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分子生物學(xué)基本內(nèi)容

最近更新時間：2011-5-9

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蛋白質(zhì)體系

　　蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位是α-氨基酸。常見的氨基酸共20種。它們以不同的順序排列可以為生命世界提供天文數(shù)字的各種各樣的蛋白質(zhì)。
　　蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的組織形式可分為 4個主要的層次。一級結(jié)構(gòu)，也叫化學(xué)結(jié)構(gòu)，是分子中氨基酸的排列順序。首尾相連的氨基酸通過氨基與羧基的縮合形成鏈狀結(jié)構(gòu)，稱為肽鏈。肽鏈主鏈原子的局部空間排列為二級結(jié)構(gòu)。二級結(jié)構(gòu)在空間的各種盤繞和卷曲為三級結(jié)構(gòu)。有些蛋白質(zhì)分子是由相同的或不同的亞單位組裝成的，亞單位間的相互關(guān)系叫四級結(jié)構(gòu)。
　　蛋白質(zhì)的特殊性質(zhì)和生理功能與其分子的特定結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，這是形形色色的蛋白質(zhì)所以能表現(xiàn)出豐富多彩的生命活動的分子基礎(chǔ)。研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系是分子生物學(xué)研究的一個重要內(nèi)容。
　　隨著結(jié)構(gòu)分析技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有幾千個蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和幾百個蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)得到了闡明。70年代末以來，采用測定互補DNA順序反推蛋白質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的方法，不僅提高了分析效率，而且使一些氨基酸序列分析條件不易得到滿足的蛋白質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)分析得以實現(xiàn)。
　　發(fā)現(xiàn)和鑒定具有新功能的蛋白質(zhì)，仍是蛋白質(zhì)研究的內(nèi)容。例如與基因調(diào)控和神經(jīng)活動有關(guān)的蛋白質(zhì)的研究現(xiàn)在很受重視。
　　蛋白質(zhì)－核酸體系 生物體的遺傳特征主要由核酸決定。絕大多數(shù)生物的基因都由 DNA構(gòu)成。簡單的病毒，如λ噬菌體的基因組是由 46000個核苷酸按一定順序組成的一條雙股DNA（由于是雙股DNA，通常以堿基對計算其長度）。細菌，如大腸桿菌的基因組，含4×106堿基對。人體細胞染色體上所含DNA為3×109堿基對。
　　遺傳信息要在子代的生命活動中表現(xiàn)出來，需要通過復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯。復(fù)制是以親代 DNA為模板合成子代 DNA分子。轉(zhuǎn)錄是根據(jù)DNA的核苷酸序列決定一類RNA分子中的核苷酸序列；后者又進一步?jīng)Q定蛋白質(zhì)分子中氨基酸的序列，就是轉(zhuǎn)譯。因為這一類RNA起著信息傳遞作用，故稱信使核糖核酸（mRNA）。由于構(gòu)成RNA的核苷酸是4種，而蛋白質(zhì)中卻有20種氨基酸，它們的對應(yīng)關(guān)系是由mRNA分子中以一定順序相連的 3個核苷酸來決定一種氨基酸，這就是三聯(lián)體遺傳密碼。
　　基因在表達其性狀的過程中貫串著核酸與核酸、核酸與蛋白質(zhì)的相互作用。DNA復(fù)制時，雙股螺旋在解旋酶的作用下被拆開，然后DNA聚合酶以親代DNA鏈為模板，復(fù)制出子代 DNA鏈。轉(zhuǎn)錄是在 RNA聚合酶的催化下完成的。轉(zhuǎn)譯的場所核糖核蛋白體是核酸和蛋白質(zhì)的復(fù)合體，根據(jù)mRNA的編碼，在酶的催化下，把氨基酸連接成完整的肽鏈?；虮磉_的調(diào)節(jié)控制也是通過生物大分子的相互作用而實現(xiàn)的。如大腸桿菌乳糖操縱子上的操縱基因通過與阻遏蛋白的相互作用控制基因的開關(guān)。真核細胞染色質(zhì)所含的非組蛋白在轉(zhuǎn)錄的調(diào)控中具有特殊作用。正常情況下，真核細胞中僅2～15％基因被表達。這種選擇性的轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯是細胞分化的基礎(chǔ)。

蛋白質(zhì)－脂質(zhì)體系

　　生物體內(nèi)普遍存在的膜結(jié)構(gòu)，統(tǒng)稱為生物膜。它包括細胞外周膜和細胞內(nèi)具有各種特定功能的細胞器膜。從化學(xué)組成看，生物膜是由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)通過非共價鍵構(gòu)成的體系。很多膜還含少量糖類，以糖蛋白或糖脂形式存在。
　　1972年提出的流動鑲嵌模型概括了生物膜的基本特征：其基本骨架是脂雙層結(jié)構(gòu)。膜蛋白分為表在蛋白質(zhì)和嵌入蛋白質(zhì)。膜脂和膜蛋白均處于不停的運動狀態(tài)。
　　生物膜在結(jié)構(gòu)與功能上都具有兩側(cè)不對稱性。以物質(zhì)傳送為例，某些物質(zhì)能以很高速度通過膜，另一些則不能。象海帶能從海水中把碘濃縮 3萬倍。生物膜的選擇性通透使細胞內(nèi)pH和離子組成相對穩(wěn)定，保持了產(chǎn)生神經(jīng)、肌肉興奮所必需的離子梯度，保證了細胞濃縮營養(yǎng)物和排除廢物的功能。
　　生物體的能量轉(zhuǎn)換主要在膜上進行。生物體取得能量的方式，或是像植物那樣利用太陽能在葉綠體膜上進行光合磷酸化反應(yīng)；或是像動物那樣利用食物在線粒體膜上進行氧化磷酸化反應(yīng)。這二者能量來源雖不同，但基本過程非常相似，zui后都合成腺苷三磷酸。對于這兩種能量轉(zhuǎn)換的機制，P.米切爾提出的化學(xué)滲透學(xué)說得到了越來越多的證據(jù)。生物體利用食物氧化所釋放能量的效率可達70％左右，而從煤或石油的燃燒獲取能量的效率通常為20～40％，所以生物力能學(xué)的研究很受重視。對生物膜能量轉(zhuǎn)換的深入了解和模擬將會對人類更有效地利用能量作出貢獻。
　　生物膜的另一重要功能是細胞間或細胞膜內(nèi)外的信息傳遞。在細胞表面，廣泛地存在著一類稱為受體的蛋白質(zhì)。激素和藥物的作用都需通過與受體分子的特異性結(jié)合而實現(xiàn)。癌變細胞表面受體物質(zhì)的分布有明顯變化。細胞膜的表面性質(zhì)還對細胞分裂繁殖有重要的調(diào)節(jié)作用。
　　對細胞表面性質(zhì)的研究帶動了糖類的研究。糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂等生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的研究越來越受到重視。從發(fā)展趨勢看，寡糖與蛋白質(zhì)或脂質(zhì)形成的體系將成為分子生物學(xué)研究的一個新的重要的領(lǐng)域。

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