shù)有電泳法、層析法、超速離心法等。概 述Introduction核酸（nuc

32、leic acid）是以核苷酸為基本組成單位的生物信息大分子。核酸可以分為脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）和核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）兩大類。第一節(jié) 核酸的化學組成及一級結(jié)構(gòu)Chemical constitution and primary construction of nucleic acid核酸的基本組成單位是核苷酸（nucleotide），而核苷酸則由堿基、戊糖和磷酸三種成分連接而成。DNA的基本組成單位是脫氧核糖核苷酸（deoxyribonucleotide或deoxynucleotide），RNA的基本組成單位是核糖核苷酸

33、（ribonucleotide）。一、核苷酸的結(jié)構(gòu)（一）堿基的種類：構(gòu)成核苷酸的五種堿基（base）分別屬于嘌呤（purine）和嘧啶（pyrimidine）兩類含氮雜環(huán)化合物（見圖2-1）。DNA分子中的堿基成分為A、G、C和T四種；而RNA分子則主要由A、G、C和U四種堿基組成。圖2-1 參與組成核酸的主要堿基（二）戊糖與核苷：是核苷酸的另一重要成分。脫氧核糖核苷酸中的戊糖是bD2脫氧核糖；核糖核苷酸中的戊糖為bD核糖。這一結(jié)構(gòu)上的差異使得DNA分子較RNA分子在化學上更為穩(wěn)定，從而被自然選擇作為生物遺傳信息的儲存載體。為區(qū)別于堿基中的碳原子編號，核糖或脫氧核糖中的碳原子標以C1&acut

34、e;、C2´（圖22）等。堿基和核糖或脫氧核糖通過糖苷鍵（glycosidic bond）縮合形成核苷或脫氧核苷，連接位置是C1´。DNA和RNA中的核苷組成及其中英文對照見表21。（三）核苷與磷酸通過酯鍵結(jié)合即構(gòu)成核苷酸或脫氧核苷酸。生物體內(nèi)多數(shù)核苷酸都是5´核苷酸，即磷酸基團位于核糖的第五位碳原子C5´上（圖23）。根據(jù)磷酸基團的數(shù)目不同，有核苷一磷酸（nucleoside monophosphate，NMP）、核苷二磷酸（nucleoside diphosphate，NDP）、核苷三磷酸（nucleoside triphosphate，NT

35、P）的命名方式；根據(jù)堿基成分的不同，有AMP（adenosine monophosphate）、ADP（adenosine diphosphate）、ATP（adenosine triphosphate）等命名。圖22 核糖和核苷（四）核苷酸除了構(gòu)成核酸大分子以外，還參加各種物質(zhì)代謝的調(diào)控和多種蛋白質(zhì)功能的調(diào)節(jié)。例如ATP和UTP在能量代謝中均為重要的底物或中間產(chǎn)物；環(huán)腺苷酸（cyclic AMP，cAMP）和環(huán)鳥苷酸（cyclic GMP， cGMP）等則在細胞信號轉(zhuǎn)導過程中具有重要調(diào)控作用。圖23 不同類型核苷酸的結(jié)構(gòu)二、核酸的一級結(jié)構(gòu)(一)定義:核酸的一級結(jié)構(gòu)是指DNA和RNA分子中核苷

36、酸的排列順序，也稱核苷酸序列。由于核酸分子中不同核苷酸之間的差異僅在于堿基的不同，因此也稱為堿基序列。(二)連接方式: 磷酸二酯鍵。四種脫氧核苷酸按照一定的排列順序以化學鍵：3, 5磷酸二酯鍵（phosphodiester linkage）相連形成的多聚脫氧核苷酸（polydeoxynucleotides）鏈稱為DNA。多聚核苷酸（polynucleotides）鏈則稱為RNA。這些脫氧核苷酸或核苷酸的連接具有嚴格的方向性，由前一位核苷酸的3´OH與下一位核苷酸的5´位磷酸基之間形成3´, 5´磷酸二酯鍵，從而構(gòu)成一個沒有分支的線性大分子（圖2-

37、4）。它們的兩個末端分別稱為5´末端（游離磷酸基）和3´末端（游離羥基）。書寫規(guī)則應從5´末端到3´末端。（見 六版教材圖2-4）圖24 DNA的一級結(jié)構(gòu)及其書寫方式(三)DNA和RNA一級結(jié)構(gòu)的差異：RNA是生物體內(nèi)另一大類核酸。它與DNA的差別是： 組成它的核苷酸的戊糖不是脫氧核糖而是核糖； RNA中的嘧啶成分為胞嘧啶和尿嘧啶，而不含有胸腺嘧啶，所以構(gòu)成RNA的基本四種核苷酸是AMP、GMP、CMP和UMP，其中U代替了DNA中的T。DNA和RNA對遺傳信息的攜帶和傳遞，是依靠堿基排列順序變化而實現(xiàn)的。第二節(jié) DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能Space

38、 structure and function of DNA一、DNA的二級結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（一）雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景1堿基組成的Chargaff規(guī)則：A=T，C=G；不同種屬的DNA堿基組成不同；同一個體不同器官、不同組織的DNA具有相同的堿基組成。2DNA纖維的X線圖譜分析顯示DNA是螺旋型分子，且為雙鏈分子。3Rosalind Franklin獲得了高質(zhì)量的DNA的X線衍射照片，顯示出DNA是螺旋形分子，而且從密度上提示DNA是雙鏈分子。1953年Watson和Crick總結(jié)前人的研究成果，提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點1 DNA是一反向平行的互補雙鏈結(jié)

39、構(gòu): DNA分子是由兩條反向平行的脫氧多核苷酸鏈組成，一條鏈的走向是53，另一條鏈的走向是35。在DNA雙鏈結(jié)構(gòu)中，外側(cè)是由親水的脫氧核糖基和磷酸基構(gòu)成的骨架，內(nèi)側(cè)是堿基，兩條鏈的堿基之間以氫鍵結(jié)合即A與T配對；C與G配對。兩個配對的堿基結(jié)構(gòu)幾乎在一個平面上，并且此平面與線性分子的長軸相垂直（圖25）。2DNA是右手螺旋結(jié)構(gòu) DNA線性長分子通過初始的折疊形成一個右手螺旋式結(jié)構(gòu)，螺旋直徑為2nm，螺旋一周包含了10對堿基，螺距為3.4nm。外觀上，DNA雙螺旋分子存在一個大溝和一個小溝，此溝狀結(jié)構(gòu)可能與蛋白質(zhì)和DNA間的識別有關(guān)(圖25）。圖25 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)示意圖3疏水力和氫鍵維系DNA

40、雙螺旋結(jié)構(gòu) 的穩(wěn)定 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性橫向靠兩條鏈間互補堿基的氫鍵維系，縱向則靠堿基平面間的疏水性堆積力維持，由以后者更為重要。（三）DNA結(jié)構(gòu)的多樣性不同的環(huán)境條件下，DNA的結(jié)構(gòu)不同，自然界存在的DNA有：B-DNA 右手螺旋（Watson-Crick模型結(jié)構(gòu)）Z-DNA 左手螺旋A-DNA 右手螺旋體內(nèi)不同構(gòu)象的DNA在功能上有所差異，可能參與基因表達的調(diào)節(jié)和控制。（見六版教材圖2-6）圖2-6 不同類型的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)二、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝DNA是十分巨大的信息高分子，DNA的長度要求其必須形成緊密折疊扭轉(zhuǎn)的方式才能夠存在于很小的細胞核內(nèi)。（一）DNA的超螺

41、旋結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)（superhelix 或supercoil）。盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同為正超螺旋（positive supercoil）；盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反則為負超螺旋（negative supercoil）。自然界的閉合雙鏈DNA主要是以負超螺旋形式存在。（二）原核生物DNA的高級結(jié)構(gòu)絕大部分原核生物的DNA都是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋分子。在細胞內(nèi)進一步盤繞，并形成類核（nucleoid）結(jié)構(gòu)，以保證其以較致密的形式存在于細胞內(nèi)。在細菌基因組中，超螺旋可以相互獨立存在，形成超螺旋區(qū)（圖27），各區(qū)域間的DNA可以有不同程度的超螺旋結(jié)構(gòu)。圖27 環(huán)狀

42、DNA 的超螺旋結(jié)構(gòu)示（三）DNA在真核生物細胞核內(nèi)的組裝在真核生物，DNA以非常致密的形式存在于細胞核內(nèi)。在細胞周期的大部分時間里以分散存在的染色質(zhì)（chromatin）形式出現(xiàn)，在細胞分裂期形成高度組織有序的染色體（chromosome）染色質(zhì)的基本組成單位被稱為核小體（nucleosome），由DNA和5種組蛋白（histone，H）共同構(gòu)成。核小體中的組蛋白分別稱為H1，H2A，H2B，H3和H4。各兩分子的H2A，H2B，H3和H4共同構(gòu)成八聚體的核心組蛋白，DNA雙螺旋鏈纏繞在這一核心上形成核小體的核心顆粒（core particle）。核小體的核心顆粒之間再由DNA（約60 bp

43、）和組蛋白H1構(gòu)成的連接區(qū)連接起來形成串珠樣的結(jié)構(gòu)（圖28）。圖 28 核小體的結(jié)構(gòu)示意圖 核小體是DNA在核內(nèi)形成致密結(jié)構(gòu)的第一層次折疊，使得DNA的整體體積減少約6倍。第二層次的折疊是核小體卷曲（每周6個核小體）形成直徑30 nm、在染色質(zhì)和間期染色體中都可以見到的纖維狀結(jié)構(gòu)和襻狀結(jié)構(gòu)，DNA的致密程度增加約40倍。第三層次的折疊是30 nm纖維再折疊形成柱狀結(jié)構(gòu)，致密程度增加約1000倍，在分裂期染色體中增加約10 000倍，從而將約1米長的DNA分子壓縮，容納于直徑只有數(shù)微米的細胞核中（圖2-9）。圖2-9 DNA在染色質(zhì)中的組裝人類的基因組 2.8109bpDNA的結(jié)構(gòu)特點是具有高度

44、的復雜性和穩(wěn)定性，可以滿足遺傳多樣性和穩(wěn)定性的需要。第三節(jié) RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能Space structure and function of RNA RNA在生命活動中同樣具有重要作用。它和蛋白質(zhì)共同負責基因的表達和表達過程的調(diào)控。RNA分子遠小于DNA分子，分子大小的差異變化大，小的僅有數(shù)十個核苷酸，大的由數(shù)千個核苷酸組成。RNA分子通常以單鏈形式存在，局部有二級結(jié)構(gòu)或三級結(jié)構(gòu)。RNA的種類具有多樣性，同時RNA的功能也是多樣性的。（表22）表2-2 動物細胞內(nèi)主要RNA的種類及功能一、信使RNA（messenger RNA，mRNA）的結(jié)構(gòu)與功能mRNA的長短差異很大，半期最短，由幾分

45、鐘到數(shù)小時不等,在細胞核內(nèi)合成的mRNA初級產(chǎn)物比成熟的mRNA分子大得多，此種初級產(chǎn)物稱為不均一RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA),經(jīng)過剪接成為成熟的mRNA并移位至細胞質(zhì)。圖2-10 真核細胞mRNA的結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)特點： 1 5端具有帽子結(jié)構(gòu)： 大多數(shù)真核生物的mRNA在轉(zhuǎn)錄后5´末端以7-甲基鳥嘌呤-三磷酸鳥苷為起始結(jié)構(gòu)，這種m7GpppN結(jié)構(gòu)被稱為帽結(jié)構(gòu)（cap sequence）。 5´帽結(jié)構(gòu)是由鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶加到轉(zhuǎn)錄后的mRNA分子上的，與mRNA中所有其他核苷酸呈相反方向。帽結(jié)構(gòu)中的鳥苷酸及相鄰的A或G都可以發(fā)生甲基化

46、，由于甲基化位置的差別可產(chǎn)生數(shù)種不同的帽結(jié)構(gòu)。mRNA的帽結(jié)構(gòu)可以與一類稱為帽結(jié)合蛋白（cap binding proteins，CBPs）的分子結(jié)合。這種mRNA和CBPs復合物對于mRNA從細胞核向細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運、與核蛋白體的結(jié)合、與翻譯起始因子的結(jié)合、以及mRNA穩(wěn)定性的維系等均有重要作用。2 3末端有poly A尾巴：真核生物mRNA3末端有數(shù)十至一百多個腺苷酸連接而成，稱為多聚A尾poly(A)。poly（A）結(jié)構(gòu)也是在mRNA轉(zhuǎn)錄完成以后額外加入的，催化這一反應的酶為poly(A)轉(zhuǎn)移酶。poly(A)在細胞內(nèi)與poly(A)結(jié)合蛋白（poly(A)-binding protein，

47、PABP）相結(jié)合而存在。這種3´-末端多聚A尾結(jié)構(gòu)和5´帽結(jié)構(gòu)共同負責mRNA從核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位、mRNA的穩(wěn)定性維系以及翻譯起始的調(diào)控。去除多聚A尾和帽結(jié)構(gòu)是細胞內(nèi)mRNA降解的重要步驟。3. mRNA的功能：是轉(zhuǎn)錄核內(nèi)DNA遺傳信息的堿基排列順序，并攜帶至細胞質(zhì)，指導蛋白質(zhì)合成中的氨基酸排列順序。mRNA分子從5´末端的AUG開始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上一個氨基酸，稱為三聯(lián)體密碼（triplet code）或密碼子（codon）。二、轉(zhuǎn)運RNA（transfer RNA，tRNA）的結(jié)構(gòu)與功能細胞內(nèi)分子量最小的一類核酸，由74到95個核苷酸構(gòu)成。

48、1結(jié)構(gòu)特點 ：（1）tRNA分子中含有10%20%的稀有堿基如：雙氫尿嘧啶（DUH）、假尿嘧啶（，pseudouridine）、甲基化的嘌呤（mG，mA） （2）tRNA能形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)：組成tRNA的幾十個核苷酸中存在著一些能局部互補配對的區(qū)域，可以形成局部的雙鏈。這些局部雙鏈呈莖狀，中間不能配對的部分則膨出形成環(huán)或襻狀結(jié)構(gòu)，稱為莖環(huán)（stem-loop）結(jié)構(gòu)或發(fā)夾結(jié)構(gòu)。由于這些莖環(huán)結(jié)構(gòu)的存在，使得tRNA整個分子的形狀類似于三葉草形（cloverleaf pattern）。此結(jié)構(gòu)稱為三葉草結(jié)構(gòu)。 （3）tRNA分子末端有氨基酸接納莖： 所有tRNA的3´端的最后3個核苷酸序列均為

49、CCA，是氨基酸的結(jié)合部位，稱為氨基酸接納莖（acceptor stem）。（4）tRNA序列中有反密碼子：每個tRNA分子中都有3個堿基與mRNA上編碼相應氨基酸的密碼子具有堿基反向互補關(guān)系，可以配對結(jié)合，這3個堿基被稱為反密碼子（anticodon），位于反密碼環(huán)內(nèi)。tRNA的三級結(jié)構(gòu)：X射線衍射結(jié)構(gòu)分析表明，tRNA的共同三級結(jié)構(gòu)是倒L型。（圖211b）圖211 tRNA的結(jié)構(gòu)示意圖 2.tRNA的功能：在蛋白質(zhì)合成過程中作為氨基酸的載體并將其轉(zhuǎn)呈給mRNA三、核蛋白體RNA（ribosomal RNA，rRNA）的結(jié)構(gòu)與功能核蛋白體RNA（ribosomal RNA，rRNA）是細胞內(nèi)

50、含量最多的RNA，約占RNA總量的80%以上。rRNA與核蛋白體蛋白（ribosomal protein）共同構(gòu)成核蛋白體或稱為核糖體（ribosome）。原核生物和真核生物的核蛋白體均由易于解聚的大、小兩個亞基組成。原核生物的rRNA共有5S，16S，23S三種；而真核生物的rRNA有18S，5S，5.8S，28S四種，它們分別與蛋白質(zhì)一起組成核蛋白體的大亞基和小亞基，然后由大小亞基共同構(gòu)成核蛋白體完成其功能。真核生物的18S rRNA的二級結(jié)構(gòu)成花狀（圖2-12）圖2-12 真核生物18S rRNA的二級結(jié)構(gòu) 示意圖rRNA的功能: rRNA與核蛋白體蛋白共同構(gòu)成核蛋白體,為蛋白質(zhì)的合成提

51、供場所。四、其他小分子RNA及RNA組學除了上述三種RNA外，細胞的不同部位還存在著許多其他種類的小分子RNA，這些小RNA被統(tǒng)稱為非mRNA小RNA（small non-messenger RNA，snmRNAs）。有關(guān)snmRNAs的研究近年來受到廣泛重視，并由此產(chǎn)生了RNA組學（RNomics）的概念。SnmRNAs主要包括核內(nèi)小RNA（small nuclear RNA，snRNA）、核仁小RNA（small nucleolar RNA，snoRNA）、胞質(zhì)小RNA（small cytoplasmic RNA，scRNA）、催化性小RNA（small catalytic RNA）、小片

52、段干擾 RNA（small interfering RNA，siRNA）等。這些小RNA在hnRNA和rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工、轉(zhuǎn)運以及基因表達過程的調(diào)控等方面具有非常重要的生理作用核酶：某些小RNA分子具有催化特定RNA降解的活性，在RNA合成后的剪接修飾中具有重要作用。這種具有催化作用的小RNA亦被稱為核酶（ribozyme）或催化性RNA（catalytic RNA）。小片段干擾 RNA：近年siRNA的研究受到了特別關(guān)注。siRNA是生物宿主對于外源侵入的基因所表達的雙鏈RNA進行切割所產(chǎn)生的、具有特定長度（21個核苷酸）和序列的小片段RNA。它可以與外源基因表達的mRNA相結(jié)合，并誘發(fā)這

53、些mRNA的降解。第四節(jié) 核酸的理化性質(zhì)Phisicochemical property of nucleic acid一、核酸的一般理化性質(zhì)：1核酸是多元酸，有較強的酸性2DNA是線性高分子，機械作用下易發(fā)生斷裂，而RNA分子遠小于DNA3DNA粘度較大，而RNA的粘度要小得多4DNA和RNA溶液均具有260nm紫外吸收峰（圖213），因此可進行定量分析。圖213幾種堿基的紫外吸收光譜圖二、DNA的變性：1變性：在某些理化因素作用下，DNA分子互補堿基對之間的氫鍵斷裂，使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)松散，變成單鏈，即為DNA變性。DNA變性只改變其二級結(jié)構(gòu)，不改變它的核苷酸排列。變性的方法：強酸、強堿、

54、加熱以及變性試劑（如尿素、乙醇、丙酮等）變性的本質(zhì)：雙鏈間氫鍵的斷裂，即空間結(jié)構(gòu)的破壞，不涉及一級結(jié)構(gòu)的變化。理化因素的變化：A260的值增加、粘度下降、比旋度下降、浮力密度升高、酸堿滴定曲線改變、生物活性喪失2增色效應（hyperchromic effect）：在DNA解鏈過程中，由于更多的共軛雙鍵得以暴露，DNA在紫外區(qū)260 nm處的吸光值增加，并與解鏈程度有一定的比例關(guān)系，這種關(guān)系稱為DNA的增色效應（hyperchromic effect）。(可通過測A260的變化來監(jiān)測DNA是否發(fā)生變性)3解鏈曲線：在連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度對A260的關(guān)系作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線（圖21

55、4）。 圖2-14 DNA的解鏈曲線從曲線中可以看出，DNA的變性從開始解鏈到完全解鏈，是在一個相當窄的溫度內(nèi)完成的。在這一范圍內(nèi)，紫外光吸收值達到最大值的50%時的溫度稱為DNA的解鏈溫度（melting temperature，Tm）又稱融解溫度。4Tm值：核酸分子內(nèi)的50%雙鏈結(jié)構(gòu)被解開時的溫度Tm值的大小與堿基中的G+C比例有關(guān)，G+C比例越高，Tm值越大。計算公式為：Tm=4（G+C）+2(A+T)三、DNA的復性與分子雜交1復性：變性的DNA分子在適當條件下,兩條互補鏈可重新恢復天然的雙螺旋構(gòu)象,稱為復性。DNA的復性速度受溫度的影響，只有溫度緩慢下降才可使其重新配對復性。一般認為

56、，比Tm低25的溫度是DNA復性的最佳條件。2 退火(annealing)：熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復性,此過程稱為退火。注意：DNA受熱變性后,溫度緩慢冷卻才能復性,如迅速冷卻至4以下，則幾乎不能復性。一般認為，比Tm值低25的溫度是DNA復性的最佳條件。3 分子雜交（hybridization）：在DNA復性過程中，不同來源的DNA單鏈分子或者DNA和RNA分子之間，序列完全互補或者不完全互補的兩個單鏈核酸分子之間能形成雙鏈，這種現(xiàn)象稱為分子雜交。（見 六版教材圖2-15）圖2-15 核酸分子雜交原理示意圖第五節(jié) 核酸酶nucleases一、核酸酶（nucleases）是指所有可以水

57、解核酸的酶。常用于DNA重組技術(shù)中。二、分類：1 按作用的底物分：DNA酶（DNase）和RNA酶（RNase）2 按作用的部位分：核酸外切酶：作用于多核苷酸鏈的5末端或3末端（5末端外切酶和3末端外切酶）核酸內(nèi)切酶：作用于多核苷酸鏈的內(nèi)部，如有嚴格的序列依賴性則稱為限制性核酸內(nèi)切酶。核酶的底物是核酸，因此從功能上來講也屬于核酸內(nèi)切酶，且為序列特異性的核酸內(nèi)切酶。人工合成的寡聚脫氧核苷酸片段也具有序列特異性降解RNA的作用，稱為催化性DNA（DNAzyme）。催化性DNA與催化性RNA相比，具有更好的化學穩(wěn)定性和生物學穩(wěn)定性，在疾病治療方面的將有更好的前景。尚未發(fā)現(xiàn)天然的催化性DNA的存在。小結(jié)Summary核酸是以核苷酸為組成單位的線性多聚生物信息分子，分為DNA和RNA兩大類。DNA由脫氧核糖核苷酸連接而形成，RNA的基本組成單位則是核糖核苷酸。DNA分子中的脫氧核糖核苷酸的堿基成分為A、G、C和T四種；而RNA分子中核糖核苷酸的則由A、G、C