分子生物学第二章细胞内生物分子相互作用概述(精)

Noncovalent interactions
Hydrogen bonds Van der Waals attractions
Energy
4.2-8.4 4.2-8.4 4.2-8.4
Hydrophobic interactions
2.3生物大分子的自我组装
• 自我组装是组成大分子的结构单位（单 体或亚基）自发形成超分子结构（如核 糖核蛋白体、病毒、膜或多酶系统）的 装配过程。
蛋白质-蛋白质的相互作用 （protein-protein interaction）
• 蛋白质通过分子之间的相互作用实现其 特异的生物学功能。如蛋白质酶的催化 作用需要酶与特异作用物之间的相互识 别、结合成中间复合物；抗体参与的防 御功能需要抗体与抗原之间的特异识别 与结合。
HTH
• HTH基元：最初发现于λ噬菌体的阻遏蛋 白中，现发现在很多原核及真核DNA结 合蛋白中存在。由两个较短的α螺旋与其 间含Gly残基的绞链组成。如大肠杆菌的 CAP蛋白含一HTH结构域，HTH通过 DNA双螺旋大沟识别、结合反向重复序 列TGTG/CACA。
蛋白质分子的结构包括一级结构、二级结 构、三级结构和四级结构，核酸分子结构 只具有一级、二级和超螺旋的三级结构。
• 。
• • 一级结构：组成蛋白质多肽链的 线性氨基酸序列。 二级结构：依靠不同氨基酸之间 的C=O和N-H基团间的氢键形成 的稳定结构，主要为α螺旋和β折 叠。 三级结构：通过多个二级结构元 素在三维空间的排列所形成的一 个蛋白质分子的三维结构。 四级结构：用于描述由不同多肽 链（亚基）间相互作用形成具有 功能的蛋白质复合物分子。
第2章 细胞内生物分子相互作 用概述
• • • • 2.1 生物活性物质的本质 2.2生物大分子间相互作用的化学力 2.3生物大分子的自我组装 2.4生物大分子的相互作用
2.1 生物活性物质的本质
• • • • 生物体是由生物大分子等有机物构成的; 生物体能与环境不断地交换物质与能量; 所有生物大分子共同存在于细胞环境中; 生物体能进行自我更新.
核酸,蛋白质和多糖是主要的生物大分子
• DNA是生物体中原初的遗传物质．DNA通过 自我复制把遗传信息传给子代，然后经转录 使特定基因的遗传信息转换成相应的mRNA ， 后者以一定的顺序将氨基酸连接成特定的多 肽，多肽在分子伴侣的协助下折叠成具有生 物活性的蛋白质．蛋白质是遗传信息表达的 最终产物，而核酸和蛋白质合成则是生物体 在其生命活动中遗传信息流动的主要途径， 它存在于生命的全过程。因此，实现信息流 动的基础是核酸与蛋白质的高聚合物特性。
• 功能相似分子的组装 • 同类生物分子的组装 • 异类生物分子的组装
生物大分子的结构层次
• 构型(configuration )是一个分子中各原 子都具有的各自固定的空间排列，使分 子能以立体化学的形式区分开。 • 构象(conformation)指分子的共价结构 不变，在单键时周围原子旋转所产生的 原子空间结构。
• •
蛋白质结构，从一级结构到四ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结构
生物大分子的相互作用
• DNA-蛋白质相互作用（DNA-protein interaction） • 蛋白质-蛋白质的相互作用（protein-protein interaction） • 糖-蛋白质的相互作用 • 脂-蛋白质的相互作用
DNA-蛋白质相互作用（DNAprotein interaction）
• 一、 DNA-蛋白质相互作用的化学键 1、氢键:具有识别功能蛋白质的螺旋结构 常与DNA的大沟相互作用。 2、疏水键：暴露于大沟侧缘的T-CH3基团 是疏水性的，可与疏水氨基酸残基侧链 相互作用。 3、离子键：?
二、DNA-蛋白质相互作用中的序列特异性 • 1、序列特异识别的结合能：依赖两种类型的 相互作用。一是多肽链与DNA大沟暴露的碱 基之间通过氢键和范德华力建立的联系；二是 多肽链中的碱性氨基酸与戊糖-磷酸骨架之间 的电荷联系。 • 2、序列特异结合的结构基元：螺旋-转角-螺 旋（helix-turn-helix HTH），锌指结构（zinc finger motif）
离子键（ionic bonds）
正、负电荷之间的静电引力
范德瓦尔接触距离
4 种非共价作用力的示意图
Bond strength
Covalent bonds Single bonds H-H (436), C-H (411), C-O (369), C-N (294), C-S (260) Double bonds: C=C (616), C=O (704), O=O (402) Triple bonds CC (805), NN (955) Bond energy (kJ/mol) – Joule/mole
Cells and macromolecules
RNA
Protein DNA Prokaryotic cell
Eukaryotic cell
2.2生物大分子间相互作用的化学力
在生物大分子之间主要存在的非共价的相互作用力包括氢键、离子
键、范德瓦尔力、疏水力。
氢键（hydrogen bonds）
由两个原子来分享一个氢原子，具有高度定向性，一个是氢供体， 另一个是氢受体
范德瓦尔力（Van der Waals bonds）
一定距离内的原子之间通过偶极发生的相互作用，本质上也是静电引力
疏水力（hydrophobic interaction）
非极性分子或基团在水相环境中相互吸引、聚集的作用力
生物大分子的化学本质与特性
• 无论是原核生物还是真核生物，对一个生命体 来说，均由蛋白质，核酸，糖类等生物大分子 和一些小分子化合物及无机盐等这些化学成分 组成。 • 生物大分子中的单体既是结构单位，又可作为 许多重要组分的前体．尤其是单糖，脂肪酸及 氨基酸也是沟通机体中间代谢的重要桥梁，它 们沿不同而又相互连接的代谢途径渐次降解， 并汇集到共同产物，如α－酮戊二酸，草酰乙酸， 最终进入呼吸链成为二氧化碳和水，在着一过 程中伴随能量的释放。