生物大分子的结构与功能

生物大分子的结构与功能思维导图：包含蛋白质，参与蛋白质合成的有20种，除外甘氨酸都是L-α氨基酸。体内不参与蛋白质合成的有鸟、瓜氨酸和精氨酸代琥珀酸，分子结构，从N-端至C-端的氨基酸排列顺序，主要化学键是肽键，此外包括所有二硫键的位置。等等

生物大分子的结构与功能

• 蛋白质
  • 蛋白质是生命活动的基本物质基础，也是生物体中含量最丰富的生物大分子，约占人体固体成分的45%，在细胞中可达细胞干重的70%以上。各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%。
  • 分子组成
    • L-α氨基酸是基本结构单位
      • 参与蛋白质合成的有20种，除外甘氨酸都是L-α氨基酸。体内不参与蛋白质合成的有鸟、瓜氨酸和精氨酸代琥珀酸
    • 根据侧链和理化性质分类
      • ⑴甲硫脯缬异亮丙甘：①甲硫→Met②脯→Pro(亚氨基酸，可被羟化)③缬→Val④异亮→ⅰle⑤亮→Leu⑥丙→Ala⑦甘→Gly(缬异亮→分支、侧链氨基酸) ⑵天冬胱谷氨丝苏：①天冬→Asn②半胱→Cys(极性最强)③谷氨→Gln④丝→Ser⑤苏→Thr ⑶苯丙酪色环：①苯丙→Phe②酪→Tyr③色Trp(羟基——酪苏丝) ⑷天冬酸谷：①天冬→Asp②谷→Glu(双羧基) ⑸精碱赖组：①精→Arg(胍基，含4N)②赖→Lys(2氨基，可被羟化)③组→His(咪唑基，含3N)
      • ①非极性脂肪族②极性中性③芳香族④酸性⑤碱性
    • 共同或特异的理化性质
      • ⑴等电点pI：某一pH溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。计算：取两边的pK的平均值。 ⑵含共轭双键Trp、Tyr的最大吸收峰在280nm附近，大多数蛋白质含色、酪氨酸，可简略分析蛋白质含量。 ⑶茚三酮水合物在弱酸性溶液中与氨基酸共加热，氨基酸被氧化脱羧、脱氨，茚三酮水合物还原物可与氨结合，再与一分子茚三酮缩合成蓝紫色化合物，该化合物最大吸收峰在570nm，可定量分析氨基酸。 ⑷一般而言，由2-20个氨基酸相连而成的肽称寡肽，而更多的氨基酸相连而成的肽称多肽。一般而论，蛋白质的氨基酸残基数通常在50个以上，50个氨基酸残基以下则仍称为多肽。 ⑸人体内存在许多具有生物活性的低分子量的肽。①谷胱甘肽GSH：Glu、Cys、Gly组成，第一个是非α肽键，巯基是主要功能基团。作用：体内重要还原剂，有嗜核特性——能与外源嗜电子毒物结合。②多肽类激素：催产素9肽、加压素9肽、促肾上腺皮质激素39肽、促甲状腺素释放激素3肽③神经肽：脑啡肽、β-内啡肽、强啡肽、P物质、神经肽Y
      • ①两性解离→等电点②紫外吸收③茚三酮反应④肽键连接⑤生物活性肽
    • 肽键和肽
    • 生物活性肽具有生理活性和多样性
  • 分子结构
    • 一级结构
      • 一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但并不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。
      • 从N-端至C-端的氨基酸排列顺序，主要化学键是肽键，此外包括所有二硫键的位置。
    • 二级结构
      • ①主要包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和Ω环，主要形式是α-螺旋、β-折叠。 ②肽单元：参与肽键的6个原子位于同一平面。肽键C-N键长为0.132nm，C-N单键0.149nm和双键长0.127nm，所以肽键不能旋转。 ③α-螺旋走向为顺时针方向，即右手螺旋。每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距为0.54nm。常具有两性特点，疏水肽段与亲水肽段交替出现。 ④β-转角，第二个残基常为脯氨酸。 ⑤氨基酸残基的侧链影响二级结构的形成。
      • 某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，不涉及侧链。
    • 三级结构
      • ①三级结构的形成主要依靠次级键：疏水键、盐键、氢键和范德华力等。 ②结构模体：具有特定空间构象和特定功能的结构成分，如亮氨酸拉链和锌指结构。 ③超二级结构：2个或以上具有二级结构的肽段在空间上相互接近，与结构模体同属二级结构。 ④结构域：球状蛋白质的独立折叠单位，属三级结构。
      • 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，即整条肽链所有原子在三维空间的排布位置
    • 四级结构
      • ①单一亚基一般没有生物学功能，完整的四级结构是发挥生物学功能的保证。 ②在分子伴侣的的辅助下，蛋白质才能折叠成正确的空间构象。 ③并非具有2条肽链及以上的就有四级结构，例如胰岛素就只有三级结构。
      • 各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用。
  • 结构与功能
    • 主要功能
    • 执行功能的主要方式
    • 特定功能依赖特定空间结构
  • 理化性质
    • 两性电离
    • 胶体性质
    • 变性与复性
    • 紫外光吸收
    • 呈色反应
• 核酸
  • 化学组成及一级结构
    • ①核苷酸由磷酸、碱基(嘌呤和嘧啶)、戊糖(核糖和脱氧核糖)组成。 ②核苷是碱基与核糖的缩合产物，核糖的C-1'原子和嘌呤的N-9原子或嘧啶的N-1原子缩合形成糖苷键，天然条件下核糖和碱基处在反式构象。 ③核苷酸的作用：❶是细胞内化学能的载体，ATP是最重要的能量载体❷是信号转导的第二信使，ATP和GTP可环化成cAMP和cGMP❸参与辅酶结构的组成，如NAD⁺、NADP⁺、FAD、CoA❹临床药用价值，6-巯基嘌呤、阿糖胞苷、5-氟尿嘧啶都是碱基衍生物，可干扰肿瘤细胞的核苷酸代谢。 ④核酸是由核苷酸之间通过3’，5’-磷酸二酯键共价连接的，方向为5’→3’。 ⑤寡核苷酸：长度短于50个核苷酸的核酸片段
    • 基本组成单位
    • 组成DNA
    • 组成RNA
    • 一级结构
      • 核酸从5’-端到3’-端的核苷酸排列顺序，即碱基序列
  • DNA的空间结构与功能
    • ⑴四种碱基的chargaff规则：①物种不同的DNA，碱基组成不同②同一个体的DNA，碱基组成相同③特定组织的DNA，碱基组分不随年龄、营养状态和环境改变④特定物种，A=T，C=G ⑵DNA双螺旋结构：❶两条多聚脱氧核苷酸链围绕同一个螺旋轴形成反平行的右手螺旋，碱基对平面与双螺旋结构的螺旋轴近乎垂直，直径2.37nm，螺距3.54nm，平均而言每一个螺旋有10.5个碱基对，碱基对平面之间的垂直距离为0.34nm。❷多聚脱氧核苷酸链的脱氧核糖和磷酸基团构成了亲水性骨架，位于双螺旋的外侧，疏水性碱基对包埋在内侧。❸疏水性的碱基堆积力和氢键共同维系双螺旋的稳定。 ⑶双螺旋的样式：B(92%相对湿度)、A(75%相对湿度)、Z(左手螺旋) ⑷多链结构：hoogsteen氢键→C⁺GC、TAT三碱基平面→DNA三链结构，端粒自身回折形成G-四链(8对hoogsteen氢键) ⑸高级结构：自然条件下DNA负超螺旋经过盘绕折叠和压缩形成高度致密的高级结构。❶绝大部分原核生物的DNA是环状双螺旋分子，线粒体DNA也是。❷真核生物DNA被逐级组装成高级结构：染色质由核小体组成，后者由一段DNA和4种碱性组蛋白构成。核小体的核心颗粒由长度约146bp的DNA和八个组蛋白构成，组蛋白H1结合在DNA双链的进出口处。染色质纤维按照左手螺旋方式→中空状螺线管→超螺线管→盘绕压缩→染色单体→组装成染色体。
    • 二级结构
    • 高级结构
    • 主要遗传物质
  • RNA的空间结构与功能
    • mRNA
    • tRNA
    • rRNA
    • 组成性非编码RNA
  • 核酸的理化性质
    • 紫外吸收
    • DNA变性
    • 核酸复性与杂交