蛋白质与核酸的比较

生物化学与分子生物学之蛋白质与核酸的比较，本图主要从分子组成、分子结构、理化性质和生物学功能四个方面入手。

蛋白质与核酸的比较

• 分子组成
  • 元素组成
    • 蛋白质
      • C、H、O、N、S、P等
    • 核酸
      • C、H、O、N、P等
  • 基本结构单位
    • 蛋白质
      • 氨基酸
        • 结构
        • 分类
          • 组成人体蛋白质的20种氨基酸均属于L-α-氨基酸（甘氨酸除外），其分子中的4个基团——氨基、羧基、氢原子和R基团均连在同一个α-碳原子上，其中R基团为侧链基团。
            • 子主题
            • 标注
        • 理化性质
          • 两性解离及等电点（pI）
            • ① 两性解离
            • 氨基酸都含有碱性的α-氨基和酸性的α-羧基，因此既可发生酸性解离也可发生碱性解离。
            • ② 等电点
              • 定义：氨基酸分子所带正负电荷相等时溶液的 pH 值称为氨基酸的等电点（ pI ）。
            • 当溶液 pH ＝ pI 时，氨基酸主要以两性离子形式存在；
            • pH＜ pI 时，氨基酸主要以正离子形式存在；
            • pH ＞ pI 时，氨基酸主要以负离子形式存在。
          • 含共轭双键的氨基酸有紫外吸收特征
            • 在近紫外区，色氨酸（Trp）、酪氨酸（Tyr）和苯丙氨酸（Phe）均有特征吸收峰。
            • 其中Trp的最大吸收波长为280nm；Tyr的最大吸收波长为275nm；Phe的最大吸收波长为257nm。
          • 茚三酮反应
            • 茚三酮反应是指在弱酸性溶液中，氨基酸与茚三酮水合物共热时，氨基酸被氧化脱羧、脱氨，而茚三酮则被还原，其还原物与氨基酸加热产生的氨结合，再与另一分子茚三酮作用生成蓝紫色化合物的反应。
    • 核酸
      • 核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两类，RNA中又分mRNA、tRNA和rRNA三种。
      • 核苷酸为核酸的基本组成单位，由磷酸、戊糖和含氮碱基3种成分组成。
• 分子结构
  • 分子结构基础
    • 蛋白质
      • 1 ）肽键 蛋白质分子是由许多氨基酸通过肽键相连而成的生物大分子。其中肽键是一种酰胺键，是由一个氨基酸的 α- 氨基和另一个氨基酸的 α- 羧基 脱水缩合形成的化学键，通常用羰基碳和酰胺氮之间的单键表示。 （ 2 ）肽 肽是指由一氨基酸的羧基和另一氨基酸的氨基脱水缩合形成的化合物，又称肽链。通常将十个以下氨基酸残基组成的肽链称为寡肽，更长 的肽链则称为多肽。肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基。 （ 3 ）体内存在的重要的生物活性肽 ① 谷胱甘肽（ GSH ） 谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽，其分子中半胱氨酸的巯基是该化合物的主要功能基团。 ② 多肽类激素（如催产素等）及神经肽
    • 核酸
      • （1）碱基
      • 碱基可分为嘌呤和嘧啶；常见的嘌呤包括腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G），嘧啶包括尿嘧啶（U）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）。
      • （2）核苷的形成
      • 核苷是戊糖和碱基通过糖苷键连接形成的产物。
      • （3）核苷酸 ① 核苷酸的形成和分类 核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。根据连接的磷酸基团的数目不同，核苷酸可分为核苷一磷酸NMP、核苷二磷酸NDP、核苷三磷酸NTP。构成RNA的核苷酸包括：AMP、GMP、CMP、UMP；构成DNA的脱氧核苷酸包括：dAMP、dGMP、dTMP、dCMP。 ② 核苷酸的衍生物 核苷酸还会以其他衍生物的形式参与调节生命活动，如环腺苷酸（cAMP）和环鸟苷酸（cGMP）是细胞信号转导过程中的第二信使，能够调控基因的表达。
  • 一级结构
    • 蛋白质
      • 蛋白质复杂的分子结构一般分成4个层次，即一级、二级、三级和四级结构。其中后三者统称为高级结构或空间构象，即一条或数条多肽链上所有原子和基团在三维空间上的排布。
    • 核酸 是指核苷酸之间通过磷酸二酯键连接形成的大分子链。核酸的一级结构是指核苷酸的排列顺序，由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以又称碱基序列。
  • 高级结构
    • 蛋白质
    • 核酸
      • DNA的空间结构是指构成DNA的所有原子在三维空间的相对位置关系，包括二级结构和高级结构。
      • DNA的高级结构——超螺旋结构 DNA双链再盘绕形成超螺旋结构，又称三级结构。DNA以超螺旋形式存在不仅有助于DNA分子在细胞内的包装，也是DNA实现复制、转 录、重组等功能所需要的。
        • （1）原核生物 ① 正超螺旋：盘绕方向与DNA双螺旋方向相同。 ② 负超螺旋：盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。大部分原核生物DNA是环状的双螺旋分子，且以负超螺旋的形式存在。 （2）真核生物 真核生物DNA以核小体为单位形成高度有序致密结构——染色体。 ① 核小体的核心颗粒 146bp长的双链DNA盘绕在由组蛋白H2A，H2B，H3和H4构成的八聚体上。 ② DNA折叠过程 a．第一层次折叠，146bp长的双链DNA在组蛋白八聚体上盘绕1.75圈形成核小体的核心颗粒。核心颗粒之间再由DNA（约50bp）和组蛋 白H1构成的连接区连接起来构成了串珠状的染色质纤维。这一折叠使DNA压缩了约7倍。 b．第二层次折叠，染色质细丝盘绕形成中空状螺线管，使DNA压缩了40～60倍。 c．第三层次折叠，染色质纤维空管进一步卷曲和折叠形成超螺线管，压缩了40倍。 d．第四层次折叠，染色质纤维进一步压缩成染色单体，在核内组装成染色体，压缩了5～6倍。
      • RNA的空间结构与功能 RNA通常为单链线型分子，可自身回折形成局部双螺旋进而折叠，除tRNA外几乎全部细胞中的RNA均与蛋白质形成核蛋白复合物。
      • （1）真核生物mRNA 真核生物的mRNA前体为不均一核RNA（hnRNA），有编码区和非编码区。真核生物的mRNA5′-端有特殊帽结构（反式的7-甲基鸟嘌呤三磷酸核苷，m7Gppp），3′-端有多聚腺苷酸尾，去除帽、尾结构可导致mRNA迅速降解。
      • （2）原核生物mRNA 原核生物的mRNA不具有5′帽和3′多聚A尾结构。 （3）mRNA的作用 mRNA的碱基序列决定了蛋白质的氨基酸序列，mRNA是蛋白质合成中的模板。
      • tRNA在蛋白质生物合成中作为氨基酸的载体，转运氨基酸到蛋白质合成场所，它的结构特点如表2-4所示。 3 核糖体RNA（rRNA） rRNA是细胞内含量最多的RNA，与核糖体蛋白共同构成核糖体（蛋白质合成的场所）。真核生物与原核生物核糖体的组成存在差异 4 其他非编码RNA参与基因表达的调控
• 理化性质
  • 蛋白质
  • 核酸
• 生物学功能
  • 蛋白质
  • 核酸
    • DNA是生物遗传信息的载体，并为基因复制和转录提供模版。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。
    • mRNA的碱基序列决定了蛋白质的氨基酸序列，mRNA是蛋白质合成中的模板。 tRNA在蛋白质生物合成中作为氨基酸的载体，转运氨基酸到蛋白质合成场所。rRNA是细胞内含量最多的RNA，与核糖体蛋白共同构成核糖体（蛋白质合成的场所）。 其他非编码RNA参与基因表达的调控