生物大分子相互作用分析新技术讲义
《有机化合物及生物大分子》 讲义
《有机化合物及生物大分子》讲义一、有机化合物的概述有机化合物，简单来说，就是含碳的化合物（但一些简单的含碳化合物，如一氧化碳、二氧化碳和碳酸盐等除外）。
它们在我们的生活中无处不在，从我们吃的食物，到我们穿的衣服，再到我们身体内的各种物质，都包含着有机化合物。
有机化合物的种类繁多，这是因为碳原子能够与其他原子形成多种多样的化学键，而且碳原子之间还能相互连接，形成长链、支链、环等不同的结构。
这种结构的多样性，造就了有机化合物丰富的种类和性质。
二、常见的有机化合物1、烃类烃是只含有碳和氢两种元素的有机化合物，分为烷烃、烯烃和炔烃等。
烷烃是饱和烃，其分子中的碳原子之间都是单键相连，例如甲烷（CH₄）、乙烷（C₂H₆）等。
烷烃的化学性质相对稳定，在常温常压下多为气态或液态。
烯烃则含有碳碳双键，如乙烯（C₂H₄），具有较强的反应活性。
炔烃含有碳碳三键，像乙炔（C₂H₂），常用于焊接等工业领域。
2、醇类醇是分子中含有羟基（OH）的有机化合物。
常见的醇有乙醇（C₂H₅OH），也就是我们常说的酒精。
乙醇在医疗、工业和日常生活中都有广泛的应用。
甲醇（CH₃OH）则是一种有毒的醇类物质。
3、羧酸类羧酸分子中含有羧基（COOH）。
乙酸（CH₃COOH），也就是醋酸，是常见的羧酸之一，常被用于食品调味和化工生产。
4、酯类酯是由羧酸和醇反应生成的化合物，具有特殊的香味。
例如，乙酸乙酯是一种常见的有机溶剂，也是许多水果香味的成分之一。
三、有机化合物的结构与性质有机化合物的结构决定了它们的性质。
例如，同分异构体的存在使得相同分子式的化合物可能具有不同的性质。
以正丁烷和异丁烷为例，它们的分子式都是 C₄H₁₀，但由于碳原子的连接方式不同，导致它们的物理性质（如沸点）和化学性质都有所差异。
另外，有机化合物中的官能团对其性质起着关键作用。
羟基使醇具有亲水性，能够与水互溶；而碳碳双键和三键则使烯烃和炔烃容易发生加成反应。
四、生物大分子生物大分子是构成生命的重要物质，包括多糖、蛋白质、核酸等。
《有机化合物及生物大分子》 讲义
《有机化合物及生物大分子》讲义一、有机化合物的概述在我们生活的这个世界中，有机化合物无处不在，从我们日常所吃的食物，到我们身体内的各种物质，再到大自然中的许多物质，都属于有机化合物的范畴。
那么，什么是有机化合物呢？简单来说，有机化合物就是含碳的化合物，但一些简单的含碳化合物，如一氧化碳、二氧化碳和碳酸盐等，由于它们的性质与其他有机化合物差异较大，通常不被视为有机化合物。
有机化合物之所以如此重要，是因为它们具有丰富多样的性质和功能。
碳元素的独特性质使得它能够与其他元素形成多种多样的化学键，从而构建出结构复杂、功能各异的有机分子。
二、有机化合物的分类有机化合物的种类繁多，为了更好地研究和理解它们，我们通常将其进行分类。
常见的分类方式包括按照官能团分类、按照碳骨架分类等。
按照官能团分类，我们有醇、醛、羧酸、酯、醚等。
比如说，醇类化合物都含有羟基（OH）官能团，常见的有乙醇（也就是我们常说的酒精）。
醛类化合物含有醛基（CHO），像甲醛就是一种常见的醛。
羧酸则含有羧基（COOH），乙酸（也就是醋酸）就是典型的羧酸。
按照碳骨架分类，我们可以分为链状化合物、环状化合物等。
链状化合物的碳原子连接成链状，而环状化合物的碳原子则形成环状结构，比如苯环就是一种常见的环状结构。
三、常见的有机化合物1、烃类化合物烃类化合物是只含有碳和氢两种元素的有机化合物，包括烷烃、烯烃和炔烃等。
烷烃是饱和烃，它们的碳原子之间都是单键连接，化学性质相对稳定。
甲烷是最简单的烷烃，是天然气的主要成分。
烯烃含有碳碳双键，化学性质比较活泼，容易发生加成反应等。
乙烯就是一种重要的烯烃，在水果催熟等方面有广泛应用。
炔烃含有碳碳三键，如乙炔，常用于焊接和切割金属。
2、醇类化合物醇类化合物在生活和工业中都有重要的用途。
乙醇不仅是常见的饮料成分，也是重要的有机溶剂。
丙三醇（甘油）则常用于化妆品和制药工业。
醇类化合物的化学性质主要包括与金属钠的反应、氧化反应等。
生物大分子与药物的相互作用机制
生物大分子与药物的相互作用机制生物大分子是构成生命体系的核心分子，包括蛋白质、核酸、多糖和脂质等。
这些大分子具有复杂的结构和多样的功能，涉及到生物体内的许多生命过程。
药物在治疗疾病和保健方面起着至关重要的作用，而它们的作用机制也与生物大分子有密切关联。
本文将会介绍生物大分子与药物相互作用的机制，并简要探讨其对药物研发和治疗的意义。
一、生物大分子的结构和功能生物大分子是细胞和组织的核心分子，包括核酸、蛋白质、多糖和脂质等。
生物大分子具有多种结构和功能，例如：1. 蛋白质蛋白质是生物大分子中最为复杂和多样化的分子之一，它们由氨基酸残基组成，并通过多种方式进行折叠和组合。
不同种类的蛋白质具有不同的结构和功能，例如酶、激素、抗体等。
2. 核酸核酸是脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）的总称。
它们由核苷酸组成，核苷酸由磷酸、五碳糖和氮碱基组成。
核酸是遗传信息的主要负载体，也参与了许多细胞过程中的调节和信号传递。
3. 多糖多糖是由多种单糖分子组成的长链大分子，它们在细胞膜、基质、细胞外基质等方面起着支持、保护、储存和信号传递的作用。
多糖有许多不同种类，例如葡聚糖、木聚糖、角质素、甘露聚糖等。
4. 脂质脂质是由脂肪酸和甘油等组成的大分子，它们的主要功能是存储和提供能量，同时还起到结构和信号传递的作用。
脂质有许多种类，例如膜脂质、胰岛素、大麻素等。
二、药物与生物大分子的相互作用药物是指一种或多种化学物质，可以治疗或预防疾病。
大多数药物都是通过与生物大分子相互作用来发挥作用的。
药物与生物大分子的相互作用形式包括：1. 非共价性相互作用非共价性相互作用是指药物与生物大分子之间通过短暂的、不稳定的非共价键相互作用的过程，这些非共价键包括氢键、范德华力和离子键等。
非共价性相互作用可以快速地引起生物大分子结构的调整和特异性结合，从而导致药物的生物活性。
2. 共价性相互作用共价性相互作用是指药物与生物大分子之间通过共价键相互结合的过程，这种相互作用是比较稳定和可逆的。
4生物大分子相互作用分析技术
4生物大分子相互作用分析技术生物大分子相互作用分析技术是基础医学与医学实验技术中的重要内容之一、它主要用于研究生物体内各种大分子的相互作用，如蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸、蛋白质-小分子化合物等。
这些相互作用在生物体内起到了重要的调控功能，对于解析生物活性分子的功能和机制具有重要意义。
本文将详细介绍几种常用的生物大分子相互作用分析技术。
其中一种常用的技术是免疫共沉淀。
免疫共沉淀可以通过专一性抗体对亲和变性的目标蛋白进行捕捉，然后通过蛋白质电泳或质谱分析来检测与之相关的蛋白质。
这种技术非常适合研究蛋白质-蛋白质相互作用，尤其是大多数蛋白质复合物的分析。
免疫共沉淀还可以用于研究蛋白质与小分子化合物或者核酸的相互作用。
另一种常见的技术是双杂交。
双杂交是一种基于酵母菌的遗传学技术，通过酵母细胞内两个蛋白质相互作用对目标的表达产物进行筛选。
这种技术可以用于研究蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸相互作用，尤其适合研究蛋白质互作网的构建和分析。
双杂交技术可以筛选出与特定蛋白质相互作用的蛋白质或者核酸，进而揭示它们的相互作用网络和功能。
此外，核酸电泳技术也是一种常用的大分子相互作用分析技术。
核酸电泳可以通过检测蛋白质与核酸之间的相互作用来研究蛋白质-核酸相互作用。
常见的核酸电泳技术包括凝胶迁移实验和南方印迹等。
通过这些技术可以揭示蛋白质与DNA或RNA之间的相互作用，从而深入了解基因表达调控和信号传导的机制。
另外一种重要的技术是表面等离子共振（SPR）技术。
SPR技术通过光纤传感器测量生物分子的质量变化，以实时监测生物分子的相互作用。
SPR技术可以研究蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸、蛋白质-小分子化合物等相互作用。
该技术具有高灵敏度、高选择性和实时监测的优点，广泛应用于药物筛选、分子识别和相互作用机制研究等领域。
综上所述，生物大分子相互作用分析技术在基础医学与医学实验技术中具有重要地位。
以上介绍的几种技术都可以用于研究生物大分子的相互作用，但每种技术都有其适用的对象和分辨率。
生物大分子相互作用的热力学原理及分析方法
生物大分子相互作用的热力学原理及分析方法生物大分子相互作用是维持生物体各种生理活动的关键，也是许多生命过程中发生的基础反应。
其运动、结构、功能和调控的机制都与充电和热力学相关。
此文旨在介绍生物大分子相互作用的热力学原理及其分析方法。
一、热力学基础热力学是研究能量转化与宏观现象之间的关系的学科。
能量转化是指从一种形式的能量转移到另一种形式，从而驱动宏观过程。
而生物大分子相互作用存在于生物体内，因此必须重视化学反应热力学的基础知识。
热力学中有几个重要的概念需要特别说明。
（一）系统与环境在本文中，系统指的是被研究的生物大分子样品，而环境是指不包括系统的所有其他物质，两者间通过作用力所交换的能量就是热力学热力。
热力学研究的重点是如何将系统和环境之间相互转移的能量描述，并对系统和环境特征作出测量。
（二）热力学第一定律和第二定律热力学第一定律指的是能量不会消失或产生，只能转化成其他形式。
第二定律主要说明了能量转化的方向：永远不会从自己低温的物体转移热量到高温的物体上，也不会从无序的系统到有序的系统上。
因此，生物大分子相互作用过程中能量的转移必须遵循第一和第二定律的规律。
（三）熵和自由能热力学中有一个重要的概念是熵（entropy）。
在生物大分子相互作用的过程中，随着体系的复杂化，熵增加，从而使有序变为混沌的情况变得不可避免。
自由能（Gibbs free energy）是能量转移和过程中的有助于实现生物大分子相互作用的因素。
要能够提高系统中有组织的状态，并使其达到最大的稳定状态，就需要使系统的自由能达到最小。
在预测反应的方向和速率上，自由能变化是非常重要的。
二、常用的生物化学分析方法生物大分子相互作用的研究涉及到多种现代生物化学和物理化学方法。
目前，常用于热力学研究的方法主要包括等温滴定量热法、差示扫描量热法、圆二色性光学光谱法、荧光共振能量转移法、表面等离子共振法等。
下面将分别介绍这些方法的原理和应用。
（一）等温滴定量热法等温滴定量热法（Isothermal titration calorimetry，ITC）是研究生物大分子相互作用最常用的实验技术之一。
《生物大分子以碳链为骨架》 讲义
《生物大分子以碳链为骨架》讲义一、什么是生物大分子在我们生活的这个丰富多彩的生物世界中，存在着各种各样的物质。
其中，有一类物质对于生命活动起着至关重要的作用，它们被称为生物大分子。
生物大分子主要包括多糖、蛋白质、核酸等。
这些大分子可不是一般的小分子物质简单堆积而成的，它们具有独特的结构和功能，是构成生命的重要基础。
二、碳链在生物大分子中的核心地位为什么说生物大分子是以碳链为骨架呢？这得从碳元素的特性说起。
碳元素具有独特的化学性质，它能够与其他原子形成稳定的共价键，尤其是能形成四个共价键。
这使得碳原子能够相互连接成链状、分支状甚至环状的结构。
就拿多糖来说，比如淀粉和纤维素，它们都是由许多葡萄糖分子连接而成的。
而葡萄糖分子之间的连接，就是通过碳链来实现的。
蛋白质更是如此，氨基酸通过脱水缩合形成肽链，而肽链中的氨基酸残基之间也是由碳链相连。
核酸，包括 DNA 和 RNA，其中的核苷酸也是通过碳链相互连接，构成了长长的核酸链。
三、碳链的多样性碳链的长度、分支情况以及所连接的官能团不同，赋予了生物大分子丰富的多样性。
较短的碳链可以构成简单的小分子物质，而较长的碳链则能形成复杂的大分子。
而且，碳链还可以有分支，就像大树的树枝一样，增加了分子结构的复杂性。
不同的官能团连接在碳链上，又使得生物大分子具有不同的化学性质和功能。
例如，羟基能使分子具有亲水性，而羧基则能赋予分子酸性。
四、生物大分子的功能与碳链的关系生物大分子的功能与其结构密切相关，而碳链的结构则是决定其功能的关键因素之一。
多糖中的碳链结构决定了其储存能量（如淀粉）或构成细胞壁（如纤维素）的功能。
蛋白质的碳链折叠和盘绕形成特定的空间结构，从而具有催化、运输、免疫等多种功能。
核酸中的碳链排列顺序携带了遗传信息，指导着生物的生长、发育和繁殖。
五、碳链骨架的稳定性碳链骨架在生物体内具有很高的稳定性。
这使得生物大分子能够在相对稳定的环境中发挥作用，不会轻易分解或改变结构。
《生物大分子以碳链为骨架》 讲义
《生物大分子以碳链为骨架》讲义一、引言在我们生活的这个丰富多彩的生物世界中，从微小的细菌到庞大的蓝鲸，从娇艳的花朵到参天的大树，每一种生物都由各种各样的分子构成。
而在这些分子中，有一类被称为生物大分子，它们在生命活动中起着至关重要的作用。
生物大分子包括多糖、蛋白质、核酸等，它们都有一个共同的特点——以碳链为骨架。
二、什么是碳链碳是生命的基础元素，它具有独特的化学性质，能够形成稳定的化学键。
碳原子可以通过共价键与其他碳原子或其他元素的原子相结合，形成不同长度和形状的碳链。
碳链的结构多种多样，有直链、支链和环状等。
直链就是碳原子一个接一个地连成一条直线；支链则是在直链的基础上有一些碳原子分支出去；环状则是碳原子首尾相连形成一个环。
这些不同结构的碳链为生物大分子的多样性和复杂性提供了基础。
三、生物大分子的种类1、多糖多糖是由多个单糖分子通过糖苷键连接而成的大分子。
常见的多糖有淀粉、纤维素和糖原等。
以淀粉为例，它是植物细胞中储存能量的物质。
淀粉分子是由许多葡萄糖分子通过糖苷键连接而成的长链，这些长链形成螺旋状结构。
而纤维素则是构成植物细胞壁的主要成分，其碳链结构与淀粉有所不同，导致了它们在性质和功能上的差异。
2、蛋白质蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的大分子。
氨基酸是含有氨基和羧基的有机分子，它们通过脱水缩合反应形成肽键，进而连接成多肽链。
多肽链经过折叠、盘曲等进一步的加工，形成具有特定空间结构和功能的蛋白质。
蛋白质的种类繁多，功能各异，从催化化学反应的酶到构成身体结构的肌肉蛋白，从运输氧气的血红蛋白到抵御病原体的抗体，都离不开蛋白质。
3、核酸核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。
核酸是由核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的大分子。
DNA 是遗传信息的携带者，它的双螺旋结构就像一个扭曲的梯子，两条链通过碱基互补配对相互结合。
RNA 在遗传信息的传递和表达中发挥着重要作用，如信使 RNA（mRNA）、转运 RNA（tRNA）和核糖体 RNA（rRNA）等。
生物大分子相互作用分析
四、BIAcore的一般分析流程
2. pH值选择（pH Scouting）
A 目的 使配体与芯片表面接近
B 如何选择合适的pH值？ 选择在pKa和蛋白质pI之间的某一pH值，用此pH值的NaAC稀释配体。
C 判断pH值合适的依据
四、BIAcore的一般分析流程
BIAcore C
BIAcore 3000
BIAcore Flexchip
BIAcore A100
BIAcore X100
BIAcore T100
二、BIAcore简介和工作原理
4. 其他品牌的分子互作分析仪
二、BIAcore简介和工作原理
5. BIAcore3000组件
光路和检测系统
IFC系统 芯片及卡盘
一、生物分子相互作用的研究
3. 大分子互作研究方法
A 酵母双杂交系统（THS） B 化学发光共振能量转移（BRET） C 双分子荧光互补（BIFC） D 生物分子相互作用分析（BIA） E 蛋白芯片（PC）
二、BIAcore简介和工作原理
1. BIA定义
BIA：Biomolecular Interaction Analysis 生物分子相互作用分析
三、BIAcore的应用领域
1. 免疫学检测、生化分析
2. 药物发现和筛选
3. 核酸/核酸、核酸/蛋白互作分析
4. 蛋白质分析和蛋白质组学
三、BIAcore的应用领域
1. 免疫学检测、生化分析
A 抗原识别、抗原决定簇 代替放射性免疫检测和ELISA
B 抗原抗体结合常数测定 T细胞识别抗原是免疫学研究的重点，分析抗原抗体结合常
4. 进样分析（Sample Injection）
生物大分子间相互作用和结构分析方法
生物大分子间相互作用和结构分析方法生物大分子是生命系统中重要的组成部分，它们承担着众多生物学功能，并参与到众多生理和病理过程中。
了解生物大分子的相互作用及结构分析方法对于深入理解生命科学的相关领域具有重要的意义。
一、生物大分子间的相互作用在生物大分子的相互作用中，最为常见的是蛋白质和核酸间的相互作用。
蛋白质是生命体系中最为重要的分子之一，其在生物酶的催化反应中具有重要作用。
而核酸则是遗传信息的存储、传递和表达的载体。
1. 蛋白质之间的相互作用蛋白质的结构是由氨基酸线性排列形成的，其中包含着许多的氢键和离子键。
通过氢键和离子键的形成，蛋白质中不同的氨基酸序列之间会产生相互吸引的力量，具有显著的结构稳定性。
另外，由于蛋白质分子之间的氢键和疏水作用的存在，它们能够通过相互作用形成具有生物功能的复合物，比如酶-底物复合物或是受体-配体复合物。
2. 核酸分子之间的相互作用核酸分子的相互作用则主要是基于配对规则。
DNA和RNA分子的互补配对是遗传信息储存、传递和表达的基础。
在DNA双螺旋分子结构中，正常的碱基配对是A-T和C-G，通过氢键和疏水效应的作用，碱基之间能够密切结合。
二、生物大分子结构分析方法1. X射线晶体学X射线晶体学是研究生物大分子结构的重要方法之一。
其基本流程为首先将生物大分子结晶，利用X射线晶体衍射技术获取高精度的分子结构信息和原子间相对位置关系。
2. 核磁共振（NMR）核磁共振是在生物大分子结构分析中使用最为广泛的方法之一。
它可以用于对小分子、蛋白质和核酸等分子的结构分析。
通过核磁共振技术能够获取分子的相对位置关系及二级结构信息等，并且能够在生理温度和生理pH下进行分析。
3. 电子显微镜（EM）电子显微镜是通过显微镜显微图像的分析获取生物大分子的结构信息。
与晶体学和核磁共振所需要的样品处理和制备方式不同的是，电子显微镜技术需要样品进行“负染”制备即样品中的生物大分子会通过染色方法被染色成黑色，并能通过电镜分析技术获取到它们的高分辨率结构信息。
第二章生物大分子及其相互作用详解演示文稿
三、生物大分子的高聚物特性 • 核酸（DNA和RNA） • 蛋白质 • 多糖 • 脂质
第二十三页，共147页。
核 酸（Nucleic Acid）
核酸（DNA和RNA） 核酸分子的骨架是由核苷酸以[3’，5’]-磷酸二酯键连接成的
多核苷酸链。DNA和RNA的区别在于前者是4种脱氧核糖核苷 酸，后者为4种核糖核苷酸，不同的脱氧核苷酸或核苷酸的区别 在于其碱基的不同。
• 类脂的生理功能： 1)是生物膜的组成成分； 2)协助脂类和脂溶性维生素的吸收； 3）胆固醇是机体合成维生素D3、胆汁酸及 各种类固醇激素的重要原料。
第十七页，共147页。
(3) 所有生物大分子共同存在于细胞环境中 细胞是生命的结构基础，是生物体结构功能的基本
单位。 (4) 生物体能进行自我更新
生物体能精确的自我复制、生长、繁殖，而且在一 定的条件下产生变异，产生新的生命类型，从而对新 环境表现出适应性。
第十八页，共147页。
二、生物活性分子的化学本质
(2).纤维素
• 由葡萄糖以（14）糖苷键连接而成的直链，不溶 于水。
(3).几丁质（壳多糖） • N-乙酰-D-葡萄糖胺，以（14）糖苷键缩合而成
的线性均一多糖。 (4).杂多糖 • 糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等）
• 透明质酸
• 硫酸软骨素 • 硫酸皮肤素 • 硫酸角质素
• 肝素
第三十二页，共147页。
涌现，如：
DNA重组技术
酶逐步降解技术 基因自动合成和测序技术 X线晶体学分析技术
计算机技术 以及不同技术组合，使获得清晰度的结构图象，了解生物过程 中蛋白质构象的动态变化，以及对生物大分子结构进行贮存，比 较和结构——功能预测成为可能。
第八页，共147页。
生物大分子之间的相互作用机制研究
生物大分子之间的相互作用机制研究生物大分子是指分子量较大的在生物体内起关键作用的分子，如核酸、蛋白质、多糖等。
它们在生物体内的功能及相互作用机制是生命科学领域中最重要的研究方向之一。
在生物大分子中，不同分子之间有许多复杂的相互作用机制。
这些相互作用机制决定了分子的空间构象、化学反应、信号转导等过程，同时也为生物体的许多生理功能提供重要支持。
本文将从不同类型的生物大分子以及它们之间的相互作用机制来具体探讨。
一.核酸的相互作用机制核酸是一种重要的生物大分子，包括DNA和RNA两种。
DNA 是基因的遗传物质，RNA则包括mRNA、tRNA、rRNA等多种类型，它们在基因表达、蛋白质合成等过程中起到关键作用。
在这些大分子之间，存在着多种复杂的相互作用力，如静电相互作用力、氢键作用、桥式作用等。
其中，氢键是RNA和DNA相互作用的重要机制，也是维持DNA和RNA结构稳定的关键机制。
氢键是指氢原子与一个负电性原子间形成的半共价化学键，也称氢桥键。
DNA中的氢键主要由GC配对和AT配对中氮碱基的A和T质子间形成。
而RNA中的氢键则由四种碱基（A、C、G、U）间的复杂交互构成。
此外，静电相互作用力也是核酸大分子间相互作用的重要机制，它是由两个带电荷的物体之间的相互作用力，主要涉及负电的磷酸骨架和碱基间的相互作用。
静电相互作用力和氢键作用不同，它们是非共价的，更加松散分布，所以DNA和RNA中的正负离子浓度及盐度对其稳定性有重要影响。
二.蛋白质的相互作用机制蛋白质是一类具有复杂体系结构和功能的生物大分子，在生物体内起着各种重要的作用，如催化反应、调控功能、传递信息等。
而蛋白质之间也存在着众多复杂的相互作用力。
蛋白质与蛋白质之间的相互作用主要分为两类：非共价相互作用和共价相互作用。
其中，非共价相互作用则包括范德华力、静电相互作用力、氢键作用等力。
非共价相互作用更常见，也更容易被研究。
例如，蛋白质的空腔内侧通常为疏水性，因此，疏水性相互吸引是蛋白质合成过程中的主要相互作用机制。
生物大分子与药物相互作用
生物大分子与药物相互作用生物大分子和药物之间的相互作用一直以来都是生物科学研究的热点问题。
大分子是生命体系中的重要组分，包括核酸、蛋白质、多糖等，而药物是治疗和预防疾病的化学物质。
药物在人体内的作用是通过与生物大分子发生相互作用来实现的。
因此，了解生物大分子与药物之间的相互作用机制对于药物开发和药效评价至关重要。
一、药物与蛋白质的相互作用1. 非共价相互作用药物与蛋白质结合通常是非共价的相互作用。
其中最为常见的是氢键、离子键、疏水作用和范德华力等作用。
例如，药物阿司匹林和白蛋白结合时，阿司匹林分子的羧基部分与白蛋白上的氨基酸残基形成氢键，而阿司匹林与白蛋白的疏水作用也起到很重要的作用。
这种非共价相互作用形成的药物-蛋白质复合体是比较松散的，因此药物可以在短时间内与蛋白质结合和解离。
2. 共价相互作用共价相互作用通常指的是药物与蛋白质中的半胱氨酸、赖氨酸、组氨酸和色氨酸等含有活性官能团的氨基酸残基之间的化学键的形成。
共价相互作用有很高的亲和力和特异性，药物与蛋白质的结合比非共价相互作用更为牢固。
二、药物与核酸的相互作用药物与核酸之间的相互作用分为两类：一类是基于非共价相互作用如氢键、疏水作用、范德华力和离子键等；另一类是共价相互作用，通常是指药物直接与DNA或RNA中的核苷酸成键。
目前许多药物都是结合在核酸的主要组成部分如腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和尿嘧啶等上面，这些核苷酸残基的特异性可用于指导药物的分子设计与筛选。
三、药物与多糖的相互作用多糖包括天然多糖和化学合成多糖。
其中，药物和肝素、壳聚糖、甘露醇等多糖物质之间的相互作用被广泛研究，这些研究多在新型药物的研究及其负载纳米粒子，以及制备可控释放系统方面应用广泛。
药物与多糖之间的相互作用存在一些弱作用力，包括范德华力、水素键、离子键和疏水作用等，这些相互作用会影响到多糖的结构和功能，从而产生不同的生物效应。
四、药物与锁定在膜上的酶的相互作用很多酶比如膜质酶、细胞外酶、蛋白酶、磷酸酶等都被固定在细胞膜上，并具有膜上可翻滚功能。
生物化学第五节 生物大分子相互作用研究技术
第五节生物大分子相互作用研究技术2015-07-16 70976 0生物大分子之间可相互作用并形成各种复合物，所有的重要生命活动，包括DNA的复制、转录、蛋白质的合成与分泌、信号转导和代谢等，都是由这些复合物所完成。
研究细胞内各种生物大分子的相互作用方式，分析各种蛋白质、蛋白质-DNA、蛋白质-RNA复合物的组成和作用方式是理解生命活动基本机制的基础。
有关研究技术发展迅速，本节选择性介绍部分方法的原理和用途。
一、蛋白质相互作用研究技术目前常用的研究蛋白质相互作用的技术包括酵母双杂交、各种亲和分离分析（亲和色谱、免疫共沉淀、标签蛋白沉淀等）、FRET效应分析、噬菌体显示系统筛选等。
本部分简要介绍标签蛋白(tagged protein)沉淀和酵母双杂交技术(yeast two-hybrid system)。
（一）标签蛋白沉淀标签融合蛋白结合实验是一个基于亲和色谱原理的、分析蛋白质体外直接相互作用的方法。
该方法利用一种带有特定标签( tag)的纯化融合蛋白作为钓饵，在体外与待检测的纯化蛋白或含有此待测蛋白的细胞裂解液温育，然后用可结合蛋白标签的琼脂糖珠将融合蛋白沉淀回收，洗脱液经电泳分离并染色。
如果两种蛋白有直接的结合，待检测蛋白将与融合蛋白同时被琼脂糖珠沉淀( pull-down)，在电泳胶中见到相应条带（图20-6）。
图20-6 标签融合蛋白沉淀实验流程示意图目前最常用的标签是谷胱甘肽S-转移酶( GST)，有各种商品化的载体用于构建GST融合基因，并在大肠杆菌中表达为GST融合蛋白。
利用GST与还原型谷胱甘肽(glutathione)的结合作用，可以用共价偶联了还原型谷胱甘肽的琼脂糖珠一步纯化GST融合蛋白。
另一个常用的易于用常规亲和色谱方法纯化的标签分子是可以与镍离子琼脂糖珠结合的6个连续排列组氨酸( 6xHis)标签。
标签融合蛋白结合实验主要用于证明两种蛋白分子是否存在直接物理结合、分析两种分子结合的具体结构部位及筛选细胞内与融合蛋白相结合的未知分子。
相分离 生物大分子 多价相互作用
相分离生物大分子多价相互作用生物大分子是一类具有巨大分子量的有机分子，由许多单体通过共价键连接而成。
它们在生物体内起着重要的结构和功能作用。
多价相互作用是指这些大分子之间的相互作用力，其中包括范德华力、静电力、氢键等。
范德华力是一种吸引力，是由于电子在分子内不均匀分布而产生的。
它是所有分子之间普遍存在的相互作用力，使得生物大分子能够紧密地结合在一起。
静电力是由于分子中正负电荷之间的相互作用而产生的力，它在生物大分子的稳定性和功能中起着重要作用。
氢键是一种特殊的静电力，它是由于氢原子与电负性较高的原子（如氮、氧、氟）之间的相互作用而形成的。
氢键在生物大分子的折叠和结构稳定性中起着关键作用。
生物大分子的多价相互作用使得它们能够形成复杂的结构和功能。
例如，蛋白质是生物体内功能最为多样的大分子，它通过多价相互作用来保持其特定的立体构型和功能。
核酸是生物体内储存和传递遗传信息的大分子，它的双螺旋结构是由多个氢键相互作用形成的。
多糖是由许多糖分子通过糖苷键连接而成的大分子，它们通过范德华力和氢键相互作用来形成纤维状结构或胶体状物质。
除了以上提到的多价相互作用，生物大分子还可以通过其他相互作用来实现更复杂的结构和功能。
例如，疏水作用是由于水分子对非极性区域的排斥而产生的力，它在蛋白质的折叠和脂质的聚集中起着重要作用。
离子键是由正负离子之间的相互吸引力而形成的键，它在生物大分子的稳定性和功能中也起着关键作用。
生物大分子之间的多价相互作用是生物体内复杂结构和功能的基础。
它们通过范德华力、静电力、氢键等相互作用力来紧密结合在一起，形成稳定的结构和实现特定的功能。
这些相互作用力的存在和调控使得生物体得以正常运作，并展现出生命的多样性和复杂性。
我们对这些多价相互作用的深入研究，将有助于揭示生命的奥秘，并为生物医学、药物设计等领域的发展提供新的思路和方法。
生物大分子的相互作用分析
生物大分子的相互作用分析生物大分子是重要的基础生物学研究对象，由于生命现象的某些方面与大分子的相互作用相关，因此研究它们的相互作用对于理解生命现象具有重要意义。
大分子间的相互作用主要包括静电相互作用、范德华相互作用、疏水作用、氢键及金属配位等几种类型。
其中，静电作用是指由于两个电荷不同的大分子间产生的吸引或排斥力，而范德华作用是指由于两个没有净电荷的大分子间的分子间相互作用而引起的吸引力。
疏水作用是指水与非极性物质之间的相互作用，而氢键是指通过一个三向协同作用而使得某些分子在这种力的作用下形成稳定状态。
金属配位则是指金属离子与生物大分子中的受体结构相互作用，从而发挥生化反应过程中的催化作用。
生物大分子间的相互作用在不同方面具有不同作用。
例如，电荷是影响大分子间相互作用的主要因素之一。
对于电荷正负性相同的大分子来说，它们之间的排斥力将较强，而如果它们的电荷性质不同，则它们之间的吸引力将较强。
范德华力的作用在于抵消分子间的电荷排斥力，使得不带电荷的分子间仍能发生相互作用，而疏水作用则在大分子之间的折叠和聚集过程中发挥重要作用。
氢键则常常用于保持生物分子的空间结构，从而决定生物分子的功能。
利用计算方法来预测、模拟和分析生物大分子相互作用过程是现代计算化学和计算生物学的核心研究问题之一。
这些方法主要包括分子力学（MM）、分子动力学（MD）、蒙特卡罗（MC）方法、格子方法等。
基于这些计算方法，科学家们可以利用计算机模拟大分子间的相互作用过程，并在模拟过程中探究生物大分子的结构、特性以及相互关系等问题，同时帮助人们更好地理解生物学及生命科学领域中的一些问题。
例如，在分子动力学模拟中，科学家们可以采用分子和反应动力学（MRD）方法来研究氢键、电荷和范德华相互作用等因素对于蛋白质间的相互作用所产生的影响。
在这种模拟中，科学家们会对蛋白质结构进行能量优化，然后使用分子动力学的方法来模拟蛋白质在水溶液中的动力学行为，从而确定它们之间的相互作用力。
生物大分子相互作用的热力学原理及分析方法
生物大分子相互作用的热力学原理及分析方法热力学原理：热力学是研究系统热力学性质的理论，可以用来描述生物大分子相互作用的驱动力和平衡状态。
热力学第一定律是能量守恒定律，它表示系统的内能变化等于吸收的热量减去对外界做功的量，即ΔU = Q - W。
其中，ΔU是系统内能的变化，Q是系统吸收的热量，W是系统对外界做的功。
热力学第二定律是描述系统的方向性和可逆性的定律，它表明自然界中存在一个不可逆的过程，即熵增原则。
熵是描述系统的无序程度的物理量，系统的熵变ΔS = S_final - S_initial，在一个孤立系统中，熵不会减少，只会增加或保持不变。
热力学第三定律是描述系统在绝对零度温度下的性质的定律，它表明所有物质在绝对零度时熵趋于0。
分析方法：1.热力学数据分析：热力学实验可用来测定生物大分子相互作用的热力学参数，如焓变（ΔH）和熵变（ΔS）。
根据热力学公式ΔG=ΔH-TΔS，可以计算出自由能变化（ΔG），并进一步分析生物大分子相互作用的驱动力和稳定性。
热力学数据分析可以通过比较不同条件下的热力学参数来研究生物大分子相互作用的影响因素。
2.结构生物学分析：结构生物学是研究生物大分子结构的学科，其中包括X射线晶体学、核磁共振（NMR）等技术。
通过结构生物学分析，可以获得生物大分子的三维结构信息，进而研究其在相互作用中所扮演的角色和相互作用的模式。
结构生物学分析可以从原子级别揭示生物大分子相互作用的机制。
3.分子力学模拟：分子力学模拟是通过计算机模拟的方法来研究生物大分子相互作用的过程和机制。
分子力学模拟可以通过计算大量分子的运动和相互作用力来预测分子的结构和性质。
通过分子力学模拟，可以模拟生物大分子在不同环境条件下的相互作用，研究其物理性质和动力学行为。
4.生物物理化学实验方法：生物物理化学实验方法包括光谱方法（如紫外吸收光谱、荧光光谱等）、动力学方法（如酶动力学、质谱分析等）和热力学方法（如差示扫描量热法、等温滴定量热法等）。
生物大分子的相互作用及其应用
生物大分子的相互作用及其应用生物大分子是指生命体中体积较大的有机分子，主要包括蛋白质、核酸、多糖等。
生物大分子之间的相互作用在生物学中扮演着非常重要的角色。
它们的相互作用不仅决定了大分子的结构和功能，也影响了细胞的代谢和信号传导等生命过程。
本文将探讨生物大分子的相互作用及其应用。
1. 蛋白质间的相互作用蛋白质是细胞中最广泛的生物大分子之一，不同的蛋白质之间通过各种相互作用形成复杂的结构和功能，其中最常见的相互作用包括：（1）氢键：氢键是一种非共价键，是两个分子之间氢原子和一个带有电负性较强的原子之间的相互作用。
在蛋白质中，氢键通常存在于相邻的氨基酸残基之间，通过氢键的形成，可以使蛋白质分子稳定起来。
（2）疏水作用：疏水作用是指聚集在水中的蛋白质分子对于水的排斥作用。
在蛋白质中，疏水残基（如丙氨酸、甲氨酸等）通常会聚集在分子的内部，这种聚集形成了疏水核，并通过疏水作用来维持分子的结构。
（3）离子键：离子键是通过正负离子之间的相互作用形成的一种非共价键。
在蛋白质中，对于氨基酸残基中带正电荷的Lys和Arg，会与带负电荷的Asp和Glu形成离子键，这种离子键的形成对于蛋白质分子的稳定至关重要。
蛋白质之间的相互作用不仅决定了蛋白质的结构和功能，也决定了蛋白质在细胞中的各种生物学过程中的作用。
例如，在细胞信号传导过程中，蛋白质的相互作用可以使信号传导途径得以进行和调节。
2. 核酸间的相互作用核酸是细胞中另一种广泛存在的生物大分子，塞斯塔不塞密奥通过两个主要的核酸分子（DNA和RNA）承载了生命的遗传信息。
核酸分子的双链结构通过氢键的形成将两条链合并在一起。
而核酸之间的相互作用主要体现在形成二级结构、三级结构以及四级结构等层次上。
（1）磷酸二酯键：核酸分子内部的磷酸二酯键是形成核酸分子链的基本成分，磷酸二酯键存在于核酸分子的糖分子之间。
它通过氢键的形成，将两条链合并在一起形成双链结构。
（2）氢键：与蛋白质相似，核酸分子内部的氢键也是相邻的核苷酸残基间的相互作用。
《有机化合物及生物大分子》 讲义
《有机化合物及生物大分子》讲义一、什么是有机化合物在我们生活的这个世界里，充满了各种各样的物质。
其中，有机化合物是一类非常重要的物质。
那什么是有机化合物呢？简单来说，有机化合物就是含碳的化合物，但一些简单的含碳化合物，比如一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐等，通常不被认为是有机化合物。
有机化合物的种类繁多，从我们吃的食物，如糖类、油脂、蛋白质，到穿的衣服所用的纤维，再到药物、塑料等等，都属于有机化合物的范畴。
为什么碳在有机化合物中如此重要呢？这是因为碳具有独特的化学性质。
它能与其他原子形成四个共价键，这使得碳原子能够相互连接形成长链、分支链甚至是环状结构，从而构建出各种各样复杂而多样的分子。
二、有机化合物的特点1、结构多样性由于碳原子的成键特点，有机化合物可以有直链、支链、环状等多种结构形式。
就拿烃类化合物来说，有直链烷烃、支链烷烃，还有芳香烃等。
这种结构的多样性导致了有机化合物性质的丰富多样。
2、溶解性差异不同的有机化合物在溶解性上有很大的差别。
有的易溶于水，比如乙醇；有的则难溶于水，像油脂。
这与它们的分子结构和极性有关。
3、可燃性很多有机化合物都具有可燃性，这也是我们利用它们作为能源的重要原因之一，比如石油、天然气等。
4、反应复杂有机化学反应通常比较复杂，往往伴随着副反应的发生。
而且反应条件对反应的进行和产物的生成有着重要的影响。
三、常见的有机化合物1、烃类（1）烷烃烷烃是最简单的一类烃，它们只含有碳碳单键和碳氢键。
例如甲烷（CH₄），是天然气的主要成分。
（2）烯烃烯烃含有碳碳双键，具有一定的不饱和性。
乙烯（C₂H₄）就是一种常见的烯烃，在水果催熟等方面有重要应用。
（3）炔烃炔烃含有碳碳三键，比如乙炔（C₂H₂），常用于焊接。
具有苯环结构的烃类化合物称为芳香烃，苯（C₆H₆）就是最典型的例子。
2、醇类醇是分子中含有羟基（OH）的有机化合物。
乙醇（C₂H₅OH），也就是我们常说的酒精，在医疗、化工等领域有广泛应用。
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Wavelength (nm)
YFP (λ513nm / λ527nm) CFP (λ433nm /λ476nm)
FRET技术的优势
➢ 均相检测（无分离和洗涤步骤） ➢ 实时连续地观察y3
Time
Fluorescence Intensity
FRET应用的类型
表面等离子共振（SPR）是一种物理现象，当入射光以临界角入射到两种不同折
射率的介质界面（比如玻璃表面的金或银镀层）时，可引起金属自由电子的共振，由于电 子吸收了光能量，从而使反射光在一定角度内大大减弱。其中，使反射光在一定角度内完 全消失的入射角称为SPR角。SPR随表面折射率的变化而变化，而折射率的变化又和结合 在金属表面的生物分子质量成正比。因此可以通过获取生物反应过程中SPR角的动态变化， 得到生物分子之间相互作用的特异性信号。
Binding
FRET: The Size
NO Binding
实验设计
Cyan light emission
X
CFP
Donor
Y
YFP
Acceptor
UV laser
Interaction
X Y
CFP YFP
Yellow light emission
FRET UV laser
FRET的能量供体和受体
棱镜
流动相（含待分析物）
Gold-coated glass SPRchip™
p-pol light
Rotating Stage
GWC’s “SPR Imaging” 技术
Bioarray Terminology
Analyte Biosensor
attachment chemistry gold
glass
60%
40%
20%
=800nm
0%
50
51
52
53
54
55
Angle of incidence
Bare Gold +5nm Coating
56
57
58
SPR imaging 检测原理
100%
SPRimage obtained at this angle
80%
Reflectivity
60%
Reflectivity
生物大分子相互作用分 析新技术
1、荧光共振能量转移技术（fluorescence
resonance energy transfer，FRET）
——能够对于细胞中的蛋白质间相互作用或对作用进 行实时原位分析的检测方法
供体荧光素 受体荧光 素
FRET现象
当一个荧光分子(又称为 供体分子)的荧光光谱与另 一个荧光分子(又称为受体 分子)的激发光谱相重叠时， 供体荧光分子的激发能诱发 受体分子发出荧光，同时供 体荧光分子自身的荧光强度 衰减。FRET 程度与供、受 体分子的空间距离紧密相关， 一般为7～10 nm 时即可发 生FRET；随着距离延长， FRET呈显著减弱.
来实时跟踪生物分子间的相互作用，而不用任何标记 物。实验时先将一种生物分子固定在传感器芯片表面， 将与之相互作用的分子溶于溶液流过芯片表面。检测 器能跟踪检测溶液中的分子与芯片表面的分子结合、 解离整个过程的变化。
SPR 现象
450Å gold layer
SPR angle
p-Polarized Light
SPR 角度——扫描曲线
Reflectivity
100%
SPR angle
80%
60%
40%
20%
0%
50
51
52
53
54
55
56
57
58
Angle of incidence
传统检测原理
100%
80%
SPR angle shift as basis of measurement
Reflectivity
A
Direct
Step1
Step2
B
Indirect
C
Intermolecular
Kinase
FRET应用范围
➢ 酵母双杂交系统、噬菌体展示系统所筛选克隆的复证 ➢ 蛋白质—核酸相互作用 ➢ 酶活性分析 蛋白酶、磷酸激酶 ➢ 钙流检测、离子通道研究 ➢ 蛋白质的结构研究
FRET应用的局限性
➢ 信噪比经常不佳，通常为1：1
满足条件：
➢ 供体受体的激发光谱要分得足够开； ➢ 供体的发射光谱与受体的激发光谱要重叠； ➢ 供受体的发射光谱要足够分开。
FRET的能量供体和受体
GFP 绿 色 荧 光 蛋 白
CFP (青色荧光蛋白)
(第66位Tyr→Trp)
YFP (黄色荧光蛋白)
(第203位Thr→Tyr) CFP YFP
Normalized intensity (%)
Monitoring Changes: Image + Chart
Value of Real-Time Monitoring
D%R 12
10
Antibody > Antigen Biotin > Streptavidin
8
6
4
2
0
0
30
60
Add Biotinylated Antibody
Ag SA Con
Probe SPRchip™
Monitoring Changes: Difference Images
SA+Bi m-PEG n-PEG
SA SA
A
Probe Array
B
Probe Array + BiotinT7
B- A=
Difference Image: signal due to binding of BiotinT7 to Streptavidin
---背景主要来自受体被直接激发的信号
➢ 检测仪器的灵敏度、分辨率以及计算机影像采集和 分析软件的能力
2、表面等离子共振技术（surface
plasmon resonance，SPR）
——适合于多种类型分子并且无需借助标记物可以 实现对复合物直接实时测定的方法
SPRimager®II
基本原理：基于表面等离子共振（SPR）技术
Protein Array, End of Experiment
90 min
End-point measurements miss
all the action
SPRimager 系统
change as basis of
D%R
40% measurement
20%
=800nm
0%
50
51
52
Bare Gold +5nm Coating
53
54
55
56
57
58
Angle of incidence
Fixed angle, fixed wavelength
SPRimager 系统
分子探针阵列