当前课程知识点：分子生物学 > 第二章 生物大分子的结构及生物大分子复合物 > 2.1 生物大分子 > 2.1 生物大分子
大家好
在我们开始生物大分子
结构和功能的学习之前
这一堂课我们首先来回顾一下
关于化学键和生物大分子的基本知识
细胞的化学组成可分为两大类
无机物和有机物
其中约70%以上都是水
水以游离态和结合态
绝大多数（95%）的水是游离态
另外（约5%）是
通过氢键或其他键同蛋白质结合
另外有20多种无机盐
例如
Na+ K+ Ca+ Cl-等
约占细胞总重的1%
有机物包括一些有机小分子
例如 氨基酸 尿素
生物胺等等
约占细胞重量的3%左右
其余的生物大分子
即蛋白质 核酸
脂类和糖
多达几千种
约占细胞总重量的26%
约占细胞干重的90%以上
这些生物大分子与生命活动的
各种分子生物学过程息息相关
生物大分子（macromolecules）
分子量往往非常大
例如核酸
可以达到上百万道尔顿
其结构也比较复杂
这四类生物大分子
还可以通过共价和非共价的方式结合
形成糖蛋白
脂蛋白
糖脂
核蛋白等等
生物大分子的复杂结构
也决定了它们功能的复杂性
它们参与进行新陈代谢
供给维持生命需要的能量与物质
参与传递遗传信息
控制分化和发育
促进生长和调节免疫等
生物大分子虽然分子量大结构复杂
但其基本结构单元并不复杂
往往都是由单体聚合形成的多聚体
蛋白质分子是由氨基酸分子
以肽键结合形成的长链
核酸是由核苷酸以磷酸二酯键
结合形成的长链
多糖是单糖通过糖苷键结合形成
例如
葡萄糖通过糖苷键聚合形成纤维素
构成植物细胞的细胞壁
而脂类是脂肪酸和醇脱水缩合而成
例如甘油三酯
磷脂等等
通常来说
构成生物大分子的单体通过脱水聚合
反之
通过水解而降解为单体
四类生物大分子
还可以通过共价键相互修饰
形成糖蛋白
蛋白多糖和糖脂
例如细胞表面抗原和受体
细胞外基质的硫酸角质素
和甘油糖脂等等
除了通过共价键结合相互修饰以外
生物大分子还可以
通过各种非共价键相互作用
形成生物大分子复合物
在这些非共价键相互作用中
最常见的一种是氢键
一个电负性大的原子
和氢原子以共价键结合形成强极性键
这时靠近另一个同样具有
大的电负性并带有部分负电荷的原子
这个原子与氢原子之间
形成的静电作用力就是氢键
从元素周期表上我们可以看到
分布在元素周期表右上角的
都是具有强的电负性的原子
那么构成我们生物大分子的基本元素C
N O都属于这一类
按照我们刚才讲的氢键形成条件
那么在水分子之间
水分子和氨基之间等等都可以形成氢键
和共价键相比
氢键是一种弱相互作用
但考虑到我们刚才讲的
在生物体内
70%以上都是水
因此综合起来
各种分子内和分子间的氢键
就构成了生物大分子之间
相互作用的最重要的化学键之一
例如
我们在后面DNA的
双螺旋结构中将要讲到的碱基
就是依靠氢键互补配对
蛋白质依靠肽键之间的
氢键相互作用形成a螺旋
和b折叠 等等
另外还有带相反电荷的
基团之间可以形成离子键
两个不溶于水的分子间可以形成疏水键
还有分子间的范德华力等非共价键
都参与生物大分子之间的相互作用
在生理条件下
生物大分子的构象和
生物大分子之间的相互作用方式
就取决于我们上面介绍的
这些共价和非共价键的综合作用
例如
以生物膜为模型
磷脂通过脂肪酸链的疏水键形成脂双层
膜整合蛋白通过
疏水氨基酸残基侧链嵌入生物膜
亲水氨基酸残基则暴露于膜的两侧
并可被糖类共价结合修饰
在两个相互靠近的细胞膜表面
镶嵌于细胞膜内或
附着于细胞膜表面的糖蛋白就通过氢键
蛋白质中带电荷的氨基酸残基的离子键
或者疏水侧链基团的疏水键
参与细胞间信号传导或者细胞的识别
通过这些相互作用
同类生物大分子还可以形成复合物
例如
为了提高生物反应的效率
在细胞信号传导的过程中
同一信号通路的蛋白质信号分子
往往通过支架蛋白
（protein scaffold）聚合成复合体
这样的信号分子蛋白复合体
可以增强信号转导特异性
并提高支架蛋白复合物中
各个蛋白组分的局部有效浓度
减小信号分子之间的距离
从而增强信号转导的效率
还有
不同的生物大分子之间
也可以形成生物大分子复合物
脂类和蛋白质
可以结合形成脂蛋白（lipoprotein）
例如血浆脂蛋白
由甘油三酯的疏水性内核和蛋白质
磷脂
胆固醇等组成的外壳通过
疏水键和范德华力等非共价键结合
蛋白质和核酸可以结合
形成核糖核蛋白体（ribonucleoprotein）
例如核糖体则是由多种
核糖体蛋白和核糖体RNA结合
形成的高分子复合物
下一节课
我将和同学们一起来具体讨论一下
生物大分子相互作用的
方式以及对它们结构和功能的影响
我们下次课再见
-1.1 a brief history of molecular biology
--分子生物学的历史
-2.1 生物大分子
-2.2 生物大分子复合物
-第二章单元测试
-3.1 核酸的结构
-3.2 核酸的理化性质
-3.3 染色体的结构
-3.4 基因，基因组及人类基因组的特点
-第三单元测试
-4.1 the discovery of genetic material
--4.1 遗传物质的发现the discovery of genetic material
-4.2 半保留复制的过程和特点
-4.3 几种特殊的复制形式
-4.4 随机复制对半保留复制的补充
-第四章单元测试
-5.1 转录的起始及RNA聚合酶
-5.2 启动子的特点及转录因子
-5.3 转录的延伸和终止
-5.4 转录后的加工
-第五章单元测试
-6.1 遗传密码子的破解和密码子的“简并性”
-6.2 tRNA的结构特点
-6.3 核糖体的结构特点
-6.4 蛋白质的翻译过程
-6.5 蛋白质的翻译后修饰
-6.6 mRNA在细胞内的非随机分布与翻译
-第六章单元测试
-7.1 氨基酸与蛋白质
-7.2 蛋白质的四级结构
--蛋白质的四级结构
-7.3 蛋白质的理化性质
--蛋白质的理化性质
-7.4 蛋白质的结构域，蛋白质家族及种系进化分析
-第七章单元测试
-8.1 操纵子模式及原核基因表达的调控
-8.2 真核基因表达转录和转录后水平的调控
-第八章单元测试
-9.1 突变概述
--9.1 突变概述
-9.2 突变的后果及修复
-9.3 人工突变，表型筛选及育种
--9.3 诱突育种
-第九章单元测试
-10.1 DNA指纹与个体识别
-10.2 基因编辑与伦理
-第十章单元测试
