第2章細胞內(nèi)生物分子相互作用概述2.1生物活性物質(zhì)的本質(zhì)2.2生物大分子間相互作用的化學力2.3生物大分子的自我組裝2.4生物大分子的相互作用2.1生物活性物質(zhì)的本質(zhì)生物體是由生物大分子等有機物構成的;生物體能與環(huán)境不斷地交換物質(zhì)與能量;所有生物大分子共同存在于細胞環(huán)境中;生物體能進行自我更新.生物大分子的化學本質(zhì)與特性無論是原核生物還是真核生物，對一個生命體來說，均由蛋白質(zhì)，核酸，糖類等生物大分子和一些小分子化合物及無機鹽等這些化學成分組成。生物大分子中的單體既是結構單位，又可作為許多重要組分的前體．尤其是單糖，脂肪酸及氨基酸也是溝通機體中間代謝的重要橋梁，它們沿不同而又相互連接的代謝途徑漸次降解，并匯集到共同產(chǎn)物，如α－酮戊二酸，草酰乙酸，最終進入呼吸鏈成為二氧化碳和水，在著一過程中伴隨能量的釋放。核酸,蛋白質(zhì)和多糖是主要的生物大分子DNA是生物體中原初的遺傳物質(zhì)．DNA通過自我復制把遺傳信息傳給子代，然后經(jīng)轉錄使特定基因的遺傳信息轉換成相應的mRNA，后者以一定的順序將氨基酸連接成特定的多肽，多肽在分子伴侶的協(xié)助下折疊成具有生物活性的蛋白質(zhì)．蛋白質(zhì)是遺傳信息表達的最終產(chǎn)物，而核酸和蛋白質(zhì)合成則是生物體在其生命活動中遺傳信息流動的主要途徑，它存在于生命的全過程。因此，實現(xiàn)信息流動的基礎是核酸與蛋白質(zhì)的高聚合物特性。

CellsandmacromoleculesProkaryoticcellEukaryoticcellProteinDNARNA在生物大分子之間主要存在的非共價的相互作用力包括氫鍵、離子鍵、范德瓦爾力、疏水力。

氫鍵（hydrogenbonds）

由兩個原子來分享一個氫原子，具有高度定向性，一個是氫供體，另一個是氫受體

范德瓦爾力（Vander

Waalsbonds）一定距離內(nèi)的原子之間通過偶極發(fā)生的相互作用，本質(zhì)上也是靜電引力

疏水力（hydrophobicinteraction）

非極性分子或基團在水相環(huán)境中相互吸引、聚集的作用力

離子鍵（ionicbonds）正、負電荷之間的靜電引力

2.2生物大分子間相互作用的化學力4種非共價作用力的示意圖

范德瓦爾接觸距離

BondstrengthCovalentbonds Bondenergy(kJ/mol)–Joule/moleSinglebonds H-H(436),C-H(411),C-O(369),C-N(294),C-S(260)Doublebonds: C=C(616),C=O(704),O=O(402)Triplebonds CC(805),NN(955)Noncovalentinteractions EnergyHydrogenbonds 4.2-8.4Vander

Waalsattractions 4.2-8.4Hydrophobicinteractions 4.2-8.4 2.3生物大分子的自我組裝自我組裝是組成大分子的結構單位（單體或亞基）自發(fā)形成超分子結構（如核糖核蛋白體、病毒、膜或多酶系統(tǒng)）的裝配過程。功能相似分子的組裝同類生物分子的組裝異類生物分子的組裝生物大分子的結構層次構型(configuration)是一個分子中各原子都具有的各自固定的空間排列，使分子能以立體化學的形式區(qū)分開。構象(conformation)指分子的共價結構不變，在單鍵時周圍原子旋轉所產(chǎn)生的原子空間結構。蛋白質(zhì)分子的結構包括一級結構、二級結構、三級結構和四級結構，核酸分子結構只具有一級、二級和超螺旋的三級結構。。一級結構：組成蛋白質(zhì)多肽鏈的線性氨基酸序列。二級結構：依靠不同氨基酸之間的C=O和N-H基團間的氫鍵形成的穩(wěn)定結構，主要為α螺旋和β折疊。三級結構：通過多個二級結構元素在三維空間的排列所形成的一個蛋白質(zhì)分子的三維結構。四級結構：用于描述由不同多肽鏈（亞基）間相互作用形成具有功能的蛋白質(zhì)復合物分子。蛋白質(zhì)結構，從一級結構到四級結構

生物大分子的相互作用DNA-蛋白質(zhì)相互作用（DNA-proteininteraction）蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的相互作用（protein-proteininteraction）糖-蛋白質(zhì)的相互作用脂-蛋白質(zhì)的相互作用DNA-蛋白質(zhì)相互作用（DNA-proteininteraction）一、DNA-蛋白質(zhì)相互作用的化學鍵1、氫鍵:具有識別功能蛋白質(zhì)的螺旋結構常與DNA的大溝相互作用。2、疏水鍵：暴露于大溝側緣的T-CH3基團是疏水性的，可與疏水氨基酸殘基側鏈相互作用。3、離子鍵：?二、DNA-蛋白質(zhì)相互作用中的序列特異性1、序列特異識別的結合能：依賴兩種類型的相互作用。一是多肽鏈與DNA大溝暴露的堿基之間通過氫鍵和范德華力建立的聯(lián)系；二是多肽鏈中的堿性氨基酸與戊糖-磷酸骨架之間的電荷聯(lián)系。2、序列特異結合的結構基元：螺旋-轉角-螺旋（helix-turn-helixHTH），鋅指結構（zincfingermotif）蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的相互作用

（protein-proteininteraction）蛋白質(zhì)通過分子之間的相互作用實現(xiàn)其特異的生物學功能。如蛋白質(zhì)酶的催化作用需要酶與特異作用物之間的相互識別、結合成中間復合物；抗體參與的防御功能需要抗體與抗原之間的特異識別與結合。HTHHTH基元：最初發(fā)現(xiàn)于λ噬菌體的阻遏蛋白中，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)在很多原核及真核DNA結合蛋白中存在。由兩個較短的α螺旋與其間含Gly殘基的絞鏈組成。如大腸桿菌的CAP蛋白含一HTH結構域，HTH通過DNA雙螺旋大溝識別、結合反向重復序列TGTG/CACA。蛋白質(zhì)的基元（motif）與結構域由α螺旋和β片層參與的特定組合稱