生物化學與分子生物學核心（1）
來源：互聯(lián)網(wǎng)
2009-10-25 00:00
第一章?緒論?
一、生物化學的的概念：?
生物化學（biochemistry)是利用化學的原理與方法去探討生命的一門科學，它是介于化學、生物學及物理學之間的一門邊緣學科。?
二、生物化學的發(fā)展：?
1．敘述生物化學階段：是生物化學發(fā)展的萌芽階段，其主要的工作是分析和研究生物體的組成成分以及生物體的分泌物和排泄物。?
2．動態(tài)生物化學階段：是生物化學蓬勃發(fā)展的時期。就在這一時期，人們基本上弄清了生物體內(nèi)各種主要化學物質(zhì)的代謝途徑。?
3．分子生物學階段：這一階段的主要研究工作就是探討各種生物大分子的結(jié)構(gòu)與其功能之間的關(guān)系。?
三、生物化學研究的主要方面：?
1．生物體的物質(zhì)組成：高等生物體主要由蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類以及水、無機鹽等組成，此外還含有一些低分子物質(zhì)。?
2．物質(zhì)代謝：物質(zhì)代謝的基本過程主要包括三大步驟：消化、吸收→中間代謝→排泄。其中，中間代謝過程是在細胞內(nèi)進行的，最為復(fù)雜的化學變化過程，它包括合成代謝，分解代謝，物質(zhì)互變，代謝調(diào)控，能量代謝幾方面的內(nèi)容。?
3．細胞信號轉(zhuǎn)導：細胞內(nèi)存在多條信號轉(zhuǎn)導途徑，而這些途徑之間通過一定的方式方式相互交織在一起，從而構(gòu)成了非常復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導網(wǎng)絡(luò)，調(diào)控細胞的代謝、生理活動及生長分化。?
4．生物分子的結(jié)構(gòu)與功能：通過對生物大分子結(jié)構(gòu)的理解，揭示結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系。?
5．遺傳與繁殖：對生物體遺傳與繁殖的分子機制的研究，也是現(xiàn)代生物化學與分子生物學研究的一個重要內(nèi)容。?
第二章?蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能?
一、氨基酸：?
1．結(jié)構(gòu)特點：氨基酸(amino?acid)是蛋白質(zhì)分子的基本組成單位。構(gòu)成烊壞鞍字史腫擁陌被嵩加?0種，除脯氨酸為α-亞氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外，其余氨基酸均為L-α-氨基酸。?
2．分類：根據(jù)氨基酸的R基團的極性大小可將氨基酸分為四類：①?非極性中性氨基酸(8種)；②?極性中性氨基酸(7種)；③?酸性氨基酸(Glu和Asp)；④?堿性氨基酸(Lys、Arg和His)。?
二、?肽鍵與肽鏈：?
肽鍵(peptide?bond)是指由一分子氨基酸的α-羧基與另一分子氨基酸的α-氨基經(jīng)脫水而形成的共價鍵(-CO-NH-)。氨基酸分子在參與形成肽鍵之后，由于脫水而結(jié)構(gòu)不完整，稱為氨基酸殘基。每條多肽鏈都有兩端：即自由氨基端(N端)與自由羧基端(C端)，肽鏈的方向是N端→C端。?
三、肽鍵平面(肽單位)：?
肽鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)；組成肽鍵的四個原子及其相鄰的兩個α碳原子處在同一個平面上，為剛性平面結(jié)構(gòu)，稱為肽鍵平面。?
四、蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)：?
蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)可人為分為一級、二級、三級和四級結(jié)構(gòu)等層次。一級結(jié)構(gòu)為線狀結(jié)構(gòu)，二、三、四級結(jié)構(gòu)為空間結(jié)構(gòu)。?
1．一級結(jié)構(gòu)：指多肽鏈中氨基酸的排列順序，其維系鍵是肽鍵。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定其空間結(jié)構(gòu)。?
2．二級結(jié)構(gòu)：指多肽鏈主鏈骨架盤繞折疊而形成的構(gòu)象，借氫鍵維系。主要有以下幾種類型：?
⑴α-螺旋：其結(jié)構(gòu)特征為：①主鏈骨架圍繞中心軸盤繞形成右手螺旋；②螺旋每上升一圈是3.6個氨基酸殘基，螺距為0.54nm；③?相鄰螺旋圈之間形成許多氫鍵；④?側(cè)鏈基團位于螺旋的外側(cè)。?
影響α-螺旋形成的因素主要是：①?存在側(cè)鏈基團較大的氨基酸殘基；②?連續(xù)存在帶相同電荷的氨基酸殘基；③?存在脯氨酸殘基。?
⑵β-折疊：其結(jié)構(gòu)特征為：①?若干條肽鏈或肽段平行或反平行排列成片；②?所有肽鍵的C=O和N—H形成鏈間氫鍵；③側(cè)鏈基團分別交替位于片層的上、下方。?
⑶β-轉(zhuǎn)角：多肽鏈180°回折部分，通常由四個氨基酸殘基構(gòu)成，借1、4殘基之間形成氫鍵維系。?
⑷無規(guī)卷曲：主鏈骨架無規(guī)律盤繞的部分。?
3．三級結(jié)構(gòu)：指多肽鏈所有原子的空間排布。其維系鍵主要是非共價鍵（次級鍵）：氫鍵、疏水鍵、范德華力、離子鍵等，也可涉及二硫鍵。?
4．四級結(jié)構(gòu)：指亞基之間的立體排布、接觸部位的布局等，其維系鍵為非共價鍵。亞基是指參與構(gòu)成蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)的而又具有獨立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈。?
五、?蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)：?
1．兩性解離與等電點：蛋白質(zhì)分子中仍然存在游離的氨基和游離的羧基，因此蛋白質(zhì)與氨基酸一樣具有兩性解離的性質(zhì)。蛋白質(zhì)分子所帶正、負電荷相等時溶液的pH值稱為蛋白質(zhì)的等電點。?
2．蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)：蛋白質(zhì)具有親水溶膠的性質(zhì)。蛋白質(zhì)分子表面的水化膜和表面電荷是穩(wěn)定蛋白質(zhì)親水溶膠的兩個重要因素。?
3．蛋白質(zhì)的紫外吸收：蛋白質(zhì)分子中的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸殘基對紫外光有吸收，以色氨酸吸收最強，最大吸收峰為280nm。?
4．蛋白質(zhì)的變性：蛋白質(zhì)在某些理化因素的作用下，其特定的空間結(jié)構(gòu)被破壞而導致其理化性質(zhì)改變及生物活性喪失，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性。引起蛋白質(zhì)變性的因素有：高溫、高壓、電離輻射、超聲波、紫外線及有機溶劑、重金屬鹽、強酸強堿等。絕大多數(shù)蛋白質(zhì)分子的變性是不可逆的。?
六、蛋白質(zhì)的分離與純化：?
1．鹽析與有機溶劑沉淀：在蛋白質(zhì)溶液中加入大量中性鹽，以破壞蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)，使蛋白質(zhì)從溶液中沉淀析出，稱為鹽析。常用的中性鹽有：硫酸銨、氯化鈉、硫酸鈉等。鹽析時，溶液的pH在蛋白質(zhì)的等電點處效果最好。凡能與水以任意比例混合的有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮等，均可引起蛋白質(zhì)沉淀。?
2．電泳：蛋白質(zhì)分子在高于或低于其pI的溶液中帶凈的負或正電荷，因此在電場中可以移動。電泳遷移率的大小主要取決于蛋白質(zhì)分子所帶電荷量以及分子大小。?
3．透析：利用透析袋膜的超濾性質(zhì)，可將大分子物質(zhì)與小分子物質(zhì)分離開。?
4．層析：利用混合物中各組分理化性質(zhì)的差異，在相互接觸的兩相（固定相與流動相）之間的分布不同而進行分離。主要有離子交換層析，凝膠層析，吸附層析及親和層析等，其中凝膠層析可用于測定蛋白質(zhì)的分子量。?
5．超速離心：利用物質(zhì)密度的不同，經(jīng)超速離心后，分布于不同的液層而分離。超速離心也可用來測定蛋白質(zhì)的分子量，蛋白質(zhì)的分子量與其沉降系數(shù)S成正比。?
七、氨基酸順序分析：?
蛋白質(zhì)多肽鏈的氨基酸順序分析，即蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定，主要有以下幾個步驟：?
1.?分離純化蛋白質(zhì)，得到一定量的蛋白質(zhì)純品；?
2.?取一定量的樣品進行完全水解，再測定蛋白質(zhì)的氨基酸組成；?
3.?分析蛋白質(zhì)的N-端和C-端氨基酸；?
4.?采用特異性的酶（如胰凝乳蛋白酶）或化學試劑（如溴化氰）將蛋白質(zhì)處理為若干條肽段；?
5.?分離純化單一肽段；?
6.?測定各條肽段的氨基酸順序。一般采用Edman降解法，用異硫氰酸苯酯進行反應(yīng)，將氨基酸降解后，逐一進行測定；?
7.?至少用兩種不同的方法處理蛋白質(zhì)，分別得到其肽段的氨基酸順序；?
8.?將兩套不同肽段的氨基酸順序進行比較，以獲得完整的蛋白質(zhì)分子的氨基酸順序。?
第三章?核酸的結(jié)構(gòu)與功能?
一、核酸的化學組成：?
1．含氮堿：參與核酸和核苷酸構(gòu)成的含氮堿主要分為嘌呤堿和嘧啶堿兩大類。組成核苷酸的嘧啶堿主要有三種——尿嘧啶（U）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T），它們都是嘧啶的衍生物。組成核苷酸的嘌呤堿主要有兩種——腺嘌呤（A）和鳥嘌呤（G），它們都是嘌呤的衍生物。?
2．戊糖：核苷酸中的戊糖主要有兩種，即β-D-核糖與β-D-2-脫氧核糖，由此構(gòu)成的核苷酸也分為核糖核苷酸與脫氧核糖核酸兩大類。?
3．核苷：核苷是由戊糖與含氮堿基經(jīng)脫水縮合而生成的化合物。通常是由核糖或脫氧核糖的C1’?β-羥基與嘧啶堿N1或嘌呤堿N9進行縮合，故生成的化學鍵稱為β，N糖苷鍵。其中由D-核糖生成者稱為核糖核苷，而由脫氧核糖生成者則稱為脫氧核糖核苷。由“稀有堿基”所生成的核苷稱為“稀有核苷”。假尿苷（ψ）就是由D-核糖的C1’?與尿嘧啶的C5相連而生成的核苷。?
二、核苷酸的結(jié)構(gòu)與命名：?
核苷酸是由核苷與磷酸經(jīng)脫水縮合后生成的磷酸酯類化合物，包括核糖核苷酸和脫氧核糖核酸兩大類。最常見的核苷酸為5’-核苷酸（5’?常被省略）。5’-核苷酸又可按其在5’位縮合的磷酸基的多少，分為一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。?
此外，生物體內(nèi)還存在一些特殊的環(huán)核苷酸，常見的為環(huán)一磷酸腺苷（cAMP）和環(huán)一磷酸鳥苷（cGMP），它們通常是作為激素作用的第二信使。?
核苷酸通常使用縮寫符號進行命名。第一位符號用小寫字母d代表脫氧，第二位用大寫字母代表堿基，第三位用大寫字母代表磷酸基的數(shù)目，第四位用大寫字母P代表磷酸。?
三、核酸的一級結(jié)構(gòu)：?
核苷酸通過3’,5’-磷酸二酯鍵連接起來形成的不含側(cè)鏈的多核苷酸長鏈化合物就稱為核酸。核酸具有方向性，5’-位上具有自由磷酸基的末端稱為5’-端，3’-位上具有自由羥基的末端稱為3’-端。?
DNA由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四種脫氧核糖核苷酸所組成。DNA的一級結(jié)構(gòu)就是指DNA分子中脫氧核糖核苷酸的種類、數(shù)目、排列順序及連接方式。RNA由AMP，GMP，CMP，UMP四種核糖核苷酸組成。RNA的一級結(jié)構(gòu)就是指RNA分子中核糖核苷酸的種類、數(shù)目、排列順序及連接方式。?
四、DNA的二級結(jié)構(gòu)：?
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA二級結(jié)構(gòu)的一種重要形式，它是Watson和Crick兩位科學家于1953年提出來的一種結(jié)構(gòu)模型，其主要實驗依據(jù)是Chargaff研究小組對DNA的化學組成進行的分析研究，即DNA分子中四種堿基的摩爾百分比為A=T、G=C、A+G=T+C（Chargaff原則），以及由Wilkins研究小組完成的DNA晶體X線衍射圖譜分析。?
天然DNA的二級結(jié)構(gòu)以B型為主，其結(jié)構(gòu)特征為：①為右手雙螺旋，兩條鏈以反平行方式排列；②主鏈位于螺旋外側(cè)，堿基位于內(nèi)側(cè)；③兩條鏈間存在堿基互補，通過氫鍵連系，且A-T、G-C（堿基互補原則）；?④螺旋的穩(wěn)定因素為氫鍵和堿基堆砌力；⑤螺旋的螺距為3.4nm，直徑為2nm。?
五、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)：?
雙螺旋的DNA分子進一步盤旋形成的超螺旋結(jié)構(gòu)稱為DNA的三級結(jié)構(gòu)。?
絕大多數(shù)原核生物的DNA都是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋，其三級結(jié)構(gòu)呈麻花狀。?
在真核生物中，雙螺旋的DNA分子圍繞一蛋白質(zhì)八聚體進行盤繞，從而形成特殊的串珠狀結(jié)構(gòu)，稱為核小體。核小體結(jié)構(gòu)屬于DNA的三級結(jié)構(gòu)。?
六、DNA的功能：?
DNA的基本功能是作為遺傳信息的載體，為生物遺傳信息復(fù)制以及基因信息的轉(zhuǎn)錄提供模板。?
DNA分子中具有特定生物學功能的片段稱為基因（gene）。一個生物體的全部DNA序列稱為基因組（genome）。基因組的大小與生物的復(fù)雜性有關(guān)。?
七、RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能：?
RNA分子的種類較多，分子大小變化較大，功能多樣化。RNA通常以單鏈存在，但也可形成局部的雙螺旋結(jié)構(gòu)。?
1．mRNA的結(jié)構(gòu)與功能：mRNA是單鏈核酸，其在真核生物中的初級產(chǎn)物稱為HnRNA。大多數(shù)真核成熟的mRNA分子具有典型的5’-端的7-甲基鳥苷三磷酸（m7GTP）帽子結(jié)構(gòu)和3’-端的多聚腺苷酸(polyA)尾巴結(jié)構(gòu)。mRNA的功能是為蛋白質(zhì)的合成提供模板，分子中帶有遺傳密碼。mRNA分子中每三個相鄰的核苷酸組成一組，在蛋白質(zhì)翻譯合成時代表一個特定的氨基酸，這種核苷酸三聯(lián)體稱為遺傳密碼（coden）。?
2．tRNA的結(jié)構(gòu)與功能：tRNA是分子最小，但含有稀有堿基最多的RNA。tRNA的二級結(jié)構(gòu)由于局部雙螺旋的形成而表現(xiàn)為“三葉草”形，故稱為“三葉草”結(jié)構(gòu)，可分為五個部分：①氨基酸臂：由tRNA的5’-端和3’-端構(gòu)成的局部雙螺旋，3’-端都帶有-CCA-OH順序，可與氨基酸結(jié)合而攜帶氨基酸。②DHU臂：含有二氫尿嘧啶核苷，與氨基酰tRNA合成酶的結(jié)合有關(guān)。③反密碼臂：其反密碼環(huán)中部的三個核苷酸組成三聯(lián)體，在蛋白質(zhì)生物合成中，可以用來識別mRNA上相應(yīng)的密碼，故稱為反密碼（anticoden）。④?TψC臂：含保守的TψC順序，可以識別核蛋白體上的rRNA，促使tRNA與核蛋白體結(jié)合。⑤可變臂：位于TψC臂和反密碼臂之間，功能不詳。?
3．rRNA的結(jié)構(gòu)與功能：rRNA是細胞中含量最多的RNA，可與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場所。原核生物中的rRNA有三種：5S，16S，23S。真核生物中的rRNA有四種：5S，5.8S，18S，28S。?
八、核酶：?
具有自身催化作用的RNA稱為核酶（ribozyme），核酶通常具有特殊的分子結(jié)構(gòu)，如錘頭結(jié)構(gòu)。?
九、核酸的一般理化性質(zhì)：?
核酸具有酸性；粘度大；能吸收紫外光，最大吸收峰為260nm。?
十、DNA的變性：?
在理化因素作用下，DNA雙螺旋的兩條互補鏈松散而分開成為單鏈，從而導致DNA的理化性質(zhì)及生物學性質(zhì)發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為DNA的變性。?
引起DNA變性的因素主要有：①高溫，②強酸強堿，③有機溶劑等。DNA變性后的性質(zhì)改變：①增色效應(yīng)：指DNA變性后對260nm紫外光的光吸收度增加的現(xiàn)象；②旋光性下降；③粘度降低；④生物功能喪失或改變。?
加熱DNA溶液，使其對260nm紫外光的吸收度突然增加，達到其最大值一半時的溫度，就是DNA的變性溫度（融解溫度，Tm）。Tm的高低與DNA分子中G+C的含量有關(guān)，G+C的含量越高，則Tm越高。?
十一、DNA的復(fù)性與分子雜交：?
將變性DNA經(jīng)退火處理，使其重新形成雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程，稱為DNA的復(fù)性。?
兩條來源不同的單鏈核酸（DNA或RNA），只要它們有大致相同的互補堿基順序，以退火處理即可復(fù)性，形成新的雜種雙螺旋，這一現(xiàn)象稱為核酸的分子雜交。核酸雜交可以是DNA-DNA，也可以是DNA-RNA雜交。不同來源的，具有大致相同互補堿基順序的核酸片段稱為同源順序。?
常用的核酸分子雜交技術(shù)有：原位雜交、斑點雜交、Southern雜交及Northern雜交等。?
在核酸雜交分析過程中，常將已知順序的核酸片段用放射性同位素或生物素進行標記，這種帶有一定標記的已知順序的核酸片段稱為探針。?
十二、核酸酶：?
凡是能水解核酸的酶都稱為核酸酶。凡能從多核苷酸鏈的末端開始水解核酸的酶稱為核酸外切酶，凡能從多核苷酸鏈中間開始水解核酸的酶稱為核酸內(nèi)切酶。能識別特定的核苷酸順序，并從特定位點水解核酸的內(nèi)切酶稱為限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）?！?
一、生物化學的的概念：?
生物化學（biochemistry)是利用化學的原理與方法去探討生命的一門科學，它是介于化學、生物學及物理學之間的一門邊緣學科。?
二、生物化學的發(fā)展：?
1．敘述生物化學階段：是生物化學發(fā)展的萌芽階段，其主要的工作是分析和研究生物體的組成成分以及生物體的分泌物和排泄物。?
2．動態(tài)生物化學階段：是生物化學蓬勃發(fā)展的時期。就在這一時期，人們基本上弄清了生物體內(nèi)各種主要化學物質(zhì)的代謝途徑。?
3．分子生物學階段：這一階段的主要研究工作就是探討各種生物大分子的結(jié)構(gòu)與其功能之間的關(guān)系。?
三、生物化學研究的主要方面：?
1．生物體的物質(zhì)組成：高等生物體主要由蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類以及水、無機鹽等組成，此外還含有一些低分子物質(zhì)。?
2．物質(zhì)代謝：物質(zhì)代謝的基本過程主要包括三大步驟：消化、吸收→中間代謝→排泄。其中，中間代謝過程是在細胞內(nèi)進行的，最為復(fù)雜的化學變化過程，它包括合成代謝，分解代謝，物質(zhì)互變，代謝調(diào)控，能量代謝幾方面的內(nèi)容。?
3．細胞信號轉(zhuǎn)導：細胞內(nèi)存在多條信號轉(zhuǎn)導途徑，而這些途徑之間通過一定的方式方式相互交織在一起，從而構(gòu)成了非常復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導網(wǎng)絡(luò)，調(diào)控細胞的代謝、生理活動及生長分化。?
4．生物分子的結(jié)構(gòu)與功能：通過對生物大分子結(jié)構(gòu)的理解，揭示結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系。?
5．遺傳與繁殖：對生物體遺傳與繁殖的分子機制的研究，也是現(xiàn)代生物化學與分子生物學研究的一個重要內(nèi)容。?
第二章?蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能?
一、氨基酸：?
1．結(jié)構(gòu)特點：氨基酸(amino?acid)是蛋白質(zhì)分子的基本組成單位。構(gòu)成烊壞鞍字史腫擁陌被嵩加?0種，除脯氨酸為α-亞氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外，其余氨基酸均為L-α-氨基酸。?
2．分類：根據(jù)氨基酸的R基團的極性大小可將氨基酸分為四類：①?非極性中性氨基酸(8種)；②?極性中性氨基酸(7種)；③?酸性氨基酸(Glu和Asp)；④?堿性氨基酸(Lys、Arg和His)。?
二、?肽鍵與肽鏈：?
肽鍵(peptide?bond)是指由一分子氨基酸的α-羧基與另一分子氨基酸的α-氨基經(jīng)脫水而形成的共價鍵(-CO-NH-)。氨基酸分子在參與形成肽鍵之后，由于脫水而結(jié)構(gòu)不完整，稱為氨基酸殘基。每條多肽鏈都有兩端：即自由氨基端(N端)與自由羧基端(C端)，肽鏈的方向是N端→C端。?
三、肽鍵平面(肽單位)：?
肽鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)；組成肽鍵的四個原子及其相鄰的兩個α碳原子處在同一個平面上，為剛性平面結(jié)構(gòu)，稱為肽鍵平面。?
四、蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)：?
蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)可人為分為一級、二級、三級和四級結(jié)構(gòu)等層次。一級結(jié)構(gòu)為線狀結(jié)構(gòu)，二、三、四級結(jié)構(gòu)為空間結(jié)構(gòu)。?
1．一級結(jié)構(gòu)：指多肽鏈中氨基酸的排列順序，其維系鍵是肽鍵。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定其空間結(jié)構(gòu)。?
2．二級結(jié)構(gòu)：指多肽鏈主鏈骨架盤繞折疊而形成的構(gòu)象，借氫鍵維系。主要有以下幾種類型：?
⑴α-螺旋：其結(jié)構(gòu)特征為：①主鏈骨架圍繞中心軸盤繞形成右手螺旋；②螺旋每上升一圈是3.6個氨基酸殘基，螺距為0.54nm；③?相鄰螺旋圈之間形成許多氫鍵；④?側(cè)鏈基團位于螺旋的外側(cè)。?
影響α-螺旋形成的因素主要是：①?存在側(cè)鏈基團較大的氨基酸殘基；②?連續(xù)存在帶相同電荷的氨基酸殘基；③?存在脯氨酸殘基。?
⑵β-折疊：其結(jié)構(gòu)特征為：①?若干條肽鏈或肽段平行或反平行排列成片；②?所有肽鍵的C=O和N—H形成鏈間氫鍵；③側(cè)鏈基團分別交替位于片層的上、下方。?
⑶β-轉(zhuǎn)角：多肽鏈180°回折部分，通常由四個氨基酸殘基構(gòu)成，借1、4殘基之間形成氫鍵維系。?
⑷無規(guī)卷曲：主鏈骨架無規(guī)律盤繞的部分。?
3．三級結(jié)構(gòu)：指多肽鏈所有原子的空間排布。其維系鍵主要是非共價鍵（次級鍵）：氫鍵、疏水鍵、范德華力、離子鍵等，也可涉及二硫鍵。?
4．四級結(jié)構(gòu)：指亞基之間的立體排布、接觸部位的布局等，其維系鍵為非共價鍵。亞基是指參與構(gòu)成蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)的而又具有獨立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈。?
五、?蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)：?
1．兩性解離與等電點：蛋白質(zhì)分子中仍然存在游離的氨基和游離的羧基，因此蛋白質(zhì)與氨基酸一樣具有兩性解離的性質(zhì)。蛋白質(zhì)分子所帶正、負電荷相等時溶液的pH值稱為蛋白質(zhì)的等電點。?
2．蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)：蛋白質(zhì)具有親水溶膠的性質(zhì)。蛋白質(zhì)分子表面的水化膜和表面電荷是穩(wěn)定蛋白質(zhì)親水溶膠的兩個重要因素。?
3．蛋白質(zhì)的紫外吸收：蛋白質(zhì)分子中的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸殘基對紫外光有吸收，以色氨酸吸收最強，最大吸收峰為280nm。?
4．蛋白質(zhì)的變性：蛋白質(zhì)在某些理化因素的作用下，其特定的空間結(jié)構(gòu)被破壞而導致其理化性質(zhì)改變及生物活性喪失，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性。引起蛋白質(zhì)變性的因素有：高溫、高壓、電離輻射、超聲波、紫外線及有機溶劑、重金屬鹽、強酸強堿等。絕大多數(shù)蛋白質(zhì)分子的變性是不可逆的。?
六、蛋白質(zhì)的分離與純化：?
1．鹽析與有機溶劑沉淀：在蛋白質(zhì)溶液中加入大量中性鹽，以破壞蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)，使蛋白質(zhì)從溶液中沉淀析出，稱為鹽析。常用的中性鹽有：硫酸銨、氯化鈉、硫酸鈉等。鹽析時，溶液的pH在蛋白質(zhì)的等電點處效果最好。凡能與水以任意比例混合的有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮等，均可引起蛋白質(zhì)沉淀。?
2．電泳：蛋白質(zhì)分子在高于或低于其pI的溶液中帶凈的負或正電荷，因此在電場中可以移動。電泳遷移率的大小主要取決于蛋白質(zhì)分子所帶電荷量以及分子大小。?
3．透析：利用透析袋膜的超濾性質(zhì)，可將大分子物質(zhì)與小分子物質(zhì)分離開。?
4．層析：利用混合物中各組分理化性質(zhì)的差異，在相互接觸的兩相（固定相與流動相）之間的分布不同而進行分離。主要有離子交換層析，凝膠層析，吸附層析及親和層析等，其中凝膠層析可用于測定蛋白質(zhì)的分子量。?
5．超速離心：利用物質(zhì)密度的不同，經(jīng)超速離心后，分布于不同的液層而分離。超速離心也可用來測定蛋白質(zhì)的分子量，蛋白質(zhì)的分子量與其沉降系數(shù)S成正比。?
七、氨基酸順序分析：?
蛋白質(zhì)多肽鏈的氨基酸順序分析，即蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定，主要有以下幾個步驟：?
1.?分離純化蛋白質(zhì)，得到一定量的蛋白質(zhì)純品；?
2.?取一定量的樣品進行完全水解，再測定蛋白質(zhì)的氨基酸組成；?
3.?分析蛋白質(zhì)的N-端和C-端氨基酸；?
4.?采用特異性的酶（如胰凝乳蛋白酶）或化學試劑（如溴化氰）將蛋白質(zhì)處理為若干條肽段；?
5.?分離純化單一肽段；?
6.?測定各條肽段的氨基酸順序。一般采用Edman降解法，用異硫氰酸苯酯進行反應(yīng)，將氨基酸降解后，逐一進行測定；?
7.?至少用兩種不同的方法處理蛋白質(zhì)，分別得到其肽段的氨基酸順序；?
8.?將兩套不同肽段的氨基酸順序進行比較，以獲得完整的蛋白質(zhì)分子的氨基酸順序。?
第三章?核酸的結(jié)構(gòu)與功能?
一、核酸的化學組成：?
1．含氮堿：參與核酸和核苷酸構(gòu)成的含氮堿主要分為嘌呤堿和嘧啶堿兩大類。組成核苷酸的嘧啶堿主要有三種——尿嘧啶（U）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T），它們都是嘧啶的衍生物。組成核苷酸的嘌呤堿主要有兩種——腺嘌呤（A）和鳥嘌呤（G），它們都是嘌呤的衍生物。?
2．戊糖：核苷酸中的戊糖主要有兩種，即β-D-核糖與β-D-2-脫氧核糖，由此構(gòu)成的核苷酸也分為核糖核苷酸與脫氧核糖核酸兩大類。?
3．核苷：核苷是由戊糖與含氮堿基經(jīng)脫水縮合而生成的化合物。通常是由核糖或脫氧核糖的C1’?β-羥基與嘧啶堿N1或嘌呤堿N9進行縮合，故生成的化學鍵稱為β，N糖苷鍵。其中由D-核糖生成者稱為核糖核苷，而由脫氧核糖生成者則稱為脫氧核糖核苷。由“稀有堿基”所生成的核苷稱為“稀有核苷”。假尿苷（ψ）就是由D-核糖的C1’?與尿嘧啶的C5相連而生成的核苷。?
二、核苷酸的結(jié)構(gòu)與命名：?
核苷酸是由核苷與磷酸經(jīng)脫水縮合后生成的磷酸酯類化合物，包括核糖核苷酸和脫氧核糖核酸兩大類。最常見的核苷酸為5’-核苷酸（5’?常被省略）。5’-核苷酸又可按其在5’位縮合的磷酸基的多少，分為一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。?
此外，生物體內(nèi)還存在一些特殊的環(huán)核苷酸，常見的為環(huán)一磷酸腺苷（cAMP）和環(huán)一磷酸鳥苷（cGMP），它們通常是作為激素作用的第二信使。?
核苷酸通常使用縮寫符號進行命名。第一位符號用小寫字母d代表脫氧，第二位用大寫字母代表堿基，第三位用大寫字母代表磷酸基的數(shù)目，第四位用大寫字母P代表磷酸。?
三、核酸的一級結(jié)構(gòu)：?
核苷酸通過3’,5’-磷酸二酯鍵連接起來形成的不含側(cè)鏈的多核苷酸長鏈化合物就稱為核酸。核酸具有方向性，5’-位上具有自由磷酸基的末端稱為5’-端，3’-位上具有自由羥基的末端稱為3’-端。?
DNA由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四種脫氧核糖核苷酸所組成。DNA的一級結(jié)構(gòu)就是指DNA分子中脫氧核糖核苷酸的種類、數(shù)目、排列順序及連接方式。RNA由AMP，GMP，CMP，UMP四種核糖核苷酸組成。RNA的一級結(jié)構(gòu)就是指RNA分子中核糖核苷酸的種類、數(shù)目、排列順序及連接方式。?
四、DNA的二級結(jié)構(gòu)：?
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA二級結(jié)構(gòu)的一種重要形式，它是Watson和Crick兩位科學家于1953年提出來的一種結(jié)構(gòu)模型，其主要實驗依據(jù)是Chargaff研究小組對DNA的化學組成進行的分析研究，即DNA分子中四種堿基的摩爾百分比為A=T、G=C、A+G=T+C（Chargaff原則），以及由Wilkins研究小組完成的DNA晶體X線衍射圖譜分析。?
天然DNA的二級結(jié)構(gòu)以B型為主，其結(jié)構(gòu)特征為：①為右手雙螺旋，兩條鏈以反平行方式排列；②主鏈位于螺旋外側(cè)，堿基位于內(nèi)側(cè)；③兩條鏈間存在堿基互補，通過氫鍵連系，且A-T、G-C（堿基互補原則）；?④螺旋的穩(wěn)定因素為氫鍵和堿基堆砌力；⑤螺旋的螺距為3.4nm，直徑為2nm。?
五、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)：?
雙螺旋的DNA分子進一步盤旋形成的超螺旋結(jié)構(gòu)稱為DNA的三級結(jié)構(gòu)。?
絕大多數(shù)原核生物的DNA都是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋，其三級結(jié)構(gòu)呈麻花狀。?
在真核生物中，雙螺旋的DNA分子圍繞一蛋白質(zhì)八聚體進行盤繞，從而形成特殊的串珠狀結(jié)構(gòu)，稱為核小體。核小體結(jié)構(gòu)屬于DNA的三級結(jié)構(gòu)。?
六、DNA的功能：?
DNA的基本功能是作為遺傳信息的載體，為生物遺傳信息復(fù)制以及基因信息的轉(zhuǎn)錄提供模板。?
DNA分子中具有特定生物學功能的片段稱為基因（gene）。一個生物體的全部DNA序列稱為基因組（genome）。基因組的大小與生物的復(fù)雜性有關(guān)。?
七、RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能：?
RNA分子的種類較多，分子大小變化較大，功能多樣化。RNA通常以單鏈存在，但也可形成局部的雙螺旋結(jié)構(gòu)。?
1．mRNA的結(jié)構(gòu)與功能：mRNA是單鏈核酸，其在真核生物中的初級產(chǎn)物稱為HnRNA。大多數(shù)真核成熟的mRNA分子具有典型的5’-端的7-甲基鳥苷三磷酸（m7GTP）帽子結(jié)構(gòu)和3’-端的多聚腺苷酸(polyA)尾巴結(jié)構(gòu)。mRNA的功能是為蛋白質(zhì)的合成提供模板，分子中帶有遺傳密碼。mRNA分子中每三個相鄰的核苷酸組成一組，在蛋白質(zhì)翻譯合成時代表一個特定的氨基酸，這種核苷酸三聯(lián)體稱為遺傳密碼（coden）。?
2．tRNA的結(jié)構(gòu)與功能：tRNA是分子最小，但含有稀有堿基最多的RNA。tRNA的二級結(jié)構(gòu)由于局部雙螺旋的形成而表現(xiàn)為“三葉草”形，故稱為“三葉草”結(jié)構(gòu)，可分為五個部分：①氨基酸臂：由tRNA的5’-端和3’-端構(gòu)成的局部雙螺旋，3’-端都帶有-CCA-OH順序，可與氨基酸結(jié)合而攜帶氨基酸。②DHU臂：含有二氫尿嘧啶核苷，與氨基酰tRNA合成酶的結(jié)合有關(guān)。③反密碼臂：其反密碼環(huán)中部的三個核苷酸組成三聯(lián)體，在蛋白質(zhì)生物合成中，可以用來識別mRNA上相應(yīng)的密碼，故稱為反密碼（anticoden）。④?TψC臂：含保守的TψC順序，可以識別核蛋白體上的rRNA，促使tRNA與核蛋白體結(jié)合。⑤可變臂：位于TψC臂和反密碼臂之間，功能不詳。?
3．rRNA的結(jié)構(gòu)與功能：rRNA是細胞中含量最多的RNA，可與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場所。原核生物中的rRNA有三種：5S，16S，23S。真核生物中的rRNA有四種：5S，5.8S，18S，28S。?
八、核酶：?
具有自身催化作用的RNA稱為核酶（ribozyme），核酶通常具有特殊的分子結(jié)構(gòu)，如錘頭結(jié)構(gòu)。?
九、核酸的一般理化性質(zhì)：?
核酸具有酸性；粘度大；能吸收紫外光，最大吸收峰為260nm。?
十、DNA的變性：?
在理化因素作用下，DNA雙螺旋的兩條互補鏈松散而分開成為單鏈，從而導致DNA的理化性質(zhì)及生物學性質(zhì)發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為DNA的變性。?
引起DNA變性的因素主要有：①高溫，②強酸強堿，③有機溶劑等。DNA變性后的性質(zhì)改變：①增色效應(yīng)：指DNA變性后對260nm紫外光的光吸收度增加的現(xiàn)象；②旋光性下降；③粘度降低；④生物功能喪失或改變。?
加熱DNA溶液，使其對260nm紫外光的吸收度突然增加，達到其最大值一半時的溫度，就是DNA的變性溫度（融解溫度，Tm）。Tm的高低與DNA分子中G+C的含量有關(guān)，G+C的含量越高，則Tm越高。?
十一、DNA的復(fù)性與分子雜交：?
將變性DNA經(jīng)退火處理，使其重新形成雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程，稱為DNA的復(fù)性。?
兩條來源不同的單鏈核酸（DNA或RNA），只要它們有大致相同的互補堿基順序，以退火處理即可復(fù)性，形成新的雜種雙螺旋，這一現(xiàn)象稱為核酸的分子雜交。核酸雜交可以是DNA-DNA，也可以是DNA-RNA雜交。不同來源的，具有大致相同互補堿基順序的核酸片段稱為同源順序。?
常用的核酸分子雜交技術(shù)有：原位雜交、斑點雜交、Southern雜交及Northern雜交等。?
在核酸雜交分析過程中，常將已知順序的核酸片段用放射性同位素或生物素進行標記，這種帶有一定標記的已知順序的核酸片段稱為探針。?
十二、核酸酶：?
凡是能水解核酸的酶都稱為核酸酶。凡能從多核苷酸鏈的末端開始水解核酸的酶稱為核酸外切酶，凡能從多核苷酸鏈中間開始水解核酸的酶稱為核酸內(nèi)切酶。能識別特定的核苷酸順序，并從特定位點水解核酸的內(nèi)切酶稱為限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）?！?
