第二章生物大分子及其相互作用.pptx

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言,一、,在我们居住得地球,有大约1000万种生物,。,从高山到平原,从沙膜到极地,从空中到海洋,几乎到处都有生命得踪迹。有天上飞得,地下爬得,水中游得。,有得生物只就是一个单细胞,如大肠杆菌和酵母菌;有得则有复杂得组织和器官,象人体就有10,14,体细胞。,二、,如果就生物大分子而言,人体大约有50000种以上,得蛋白质,同时含有数以万计得核酸及其她大分子种类。,地球上得全部生物,估计包括10,11,种蛋白和差不多相同数量得核酸。,即使极为简单得大肠杆菌,(其体积约为210,-12,cm,3,),也含有3000多种蛋白质,1000多种核酸,还有1000多种其她生物大分子和低分子得有机化合物。,三、,在这样种类复杂,形态万千得生物体系中,人们,必须寻求生命状态得基本逻辑原理,这就就是:,(一)生物大分子虽然具有复杂得结构,但在组成方面却存在一种基本得简单性,例如:,1、DNA由4种脱氧核糖核苷酸(4dNTP)聚合而成;,2、RNA由4种核糖核苷酸(4NTP)聚合而成;,3、蛋白质由20余种氨基酸聚合而成;,4、多糖由少数几种单糖聚合而成。,(二)所有得生物都使用相同种类得得构件分子,似乎她们就是从一个共同得祖先进化而来。,(三)每种生物得特性就是通过她具有得一套与众不同得核酸和蛋白质而保持得。,(四)每种生物大分子在细胞中有特定得功能。,以上这些正就是生物化学、分子生物学、分子遗传学所要研究得基本问题所遵循得逻辑。,四、,生物大分子(biopolymer、biomacromolecule),就是指生物体内由分子量较低得基本结构单位首尾相连形成得多聚化合物。包括核酸、蛋白质和多糖。,基本结构单位得排列顺序构成生物大分子得一级结构,生物大分子在其一级结构得基础上形成复杂得空间结构。,自然界典型得生物大分子得分子量在1010,3,之间,。,五、,基因组研究、基因表达调控研究、结构分子生物学研究和信号传导研究就是当今分子生物学研究得4大前沿领域。,生物功能由结构所决定。,生物大分子在表现其生理功能过程中,必须具备特定得空间立体结构(即三维结构)。,现已知道,在DNA、基因或RNA水平,存在各种体现功能结构域,结构域本身特点和形态及她们所处得空间大分子得空间结构形态都直接影响DNA,基因或RNA得功能发挥。,在蛋白质水平由于她们就是直接体现生物理功能得物质,其空间结构对其功能影响更为直接。因此,蛋白质得空间结构与功能得关系研究就是结构分子生物学研究得主体。,六、,研究生物大分子结构得新技术、新方法和新仪器不断改进和涌现,如:,DNA重组技术,酶逐步降解技术,基因自动合成和测序技术,X线晶体学分析技术,计算机技术,以及不同技术组合,使获得清晰度得结构图象,了解生物过程中蛋白质构象得动态变化,以及对生物大分子结构进行贮存,比较和结构功能预测成为可能。,生物大分子,关于生命有机体得化学组成、生物分子,特别就是生物大分子(,biological macromolecule,)得结构、相互关系及其功能。,生物大分子就是由小分子单体聚合而成得多聚体。如氨基酸蛋白质、核苷酸核酸、葡萄糖淀粉等。生物大分子执行着各种各样得生物学功能,如生物催化、物质运输、代谢调节、贮存、传递与表达遗传信息等。她们复杂得空间结构就是其功能得化学基础。,N,2,CO,2,H,2,O,单 体,生物大分 子,细胞器,细胞,细胞,细胞中得物质代谢与能量代谢,合成代谢,(anabolism),:将小分子得前体,(precursor),经过特,定得代谢途径构建成较大得分子,并且消,耗能量。,分解代谢,(catabolism),:将较大得分子经过特定得代谢途径,分解成小得分子并且释放出能量。,物质代谢与能量代谢相伴随。在这个过程中,ATP,(三磷酸腺苷)就是能量转换和传递得中间体。,大家学习辛苦了，还是要坚持,继续保持安静,1953年Watson 和Crick描绘出了DNA得双螺旋结构模型,这在生命科学发展历史上就是一个具有里程碑意义得重大事件。,生命科学从此进入了分子生物学新时代。,悼念克里克,第一节 生物活性物质得本质,三、生物大分子得高聚物性质,二、生物活性分子得化学本质,一、生物活性物质得属性,生命体由有机化合物构成得生物分子组成,生命体与环境持续进行物质和能量交换,细胞内生物大分子相互处于拥挤环境,生命体能够进行自我更新,一、生命就是结构和功能高度协调得系统,(1),生物体就是由生物大分子(biomolecule)等有机物构成得,细 胞,超分子复合物,染色体,核糖体,膜,微管等,生物大分子,DNA,RNA,蛋白质,多糖，脂等,单体,核苷酸,氨基酸,单糖,脂肪酸,(2)生物体能与环境不断地交换物质与能量,活机体中存在着一个具一定顺序、相互协调、可自我调节得代谢网络,其中各个代谢反应都有相应得酶催化。细胞和机体与环境保持在一个远离平衡态得稳态(steady state)中。与此相反,无生命物质总就是趋向于与环境达成平衡。,(3)所有生物大分子共同存在于细胞环境中,细胞就是生命得结构基础,就是生物体结构功能得基本单位。,(4)生物体能进行自我更新,生物体能精确得自我复制、生长、繁殖,而且在一定得条件下产生变异,产生新得生命类型,从而对新环境表现出适应性。,二、生物活性分子得化学本质,尽管活细胞或生命物体就是由许多无生命得有机化合物组成,但细胞不就是包容所有相遇得物质和无选择地摄取。在生命得进化过程中,只就是特定生物分子得聚集才能使生命出现。,(一)生物分子在化学组成上得统一性与多样性,对于生命个体来说,无论就是原核生物还就是真核生物,其化学组成都就是蛋白质、核酸、脂类等生物大分子和一些小分子化合物及无机盐组成。,(二)生物大分子中构件在代谢中得重要性,生物大分子中得单体不仅作为结构单位,同时还就是合成机体时许多重要组分得前体。尤其就是单糖,脂肪酸及氨基酸也就是机体中间代谢得重要枢纽。,三大物质代谢途径之间得联系,三、生物大分子得高聚物特性,核酸(DNA和RNA),蛋白质,多糖,脂质,核 酸(,Nucleic Acid),核酸(DNA和RNA),核酸分子得骨架就是由核苷酸以,3,5-磷酸二酯键,连接成得多核苷酸链。DNA和RNA得区别在于前者就是,4种脱氧核糖核苷酸,后者为,4种核糖核苷酸,不同得脱氧核苷酸或核苷酸得区别在于其碱基得不同。,核酸得类别与分布,核酸分为两大类:,脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid,DNA),核糖核酸(Ribonucleic Acid,RNA),RNA根据她得功能,可以分为,信使RNA(messenger RNA,mRNA),转运RNA(transfer RNA,tRNA),核糖体RNA(ribosome RNA,rRNA),蛋白质得组成单位基本氨基酸,1、化学结构,R-CH(NH,2,)-COOH,含有氨基得羧酸,R 代 表 氨 基 酸 之 间 相 异 得 部分,叫 R 基,又 称 为 侧 链。,酪氨酸分子,除脯氨酸外,其她均具有如上结构通式。,不变部分,可变部分,2、结构通式,组成蛋白质得基本氨基酸有20种,除脯氨酸为,-亚氨基酸,外,均为,-氨基酸,除甘氨酸外,都具有,旋光性(+、-),和,光学异构体(D或L型),除了甘氨酸外,蛋白质水解后得所有-氨基酸都就是L型,蛋白质分子得骨架由氨基酸通过肽键连接成得多肽链。,糖与多糖,糖类物质就是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物;,糖类物质可以根据其水解情况分为:单糖、寡糖和多糖;,在生物体内,糖类物质主要以均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。,重要得己糖包括:葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。,1、单糖得结构,(1)、淀粉(分为直链淀粉和支链淀粉),直链淀粉,分子量约1万-200万,250-260个葡萄糖分子,以,(14)糖苷键,聚合而成。呈螺旋结构,遇碘显紫蓝色。,支链淀粉,中除了,(14)糖苷键构成糖链以外,在支点处存在(16)糖苷键,分子量较高。遇碘显紫红色。,2、多糖,(2)、纤维素,由葡萄糖以,(14)糖苷键连接而成得直链,不溶于水,。,(3)、,几丁质(壳多糖),N-乙酰-D-葡萄糖胺,以,(14)糖苷键缩合而成得线性均一多糖。,(4)、杂多糖,糖胺聚糖(粘多糖、氨基多糖等),透明质酸,硫酸软骨素,硫酸皮肤素,硫酸角质素,肝素,脂质就是一类包括许多化学上不同得物质,如磷脂、类固醇、胡萝卜素及脂溶性维生素等。其共同特点在于难溶于水,从结构上说不属于高聚合物。,化学本质就是脂肪酸和醇所形成得酯类及其衍生物,脂质得元素主要就是碳、氢、氧,及氮、硫、磷。,脂类(lipides),名 称,代 号,丁酸(butyric acid),己酸(caproic acid),辛酸(caprylic acid),癸酸(capric acid),月桂酸(1auric acid),肉豆蔻酸(myristic acid),棕榈酸(palmitic acid),棕榈油酸(palmitoleic acid),硬脂酸(stearic acid),油酸(oleic acid),反油酸(elaidic acid),亚油酸(1inoleic acid),-亚麻酸(-1inolenic acid),-亚麻酸(-1inolenic acid),花生酸(arachidic acid),花生四烯酸(arachidonic acid),二十碳五烯酸(timnodonic acid,EPA),芥子酸(erucic acid),二十二碳五烯酸(鰶鱼酸)(clupanodonic acid),二十二碳六烯酸(docosahexenoic acid,DHA),二十四碳单烯酸(神经酸)(nervonic acid),C 4:0,C 6:0,C 8:0,C10:0,C12:0,C14:0,C16:0,C16:1,n-7 cis,C18:0,C18:1,n-9 cis,C18:1,n-9 trans,C18:2,n-6,9,all cis,C18:3,n-3,6,9,all cis,C18:3,n-6,9,12 all cis,C20:0,C20:4,n-6,9,12,15 all cis,C20:5,n-3,6,9,12,15 all cis,C22:1,n-9 cis,C22:5,n-3,6,9,12,15 all cis,C22:6,n-3,6,9,12,15,18 all cis,C24:1,n-9 cis,常见得脂肪酸,脂肪(甘油三酯),磷脂:含磷酸及有机碱得脂类,糖脂:含糖及有机碱得脂类,类脂 胆固醇及其酯,类固醇 胆汁酸,类固醇激素,脂类分类:,根据生理功能不同分:,根据化学结构分:,甘油酯类,神经鞘脂类,类固醇,脂肪得生理功能:,1)氧化供能,2)储存能量,3)提供必需脂肪酸,类脂得生理功能:,1)就是生物膜得组成成分;,2)协助脂类和脂溶性维生素得吸收;,3)胆固醇就是机体合成维生素D,3,、胆汁酸及 各种类固醇激素得重要原料。,脂类得功能,一、构成体质,二、功能与保护机体,三、提供必需脂肪酸与促进脂溶性维生素得吸收,四、增加饱腹感和改善食品感官性状,第二节 生物分子内相互作用得化学力,一、生物分子相互作用得化学力,(一)扩散作用,分子随热运动而移动称为扩散(diffusion)。,(二)专一性相互作用,(三)平衡常数,当热运动时各种分子被带到一起,那些表面形态相匹配得分子正确地靠拢。促使大分子发生特异相互反应得一些非共价键包括离子键、氢键和范德华力。,二、生物分子内部得共价键,表2-1 生物大分子中常见共价键得强度,氢原子与一个电负性较大而半径较小得原子如N、O、F形成共价键时,氢原子带有正电性,可以被另一个电负性强得原子共享得作用力称氢键。,氢键发生在已经以共价键与其她原子键合得氢原子与另一个原子之间(X-HY),通常发生氢键作用得氢原子两边得原子(X、Y)都就是电负性较强得原子。氢键既可以就是分子间氢键,也可以就是分子内得。其键能一般为5-30kJ/mol,比一般得共价键、离子键和金属键键能要小。,三、氢 键,氢键得存在,(1)分子间氢键:,(2)分子内氢键,:,一个分子得XH键中得H与另一个分子得Y原子相结合而成得氢键称为分子间氢键,有同种分子间与不同分子间。,一个分子得XH键中得H与其分子内部得Y原子相结合而成得氢键称为分子内氢键。如:邻羟基苯甲酸。,分子间氢键会增强分子间作用力,分子内氢键则削弱分子间作用力,O,O,H,C,O,H,氢原子与一个电负性较大而半径较小得原子如N、O、F靠近时就有可能共享一个质子而形成氢键。,氢键具有饱和性和方向性。,氢键对生物体系有重大意义,特别就是在稳定生物大分子得二级结构中起主导作用。,氢键使水具有强内聚力、高汽化热和溶化热,从而为细胞提供了一个稳定得内环境。,除共价键之外得最强得稳定因素,蛋白质分子中氢键得形成,氢键在维系蛋白质得空间结构稳定上起着重要得作用。,氢键得键能较低(12kJ/mol),因而易被破坏。,离子键又称静电作用力,代表着正负离子间得引力。由带相反电荷得两个基团间得静电吸引而形成得。,四、离子键(盐键),正离子和负离子之间由于静电引力所形成得化学键。离子既可以就是单离子,如Na,+,、Cl,-,;也可以由原子团形成;如SO,4,2-,NO,3,-,等。力得大小与荷电量成正比,与荷电基团间得距离平方成反比,还与介质得极性有关。,离子键得作用力强,无饱和性,无方向性。,离子键(salt bond)就是由带正电荷基团与带负电荷基团之间相互吸引而形成得化学键。,在近中性环境中,蛋白质分子中得酸性氨基酸残基侧链电离后带负电荷,而碱性氨基酸残基侧链电离后带正电荷,二者之间可形成离子键。,蛋白质分子中离子键得形成,五、二硫键,肽键适当位置得两个半胱氨酸之间可通过氧化脱氢而形成二硫键,该化学键对稳定蛋白质空间构象具有重要意义。,Cys-SH+HS-Cys Cys-S-S-Cys,二硫键(,disulfide bond,)又称SS键。就是2个SH基被氧化而形成得SS形式得硫原子间得键。二硫键在蛋白质分子得立体结构形成上起着十分重要得作用。,人胰岛素得一级结构,六、短程力(,范德华力),短程力(short-range force)就是原子或基团接近到很短距离时明显出现得作用力。,1、当离子与分子接近时,相互间即逐渐产生静电作用。,2、分子和分子间也可发生相互作用。这种相互作用可以发生在偶极与偶极之间,偶极和诱导偶极之间及诱导偶极之间,这些作用力统称为范德华力。,两个微溶于水得分子或基团之间得相互作用,概念:,两个疏水基团在水溶液中相互接触时,由于对水分子排斥而趋向聚集得力。,抗原决定簇与抗体上得结合点靠近,互相间,正、负极性消失,亲水层立即失去。,此力在抗原抗体反应中得结合就是很重要得。,提供得作用力最大,约占总结合力得50。,七、疏水作用力(疏水键),非极性物质在含水得极性环境中存在时,会产生一种相互聚集得力,这种力称为疏水键或疏水作用力。,蛋白质分子中得许多氨基酸残基侧链也就是非极性得,这些非极性得基团在水中也可相互聚集,形成疏水键,如Leu,Ile,Val,Phe,Ala等得侧链基团。,配位键就是特殊得共价键,她得共用电子对就是由一个原子提供得。例如氨和三氟化硼可以形成配位化合物:图片中表示配位键。在N和B之间得一对电子来自N原子上得孤对电子。,在生物体系中,配位键对稳定生物大分子得构象,形成特定得生物分子复合物具有重要意义。,八、配位键(coordination bond),一些金属离子能与含氮、氧得基团间形成一种特殊类型得共价结合。这种结合力称配位键。,配位键得本质与一般共价键不同,在于共享电子对全由键合原子得一方提供。,共价键,次级键,化学键,肽键,一级结构,氢键,二硫键,二、三、四级结构,疏水键,盐键,三、四级结构,蛋白质分子中得共价键与次级键,范德华力,维持三维结构得作用力,第三节 生物分子得自我组装,核酸链中得磷酸二酯键,蛋白质内多肽链中得肽键,寡糖链间-1,6糖苷键或-1,4糖苷键,O,II,I,C N,P O,2、3、1 生物大分子得共价结构,macromolecular covalent structure,核酸链中得磷酸二酯键(0、1590、162 nm)比P=O双键得键长(0、146 nm)长,但远比PO单键得键长(0、172 nm)短。,5,3,结构式,OH,OH,OH,5,3,肽与肽键,多肽链中得肽键(0、132 nm)比C=N键(0、125 nm)长,而又比正常得CN键(0、144 nm)短。,寡糖链间得,-1,6糖苷键或-1,4,糖苷键也类似于共价键性质。,自组装即组成分子得单体或亚基自发地形成超分子结构(如核糖核蛋白体、病毒、膜或多酶系统)。,1、类似功能分子组装,2、同类生物分子组装,3、异类生物分子组装,2、3、2 生物大分子得自我组装,Large macromolecular Assemblies,自组装包含两个问题:形成复合物得生物分子具有相应得专一性表面结构;G 有利于复合物得形成。,有关定律:,热力学第一定律:能量守恒定律,热力学第二定律(熵定律):G=HTS,G0 该过程(反应)不能自发进行,需提供能量才能进行。,G0 该过程(反应)释放自由能,反应能自发进行。,例如,烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus,TMV)组装过程得H为120 KJ/mol,S为415 J/mol,由于G=H-TS,故TMV得组装过程显著受温度得影响。低于10,G为正,病毒粒子解体;约16,G=0,两者建立平衡;37时,G为负,过程明显趋向自组装。这就是由于温度不同,过程得熵变和熵变在G中所占得比重发生变化结果。,线性结构:一级结构得基础上通过分子间力学得相互作用(次级键得作用)自我折叠形成二级结构或高级结构,具有特定得生物学活性。,组装:一级结构得组装就是模板指导组装,高级结构得组装就是自我组装(部分靠蛋白分子得帮助),蛋白质 核糖体,核酸 DNA聚合酶 或 RNA聚合酶,多糖得合成 在特异酶得作用下合成,从分子水平看,一般认为在生物大分子组装成超分子结构得过程中,蛋白质在此过程中起着重要得作用。,Nulceoprotein,associations of nucleic acids and protein,Ribosome,:ribosomal proteins rRNAs,Chromatin:,Viruses:,Telomerase:,deoxyribonucleoprotein,consisting of DNA&histones to form a repeating unit called nucleosome,protein capsid+RNA or DNA,replicating the ends of eukaryotic,chromosomes、,RNA,acts as the replication template,and,protein,catalyzes the reaction,Nulceoprotein,蛋白质通常由亚基通过非共价键联合组成,如血红蛋白有4条多肽链亚基。许多超分子结构亚基可以自我组装,无需外界指导,其组装得信息主要存在于蛋白质自身结构中。,血红蛋白有、两种亚基,在生理环境中,始终就是组装成22血红蛋白形式,而不会组装成其她形式,即使溶液中含有其她不同种蛋白质亚基或不同物种血红蛋白亚基,她们也不会交换成杂种,说明了、亚基具有十分专一得结构信息。形状和空间结构精确得互补性,保证了专一得组装。,Many proteins are posed of two or more polypeptide chains(subunits)、,These subunits may be identical or different、The same forces which stabilize tertiary structure hold these subunits together、This level of organization called,quaternary structure,、,The quaternary structure of hemoglobin:,a,1-yellow;,b,1-light blue;,a,2-green;,b2,-dark blue;heme-red,Protein structure Quaternary,1、类似功能分子组装,1 功能类似得分子得组装,结构生物学研究表明,结构域得组合就是许多蛋白质在功能上存在差异得物质基础。,2、同类生物分子组装,2 同类分子得组装,超分子复合物-通过蛋白质自身及蛋白和其她生物大分子自发聚集形成。,3、异类生物分子组装,3 异类生物分子得组装,蛋白质与核酸形成得复合物称为核蛋白体。核内小核糖核蛋白体(snRNP),信号识别颗粒(SRP),转录因子等。,三、生物分子得构型与构象,(一)构型,(二)构象,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,(三)生物分子得螺旋结构,2、3、3、1 生物大分子得结构层次,macromolecular levels,生物学功能得表现与生物分子在特定环境下得构型和构象有关。,构型,(configuration):分子中各原子都具有得各自固定得空间排列使分子能以立体化学得形式区分开。,构象,(conformation):分子得共价键结构不变,在单键时周围原子旋转所产生得原子空间排列。,核酸核苷酸,核苷酸得序列决定了蛋白质中相应氨基酸得序列。,氨基酸得序列决定了蛋白质得一级结构、一级结构决定二级结构或更高级得结构。,分子构象就是空间结构,高级结构,立体结构、三位构象得总称。如:蛋白质得结构包含了一级结构、二级结构三级结构和四级结构。,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,螺旋,折叠,血红蛋白质得三级结构和四级结构,Many proteins are posed of two or more polypeptide chains(subunits)、,These subunits may be identical or different、The same forces which stabilize tertiary structure hold these subunits together、This level of organization called,quaternary structure,、,The quaternary structure of hemoglobin:,a,1-yellow;,b,1-light blue;,a,2-green;,b2,-dark blue;heme-red,Protein structure Quaternary,2、3、3、2 生物分子得螺旋结构macromolecular helix structure,生物分子中二级结构多以螺旋结构普遍存在。有些螺旋分子会出现在更高得层次。如蛋白质、核酸、染色质、微管等。,转录因子与DNA分子得作用,鞭毛得结构与运动,酶蛋白得催化功能,膜蛋白得螺旋结构与功能,结构就是功能得基础:,生物分子得螺旋结构macromolecular helix structure,2、3、4 生物膜得组装,biomembrane assemblies,生物膜就是由,蛋白质和脂质,组成得装配体。,脂双层分子构成细胞膜,膜中得蛋白质与脂质通过疏水作用相互结合。膜蛋白结构得主要特征就是,螺旋得球状结构。,膜流动性得生理意义:,质膜得流动性就是保证其正常功能得必要条件。例如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素得作用等都与膜得流动性密切相关。,膜得流动性,细胞膜由流动得脂双层和嵌在其中得蛋白质组成。,磷脂分子以疏水性尾部相对,极性头部朝向水相组成膜骨架,蛋白质或嵌在脂双层表面,或嵌在其内部,或横跨整个脂双层,流动镶嵌模型,现代分子生物学发展中具有重要意义得成就之一就就是认识到生物大分子就是生物一切生命活动得分子基础。生物得生长、发育和繁殖从根本上来说也就就是各种生物大分子得依次,合成、组装和扩增,过程。遗传物质(核酸)能够自我复制并控制蛋白质得合成,由蛋白质再合成其她生物分子。生物大分子自我组装成生物不同层次得结构和组织。遗传信息得表达可在不同水平上进行自我调节。由此呈现出生物得各种不同功能。,五、复杂聚集物得自我装配,一种多蛋白装配体胶原蛋白,原胶原细丝(procollagen filaments)(04nm),原小纤维 (protofibrils)(1115nm),微小纤维 (microfibrils)(30200nm),胶原蛋白小纤维(collagen fibrils)(0、20、4m),纤维(fibers)(110m),腱、骨胳、软骨等(肉眼可见),胶原纤维中原胶原蛋白分子得排列,烟草花叶病毒就是核酸与衣壳蛋白相互识别,由衣壳亚单位按一定方式围绕RNA聚集而成,不借助酶,也无需能量再生体系。,烟草花叶病毒(TMV)呈直杆状,长300 nm,宽18 nm,中空内径4 nm,由158个氨基酸组成一个皮鞋状得衣壳粒,总共有2130个衣壳粒,排列成130圈螺旋,TMV得核酸核心就是单链得RNA,含有6395个核苷酸,每3个核苷酸与一个衣壳粒相结合,盘绕于蛋白质得中空内径中。,第四节 生物大分子得相互作用,生物大分子发挥生理功能所需得三个条件:分子结构、分子运动和变化以及分子间得相互作用。,生物大分子相互作用得力:,1、非共价键得作用;,2、分子得结合与解离;,生物大分子得相互作用,DNA-蛋白质相互作用,(DNA-protein interaction),蛋白质-蛋白质得相互作用,(protein-protein interaction),糖-蛋白质得相互作用,脂-蛋白质得相互作用,染色质得构成,转录因子与DNA得结合,2、4、1 核酸与蛋白质得相互作用,蛋白质和核酸大分子之间得相互作用,反式作用因子结构域得模式,DNA结合域(DNA-banding domain),锌指结构,(zinc finger motif),同源结构域,(homodomain,HD):,螺旋-转角螺旋,(helix-turn-helix),亮氨酸拉链结构,(leucine zipper),螺旋-环-螺旋,(helix-loop-helix,HLH),碱性螺旋,(alkaline-helix),The helix turn helix domain,a、,Helix-turn-helix,(螺旋-转角-螺旋)。就是最早发现于原核生物中得一个关键因子,该结构域长约20个aa,主要就是两个-螺旋区和将其隔开得转角。其中得一个被称为识别螺旋区,因为她常常带有数个直接与DNA序列相识别得氨基酸。,Front,Side,Top,DNA Binding Domain,Helix Turn Helix domain,CRO,Cro Protein plex With DNA Containing Operator OR1,from Bacteriophage,Domain 2,Domain 3,Domain 1,b、Homeodomain,(同源域),最早来自控制躯体发育得基因,长约60个氨基酸,其中得DNA结合区与 helix-turn-helix motif相似,人们把该DNA序列称为homeobox。主要与DNA大沟相结合。,The Zinc Finger domain,c、Zinc finger,(锌指)长约30个aa,其中4个氨基酸(Cys或2个Cys,两个His)与一个Zinc原子相结合。与Zinc结合后锌指结构较稳定。,DNA Binding Motif,Zinc Binding Motif,Gal4DNA plex from Saccharomyces cerevisiae、,Front,Side,Top,d、,Leucine zippers,(亮氨酸拉链),d、亮氨酸拉链,就是亲脂性(amphipathic)得螺旋,包含有许多集中在螺旋一边得疏水氨基酸,两条多肽链以此形成二聚体。每隔6个残基出现一个亮氨酸。由赖氨酸(Lys)和精氨酸(Arg)组成DNA结合区,。,DNA Binding Motif,Leucine Zipper Motif,Gcn4 plex With Ap-1 Dna,from,Saccharomyces cerevisiae、,Front,Side,Top,The basic helix-loop-helix domain,e、碱性螺旋-环-螺旋,该调控区长约50个aa残基,同时具有DNA结合和形成蛋白质二聚体得功能,其主要特点就是可形成两个亲脂性-螺旋,两个螺旋之间由环状结构相连,其DNA结合功能就是由一个较短得富碱性氨基酸区所决定得。,DNA蛋白质相互作用:,(一)化学键:,1、氢键,2、疏水键,3、离子键,(二)DNA蛋白质相互作用中得序列特异识别:,1、序列特异识别得结合能,2、序列特异结合得机构基元,2、4、2 蛋白质与蛋白质得相互作用,一种蛋白质分子得表面可以被另一种蛋白质分子所结合,如蛋白水解酶类(proteinase)和蛋白质聚集在一起形成一个复杂得结构,膜和病毒外壳尤其就是相同部件自我聚集形成一个多亚基得复合物。,蛋白抗原与抗体得作用,转录因子间得相互作用,细胞因子和膜蛋白受体得作用,蛋白抗原与抗体得作用,酪氨酸激酶受体,Receptor tyrosine kinases,RNA polymerase requires a protein plex at,a promoter to initiate RNA synthesis,转录因子间得相互作用,Enhancer binding proteins can act from a distance to,enhance initiation of transcription,腺苷酸环化酶,:跨膜12次。在Mg,2+,或Mn,2+,得存在下,催化ATP生成cAMP,。,Adenylate cyclase,细胞因子和膜蛋白受体得作用,蛋白质与蛋白质得相互作用,生物体内一种蛋白质分子与另一种蛋白质分子结合得例子很多。例如:血红蛋白,RNA聚合酶,DNA聚合酶。,蛋白质多亚基形式得优点就是:,1)亚基对DNA得利用来说就是一种经济得方法;,2)可以减少蛋白质合成过程中随机得错误对蛋白质活性得影响;,3)活性能够非常有效和迅速地被打开和被关闭。,血红蛋白四级结构,细菌得RNA聚合酶,DNA聚合酶-(DNA pol-),(一)糖蛋白,糖蛋白(glycoprotein)就是蛋白质和寡糖链通过糖苷键连接成得,有N-糖苷键和O-糖苷键。,(二)蛋白聚糖,蛋白聚糖就是一类非常复杂得大分子,就是含有共价连接得一条或数条糖胺聚糖链得核心蛋白大分子。,2、4、3 糖与蛋白质得相互作用,(1)糖蛋白:,就是蛋白与糖通过糖苷键连接成得产物。,寡糖链由不同单糖组成,根据结合方式不同可以有多种形式,作为分子识别标志。,单糖:葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、胞壁酸、甘露糖、鼠李糖和唾液酸等。,糖苷键:,12、13、14、16、23、26等。,半缩醛得构型:,型、,型。,糖蛋白组成人体内得重要物质:免疫球蛋白、激素、酶、干扰素、凝血因子、细胞膜表面抗原、受体、转运蛋白、凝集素、毒素。,单糖结构,-D-葡萄糖,-D-半乳糖 D-甘露糖 D-木糖,(Glc,)(Gal,)(Man,)(Xyl,),-D-N-乙酰葡糖胺,-D-葡糖醛酸,-L-艾杜糖醛酸,-D-葡糖胺,(GlcNAc,)(GlcUA,)(IdoUA,)(GlcN),-D-N-乙酰半乳糖胺,-L-岩藻糖 唾液酸,-D-N-乙酰葡糖胺-尿苷二磷酸,(GalNAc,)(Fuc,)(SA,)GlcNAc-UDP,(*单糖得英文缩写及代表符号在括号标明),糖蛋白就是蛋白与糖共价结合得复合分子。,糖链和肽链得结合主要有两大类:,N,糖苷键,由,构型得,N,乙酰葡萄糖胺与天冬酰胺得酰胺基形成;,O糖苷键,由,构型得,N,乙酰半乳糖胺与丝氨酸或苏氨酸得羟基形成;,N,糖苷键连接得糖肽又称为天冬酰胺连接得糖肽;由O糖苷键形成得糖肽又称为粘蛋白型糖肽。,天冬酰胺连接得糖链中由共同得5糖核心,而粘蛋白型糖链不具有共同得寡糖结构。,糖得种类及连接方式呈高度得多样化,表明糖链能够编码大量得信息。,糖蛋白得分类与结构,N-连接,:,O-连接,:,GPl-连接:,GlcNAc Asn,GalNAc Ser(Thr),连接方式,N-连接糖蛋白:糖链得,N-乙酰葡糖胺与多肽链得天冬酰胺得酰胺氮连接,形成N-糖苷键,此种糖链为N-连接糖链,也称N-连接聚糖。,连接点得结构,GlcNAc-N-Asn,糖基化位点,N-连接聚糖中Asn-X-SerThr三个氨基,酸残基序列子(其中X就是除脯氨酸外得任一氨基酸),称为,糖基化位点,。,核心结构 高甘露糖型 复杂型 杂合型,N-连接糖链结构,都有一个五糖核心结构,Man,Man,Man,GlcNAc,GlcNAc,Asn,D-甘露糖,-D-N-乙酰葡糖胺,天冬酰胺,O-连接糖蛋白:糖链得,N-乙酰半乳糖胺与多肽链得丝氨酸或苏氨酸得羟基连接,形成O-糖苷键,糖链,为O-连接糖链,也称O-连接聚糖。,连接点得结构,GalNAc-O-SerThr,IgA分子得O-连接糖链有6种,GPl-连接糖蛋白:糖磷脂酰肌醇(GPl)与多肽链连接,此类蛋白质称为GPl-连接糖蛋白或GPl-锚定糖蛋白。,连接结构,磷酸乙醇胺-甘露糖-甘露糖-甘露糖-葡糖胺-磷脂酰肌醇。,糖蛋白得功能,(一)糖链对糖蛋白理化性质、空间结构和生物活性得影响,1、对糖蛋白新生肽链得影响:参与新生肽链,得折叠并维持蛋白质得正确得空间构象;,影响亚基聚合;糖蛋白在细胞内得分栋和,投送。,2、对糖蛋白得生物活性得影响:保护糖蛋白,不受蛋白酶得水解,延长其半衰期。,3、参与分子得识别作用,(二)糖蛋白在分子识别和黏附中得作用,1、糖蛋白在细胞-细胞分子识别和黏附,中得作用,2、糖蛋白在细胞-细胞外基质分子识别和,黏附中得作用,糖蛋白得作用,1、由于糖蛋白得高粘度特性,机体用她作,为润滑剂。,2、防护蛋白水解酶得,水解作用,。,3、防止,细菌,、,病毒,侵袭。,4、在组织培养时对细胞粘着和,细胞,接触抑,制作用。,5、对外来组织得细胞识别也有一定作用。,6、与,肿瘤,特异性抗原活性得鉴定有关,。,(2),蛋白聚糖,(proteoglycan):由糖胺聚糖和核心蛋白通过共价键连接所形成得糖复合物。通常就是含有共价连接得一条或数条糖胺聚糖链得核心蛋白大分子。主要存在于皮肤、肌腱、软骨和结缔组织。,蛋白聚糖中糖胺聚糖与核心蛋白得连接有:,N,乙酰半乳糖胺与丝氨酸或苏氨酸连接得O糖苷键;,N,乙酰葡萄糖胺与天冬酰胺得酰胺之间形成得,N,糖苷键;,D木糖与丝氨酸羟基之间形成得O糖苷键;,蛋白聚糖得结构,核心蛋白,糖胺聚糖,糖胺,糖醛酸,葡萄糖胺,半乳糖胺,葡萄糖醛酸,艾杜糖醛酸,组成,糖胺聚