当前位置:文档之家 > 中科院考研生物化学大纲解析

中科院考研生物化学大纲解析

中科院研究生院硕士研究生入学考试

《生物化学与分子生物学》考试大纲

一、考试内容

1.蛋白质化学

考试内容

1. 蛋白质的化学组成(p157)20种氨基酸的简写符号(p124)

蛋白质元素组成除了C、H、O外,还有N和少量的S。有些蛋白质还含有其他一些元素,主要是磷、铁、铜、碘、锌和钼等。(蛋白质的平均含氮量为16%,这是蛋白质元素组成的一个特点,也是凯氏定氮法测定蛋白质含量的计算基础:蛋白质含量=蛋白氮×6.25)

许多蛋白质仅有氨基酸组成,不含其它化学成分,称为单纯蛋白质。其他蛋白质含有除氨基酸之外的各种化学成分作为其结构的一部分,称为缀合蛋白质。

名称三字母符号单字母符号名称三字母符号单字母符号丙氨酸(alanine)Ala A 亮氨酸(leucine)Leu L

精氨酸(arginine)Arg R 赖氨酸(lysine)Lys K

Met M

天冬酰胺(asparagine)Asp N 甲硫氨酸(蛋氨酸)

(methionine)

天冬氨酸(aspartic acid) D 苯丙氨(phenylalanine)Phe F Asn或Asp Asx B

半胱氨酸(cystenine) C 脯氨酸(proline)Pro P

谷氨酰胺(glutamic acid)Q 丝氨酸(serine)Ser S

谷氨酸(glutamic acid) E 苏氨酸(threonine)Thr T Gln和/或Glu Glx Z

甘氨酸(glycine)Gly G 色氨酸(tryptophan)Trp W

组氨酸(histidine)His H 酪氨酸(tyrosine)Tyr Y

异亮氨酸(isoleucine)Ile I 缬氨酸(valine)Val V 2. 氨基酸的理化性质及化学反应

理化性质:书(130、145)

①氨基酸在晶体或水中主要以兼性离子亦称偶极离子的形式存在(即氨基酸的羧基失去H 带负点,氨基得到H带正电的形式),不带电荷的中性分子极少。

②氨基酸是一类两性电解质,在水中的偶极离子既起酸的作用又起碱的作用:

两性解离: COOH COO- COO-

H3N C H H3N C H H2N C H

H H H

阳离子(A+)兼性离子(A o)阴离子(A-)

③氨基酸的等电点:氨基酸处于静电荷为零的PH,成为等电点(PI)。在等电点时,氨基酸在电场中既不向正极也不向负极移动,即处于等点兼性离子状态,少数解离成阳离子或阴离子,但解离成阳离子和阴离子的数目和趋势相等。

PI=1/2(pKa1+pKa2),可知PI与该离子的浓度基本无关,只与等电兼性离子两侧的pKa有关。有三个解离团的也一样。

④氨基酸的甲醛滴定:向氨基酸中加入过量甲醛,甲醛与氨基酸的氨基作用形成羟甲基衍生物而降低了氨基的碱性,相对增强了-NH3+的酸性解离,使pKa2减少2~3个PH单位,可以用氢氧化钠滴定。

⑤氨基酸的光谱性质:1.紫外光吸收光谱参与蛋白质组成的20多种氨基酸在可见光区都没有光吸收,在红外区和远紫外区都有光吸收,但在近紫外区(280nm)只有芳香族氨基酸有吸收光的能力,因为它们的R基含有苯环共轭π键系统。

2.核磁吸收光谱。

化学反应:(书136)

(一)α-氨基参与的反应

①与亚硝酸反应生成氮气,可用于氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定(注意只有一半的氮来自氨基酸)

②与酰化试剂反应,如丹磺酰氯DNS,被用于多肽链N末端氨基酸的标记和微量氨基酸的定量测定。

③烃基化反应,氨基酸氨基的一个H可被烃基取代,如与2,4-二硝基氟苯(DNFB)在弱碱性溶液中发生取代,生成DNP-氨基酸(黄色),被sanger用来鉴定多肽、蛋白质的N末端氨基酸。又如与苯异硫氰酸酯(PITC)反应生成PTC,PTC在硝基甲烷(CH3NO2)中与酸作用生成PTH,无色,可用层析法加以分离鉴定。(被Edman用于鉴定多肽或蛋白质的N端氨基酸)。

④形成西佛碱反应:氨基酸的α-氨基能与醛类化合物反应生成弱碱,即西佛碱。

⑤脱氨基反应:氨基酸在体内经氨基酸氧化酶催化即脱去α-氨基而转变成酮酸。

(二)α-羧基参与的反应

①成盐和成酯反应:氨基酸与碱作用生成盐。氨基酸的羧基被醇酯化后形成酯。当氨基酸的羧基变成甲酯、乙酯或钠盐后,羧基的化学反应性能被掩蔽(保护),而氨基的化学反应性能得到加强,容易和酰基或烃基结合。这就是为什么氨基酸的酰基化和烃基化要在碱性溶液中进行。

②成酰氯反应:氨基酸的氨基用适当保护基保护时,羧基课余二氯亚砜或五氧化磷生成酰氯(就是用Cl把COOH的H取代),可使羧基活化,易与另一氨基酸的氨基结合。

③脱羧基反应:体内氨基酸经氨基酸脱羧酶作用,放出二氧化碳并生成相应的一级胺。

④叠氮反应:该反应使氨基酸的羧基活化。氨基酸的氨基酰化加以保护,羧基经酯化转

为甲酯,再与肼和亚硝酸反应即变成叠氮化合物。

(三)α-氨基和α-羧基共同参与的反应

①与茚三酮反应:有特殊意义!!可计算参加反应的氨基酸量。

茚三酮与氨基酸共热引起氨基酸氧化脱羧脱氨,茚三酮再与反应产物——氨和还原茚三酮作用生成紫色物质。可定性鉴定并用分光光度法在570nm定量测定各种氨基酸。

②成肽反应:一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基缩合成肽,形成的键成为肽键。(四)侧链R基参加的反应

是蛋白质化学修饰的基础。蛋白质的化学修饰即在较温和的条件下,以可控制的方式使蛋白质与某种试剂起特异反应,以引起蛋白质中个别氨基酸侧链或功能团发生共价化学改变。

①酪氨酸的酚基:在3和5位上容易发生亲电取代,如碘化或硝化。也可以与重氮化合物结合生成橘黄色的化合物。即Pauly反应,检测酪氨酸。

②组氨酸的侧链咪唑基与重氮苯磺酸反应生成棕红色物质。

③精氨酸的胍基在硼酸钠缓冲液中与1.2-环己二酮反应,生成稳定缩合物。

④色氨酸的吲哚基可被N-溴代琥珀酰亚胺氧化,可测定色氨酸含量。

⑤蛋氨酸的甲硫基与烃化试剂形成锍盐。

⑥半胱氨酸的巯基能与卤化烷迅速反应,生成相应稳定烷基衍生物。

3. 蛋白质分子的结构(一级、二级、高级结构的概念及形式)概念P160

蛋白质的一级结构:指多肽链的氨基酸序列。

蛋白质的二级结构:指多肽链借助氢键排列成自己特有的α螺旋和β折叠股片段。

蛋白质的三级结构:指多肽链借助各种非共价键弯曲、折叠成具有特定走向的紧密球状构象。

蛋白质的四级结构:指寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互关系和结合方式。

形式:(p220-229)一级结构:肽链

二级结构:α-螺旋:每个α螺旋占3.6个氨基酸残基,沿螺旋轴方向上升0.54nm,残基的侧链伸向外侧。相邻螺圈之间形成氢键,氢键取向与螺旋轴平行,由氢键闭合的环是13元环。α螺旋也称3.613-螺旋。α螺旋几乎都是右手的(不论左右都是由L-型氨基酸构成),因为右手空间位阻小,稳定。

β-折叠:可以想象为由折叠的条状纸片侧向并排而成,每条纸片可看做一条肽链,肽主链沿纸条形成锯齿状,α-碳原子位于折叠线上,侧链垂直于折叠片的平面。折叠片有两种形式:一种平行式:相邻肽链同向;另一种反平行式:相邻肽链反向。

β转角和β凸起:非重复性结构。β转角能允许蛋白质倒转肽链的方向,有助于反平行β折叠片形成。β凸起:大多数作为反平行β折叠片中的一种不规则情况而存在,可以引起肽链方向的转变,但程度不如β-转角。

无规卷曲

超二级结构:αα:是一种α螺旋,经常由两股平行或反平行排列的右手螺旋股互相缠绕而成的左手卷曲螺旋。

βαβ:由两段平行β折叠股和一段作为连接链的α螺旋组成,β股之间有氢键相连;连接链反平行地交叉在β折叠片的一侧。无规卷曲也可以作为连接链。

ββ:反平行折叠片的两个β股之间通过一个发夹连接起来。

三级结构:由一个或多个结构域缔合而成。结构域类型:反平行α螺旋结构域(全α)、平行或混合型β折叠片结构域(α和β)、反平行β折叠片结构域(全β)、富含金属或二硫键结构域(不规则小蛋白结构)

①全α-结构(反平行α螺旋)蛋白质

全α结构又分为几个亚类。最简单的也是最大的亚类是反平行螺旋束。此结构中α螺旋一上一下地反平行排列,因此也成上下型螺旋束。相邻螺旋之间以环相连,形成近似筒形的螺旋束,最常见的是四螺旋束。螺旋疏水面朝向内部、亲水面朝向溶剂。活性部位残基位于螺旋束的一端,由不同螺旋上的残基构成。

②α,β-结构(平行或混合型β折叠片)蛋白质

以平行或混合型β折叠片为基础。平行β折叠片的两侧部分都分布有疏水侧链,意味着平行β折叠片的任一侧都不能暴露于溶剂,因此平行β折叠片一般存在于蛋白质的核心结构,很少与溶剂接触。

③全β结构(反平行β折叠片)蛋白质

一般把疏水残基安排在折叠片的一侧,亲水残基在另一侧。因此一个反平行β折叠片蛋白质至少有两个主链结构层:两层β折叠片或一层β折叠片和一层α螺旋。两个β折叠片的疏水面对合形成疏水区,相背的两面暴露于溶剂。

④富含金属或二硫键蛋白质

金属形成的配体或二硫键对蛋白质构象其稳定作用。如果二硫键被破坏,福含二硫键的蛋白质则不能维持天然构象。

四级结构:很多蛋白质以独立折叠的球状蛋白质的聚集体形式存在,这些球状蛋白质通过非共价键彼此地和在一起,缔合形成聚集体的方式构成蛋白质的四级结构。

4. 蛋白质一级结构测定的一般步骤(P168)

①测定蛋白质分子中多肽链的数目:根据蛋白质N-末端或C-末端残基的摩尔数和蛋白质

的相对分子质量可以确定蛋白质分子中的多肽链数目。末端基的摩尔数是蛋白质的摩尔数的

几倍就证明有几条肽链。

②拆分蛋白质分子的多肽链:如果蛋白质是多肽链构成,必须拆分。

③断开多肽链内的二硫桥:半胱氨酸残基之间的S-S必须断裂。

④分析每一多肽链的氨基酸组成:经分离、纯化的一部分样品进行完全水解,测定其氨基酸组成,并计算出氨基酸成分的分子比或各种残基的数目。

⑤鉴定多肽链的N-末端和C-末端残基:多肽链的另一部分样品进行末端残基的鉴定。

⑥裂解多肽链成较小的片段:用两种或几种不同的断裂方法(断裂点不一样)将每条多肽链样品裂解成两套或几套重叠的肽段。每套肽段进行分离、纯化,并对每一纯化了的肽段进行氨基酸组成和末端残基的分析。

⑦测定各肽段的氨基酸序列:最常用Edman降解法,并有自动序列分析仪可使用。

⑧重建完整多肽链的一级结构:利用两或多套肽段的氨基酸序列彼此间有交错重叠可以拼凑出原来的完整多肽链的氨基酸序列。

⑨确定半胱氨酸残基间形成的S-S交联桥的位置。

5. 蛋白质的理化性质及分离纯化和纯度鉴定的方法(290-300)

一、理化性质

①蛋白质也是一类两性电解质,能和酸、碱反应。侧链上功能团的化学反应与氨基酸的性质一样。

②蛋白质等电点:和它所含的酸性氨基酸和碱性氨基酸的数目比例有关。

③胶体性质:蛋白质分子大小属于胶体质点的范围。蛋白质溶液具有水化层和双电层,如无外界干扰,不致互相凝集而沉淀。具有丁达尔效应,布朗运动和不能通过半透膜等性质。

④蛋白质的沉淀:蛋白质溶液的稳定性与质点大小、电荷和水化作用有关,影响这些条件的因素都会影响蛋白质溶液的稳定性。蛋白质沉淀方法:盐析法、有机溶剂沉淀法、重金属盐沉淀法、生物碱试剂和某些酸类沉淀法、加热变形沉淀法。

二、分离纯化的方法(P300)

蛋白质纯化的总目标是增加制品的纯度和比活,以增加单位蛋白质重量中所要蛋白质的含量或生物活性。一般步骤分为:前处理、粗分级分离和细分级分离。

方法:(1)根据分子大小分离的纯化方法:

①透析和超过滤:透析是利用蛋白质分子不能通过半透膜的性质,使蛋白质和其他小分子物质如无机盐、单糖等分开。常用的半透膜是玻璃纸或赛璐玢纸等。透析是把待纯化的蛋白质溶液装在半透膜的透析袋中,放入透析液(蒸馏水或缓冲液)中进行的,透析液可以更换,直至透析袋内无机盐等小分子物质降低到最小值为止。

超过滤:是利用压力或离心力,强行使水和其他小分子溶质通过半透膜,而蛋白质被截留在膜上,以达到浓缩和脱盐的目的。

②密度梯度离心:蛋白质沉降不仅决定于它的大小,也取决于它的密度。如果蛋白质颗粒在具有密度梯度的介质中离心时,质量和密度大的颗粒比质量和密度小的颗粒沉降得快,并且每种蛋白质颗粒沉降到与自身密度相等的介质密度梯度时即停止不前,最后各种蛋白质在离心管中被分离成各自独立的区带,分成区带的蛋白质可以在管底刺一个小孔逐滴放出,分部收集。常用的梯度有蔗糖梯度,聚蔗糖梯度。

③凝胶过滤:即凝胶过滤层析,也称分子排阻层析,较有效。

原理:当不同分子大小的蛋白质流经凝胶层析柱时,比凝胶珠孔径大的分子不能进入珠内网状结构,而被排阻在凝胶珠之外随着溶剂在凝胶珠之间的孔隙向下移动并最先流出柱外;比网孔小的分子能不同程度地自由出入凝胶株的内外,这样由于不同大小的分子所经的路径不同而得到分离,大分子物质被先洗脱出来,小分子物质后被洗脱出来。

介质:凝胶珠或称凝胶颗粒,其内部是多孔的网状结构。凝胶的交联度或孔度决定凝胶的分级分离范围,即能被该凝胶分离开来的蛋白质混合物的相对分子质量范围。目前使用的凝胶有交联葡聚糖、聚丙烯酰胺凝胶和琼脂糖等。

(2)根据溶解度差别的方法

影响蛋白质的溶解度因素主要有:溶液的PH、离子强度、介电常数和温度。当然也与分子本身电荷数、亲水基团和疏水基团的比例有关。

①等电点沉淀和PH控制:蛋白质处于等电点时,其净电荷为零,由于相邻蛋白质分子之间没有静电斥力而趋于凝集沉淀。因此在其他条件相同时,它的溶解度达到最低点。非等电点时,蛋白质分子携带同种符号的净电荷而相互排斥,阻止了单个分子的凝聚成沉淀,因此溶解度增大。

②蛋白质的盐溶也盐析:中性盐对球状蛋白质的溶解度有显著的影响。低浓度时,中性盐可以增加蛋白质的溶解度,这种现象称作盐溶。盐溶作用主要是由于蛋白质分子吸附某种盐类离子后,带点层使蛋白质分子彼此排斥,而蛋白质分子与水分子之间的相互作用却增强,因而溶解度增高。中性盐影响蛋白质溶解度的能力是它们的离子强度的函数。

当离子强度增加到足够高时,例如饱和或半饱和程度,很多蛋白质可以从水溶液中沉淀出来,这种现象成为盐析。盐析作用主要是由于大量中性盐的加入使水的活度降低,原来溶液中的大部分甚至全部的自由水转变为盐离子的水化水。此时那些被迫与蛋白质表面的疏水基团接触并掩盖的水分子成为下一步最自由地可利用的水分子,因此被移去以溶剂化盐离子,留下暴露的疏水基团。随着盐浓度的增加,蛋白质疏水表面进一步暴露,由于疏水作用聚集而沉淀。

③有机溶剂分级分离法:与水互溶的有机溶剂(甲醇等)能使蛋白质在水中的溶解度显著降低。这些有机溶剂不仅能使蛋白质沉淀,并且伴随着变性。有机溶剂引起蛋白质沉淀的主要原因是改变了介质的介电常数。有机溶剂的加入使水的介电常数降低,增加相反电荷之间的吸引力,蛋白质分子表面可解离基团的离子化程度减弱,水化程度降低,促进了蛋白质

聚集和沉淀。也可能与盐析一样,直接夺取水化水。

④温度对蛋白质溶解度影响:0~40℃内,大部分球状蛋白质的溶解度随温度升高而增加;40~50℃以上,大部分蛋白质变得不稳定并开始变性,一般在中性PH介质中即失去溶解力。蛋白质低温较稳定,因此分级分离操作一般在0℃或更低的温度进行。

(3)根据电荷不同的纯化方法

①电泳:在外电场的作用下,带点颗粒将向着与其电性相反的电极移动,这种现象称为电泳。泳动度:μ=v/E。有自由电泳、区带电泳和双向电泳。

区带电泳是由于在支持物上电泳蛋白质混合物被分离成若干区带而得名,根据其支持物的物理性质不同可分为:滤纸电泳和薄膜电泳;粉末电泳;细丝电泳;凝胶电泳。凝胶电泳常用支持介质有聚丙烯酰胺(适于分离蛋白质和寡聚甘酸)和琼脂糖凝胶(适于分离核酸)。

氨基酸混合物特别是寡核苷酸混合物一次电泳往往不能完全分开,可将第一次电泳的半点通过支持介质间的接触印迹转移到第二个支持介质上,旋转90°,进行第二次电泳,即双向电泳。

②聚丙烯酰胺凝胶电泳法(PAGE):是在区带电泳基础上发展起来的。以聚丙烯酰胺凝胶为支持物,一般制成凝胶柱或凝胶板,凝胶是由相连的二部分组成(小的部分书浓缩胶,大的部分是分离胶),这两部分凝胶的浓度(孔径大小)、缓冲液组分和离子强度、PH以及电场强度都是不同的,即不连续的。这样,电泳时样品首先在不连续的两相间积聚浓缩而成很薄的起始区带,然后再进行电泳分离。该电泳过程有三种物理效应:样品的浓度效应、凝胶对被分离分子的筛选效应(颗粒小的移动快,大的移动慢)、一般电泳分离的电荷效应。分离效果好。

③毛细管电泳:泛指高效毛细管电泳、毛细管区带电泳、自由溶液毛细管电泳和毛细管电泳。电泳是在微内径管内进行的,这样减少了由于热效应产生的许多问题。电泳时,样品的组分分子沿毛细血管长向以不同的速度迁移。电泳迁移引起溶液中荷电分子向相反电荷的电极移动。但是由于有电渗作用使溶液向负极流动,所以所有的离子和分子都向负极移动,只是对正电荷的离子来说电泳迁移和电渗流效果一致,因而移动最快,最先到达负极。

④等电聚焦:IEF,是一种高分辨率的蛋白质分离技术,也可用于蛋白质等电点的测定。这种技术是在具有PH梯度的介质中进行的。在外电场作用下,各种蛋白质将移向并聚焦在等于其等电点的PH梯度处,并形成一个很窄的区带。

⑤层析聚焦:根据蛋白质的等电点差异分析蛋白质混合物的柱层析方法。具有等电聚焦电泳的高分辨率和柱层析的操作简便的优点,并不需要聚焦电泳装置也不需要柱层析中的梯度混合器。原理:当用特种多缓冲液(pollybuffer)滴洗填充在株中的特种多缓冲交换剂时,就会在层析柱中自上而下自动地建立起连续的PH梯度;同时加在柱上端的蛋白质样品也随多缓冲液的展开按各自的等电点聚焦在相应的PH区段,并在展开过程中随PH梯度下移,蛋白质混合物的各组分先后从柱中流出,以达到分离。

⑥离子交换层析:一种用离子交换树脂作支持剂的层析法。阳离子交换树脂具有的酸性基团如-SO3H(强酸型)或-COOH(弱酸型)可解离出质子,当溶液中含有其他阳离子时,可以和质子发生交换而“结合”在树脂上。同理,阴离子交换树脂含有的碱性基团-N(CH3)OH (强碱型)或-NH3OH(弱碱型)可解离出OH-,能和溶液中的阴离子发生交换而结合在树脂上。(4)利用选择性吸附的纯化方法

①羟磷灰石层析:即结晶磷酸钙,用于分离蛋白质或核酸。机制不完全清楚,认为与其表面上的钙离子和磷酸根有关,可能还有静电吸引。最重要的用途之一就是把单链DNA和双链DNA分开。

②疏水作用层析:根据蛋白质表面的疏水性差别发展起来的一种纯化技术。在疏水作用层析中,不是暴露的疏水基团促进蛋白质与蛋白质的相互作用,而是连接在支持介质上的疏水基团与蛋白质表面暴露的疏水基团结合。

(5)利用对配体的特异性生物学亲和力的纯化方法

亲和层析:是利用蛋白质分子对其配体分子特有的识别能力,也即生物学亲和力,建立起来的一种有效的纯化方法。基本原理是把待纯化的某一蛋白质的特意配体通过适当的化学反应共价地连接到像琼脂糖凝胶一类的载体表面的功能基上。当蛋白质混合物加到填有亲和介质的层析柱时,待纯化的某一蛋白质则被洗漱在含配体的琼脂糖颗粒表面上,而其他的蛋白质则不被吸附。

(6)高效液相层析和快速蛋白质液相层析

HPLC,特点:使用的固定相支持剂颗粒很细,因而比表面积很大;溶剂系统采取高压,因此洗脱速度增大。

反相HPLC:固定相基本是惰性的,固定相与被分离物只可能有疏水作用。

快速蛋白质液相层析:FPLC,专门用于分离蛋白质。没有特定原理,基于反相、亲和、排阻。疏水作用、离子交换和等电聚焦等层析。

三、纯度鉴定的方法

通常采用物理化学的方法,如电泳、沉降、HPLC和溶解度分析等。电泳分析主要有等电聚焦、聚丙烯酰胺凝胶电泳法和SDS-PAGE、毛细管电泳等。纯的蛋白质在一系列不同的PH 条件下电泳都以单一的速度移动,电泳图谱只呈现一条带或峰。

纯的蛋白质以单一的沉降速度移动。

纯的蛋白质在一定的溶剂系统中具有很定的溶解度,用恒浓度法鉴定较严格,以加入的固体蛋白质对溶解的蛋白质作图,若蛋白质是纯的,那么溶解度曲线只呈现一个折点,在这点以前,直线的折率为1.

N-末端分析也可用于鉴定纯度。

6. 蛋白质的变性作用

天然蛋白质分子受到某些物理因素如热、紫外线照射、高压和表面张力等或化学因素如有机溶剂、脲、胍、酸、碱等的影响时,生物活性丧失,溶解度降低,不对称性增高以及其他的物理化学常数发生改变,这种过程称为蛋白质变性。蛋白质变性实质是蛋白质分子中的次级键被破坏,引起天然构象解体,不涉及共价键(肽键和二硫键)的破坏,一级结构仍完整。

蛋白质变性过程中会发生以下现象:(1)生物活性的丧失(2)一些侧链基团的暴露,蛋白质变性时,一些原来在分子内部的不易与化学试剂反应的侧链基团由于结构的伸展松散暴露出来。(3)一些物理化学性质的改变:疏水基外露,溶解度降低,一般在等电点区域不溶解,分子相互凝集,形成沉淀。分子形状也改变,不对称度增加,反映在粘度增加、扩散系数降低以及旋光和紫外吸收的变化。(4)生物化学性质的改变:蛋白质变性后,分子结构伸展松散,易被蛋白水解酶分解。因此熟食易消化。

变性剂:尿素和盐酸胍,能与多肽主链竞争氢键,破坏蛋白的二级结构。

去污剂:如SDS(十二烷基磺酸钠)也是变性剂,破坏蛋白质分子内的疏水相互作用使非极性基团暴露于介质水中。

当变性因素去除后,变性蛋白质又可以重新回复到天然构象,这一现象称为蛋白质的复性。

7. 蛋白质结构与功能的关系(P252)

一、肌红蛋白的结构和功能

(1)肌红蛋白的三级结构

肌红蛋白是哺乳动物细胞主要是肌细胞贮存和分配氧的蛋白质。肌红蛋白是一条多肽链和一个辅基血红素构成,相对分子质量16700,含153个氨基酸残基。除去血红素的脱辅基肌红蛋白称珠蛋白,它和血红蛋白的亚基在氨基酸序列上具有明显的同源性,它们的构象和功能也及其相似。

肌红蛋白分子中多肽主链由长短不等的8段直的α螺旋组成,最长的螺旋含23个残基,最短的7个残基。八个螺旋段大体上组装成两层,构成肌红蛋白的单结构域。拐弯处α螺旋受到破坏,拐弯是由1~8个残基组成的无规卷曲,在C-末端也有一段5残基的松散肽链。肌红蛋白的整个分子都十分致密结实,分子内部只有一个能容纳四个水分子的空间。含亲水基团侧链的氨基酸残基几乎都分布在分子的外表面,疏水侧链的氨基酸残基几乎全部埋在分子内部,不与水接触。在分子表面的侧链亲水基团正好与水分子结合,使肌红蛋白成为可溶性蛋白。

(2)辅基红色素

肌红蛋白的二价铁为氧结合部位,由原卟啉环IX的有机分子固定的。原卟啉环由4个吡咯环组成,4个吡咯通过甲叉桥连接成四吡咯环系统。原卟啉IX与Fe的络合物铁原卟啉IX成血红素(heme)。卟啉环中心的铁原子通常是八面体配位,应该有6个配位键,其中四个与四吡

咯环的N原子相连,另两个沿垂直于卟啉环面的轴分布在环面的上下,这两个键合部位分别称为第五和第六配位。只有亚铁态的蛋白质才能结合O2.

(3)氧气与血红蛋白的结合

肌红蛋白中血红素铁在第五配位键与珠蛋白第93位(或F8)His残基,称近侧组氨酸的咪唑N结合,当肌红蛋白结合氧变为氧合肌红蛋白时,第六配位键被氧气分子占据。在血红素的氧结合部位一侧,还有另一个His残基,即第64位(或E7)残基,称远侧组氨酸。虽然HisE7的咪唑环与Fe原子距离远而不发生相互作用,但与氧气分子能紧密接触。被结合的氧气夹在远侧组氨酸咪唑环与Fe(II)原子之间。因此氧结合部位是一个空间位租区域。正是由于这种位租效应,使得肌红蛋白和血红蛋白降低对CO的亲和力,有效防止代谢过程中产生的少量CO占据它们的氧气的位置。

溶液中游离亚铁血红素很容易被氧化为高铁血红素。然而在肌红蛋白分子内部的疏水环境(除HisF8和HisE7外),亚铁血红素不易被氧化。因此,肌红蛋白和血红蛋白在进化中形成的多肽环境至少有3个作用:①固定血红素基②保护血红素铁免遭氧化③为氧气分子提供一个合适的结合部位。

(4)氧气的结合改变肌红蛋白的构象

在去氧肌红蛋白中亚铁离子只有5个配体,并且位于离卟啉环平面上方(HisF8一侧)0.055nm处。并因此铁卟啉环呈圆顶状或凸形。当与氧气结合时,亚铁离子被拉回到卟啉环平面,此时离卟啉环平面只有0.026nm,铁卟啉由圆顶状变为平面状。这一微小的移动显著地影像血红蛋白的性质。它对HisF8作用将通过多肽构象的变化而被放大,改变血红蛋白四聚体内的亚基-亚基相互作用。

(5)肌红蛋白结合氧的定量分析(氧结合曲线)

红细胞从肺或腮带走氧气,在组织中肌红蛋白接纳释放自血红蛋白的氧气,当细胞中好氧的细胞器大量需氧时,肌红蛋白把贮存的氧气分配给它们。

MbO2 Mb+O2(代表可逆)

由氧结合曲线可知,大部分情况下,肌红蛋白是高度氧合的,是氧的贮库。如果肌肉收缩而线粒体中氧含量下降,它就可以立即供应氧。

二、血红蛋白的结构和功能

血红蛋白主要功能是在血液中结合并转运氧气。

(1)血红蛋白的结构

①血红蛋白亚基组成:四个亚基,两个α亚基,两个β亚基。每个亚基都有一个血红素和一个氧结合部位。

②血红蛋白的三维结构:近似球形,四个亚基占据四面体的4个顶角,整个分子成C2点群对称。4个血红素分别位于每个多肽链的E和F螺旋之间的裂隙处,并暴露在分子表面。两个不同链之间的作用最大,两个α或两个β之间作用不大。两种类型的亚基是为了获得协同性氧

结合所必需的。

血红蛋白的氨基酸序列中9个位置的残基是共有的。这些高度保守的残基对血红蛋白的功能有特殊重要意义。有几个直接参与氧结合:如近侧组氨酸HisF8,PheCD1和LeuF4.

(2)氧结合引起血红蛋白构象变化

①氧结合作用显著改变Hb的四级结构:血红蛋白可看作两个相同的二聚体半分子组成,

即α1β1和α2β2.每个αβ二聚体作为一个钢体移动。当血红素基氧合时血红蛋白分子的这两个二聚体半分子皮刺滑移。此时αβ-二聚体之间的界面上某些原子将移动多至0.6nm。

②血红素铁的微小移动导致血红蛋白构象的转变:

氧结合时发生的四级结构的变化可以分为:空间效应和电子效应。结果是迫使铁原子想

近侧组氨酸方向突出卟啉环面约0.06nm,结果血红素基也在同一方向凸起。当Fe原子移动时,它同时拖动HisF8残基,并进而引起螺旋F和拐弯EF和FG的位移。这些移动传递到亚基的界面,在这里引发构象重调,导致维系去氧血红蛋白四级结构的链间盐桥断裂,并挤出BPG分子。

③氧合血红蛋白和去氧血红蛋白代表不同的构象态:T态:紧张态;R态:松弛态。氧气

对R态的亲和力高于T态,并且氧的结合更稳定了R态。T态是去氧血红蛋白的主要构象,有专

一的氢键和盐桥起着稳定作用。氧气与一个T态的血红蛋白亚基结合将引发构象由T向R的转变,此时稳定T态的那些相互作用被断裂,亚基的C-末端不再受束缚。

(3)血红蛋白的协同性氧结合(Hb氧结合曲线)

血红蛋白的氧合具有正协同性同促效应,即一个氧气的结合增加同一Hb分子中其余空的

氧结合部位对氧气的亲和力。这里氧气即使配体又是正同促效应物。Hb氧合曲线是S形的。如果一个氧气与Hb结合,则该分子的其余氧结合部位立即被氧气占据,即4个氧气同时与Hb结合。

氧分压低时,氧气和Hb的亲和力小,当氧分压达到某阀值并结合了第一个氧气后,分数

饱和度(Y)迅速增加。在Y=0.5附近的曲线斜率的陡度最大,曲线的S形特征是氧气与Hb协同性结合的标志。

(4)质子、二氧化碳和BPG对血红蛋白结合氧的影响

质子和二氧化碳促进氧气的释放。(Bohr效应即波尔效应):去氧血红蛋白对质子的亲

和力比氧合血红蛋白大,因此增加质子浓度将提高氧气释放。这种PH对血红蛋白对氧的亲和

力的影响被称为Bohr效应。二氧化碳增加时,水合增加,也会使质子浓度升高。

波尔效应生理意义:血液流经代谢迅速的组织时,PH较低,二氧化碳浓度高,促进氧释放,同时促使血红蛋白与质子和二氧化碳结合,补偿由于组织呼吸引起的PH降低,起着缓冲

血液PH的作用。血液流经肺时,由于肺的氧分压高,有利于Hb与氧结合并因此促进了质子和

二氧化碳的释放。

BPG降低Hb对氧气亲和力:BPG(2,3-二磷酸甘油酸)是Hb重要别构效应物。高负电荷的BPG分子与每个β链的一些残基的荷正电基团有静电相互作用,结合与Hb

考试要求

8. 了解氨基酸、肽的分类(P124、P163)

氨基酸分类

一、常见的蛋白质氨基酸

I. 按照R基的化学结构20种常见氨基酸可分为脂肪族、芳香族和杂环族。

1.脂肪族氨基酸

①中性氨基酸:Gly甘,Ala丙, Val缬, Lue亮 , Ile异亮。联想记忆哦~~~其中G是唯一不含手性碳,不具旋光性。

②含羟基或硫氨基酸:Ser丝,Thr苏,Cys半胱,Met蛋(甲硫)。

③酸性氨基酸及其酰胺:Asp天冬,Glu谷,Asn天冬酰胺,谷氨酰胺Gln。

④碱性氨基酸:Lys赖,Arg精

2. 芳香族氨基酸

Phe苯丙氨酸, Tyr酪氨酸,Trp色氨酸

3.杂环氨基酸

组氨酸His,脯氨酸Pro

II.按照R基的极性分为四组

1.非极性R基氨基酸

丙氨酸,缬氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,脯氨酸,苯丙氨酸,色氨酸,甲硫氨酸

2. 不带电荷的极性R基氨基酸

甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。

3. 带正电荷的R基氨基酸(即碱性氨基酸)

赖氨酸,精氨酸,组氨酸

4. 带负电荷的R基氨基酸(即酸性氨基酸)

天冬氨酸、谷氨酸

二、不常见的蛋白质氨基酸

也在蛋白质中出现由相应的常见氨基酸经修饰而来的。如5-羟赖氨酸,4-羟脯氨酸,甲基组氨酸等

三、非蛋白质氨基酸

这些氨基酸大多是蛋白质中存在的L-型α-氨基酸的衍生物,但有一些是β-,γ-,或δ-氨基酸并且有些事D型氨基酸。

肽的分类

最简单的肽由两个氨基酸组成,称为二肽,含一个肽键。含3个、4个、5个氨基酸残基的肽分别称为三肽、四肽、五肽。通常把几个至十几个氨基酸残基的肽链统称为寡肽,更长的肽链成为多肽。肽链的书写一般把NH2末端氨基酸放在左边,COOH末端放在右边。因此注意不要写反哦。

9. 掌握氨基酸与蛋白质的物理性质和化学性质

见第2和第5.

10.了解蛋白质一级结构的测定方法(目前关于蛋白质一级结构测定的新方法和新思路

很多,而教科书和教学中涉及的可能不够广泛,建议只让学生了解即可)p169 一般步骤见第4.具体见下:

一、 N-末端和C-末端氨基酸残基的鉴定

N-末端分析:

① DNFB法生成DNP-多肽或DNP-蛋白质,经酸水解,只有N-末端氨基酸为黄素DNP-氨基酸衍生物,其余都是游离氨基酸。只要鉴别生成的DNP-氨基酸即可知道肽链的N-末端。

②丹磺酰氯(DNS)法,DNS是二甲氨基萘磺酰氯的缩写。原理与上同。但灵敏度比DNF

高100倍,且水解后的DNS-氨基酸不需要提取,可直接用纸层析鉴定。

③苯异硫氰酸酯(PITC)法,与α-氨基生成PTC-多肽或蛋白质。

④氨肽酶法:肽链外切酶,能从多肽链的N-末端逐个向里切。根据不同反应时间测出酶

水解所释放的氨基酸种类和数量,按反应时间和残基释放量作动力学曲线,可知N-末端。最

常用亮氨酸氨肽酶(ALP)

C-末端分析

①肼解法:蛋白质与无水肼加热发生肼解,反应中除C-末端氨基酸游离形式存在外,其

他的氨基酸都转变成相应的氨基酸酰肼化物。

②还原法:C-末端氨基酸可以用硼氢化锂还原成相应的α-氨基酸。

③羧肽酶法:最有效和常用。羧肽酶是一类肽链外切酶,它专一地从肽链的C-末端开始

逐个降解,释放出游离氨基酸。被释放的氨基酸数目与种类随反应时间而变化。根据释放的

氨基酸量与反应时间的关系,便可以知道该肽链的C-末端氨基酸序列。目前有A,B,C,Y四种。羧肽酶A能释放除Pro,Arg和Lys之外的所有C-末端残基,而B只水解以碱性氨基酸Arg和Lys

为C-末端残基的肽键。

二、二硫桥的断裂

①过甲酸氧化法

②巯基化合物还原法:用过量的巯基乙醇处理,可以使S-S定量还原为-SH。与此同时还

需要有尿素或盐酸胍存在,可以使蛋白质变性,多肽松散而成无规则的构象。这样还原剂才

能作用于原来处在分子内部的二硫键。

三、氨基酸组成的分析

样品完全水解后用氨基酸分析仪进行测定。水解方法主要是酸水解,同时辅以碱水解。

酸水解:使用HCl较多,所得氨基酸不消旋,但色氨酸全部被破坏,丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸也遭到部分破坏,同时天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解下去,因此蛋白质中的酰胺

基总量可由水解液中的氨量算出。

碱水解:为测定色氨酸含量,虽然很多种氨基酸遭受破坏,但色氨酸能定量回收。一般用NaOH。蛋白质氨基酸组成一般用每摩尔蛋白质中含氨基酸残基的摩尔数表示。

四、多肽链的部分裂解和肽段混合物的分离纯化

因为序列分析的方法一次能测定的序列都不太长,因此必须设法将多肽裂解成较小的肽段,然后把它们分离开来,测定每一肽段的氨基酸序列。因此多肽链选用专一性强的蛋白水解酶或化学试剂进行有控制的裂解。裂解要求断裂点少,专一性强,反应产率高。

蛋白水解酶法

①胰蛋白酶:专一性强,只断裂赖氨酸或精氨酸残基的羧基参与形成的肽键,得到的是以Arg和Lys为C-末端残基的肽段。产生的肽段数目一般等于多肽链中Arg和Lys总数加1。

②糜蛋白酶:断裂Phe、Trp和Tyr等疏水氨基酸残基的羧基端肽键。如果断裂点临近的基团是碱性的,裂解能力增强;是酸性的,裂解能力减弱。

③嗜热菌蛋白酶:含金属锌和钙的蛋白酶。Zn是酶活力必须的,Ca与酶的热稳定性有关。专一性差,常用语断裂较短的多肽链或大肽段。

④胃蛋白酶:专一性与②类似,但要求断裂点两侧的残基都是疏水性氨基酸,如Phe-Phe。此外,④的最适PH是2,②的是8~9。由于二硫键在酸性条件下稳定,因此确定二硫键位置是用胃蛋白酶水解。

⑤木瓜蛋白酶:专一性差,对Arg和Lys残基的羧基端肽键敏感。断裂位点与其附近的序列关系密切。

⑥葡萄球菌蛋白酶和梭菌蛋白酶:高专一性肽链内切酶。葡萄球菌蛋白酶在磷酸缓冲液中进行裂解时,能在Glu残基和Asp残基的羧基端断裂肽键。梭菌蛋白酶专门裂解Arg残基的羧基端肽键。

化学裂解法

①溴化氢断裂:只断裂由甲硫氨酸残基的羧基参加形成的肽键。由于Met一般较少,产生的肽段较少,可以继续用胰蛋白酶处理成更小的肽段。

②用羟胺断裂:NH2OH在PH9下能专一断裂Asn-Gly之间的肽键。但专一性不强对相对分子质量大的十分有用。

③肽段的分离纯化:所得肽段经过凝胶过滤、凝胶电泳和高效液相色谱等方法进行分离纯化。

五、肽段氨基酸序列的测定

①Edman化学降解法——PITC法苯异硫氰酸酯

分为三步:偶联反应:PITC与N-末端反应生成PTC-肽

环化断裂反应:PTC-肽在无水强酸介质中,最靠近PTC的肽键断裂,PTC-氨基

酸残基环化成ATZ。

转化反应:生成的ATZ不稳定,在酸性水溶液中转变为PTH-氨基酸。最大吸收

值在268nm处。

每一轮都只把N-末端的一个残基切下,剩余的肽段又产生新的N-末端,继续。

②酶降解法:肽链外切酶或称外肽酶,如氨肽酶和羧肽酶。分别从肽链的N-末端和C-末

端逐个地向内切。但局限性较大。只能测定末端附近很少几个aa。

③质谱法(MS):蛋白质溶液经过电喷射电离后进入质谱仪分析。

④根据核苷酸序列的推定法:依据“中心法则”。用待测的蛋白质作抗原免疫动物,得

相应抗体,并用此抗体去沉淀合成此种蛋白质的多核糖体,因为在这种多核糖体上含有该蛋白质的模板mRNA和与其相连而未被释放的蛋白质多肽链。再分离出mRNA,并反转录为cDNA。再测出cDNA核苷酸序列,并从它推测出蛋白质的氨基酸序列。

六、肽段在多肽链中次序的决定

需要两种或两种以上的不同方法断裂多肽样品,使成两套或几套肽段。不同的断方法

切口是彼此错位的,因此两套肽段正好相互跨过切口而重叠,这种跨过切口而重叠的肽段成

为重叠肽。

借助重叠肽可以确定肽段在原多肽中的正确位置,拼凑出整个多太短的氨基酸序列。同时两套肽段可以相互核对各个肽段的氨基酸序列测定中是否有错。

七、二硫桥位置的确定(先断裂二硫桥,再断裂氨基酸;先测定氨基酸序列,再确定二硫桥位置)

一般用胃蛋白酶水解原来的含二硫键的蛋白质。选用胃蛋白酶因为专一性低,切点多,

生成的肽段比较小,易于分离和鉴定;其次由于PH~2,有利于防止二硫键发生交换。

所得的肽段使用对角线电泳进行分离。把水解后的混合肽段点到滤纸中央,在PH6.5条件下,进行第一次电泳。肽段将按其大小及电荷的不同分离开来。然后把滤纸暴露在过甲酸蒸

汽中,使S-S断裂,这时每个含二硫键的肽段被氧化成一对含磺基丙氨酸的肽。滤纸旋转九十度,在与第一次完全相同的条件下进行第二次电泳。此时,大多数肽段的迁移率未变,并将

位于滤纸的一条对角线上,而含磺基丙氨酸的成对肽段比原来含二硫键的肽小而负电荷增加,结果偏离了对角线,肽斑可用茚三酮显色确定。

将每对含磺基丙氨酸的肽段分别取下,进行氨基酸序列分析,然后与多肽链的氨基酸序

列比较,即可推断出二硫键在肽链间或肽链内的位置。

八、蛋白质测序举例

Sanger首次完成了牛胰岛素的测定工作。牛胰岛素分子相对分子质量5700.含两条多肽链,A链含21个残基,B链含30残基。这两条多肽链通过2个链间二硫键连接起来,A还有一个链内

二硫键。

九、蛋白质序列数据库

大多数蛋白质序列信息都是从基因的核苷酸序列翻印成氨基酸序列的。

11. 理解氨基酸的通式与结构P123

除脯氨酸及其衍生物外,20种氨基酸结构上的共同点是与羧基相邻的α-碳原子上都有一个氨基,因此成为α-氨基酸。连接在α-碳原子上的还有一个氢原子和一个可变的侧链R基。各种氨基酸的区别就在于R基的不同。

20种氨基酸的结构要掌握?

12. 理解蛋白质二级和三级结构的类型及特点,四级结构的概念及亚基

见第三题。

亚基:即结构域。多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区,它是相对独立的紧密球状实体,称为结构域。

13. 掌握肽键的特点(P164)

肽键是一种酰胺键,通常用羰基碳和酰胺氮之间的单键表示。肽键具有部分双键性质。肽键共振产生几个重要结果:①限制绕肽键的自由旋转,给肽主链的每一个氨基酸残基只保留两个自由度:绕N-Cα碱的旋转和绕Cα-C键的旋转。

②组成肽基的4个原子和2个相邻的Cα原子倾向于共平面,形成所谓多肽主链的酰胺平面也称肽平面。这一性质在肽链折叠成三维结构中很重要。

③C-N键的长度为0.133nm,比正常的Cα-N(0.145nm)键端,但比典型的C=N键(0.125nm)长。估计C-N键具有约40%双键性质,绕键旋转的能障比较高。对肽键来说,这一能障在室温下足以防止旋转,保持酰胺基处于平面。

④肽键具有永久偶极。肽链中肽键都是反式结构,较稳定。

14. 掌握蛋白质的变性作用

见第六题

15. 掌握蛋白质结构与功能的关系

见第七题

2.核酸化学

考试内容

1. 核酸的基本化学组成及分类(P478)

核酸是一种多聚核苷酸,它的基本结构单位是核苷酸(necleotide)。核苷酸还可以进一步分解成核苷和磷酸。核苷再进一步分解生成碱基和戊糖。核酸的分类是根据所含戊糖种类不同分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。

磷酸

核酸→核苷酸戊糖(分为D-核糖和D-2-脱氧核糖)

核苷

碱基(分为嘌呤碱和嘧啶碱)

两类核酸的基本化学组成

中科院考研生物化学大纲解析

2. 核苷酸的结构(P480-481)

核苷酸可分为(核糖)核苷酸和脱氧(核糖)核苷酸两类,两者基本化学结构相同,只是所含戊糖不同。核糖核苷酸是核糖核酸的结构单位,脱氧核糖核苷酸是脱氧核糖核酸的结构单位。

核苷是一种糖苷,由戊糖和碱基缩合而成。糖与碱基之间以糖苷键相连接。糖的第一位碳原子(C1)与嘧啶碱的第一位氮原子(N1)或与嘌呤碱的第九位氮原子(N9)相连接。所以,糖与碱基间的连键是N-C键,一般称之为N-糖苷键。核苷中的碱基与糖环平面互相垂直。(X射线衍射法证明)。核苷中的D-核糖及D-2-脱氧核糖均为呋喃型环状结构。糖环中的C1是不对称碳原子,所以有α-及β-两种构型。但核酸分子中的糖苷键均为β-糖苷键。

核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化,就形成核苷酸。因此核苷酸是核苷的磷酸酯。

核糖核苷的碳环上有3个自由羟基,能形成3种不同的核苷酸:2’-核糖核苷酸,3’-核糖核苷酸,5’-核糖核苷酸。脱氧核苷的碳环上有两个自由羟基,所以形成两种脱氧核苷酸:3’-脱氧核糖核苷酸,5’-脱氧核糖核苷酸。生物体内游离存在核苷酸多是5’。

表核苷酸的组成

中科院考研生物化学大纲解析

另:ATP的结构:见482页

3. DNA和RNA一级结构的概念和二级结构主要特点;DNA的三级结构(P482)

核酸的共价结构也就是核酸的一级结构,通常是指核酸的核苷酸序列。核酸中的核苷酸以磷酸二酯键彼此相连。RNA以3’,5’-磷酸二酯键连接核苷酸,DNA的糖为2-脱氧核糖,只能形成3’,5’-磷酸二酯键。

DNA的一级结构是由数量庞大的四种脱氧核糖核苷酸即:dAMP,dGMP,dCMP,dTMP,通过3’,5’-磷酸二酯键连接起来的直线形或环形多聚体。由于DNA的脱氧核糖中C-2’上没有羟基,C-1’上又与碱基相连接,唯一可形成的键是3’,5’-磷酸二酯键,所以DNA没有支链。

(细菌的基因是连续的,无内含子,功能相关的基因组成操纵子,有共同的调节和控制序列,很少重复序列。真核生物的基因是断裂的,有内含子,有大量重复序列。重复序列可分为低拷贝重复,中等程度重复和高度重复;回文结构也即反向重复,越是高等的真核生物其调控序列和重复序列的比例越大。)

RNA的一级结构:也是五分制的线型多聚核糖核苷酸,主要由四种核糖核苷酸即AMP, GMP,CMP和UMP组成。组成RNA的核苷酸也是3’,5’-磷酸二酯键相连。

(原核生物为多顺反子mRNA,以操纵子为转录单位,产生多顺反子mRNA,即一条mRNA链上有多个编码区。真核为单顺反子mRNA)

DNA碱基组成的Chargaff规则:(1)A=T(2)C=G(3)含氨基的碱基(A,C)总数等于含酮基的碱基(G,T)总数,即A+C=G+T.(4)嘌呤的总数等于嘧啶的总数,即A+G=C+T。

Watson and crick 提出DNA双螺旋结构模型的三方面依据:①已知核酸化学结构和核苷酸键长与键角的数据。②是Chargaff的DNA碱基组成规则;③是对DNA纤维进行X射线衍射分析获得的精确结果。这揭示了DNA的二级结构。

DNA二级结构特点:①两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心相互缠绕;两条链均为右手螺旋;②嘌呤与嘧啶碱位于双螺旋的内侧。磷酸与核糖在外侧,彼此通过3’,5’-磷酸二酯键相连接,形成DNA分子的骨架。两条链配对偏向一侧,形成一条大沟和一条小沟。③双螺旋的平均直径为2nm,两个相邻的碱基对之间相距的高度,即碱基堆积距离为0.34nm,两个核苷酸之间的夹角为36°。因此,沿中心轴每旋转一周有10个核苷酸。每一转的高度为3.4nm。

④两条核苷酸链依靠彼此碱基之间的氢键相联系而结合在一起。A只能与T相配对,形成两个氢键;G与C相配对,形成3个氢键。⑤碱基在一条链上的排列顺序不受任何限制。

自然界双螺旋DNA大多为右手螺旋,但也有左手螺旋。其中B型较接近大部分DNA在细胞中的构象。

螺旋类型

A B Z

外形粗短适中细长

螺旋方向右手右手左手

螺旋直径 2.55nm 2.37nm 1.84nm

螺基骤升0.23nm 0.34nm 0.38nm

螺基夹角32.7°34.6°60°

每圈碱基数11 10.4 12

大沟很狭,很深很宽,很深平坦

小沟很宽,浅狭深较狭,很深DNA三级结构:DNA的三级结构是指DNA分子(双螺旋)通过扭曲和折叠所形成的特定构象,包括不同二级结构单元间的相互作用、单链与二级结构单元间的相互作用以及DNA的拓扑特征。超螺旋是DNA三级结构的一种形式。

DNA与蛋白质复合物的结构:生物体内的核酸通常都与蛋白质结合形成复合物,以核蛋白的形式存在。

4. RNA的分类及各类RNA的生物学功能(P496)

RNA通常是单链线型分子,但可自身回折形成局部双螺旋(二级结构),进而折叠(三级结构)。除tRNA外,几乎全部细胞中的RNA都与蛋白质形成蛋白复合物(四级结构)。

中科院考研生物化学大纲解析

mRNA:生物的遗传信息主要贮存于DNA的碱基序列中,但DNA并不直接决定蛋白质的合成。而在真核细胞中,DNA主要贮存于细胞核中的染色体上,而蛋白质的合成唱多存在于细胞质中的核糖体上,需要一种中介物质起着传递信息的作用,即信使RNA。

hnRNA:huterogeneous nuclear RNA。真核生物中,准路形成的前体RNA中有大量非编码序列,这种未经加工的前体mRNA在分子大小上差别很大,通常称为不均一核RNA.

tRNA在蛋白质生物合成过程中具有转运氨基酸和识别密码子的作用。同时,在DNA反转录合成中及其他代谢和基因表达调节中也起重要作用。每一种氨基酸都有其相应的一种或几种tRNA。tRNA的二级结构都呈三叶草形,由于双螺旋结构所占比例甚高,tRNA的二级结构十分

下载Word文档免费下载:

中科院考研生物化学大纲解析下载

(共26页)