生物大分子
第三节 真核生物基因组
一、特点 • 绝大多数为二倍体 • 结构复杂，基因组大，基因数目多 • 单顺反子 • 重复序列 • 结构基因内有内含子 • 基因家族 • 转座子(transponson)
二、结构
• 结构基因是不连续的，有内含子(intron) 和外显子(exon)
• 调控元件(cis-acting element)
• 拓扑异构酶
• 单链DNA结合蛋白
– DNA连接酶 连接冈崎片段
• 复制过程
– 起始
拓扑异构酶辅助，SSB结合维持单 链
• 引物合成，引物酶的作用 • 聚合酶III催化链延伸的开始
– 链的延长
• 前导链和随从链（后续链），冈崎片段 • 连接酶的作用
第四章 基因的复制
DNA
DNA
RNA
RNA
蛋白质
DNA 复制：DNA 复制的忠实性，突变和修 复，DNA 多态性。
转录：表达调控的关键位点，转录因子、 信号转导，mRNA 的转录后加工。
逆转录和 RNA 复制：仅见于某些 RNA 病 毒。
蛋白质翻译：蛋白质翻译后加工，蛋白质 的修饰和细胞内的转运，蛋白质结构和功 能的关系，蛋白质异常和疾病。
• 基因作图 (gene mapping)
– 遗传图(genetic map) 应用基因多态性指标， 将遗传标志和特定的性状用遗传距离来表示。 遗传标志包括RFLP、微卫星DNA多态性、 和SNPs。
– 物理图 (physical map) 以已知基因组序列为 坐标，实际物理距离（Mb or kb）表示基因 之间的距离，建立重叠的图谱
串联重复有: (satellite DNA)
• 大卫星DNA 着丝粒附近的DNA序列，不同染色体的重复 序列有差异，一般大于几十个bp
• 小卫星DNA 端粒附近，重复小于30 个bp，重复次数高可 变
• 微卫星DNA 1-5bp的多次重复，任何位点可有 • 散在重复序列 (interpersed repeats) 通常认为和转座有关
分子病的基础
二、空间结构和功能
• 由非共价键(non-covalent bond)维持：氢 键、疏水键、盐键、范德华力。
• 变性和复性-使空间结构失去
• 二级结构
– Alpha螺旋 Beta折叠 Beta转角 无规则卷曲(loop)
• 超二级结构 指以上二级结构的重复
• 结构域（Domain）指超二级结构形成相对独立 的有特定功能区域。如 Binding domain， Activation domain。通常相似功能的结构域有 共同的起源,大多数有一个外显子编码。
– 一个基因一个酶(enzyme)
– 一个基因一个肽链(peptide)
– 基因应该包括RNA（模板，产物）
– 原核生物(protocarytic)的基因位于操纵子(operon)内 的
– 病毒基因可以是重叠（overlapped)的
– 具有四级结构的蛋白质的基因可能位于不同的染色 体位点，所以一个蛋白可能有多个基因编码
– 单独或结合蛋白起作用 – 催化自身或其他RNA分子的剪接或剪切
• 核内不均一RNA（hnRNA,heteronuclear RNA) • 小分子核内RNA (snRNA) • 反义RNA (antisense RNA)
第二节 蛋白质(protein)
一、一级结构
• 指氨基酸(amino acid)的排列顺序 • R基团的性质决定蛋白质的更高级结构 • 序列的改变可引起蛋白质的性质的变化-
– 转录图 (transcription map) 将不同组织、不 同时间的基因表达的RNA的序列收集并分析， 得出的关于基因表达时空关系的四维图谱， 研究最早，进展最慢
– 序列图 sequence map) 核苷酸序列的精细测 定，最为完整并具有非常大的应用前景。
• 基因的鉴定 后基因组计划 结合转录图 谱进行基因功能的分析和研究，基因芯 片（DNA chip, DNA array)技术提供了有 力的工具
– 1-5%，MW 300bp-20kb，翻译模板，顺反子(cistron) 降解速度快
– 原核：多顺反子，5`有RBS(ribosome binding site) – 真核：单顺反子，5`UTR和3`UTR，5`帽子
和3`尾巴
• tRNA （P15）
– 15%，73-93nt， 每种氨基酸有对应的tRNA – 50%的双螺旋结构使分子成三叶草形态 – 有和rRNA以及mRNA互补结合的序列
– 终止
四、真核生物DNA复制的特点
• 多复制起始点
• 双向复制
• 有四种DNA聚合酶 • 末端复制的机制是最重要的特点
– 染色体末端的复制是长期困扰分子生物学的 问题，DNA聚合酶无3`-5`活性，随DNA复 制，末端会缩短
– 端粒酶的发现解决了这一矛盾 – 基础是端粒重复短序列+酶内RNA模板和重
合的特异性(specificity) – Binding domain或binding site
• DNA-蛋白质间
– DNA的结构相对变化较小，结合蛋白类型少 – HTH和锌指(zinc finger)结构是典型的两种 – 其他结构不超过4种，虽然蛋白质完全不同 – 转录调控的反式因子数量极多，但结合结构域的种
• DNA的三级结构 (tertiay structure)
– 正超螺旋和负超螺旋
(supercoiling, neg. or pos.) – 由于超螺旋的物理性质，可以分离特定的
DNA分子，如质粒 – 负超螺旋多见于转录和复制起使位点 – 正超螺旋和DNA的包装和储存状态有关
二、RNA 的结构和功能 • 一般具有二级以上结构 • 基因组RNA 某些病毒基因组（genome) • mRNA 信使RNA (message RNA)
•二级结构：secondary structure
–DNA双螺旋 double helix
•碱基堆积力是主要作用力，但是相对衡定的 •氢键数目是主要影响稳定性的因素 •双螺旋结构使分子的刚性增加
–（DNA三螺旋 triple helix）
•变性和退火的过程在分子诊断中有重 要的意义
• 杂交条件-探针的A-T、G-C组成 • PCR引物的设计及温度程序的设定 •逆转录时RNA模板的质量 •SSCP及其它突变检测时的条件 •连接反应 •核酸的电泳分析
• DNA的复制是单向或双向进行的。普遍的情况 是半不连续复制
– 复制只能由5`-3`进行，而模板是双向的，所以：
• 前导链是连续的5`-3`延伸 • 后续链是不连续的5`-3`延伸，长度和复制叉的大小有关 • 这些片段是为冈崎片段
• 复制分为起始、延伸和终止
二、原核生物的DNA复制
• 参与的酶和蛋白质
– 高度重复>百万次 – 中度重复<百万次 – 单拷贝
• 转座子(transponson) • 端粒(telomere)
– 含蛋白质和RNA – 染色体末端 – 由串联重复的寡核苷酸组成
三、人类基因组
• 3X109bp，约编码3万个基因
• 重复序列
– 5%的反向重复序列可构成回文序列 – 10%的串联重复序列 如组蛋白基因，其他非编码的
中心法则阐明的问题
•DNA分子如何在世代间保证遗传信息的 稳定性；
•遗传信息准确的表达是如何进行调控的， 才能维持体内超过万亿个以上细胞的协调 活动；
•表达的蛋白质的结构、功能之间的关系 及其相互作用。
第一节 DNA的复制
一、基本特点
• 复制起始点（ori） DNA复制是在基因组的特 定序列位点开始的，原核生物有一个起始位点， 真核生物有多个起始位点。
• 病毒是否属于生物界仍然有争论 • 病毒学另章有讨论
第二节 原核生物的基因组 Genome of procaryotes)
一、原核生物基因组的特点 • 环状双链DNA • 单一复制起始位点(replicate origin site) • 操纵子结构 • 无断裂结构，无内含子
二、质粒 • 基因组外的DNA分子 • 环状闭合分子 • 能独立复制和表达 • 宿主依赖 • 耐药性的基础 • 具有不相容性（DNA克隆的基础） • 可以是低拷贝数或高拷贝数 • 研究最为清楚
复序列互补+酶的逆转录酶性质
第二节 DNA的损伤和修复
• DNA损伤
– 由电离辐射、紫外辐射、烷化剂、氧化剂等引起 – 可引起：
• 转换： 嘌呤-嘌呤 嘧啶-嘧啶之间的改变 • 颠换：嘌呤-嘧啶 嘧啶-嘌呤间的改变 • 插入：一个或一段序列，后果复杂 • 缺失 • 共价结合： 如嘧啶二聚体
• 损伤的修复 机制复杂且多为原核资料，真核 生物发现许多酶类和修复有关，但机理尚在探 讨中
– 单链RNA病毒
• 单链负股RNA， 有RNA转录酶 • 单链正股RNA，通过RNA转录、或逆转录为cDNA，再转
录为正股RNA
• 结构和功能特点
– 2-300kb，大小变异很大 – 核酸组成多变 – 连续或不连续的基因组 – 基因是否有内含子和宿主保持一致 – 有基因重叠现象 – 多顺反子和单顺反子共存 – 一个基因产物翻译后可酶切出多个蛋白
– DNA聚合酶有三种，都能催化在已存在的寡 核苷酸3`端加上一个核苷酸，并有3`-5`外切 酶活性底物是NTP，需镁离子存在。其中聚 合酶III是主要功能完成者。
– 聚合酶的作用需一段RNA作为引物，是由引 物酶以DNA为模板合成的，相当于RNA聚 合酶。
– DNA链解离、松弛和维持的酶类：
• DNA解旋酶
• DNA多态性 (DNA polymorphism)
– 位点多态性 等位基因差异包括：
• SNPs • 数目变异
– RFLP 限制性片段长度多态性 – 串联重复序列多态性
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细胞中的生物大分子(蛋白质和核酸)
RNA的高级结构
RNA分子通常是单链的，但也可以形成局部的双链结构。此外，RNA 还可以通过碱基配对、折叠等方式形成复杂的三级结构。
03
核酸与蛋白质的相互作用
在细胞内，核酸往往与蛋白质结合形成复合物，如染色体、核糖体等。
这些复合物具有特定的结构和功能，对于细胞的正常生命活动至关重要。
核酸的功能
遗传信息的携带者
核酸的链状结构
多个核苷酸通过磷酸二酯键连接成链状结构，形成核酸的 一级结构。在DNA中，两条链围绕一个共同的中心轴盘绕， 构成双螺旋结构。
核酸的高级结构
01 02
DNA的双螺旋结构
DNA的双螺旋结构是由两条反向平行的多核苷酸链围绕一个共同的中 心轴盘绕而成的。碱基之间通过氢键连接，形成碱基对，从而维持双螺 旋结构的稳定。
核酸降解
细胞内的核酸可被核酸酶 降解成核苷酸，进而被重 新利用或排出体外。
生物大分子的相互转化
转录
以DNA为模板，合成RNA的过程，实 现了遗传信息的传递。
翻译
逆转录
在某些病毒中，以RNA为模板合成 DNA的过程，实现了遗传信息的反向 传递。
以mRNA为模板，合成蛋白质的过程， 实现了遗传信息的表达。
05
生物大分子在细胞中的作用
生物大分子与细胞结构的关系
02
01
03
蛋白质是细胞结构的主要组成成分，如细胞膜、细胞 质和细胞核中的蛋白质。
核酸是遗传信息的携带者，DNA和RNA分别存在于细 胞核和细胞质中，参与遗传信息的传递和表达。
生物大分子与细胞器相互作用，维持细胞器的结构和 功能，如核糖体、内质网和高尔基体等。
核磁共振波谱学
利用核磁共振现象，研究生物大分 子在溶液中的结构和动力学行为。
RNA分子通常是单链的，但也可以形成局部的双链结构。此外，RNA 还可以通过碱基配对、折叠等方式形成复杂的三级结构。
03
核酸与蛋白质的相互作用
在细胞内，核酸往往与蛋白质结合形成复合物，如染色体、核糖体等。
这些复合物具有特定的结构和功能，对于细胞的正常生命活动至关重要。
核酸的功能
遗传信息的携带者
核酸的链状结构
多个核苷酸通过磷酸二酯键连接成链状结构，形成核酸的 一级结构。在DNA中，两条链围绕一个共同的中心轴盘绕， 构成双螺旋结构。
核酸的高级结构
01 02
DNA的双螺旋结构
DNA的双螺旋结构是由两条反向平行的多核苷酸链围绕一个共同的中 心轴盘绕而成的。碱基之间通过氢键连接，形成碱基对，从而维持双螺 旋结构的稳定。
核酸降解
细胞内的核酸可被核酸酶 降解成核苷酸，进而被重 新利用或排出体外。
生物大分子的相互转化
转录
以DNA为模板，合成RNA的过程，实 现了遗传信息的传递。
翻译
逆转录
在某些病毒中，以RNA为模板合成 DNA的过程，实现了遗传信息的反向 传递。
以mRNA为模板，合成蛋白质的过程， 实现了遗传信息的表达。
05
生物大分子在细胞中的作用
生物大分子与细胞结构的关系
02
01
03
蛋白质是细胞结构的主要组成成分，如细胞膜、细胞 质和细胞核中的蛋白质。
核酸是遗传信息的携带者，DNA和RNA分别存在于细 胞核和细胞质中，参与遗传信息的传递和表达。
生物大分子与细胞器相互作用，维持细胞器的结构和 功能，如核糖体、内质网和高尔基体等。
核磁共振波谱学
利用核磁共振现象，研究生物大分 子在溶液中的结构和动力学行为。
生物大分子的结构与功能
组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种； 均属α-氨基酸； 均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。
组成蛋白质的基本单位：
L- α-氨基酸
L - α-氨基酸构型
CHCOOO-
HOH2C
C +NOHH3 R
CCOOOO-C ++NNHH33
HH
L—甘油醛
HH
L—氨基酸
COO-
CHRH3
C +NH3
H
甘丙氨氨酸酸
一级结构是蛋白质空间结构和特异 生物学功能的基础。
二、蛋白质的二级结构
❖ 定义
蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结 构，描述该段肽链主链骨架原子的相对空间 位置，不涉及氨基酸残基侧链的构象 。
❖ 主要的化学键： 氢 键
（一）肽单元 (peptide unit)
肽单元（肽单位，肽平面）构象
❖ 肽单元的构象特征
二级结构 (secondary structure) 三级结构 (tertiary structure) 四级结构 (quaternary structure)
高级 结构
一、蛋白质的一级结构
❖ 定义
多肽链中氨基酸的排列顺序和氨 基酸的连接方式。
❖ 主要的化学键
肽键，有些蛋白质还包括二硫键。
牛胰岛素的一级结构
（二）紫外吸收
色氨酸、酪氨酸和 苯丙氨酸的最大吸收峰 在 280 nm 附近。
色氨酸 λmax=280nm ε280=5.6× 103
酪氨酸 λmax=275nm ε275=1.4× 103
苯丙氨酸λmax=257nm ε275=2.0× 102
芳香族氨基酸在pH6时紫外吸收
❖ 蛋白质的紫外分光光度定量分析
组成蛋白质的基本单位：
L- α-氨基酸
L - α-氨基酸构型
CHCOOO-
HOH2C
C +NOHH3 R
CCOOOO-C ++NNHH33
HH
L—甘油醛
HH
L—氨基酸
COO-
CHRH3
C +NH3
H
甘丙氨氨酸酸
一级结构是蛋白质空间结构和特异 生物学功能的基础。
二、蛋白质的二级结构
❖ 定义
蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结 构，描述该段肽链主链骨架原子的相对空间 位置，不涉及氨基酸残基侧链的构象 。
❖ 主要的化学键： 氢 键
（一）肽单元 (peptide unit)
肽单元（肽单位，肽平面）构象
❖ 肽单元的构象特征
二级结构 (secondary structure) 三级结构 (tertiary structure) 四级结构 (quaternary structure)
高级 结构
一、蛋白质的一级结构
❖ 定义
多肽链中氨基酸的排列顺序和氨 基酸的连接方式。
❖ 主要的化学键
肽键，有些蛋白质还包括二硫键。
牛胰岛素的一级结构
（二）紫外吸收
色氨酸、酪氨酸和 苯丙氨酸的最大吸收峰 在 280 nm 附近。
色氨酸 λmax=280nm ε280=5.6× 103
酪氨酸 λmax=275nm ε275=1.4× 103
苯丙氨酸λmax=257nm ε275=2.0× 102
芳香族氨基酸在pH6时紫外吸收
❖ 蛋白质的紫外分光光度定量分析
细胞中的生物大分子
细胞中的生物大分子细胞中的生物大分子生物大分子是组成生物体的基本单元，存在于所有活细胞中，由基本的单体组合而成。
细胞中包括四种生物大分子：蛋白质、核酸、碳水化合物和脂质。
它们不仅构成了细胞的组成部分，还是细胞内许多重要生物学功能的基石。
蛋白质蛋白质是细胞内最重要的生物大分子之一。
它们是由氨基酸单体组成的长链，通过肽键连接在一起，形成不同结构和功能的多肽分子。
蛋白质在细胞内扮演着多种关键的角色，如酶催化、结构支持、信号传递、运输和免疫防御。
蛋白质的结构包括四个层次：一级、二级、三级和四级结构。
一级结构是蛋白质的氨基酸序列，二级结构是通过氨基酸之间的氢键形成的α-螺旋和β-折叠等模式。
三级结构是通过氨基酸侧链之间的相互作用形成的巨大的三维结构。
最后，四级结构是指由两个或多个多肽链组合而成的复合物。
核酸核酸是细胞内另一种雄厚的生物大分子。
它们是由核苷酸单体组成的长链，是DNA和RNA等核酸的分子基础。
DNA分子包含基因信息，而RNA分子用于基因的转录和翻译，将基因信息转化为蛋白质的合成。
核酸分子由五个化学组分组成：核苷酸碱基、五碳糖、磷酸基团、氨基和羟基。
碱基和五碳糖形成核苷酸单体，磷酸基团又链接到核苷酸单体上，形成长链结构。
DNA分子由四种碱基组成：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鸟嘧啶。
RNA分子则包含腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和尿嘧啶。
碳水化合物碳水化合物是一种由碳、氢和氧原子组成的生物大分子，在细胞内具有多种功能。
它们在细胞内用于能量储存、结构支持、元件识别和细胞信号等方面。
碳水化合物可分为单糖、双糖和多糖。
单糖包括葡萄糖和果糖等，通过糖醇和醛基等基团连接形成多糖结构。
多糖的代表性分子包括淀粉和纤维素等，它们在细胞内具有不同的生物学功能。
淀粉是植物细胞中用于能量储存的主要多糖，而纤维素则是细胞壁中的重要成分，提供细胞结构支持和保护。
脂质脂质是一种由脂肪酸和其他化合物组成的生物大分子，在细胞内发挥许多重要功能。
生物大分子
Essential for replicating DNA and transcribing RNA 5’ 3’
• Sugar-phosphate backbones (negatively charged): outside • Planner bases (stack one above the other): inside back
Cytidine 5’-triphosphate (CTP) Deoxy-cytidine 5’-triphosphate (dCTP) Uridine 5’-triphosphate (UTP) Thymidine/deoxythymidie 5’-triphosphate (dTTP)
Cytosine (C) Cytidine
核蛋白 Nulceoprotein: nucleic acids + protein (Section A4) 糖蛋白 carbohydrate + protein Glycoprotein: 脂蛋白 Lipid + protein Lipoprotein:
大分子的组装
Protein complexes (蛋白质复合体) Nucleoprotein (核蛋白)
viruses
•The foundation of the molecular biology
C. Properties of nucleic acids
•Two separate strands Antiparellel (5’3’ direction) Complementary (sequence) Base pairing: hydrogen bonding that holds two strands together
生物大分子的定义
生物大分子的定义
生物大分子指的是一种具有一定结构和功能的有机大分子，它是由多种有机构成的大
分子组合而成的，应用于生物领域的有机物质，如蛋白质、核酸和多糖等。
它们可以用来
在细胞中执行各种功能。
它们不仅仅是以分子形式存在，而且可能还发挥蒸汽态或液态作用。
生物大分子实际上是一组大分子，有两个不同的类型：一种称为有机分子，另一种称
为有机结构。
这些大分子都分子由有机元素（如碳、氢、氧、氮和磷）的原子构成。
典型
的有机分子结构包括我们熟知的蛋白质和核酸。
而且，生物大分子不仅是由有机分子组成，还可能由有机结构组成，典型的有机结构包括多糖、生物膜等。
在生物领域，生物大分子可以在多种不同的基因组中存在，如不同种类的植物和动物，并可能用来调节细胞中的基因表达。
生物大分子也可以用来调节细胞形态和功能，如细胞
间的胞外物质的分布，细胞膜的形成、细胞迁移等等。
此外，这些大分子还可以作为基因
疾病的治疗或预防药物，或者用来制造抗病毒疫苗。
自从人们发现生物大分子开始，他们逐渐发挥出更大的作用。
研究人员开发出各种类
型的生物大分子，用来实现生物学上各种有用的功能，如编辑基因和调节细胞生物过程等。
生物大分子已成为有关基础和临床研究的重要工具，为临床诊断和治疗提供帮助。
第二章 生物大分子
酸 - 为骨架，以右手螺旋方 式绕同一公共轴盘。螺旋直 径为2nm，形成大沟(major groove)及小沟(minor
groove)相间。
DNA双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）
碱基垂直螺旋轴居双螺旋内
2.0 nm
側，与对側碱基形成氢键配
对（互补配对形式：A=T;
。
二 核 酸 的 一 级 结 构
DNA和RNA的一级 结构是指核苷酸的数量 和排列顺序。
单核苷酸通过3’,5’磷酸二酯键连接成大分子 ——多核苷酸。
5’-末端：P 3 ’-末端：OH
5´
酯 键
糖苷键
核 苷
单核苷酸
3´
书写方法
A G T G C T
5 P
P
P
P
P
POH 3Fra bibliotek5 pApCpTpGpCpT-OH 3
螺 旋 和 超 螺 旋 电 话 线
超螺旋
螺旋
环状DNA形成的超螺旋
• 超螺旋结构的特点：致密性
所有细菌、某些病毒以及真核细胞中的 线粒体或叶绿体中的DNA都是环形分子。
正超螺旋(positive supercoil)
盘绕方向与DNA双螺旋方同相同
负超螺旋(negative supercoil)
在天然情况下，绝大多数DNA以B构象存在。
1，主链: 2，碱基对 3，螺距 4，大沟和小沟
脱氧核糖-磷酸-为 骨架,排列在外侧
碱基堆积在 内侧
DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
DNA分子由两条相互平行但
走向相反的脱氧多核苷酸链
组成，两链以 - 脱氧核糖 - 磷
groove)相间。
DNA双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）
碱基垂直螺旋轴居双螺旋内
2.0 nm
側，与对側碱基形成氢键配
对（互补配对形式：A=T;
。
二 核 酸 的 一 级 结 构
DNA和RNA的一级 结构是指核苷酸的数量 和排列顺序。
单核苷酸通过3’,5’磷酸二酯键连接成大分子 ——多核苷酸。
5’-末端：P 3 ’-末端：OH
5´
酯 键
糖苷键
核 苷
单核苷酸
3´
书写方法
A G T G C T
5 P
P
P
P
P
POH 3Fra bibliotek5 pApCpTpGpCpT-OH 3
螺 旋 和 超 螺 旋 电 话 线
超螺旋
螺旋
环状DNA形成的超螺旋
• 超螺旋结构的特点：致密性
所有细菌、某些病毒以及真核细胞中的 线粒体或叶绿体中的DNA都是环形分子。
正超螺旋(positive supercoil)
盘绕方向与DNA双螺旋方同相同
负超螺旋(negative supercoil)
在天然情况下，绝大多数DNA以B构象存在。
1，主链: 2，碱基对 3，螺距 4，大沟和小沟
脱氧核糖-磷酸-为 骨架,排列在外侧
碱基堆积在 内侧
DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
DNA分子由两条相互平行但
走向相反的脱氧多核苷酸链
组成，两链以 - 脱氧核糖 - 磷
生物大分子
蛋白质一级结构与功能的关系
1. 相似结构表现相似的功能 (不同动物来
源的胰岛素)
2. 不同结构具有不同的功能 (催产素与抗
利尿激素) 3. 一级结构的改变与分子病 (镰刀状红细 胞性贫血)
镰刀形红细胞贫血
HbA β 肽 链 N-val · his · leu · thr · pro · glu · glu · · · · ·C(146) HbS β 肽链 N-val · his · leu · thr · pro · val · glu · · · · ·C(146)
机体生物大分子的结构 和功能
概述
一、生物大分子的概念 二、蛋白质的结构和功能 三、核酸的结构和功能
四、多糖的结构和功能
五、生物大分子功能特性与共性
一、生物大分子的概念
生物体内由小分子如氨基酸、核苷酸等聚合而 成的种类繁多、结构复杂、功能多样的高分子 物质称为生物大分子（macromolecule） 。
包括蛋白质、核酸和高分子的碳氢化合物 分子量 104—1012
二、蛋白质的结构和功能
蛋白质的结构
蛋白质由20种L-a-氨基酸组成，他们在化学结 构上具有共同的特点：
氨基酸决定蛋白质的功能
氨基酸不同 R基不同 理化性质不同
功能不同理化性质不同蛋白质空间 Nhomakorabea构象不同
两性电解质（电泳的原理）
等电点(PI)：蛋白质或两性电解质(如氨基酸)所带净电荷为
零时溶液的pH，此时蛋白质或两性电解质在电场中的迁移率为
零。符号为pI。
溶液PH≥PI 溶液PH≤PI
呈酸性 呈碱性
正极 负极
必须氨基酸：甲携（缬）来一本亮色书（苏）
肽键与多肽
两个氨基酸脱水缩合形成的化学键叫做肽键，三 个以上氨基酸形成的肽称为多肽
生物大分子
生物大分子生物大分子指的是作为生物体内主要活性成分的各种分子量达到上万或的有机分子。
常见的生物大分子包括蛋白质、核酸、脂类、糖类。
糖类代谢与脂类代谢之间的关系应该清楚，糖类与脂肪之间的转化是双向的，但它们之间的转化程度不同，糖类可以大量形成脂肪，例如酵母菌放在含糖培养基中培养，细胞内就能够生成脂类，个别种类的酵母菌合成的脂肪可以高在这酵母菌干重的40%；然而脂肪却不能大量转化为糖类，例如某些动物在冬眠的时候，脂肪可以转变成糖类。
糖类代谢与蛋白质代谢的关系，首先使明确必需氨基酸和非必需氨基酸的概念：所谓非必需氨基酸是指在人体细胞中可能合成的氨基酸；所谓必需氨基酸是指在人体细胞中不能合成的氨基酸，人体的必需氨基酸共有8种，它们是赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸。
然后应指出糖类与蛋白质之间的转化也可以是双向的：糖类代谢的中间产物可以转变成非必需氨基酸，但糖类不能转化为必需氨基酸，因此糖类转变蛋白质的过程是不全面的；然而几乎所有组成蛋白质的天然氨基酸通过脱氨基作用后，产生的不含氮部分都可以转变为糖类，例如，用蛋白质饲养患人工糖尿病的狗，则有50%以上的食物蛋白质可以转变成葡萄糖。
蛋白质代谢与脂类代谢的关系，蛋白质与脂类之间的转化依不同的生物而有差异，例如人和动物不容易利用脂肪合成氨基酸，然而植物和微生物则可由脂肪酸和氮源生成氨基酸；某些氨基酸通过不同的途径也可转变成甘油和脂肪酸，例如用只含蛋白质的食物饲养动物，动物也能在体内存积脂肪。
糖类、蛋白质和脂类的代谢之间相互制约，糖类可以大量转化成脂肪，而脂肪却不可以大量转化成糖类。
只有当糖类代谢发生障碍时才由脂肪和蛋白质来供能，当糖类和脂肪摄入量都不足时，蛋白质的分解才会增加。
例如糖尿病患者糖代谢发生障碍时，就由脂肪和蛋白质来分解供能，因此患者表现出消瘦。
生物大分子(教学使用)
脂质的种类和功能
脂肪是细 胞代谢所需 能量的储存 形式和运输 形式。
脂肪分子示意图
细胞膜结构模式图
类脂中的 磷脂是构成 生物膜的重 要物质，所 有细胞都含 有磷脂。
磷脂分子示意图
脂质的种类和功能
固醇类物质， 如维生素D、 性激素和胆固 醇等，在细胞 的营养、调节 和代谢中具有 重要功能。
固醇类分子示意图
蛋白质必需经过消化成氨 基酸才能被人体吸收和利用。 氨基酸是组成蛋白质的 基本单位。
蛋白质可以 被人体直接吸 收利用吗？
3.基本单位：氨基酸
• 组成蛋白质的氨基酸约有20种;
•
有8种氨基酸是人体细胞不能合成的， 必须从外界环境中直接获取，这些氨基酸 叫做必需氨基酸。
苯丙氨酸、蛋氨酸、赖氨酸、苏氨酸、色氨酸、 亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸
4、蛋白质的颜色特性
蛋白质
双缩脲 双缩脲
紫色
A液：0.1g/ml NaOH溶液 B液：0.01g/ml CuSO4溶液
用法：
先用双缩脲A液，2ml. 摇匀。 再加入双缩脲B液，3~4滴，摇匀。
下面是日常生活中的一些实例,你知道为什么吗?
(1)沾有血渍、牛奶的衣服不易用热水洗净。 血渍、牛奶的主要成分是蛋白质，一般温度下，蛋白 质能以胶体的形态溶解于水中，一旦受热，它就会凝固起 来，不易溶解于水。 (2)加酶的洗衣粉不宜用开水溶解。 绝大多数酶为蛋白质成分，蛋白质在高温时会变性，失 去蛋白酶的功能。 (3)含丰富蛋白质的食物最好煮熟后再食用。 加热以后，具备一定空间结构的螺旋形蛋白质分子链会 松开，这是蛋白质的变性，蛋白质在变性后更加容易消化 和吸收。
核 酸
核糖核酸（RNA）:
一切生物的遗传物质
国际生物大分子
• 核酸的结构与功能
• DNA结构：双螺旋链结构，负责遗传信息的存储和传递
• RNA结构：单链或双链结构，参与蛋白质的合成和翻译过程
• DNA/RNA复合物结构：如核糖体、病毒等，参与生物体的生命活动
• 碳水化合物的结构与功能
• 单糖结构：如六碳糖、五碳糖等，是生物体内的主要能源物质
• 多糖结构：如淀粉、纤维素等，负责生物体内的能量储存信息传递和代谢过程
生物大分子的结构与功能
• 蛋白质的结构与功能
• 一级结构：氨基酸的线性序列，决定蛋白质的基本结构和性质
• 二级结构：氨基酸链中的α螺旋和β折叠，影响蛋白质的稳定性和活性
• 三级结构：蛋白质分子中的空间折叠，决定蛋白质的特异性和功能
• 四级结构：多个亚基组成的多肽链复合物，如血红蛋白、酶等
• 药物筛选：通过高通量筛选技术筛选具有治疗作用的药物
• 药物优化：通过研究药物与靶点的相互作用，优化药物设计和结构
生物大分子在生物技术领域的应用
生物制品和疫苗
生物检测和诊断
• 生物制品：通过生物工程技术生产生物制品，如酶、细
• 生物传感器：通过生物大分子研发生物传感器，如酶传
胞因子等
感器、抗体传感器等
• 后翻译质量控制：通过泛素-蛋白酶体系统等调控蛋白质的稳定性和活性，保证蛋白质功能的正常发挥
• 核酸的质量控制
• 复制质量控制：通过复制因子、复制起始因子等调控DNA的复制过程，保证遗传信息的准确传递
• 转录质量控制：通过转录因子、增强子和沉默子等调控基因的转录过程，保证基因表达的准确性
• 修复质量控制：通过修复酶、损伤识别等调控DNA的修复过程，保证遗传信息的完整性
到几亿道尔顿之间
形成的大分子
• DNA结构：双螺旋链结构，负责遗传信息的存储和传递
• RNA结构：单链或双链结构，参与蛋白质的合成和翻译过程
• DNA/RNA复合物结构：如核糖体、病毒等，参与生物体的生命活动
• 碳水化合物的结构与功能
• 单糖结构：如六碳糖、五碳糖等，是生物体内的主要能源物质
• 多糖结构：如淀粉、纤维素等，负责生物体内的能量储存信息传递和代谢过程
生物大分子的结构与功能
• 蛋白质的结构与功能
• 一级结构：氨基酸的线性序列，决定蛋白质的基本结构和性质
• 二级结构：氨基酸链中的α螺旋和β折叠，影响蛋白质的稳定性和活性
• 三级结构：蛋白质分子中的空间折叠，决定蛋白质的特异性和功能
• 四级结构：多个亚基组成的多肽链复合物，如血红蛋白、酶等
• 药物筛选：通过高通量筛选技术筛选具有治疗作用的药物
• 药物优化：通过研究药物与靶点的相互作用，优化药物设计和结构
生物大分子在生物技术领域的应用
生物制品和疫苗
生物检测和诊断
• 生物制品：通过生物工程技术生产生物制品，如酶、细
• 生物传感器：通过生物大分子研发生物传感器，如酶传
胞因子等
感器、抗体传感器等
• 后翻译质量控制：通过泛素-蛋白酶体系统等调控蛋白质的稳定性和活性，保证蛋白质功能的正常发挥
• 核酸的质量控制
• 复制质量控制：通过复制因子、复制起始因子等调控DNA的复制过程，保证遗传信息的准确传递
• 转录质量控制：通过转录因子、增强子和沉默子等调控基因的转录过程，保证基因表达的准确性
• 修复质量控制：通过修复酶、损伤识别等调控DNA的修复过程，保证遗传信息的完整性
到几亿道尔顿之间
形成的大分子