生物大分子的結構和功能(已修改)
2025-01-30 02:13 本頁面
【正文】 第二章 生物大分子結構和功能 前 言 一、在我們居住的地球，有大約 1000萬種生物。 從高山到平原，從沙膜到極地，從空中到海洋，幾乎到處都有生命的蹤跡。有天上飛的，地下爬的，水中游的。 有的生物只是一個單細胞，如大腸桿菌和酵母菌；有的則有復雜的組織和器官，象人體就有 1014體細胞。 二、如果就生物大分子而言，人體大約有 50000種以上 的蛋白質，同時含有數以萬計的核酸及其它大分子種類。 地球上的全部生物， 估計包括 1011種蛋白和差不多相同數量的核酸。 即使極為簡單的大腸桿菌 （其體積約為 2 1012cm3)，也含有 3000多種蛋白質， 1000多種核酸，還有 1000多種其他生物大分子和低分子的有機化合物。 三、在這樣種類復雜，形態(tài)萬千的生物體系中，人們必須尋求生命狀態(tài)的基本邏輯原理，這就是 ： （一）生物大分子雖然具有復雜的結構，但在組成方面卻存在一種基本的簡單性，例如： 4種脫氧核糖核苷酸（ 4dNTP)聚合而成； 4種核糖核苷酸（ 4NTP)聚合而成； 20余種氨基酸聚合而成； 。 （二）所有的生物都使用相同種類的的構件分子，似乎它們是從一個共同的祖先進化而來。 （三）每種生物的特性是通過它具有的一套與眾不同的核酸和蛋白質而保持的。 （四）每種生物大分子在細胞中有特定的功能。 以上這些正是生物化學、分子生物學、分子遺傳學所要研究的基本問題所遵循的邏輯。 四、生物大分子（ biopolymer、 biomacromolecule)是指生物體內由分子量較低的基本結構單位首尾相連形成的多聚化合物。包括核酸、蛋白質和多糖。 基本結構單位的排列順序構成生物大分子的一級結構，生物大分子在其一級結構的基礎上形成復雜的空間結構。 自然界典型的生物大分子的分子量在 10～ 103ＫＤ之間 。 五、基因組研究、基因表達調控研究、結構分子生物學研究和信號傳導研究是當今分子生物學研究的 4大前沿領域。 生物功能由結構所決定。 生物大分子在表現其生理功能過程中，必須具備特定的空間立體結構（即三維結構）。 現已知道， 在 DNA、基因或 RNA水平，存在各種體現功能結構域，結構域本身特點和形態(tài)及它們所處的空間大分子的空間結構形態(tài)都直接影響 DNA，基因或 RNA的功能發(fā)揮。 在蛋白質水平由于它們是直接體現生物理功能的物質，其空間結構對其功能影響更為直接。因此，蛋白質的空間結構與功能的關系研究是結構分子生物學研究的主體。 六、研究生物大分子結構的新技術、新方法和新儀器不斷改進和涌現，如 ： DNA重組技術 酶逐步降解技術 基因自動合成和測序技術 X線晶體學分析技術 計算機技術 以及不同技術組合，使獲得： 清晰度的結構圖象， 了解生物過程中蛋白質構象的動態(tài)變化，以及對生物大分子結構進行貯存，比較和結構 —— 功能預測成為可能。 七、生物大分子空間結構的闡明對某些相關疾病發(fā)生機 理的研究及設計診斷、治療和預防方案具有重要意義， 特別是 對新藥的分子設計與模擬，具有實際應用的指導 意義。 它可以把基礎研究與應用、開發(fā)結合起來 。 第一節(jié) 核酸 核酸（ nucleic acid)是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子。天然存在的核酸有兩類，一類為脫氧核糖核酸（ deoxyribonucleic acid, DNA)，另一類為核糖核酸（ ribonuleic acid RNA)。 DNA存在細胞核和線粒體內 ，攜帶和傳遞遺傳信息，決定細胞和個體的基因型（ geype)。 RNA存在于細胞質和細胞核內 ，參入細胞內 DNA遺傳信息的表達。 病毒中， RNA也可作為遺傳信息的載體 。 為了說明三十年來核酸研究的大體進展過程和科學界對核酸研究成果的重視程度，現在把近三十年來因從事這方面的研究而獲得諾貝爾獎金的科學家列表如下： 科學家 年份 種類 成果 A. R. Tood(英） 1957 化學 確定核苷酸結構，合成二核苷酸等 . Beadle（美） . Tatum（美） 1958 1
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