細(xì)胞內(nèi)生物分子的相互作用

關(guān)于細(xì)胞內(nèi)生物分子的相互作用第1頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三復(fù)習(xí)內(nèi)容：細(xì)胞中的各種力重點(diǎn)：生物大分子組裝的特點(diǎn)及其優(yōu)點(diǎn)第2頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三2.1生物活性物質(zhì)的本質(zhì)生物活性物質(zhì)的化學(xué)屬性生物大分子小分子生命體的屬性物質(zhì)能量交換、細(xì)胞穩(wěn)定內(nèi)環(huán)境、環(huán)境適應(yīng)能力第3頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三1,共價鍵蛋白質(zhì)分子中的共價鍵有肽鍵和二硫鍵。是生物大分子分子之間最強(qiáng)的作用力，化學(xué)物質(zhì)（藥物、毒物等）可以與生物大分子（受體蛋白或核酸）構(gòu)成共價鍵，共價鍵除非被體內(nèi)的特異性酶催化斷裂以外，很難恢復(fù)原形，是不可逆過程，對酶來講就是不可逆抑制作用。2.2生物大分子間相互作用的化學(xué)力2.2.1力的種類第4頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三2,非共價鍵

生物體系中分子識別的過程不僅涉及到化學(xué)鍵的形成，而且具有選擇性的識別。共價鍵存在于一個分子或多個分子的原子之間，決定分子的基本結(jié)構(gòu)，是分子識別的一種方式。而非共價鍵（又稱為次級鍵或分子間力）決定生物大分子和分子復(fù)合物的高級結(jié)構(gòu)，在分子識別中起著關(guān)鍵的作用。第5頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三1),靜電作用

靜電作用是指荷電基團(tuán)、偶極以及誘導(dǎo)偶極之間的各種靜電吸引力。酶、核酸、生物膜、蛋白質(zhì)等生物大分子的表面都具有可電離的基團(tuán)和偶極基團(tuán)存在，很容易與含有極性基團(tuán)的底物或抑制劑等生成離子鍵和其它靜電作用第6頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三（1)離子鍵

生物大分子表面的帶電基團(tuán)可以與藥物或底物分子的帶電基團(tuán)形成離子鍵。這種鍵可以解離。第7頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三(2)離子－偶極作用

藥物分子和受體分子中O、S、N和C原子的電負(fù)性均不相等，這些原子形成的鍵由于電負(fù)性差值可以產(chǎn)生偶極現(xiàn)象。這種偶極部分與永久電荷可以形成靜電作用.離子-偶極相互作用一般比離子鍵小得多，鍵能與距離的平方差成反比，由于偶極矩是個向量，電荷與偶極的取向會影響藥物-受體的作用強(qiáng)度。如普魯卡因及其衍生物的局部麻醉作用與酯羰基的偶極性質(zhì)有關(guān)。第8頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三(3)偶極-偶極相互作用

兩個原子的電負(fù)性不同，產(chǎn)生價鍵電子的極化作用，成為持久的偶極兩個偶極間的作用。偶極—偶極相互作用的大小，取決于偶極的大小、它們之間的距離和相互位置。這種相互作用在水溶液中普遍存在。它的作用強(qiáng)度比離子—偶極作用小，但比偶極—誘導(dǎo)偶極作用大。這種作用對藥物—受體相互作用的特異性和立體選擇性非常重要第9頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三2)，氫鍵

氫鍵的形成氫鍵是由兩個負(fù)電性原子對氫原子的靜電引力所形成，是一種特殊形式的偶極—偶極鍵。它是質(zhì)子給予體X-H和質(zhì)子接受體Y之間的一種特殊類型的相互作用。氫鍵的大小和方向氫鍵的鍵能比共價鍵弱，比范德華力強(qiáng)，在生物體系中為8.4～320.4kj/mol(2-8kcal/mol)。鍵長為0.25～0.31nm，比共價鍵短。氫鍵的方向用鍵角表示，是指X—H與H…Y之間的夾角，一般為180～250。第10頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三3).范德華力

這是一種普遍存在的作用力，是一個原子的原子核吸引另一個原子外圍電子所產(chǎn)生的作用力。它是一種比較弱的、非特異性的作用力。這種作用力非常依賴原子間的距離，當(dāng)相互靠近到大約0.4～0.6nm(4～6A)時，這種力就表現(xiàn)出較大的集合性質(zhì)。范德華力包括引力和排斥力，其中作用勢能與1/R6成正比的三種作用力（靜電力、誘導(dǎo)力和色散力）通稱為范德華引力。第11頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三4),疏水作用

疏水作用是指極性基團(tuán)間的靜電力和氫鍵使極性基團(tuán)傾向于聚集在一起，因而排斥疏水基團(tuán)，使疏水基團(tuán)相互聚集所產(chǎn)生的能量效應(yīng)和熵效應(yīng)。蛋白質(zhì)和酶的表面通常具有極性鏈或區(qū)域，這是由構(gòu)成它們的氨基酸側(cè)鏈上的烷基鏈或苯環(huán)在空間上相互接近時形成的。高分子的蛋白質(zhì)可形成分子內(nèi)疏水鏈、疏水腔或疏水縫隙，可以穩(wěn)定生物大分子的高級結(jié)構(gòu)。

第12頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三2.2.2相互作用的主要類型DNA－蛋白質(zhì)RNA－蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)其他大分子－小分子分子間相互作用的實(shí)現(xiàn)一般是通過分子的擴(kuò)散和分子間轉(zhuǎn)移的相互作用而實(shí)現(xiàn)第13頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三2.3生物大分子的自我組裝共價結(jié)構(gòu)：磷酸二酯鍵、肽鍵、糖苷鍵大分子自我組裝線型結(jié)構(gòu)－高級結(jié)構(gòu)功能類似分子的組裝：結(jié)構(gòu)域組合同類分子的組裝：肌動蛋白、微管、血紅蛋白異類分子組裝：病毒、核糖體、小分子單元－特定化學(xué)鍵－單元聚合物（生物大分子）大分子的組裝的核心在于特異性第14頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三2.3生物大分子的自我組裝結(jié)構(gòu)層次一級－二級－三級－四級螺旋結(jié)構(gòu)：螺旋普遍存在，與功能相關(guān)，如DNA。膜的組裝：功能：區(qū)室化，物質(zhì)交換結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)＋脂質(zhì)第15頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三生物大分子裝配舉例煙草花葉病毒的裝配第16頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三第17頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三第18頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三棒狀結(jié)構(gòu)，2130個蛋白質(zhì)亞基

6395個核苷酸殘基的RNA生理條件下，34個亞基聚集成20S雙盤結(jié)構(gòu)，RNA嵌入雙盤結(jié)構(gòu)（距中心4nm,圈內(nèi)側(cè)）后，盤狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為螺旋，稱起始復(fù)合物，－－－蛋白亞基逐個加入，完成包裝；RNA起始部位具發(fā)夾結(jié)構(gòu)，位于RNA內(nèi)部，第19頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三第20頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三第21頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三裝配不是隨意的，是有起始點(diǎn)，有順序又終點(diǎn)的起始點(diǎn)的辨認(rèn)等其實(shí)是分子特異的相互作用的過程。這種分子作用方式普遍存在于生物的代謝、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中。第22頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三2.4生物大分子的相互作用普遍存在特異作用作用方式為共價和非共價鍵第23頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三核酸與蛋白質(zhì)的相互作用：如組蛋白與DNA的作用，組蛋白由堿性氨基酸為主組成，中和DNA的負(fù)電荷；調(diào)節(jié)蛋白識別特異的DNA序列，如阻遏蛋白Cro（P24）研究蛋白質(zhì)與核酸結(jié)合的方法：特異部位的化學(xué)修飾與保護(hù)，磷酸化、甲基化、乙基化）分子識別方式與結(jié)構(gòu)功能相關(guān)；一些與DNA特異結(jié)合的蛋白質(zhì)在結(jié)構(gòu)上呈二重對稱性，一般為二聚體，第24頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)作用：疏水基團(tuán)親水集團(tuán)的排列多亞基體系的優(yōu)點(diǎn)：減少功能上的錯誤率；經(jīng)濟(jì)性，調(diào)節(jié)有效；P27第25頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三糖與蛋白質(zhì)的作用：糖與蛋白共價結(jié)合，N，O連接，糖鏈的多樣性反映了功能的多樣性。蛋白聚糖中糖殘基被修飾，糖鏈更長，有支持、連接、固定、信號傳遞、等多種功能，參與眾多生理過程。第26頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三脂與蛋白的作用：酯鍵連接，疏水作用第27頁，講稿共29頁，2023年5月2