生物大分子包括：

1. 蛋白质
2. 核酸
3. 酶
4. 聚糖

参与机体构成并发挥重要生理功能的生物大分子通常都具有一定的分子结构规律，即由一定的基本结构单位，按一定的排列顺序和连接方式而形成的多聚体。

第一章 蛋白质的结构与功能

蛋白质是生物体内最重要的生物大分子之一，是生物体的重要组成成分和生命活动的基本物质基础，也是生物体中含量最丰富的生物大分子，约占人体固体成分的45%。

蛋白质常见组成成分：碳(50% ~ 55%)、氢(6% ~ 7%)、氧(19% ~ 24%)、氮(13% ~ 19%)、硫(0 ~ 4%)

部分蛋白质含有少量磷或铁、铜、锌、猛、钴、钼等金属元素。

各种蛋白质的含氮量很接近，平均约为 16%。可据此推算蛋白质含量，即 凯氏定蛋法：

$$ 每克样品含氮克数 \times 6.25 \times 100 = 100g样品中蛋白质含量(g\%) $$

蛋白质基本结构为 $\ce{L-{\alpha}-氨基酸}$，不同种氨基酸区别在于侧链。

天然蛋白质中含有20中氨基酸，除甘氨酸外都是L-型，甘氨酸无旋光性。

必需氨基酸:（甲）甲硫氨酸、（组）组氨酸、（携）缬氨酸、（来）赖氨酸、（一）异亮氨酸、（本）苯丙氨酸、（亮）亮氨酸、（色）色氨酸、（书）苏氨酸

记忆：甲组携来一本亮色书。

鸟苷酸、瓜氨酸、精氨酸代琥珀酸等存在于人体内，但不参与蛋白质合成。

氨基酸可分为5类：

1. 非极性脂肪族氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、甲硫氨酸
2. 极性中性氨基酸：丝氨酸、半胱氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、苏氨酸
3. 含芳香环的氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸
4. 酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸
5. 碱性氨基酸：精氨酸、赖氨酸、组氨酸

特殊氨基酸：

1. 脯氨酸为亚氨基酸，但仍可与另一羧基形成肽链。蛋白质合成时脯氨酸可被修饰为羟脯氨酸。
2. 半胱氨酸极性最强，两个半胱氨酸可脱氢以二硫键相连接形成胱氨酸。

在某一 pH 的溶液中，氨基酸解离形成阳离子和阴离子的趋势和程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的 pH 称为该氨基酸的等电点(pI)。

• 当溶液 pH < pI 时，蛋白质分子带正电(阳离子，$\ce{-NH_3^+}$)
• 当溶液 pH > pI 时，蛋白质分子带负电(阴离子，$\ce{-COO^-}$)

含有共轭双键的色氨酸、酪氨酸最大吸收峰在 280nm 附近。

通过茚三酮反应并测定 570nm 处吸收峰值，可定量分析氨基酸。

多个氨基酸通过脱水缩合形成肽键，进而形成肽键。

蛋白质一级结构

在蛋白质分子中，从 N-端 到 C-端 的氨基酸排列顺序称为蛋白质的一级结构。

一级结构中主要的化学键是肽键，蛋白质分子中所有的二硫键的位置也属于一级结构。

对一级结构编号应以氨基末端为1号。

蛋白质一级结构是蛋白质空姐结构和特异性生物学功能的基础。

蛋白质二级结构

二级结构指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段主链骨架原子的相对空间位，与氨基酸残基侧链构象无关。

参与构成肽链的6个原子（$\ce{C_{\alpha 1}}$、$\ce{C}$、$\ce{O}$、$\ce{N}$、$\ce{H}$、$\ce{C_{\alpha 2}}$）在同一平面上，构成肽单元。

肽键有一定双键性，不能自由旋转。肽单元上的$\ce{C_{\alpha}}$所连接的单键可自由旋转，使相邻肽单元平面存在相对空间位置。

α-螺旋是常见的蛋白质二级结构，是蛋白质二级结构的主要形式。多肽链的主链有规律的螺旋上升，方向为顺时针，即右手螺旋，氨基酸侧链伸向螺旋外侧，每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈。α-螺旋的每个肽键的 N-H 和第四个肽键二点羧基氧形成氢键，氢键方向与螺旋长轴基本平行，使螺旋更稳固。Ala、Glu、Leu、Met较Gly、Pro、Ser、Tyr在α-螺旋中更常见。蛋白质表面存在的α-螺旋常具有两亲性。

β-折叠是常见的蛋白质二级结构，多肽链充分伸展并以$\ce{C_{\alpha}}$为旋转点依次折叠呈折纸状(锯齿状)结构，氨基酸残基侧链交错出现在锯齿状结构上下方。多个β-折叠片段存在平行与反平行，两个反平行肽段的间距为0.70nm。

β-转角与Ω-环存在于球状蛋白中。β-转角常发生于肽链180°回折处，通常由4个氨基酸形成，其第一个残基的羰基氧和第四个残基的氨基氢形成氢键，第二个残基常为脯氨酸。Ω-环总是出现在蛋白质表面并以亲水残基为主，或在分子识别中起重要作用。

蛋白质三级结构

三级结构指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。蛋白质三级结构的形成和稳定主要依靠次级键，如：疏水键、盐键、氢键、范德华力等。

结构模体是蛋白质分子中具有特定空间构象和特定功能的结构成分，常见形式有：

1. α-螺旋-β-转角(环)-α-螺旋 (多见于 DNA 结合蛋白)
2. 链-β-转角-链 (见与反平行 β-折叠蛋白)
3. 连-β-转角-α-螺旋-β-转角-链

2个或2个以上具有二级结构的肽段在空间上相互接近可形成超二级结构，常见有 αα、βαβ、ββ等几种形式。

特殊结构：亮氨酸拉链，结合钙离子、锌离子的模体

结构域：分子量较大的蛋白质通常可折叠形成多个结构较为紧密且稳定的区域，并各行使其功能，成为结构域。即：结构域是三级结构层次上具有独立结构与功能的区域。含有多个结构域的蛋白质通常可以分解出独立的结构域而不影响其构象和功能。

蛋白质可在分子伴侣的协助下正确折叠，只有正确折叠的蛋白质才具有生物学功能。

蛋白质四级结构

含有两条及以上多肽链的蛋白质可具有四级结构，其中每一条多肽链都有其完整的三级结构，称为亚基。单一亚基一般没有生物学功能，完整的四级结构是其发挥生物学功能的保证。

亚基与亚基之间呈特定的三维空间排布，并非以共价键相连接。蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质四级结构。

蛋白质分类

按组分分：

• 单纯蛋白：只有氨基酸
• 辍合蛋白：含有非蛋白成分，称为辅基。大部分辅基通过共价键与蛋白质相连。

按形状分：

• 纤维状蛋白：分子长轴比短轴长10倍以上，多为结构蛋白，较难溶于水
• 球状蛋白：近似球状或椭圆形，多数可溶于水，许多具有生理学功能的蛋白质都属于球状蛋白

蛋白质的功能

蛋白质的主要功能：

• 构成细胞和生物体的结构
• 物质运输
• 催化功能
• 信息交流
• 免疫功能
• 氧化供能
• 维持机体的酸碱平衡
• 维持正常的血浆渗透压

蛋白质的一级结构是高级结构与功能的基础，一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能。

氨基酸序列的相似程度可帮助了解物种间的亲缘关系。

重要蛋白质氨基酸顺序的改变可引起疾病。

蛋白质的理化性质

蛋白质具有两性电离性质，其等电点多数接近 pH5.0，在人体体液 pH7.4 的环境下多数蛋白质解离成阴离子。

蛋白质分子量可从1万至100万，直径可达1~100nm，属于胶粒范围，具有胶体性质。

蛋白质表面多为亲水基团，可吸引水分子，使颗粒表面形成一层水化膜，阻断蛋白质颗粒相互聚集而从溶液中析出。蛋白质表面所带负电荷亦可起到胶粒稳定作用。

蛋白质变性：在某些物理和化学作用下，其特定的空间构象被破坏，导致其理化性质改变和生物活性丧失。一般认为蛋白质变性主要发生二硫键的破坏和非共价键的破坏，不涉及一级结构改变。变性后通常溶解度降低、黏度增加、结晶能力丧失、生物学活性丧失、易被蛋白酶水解。

若变性程度较轻，去除变性因素后部分蛋白质仍可恢复或部分恢复原有构象和功能，称为复性。

变性≠盐析

蛋白质分子中有含共轭双键的酪氨酸和色氨酸，在280nm处有特征性吸收峰，其强度与蛋白质浓度呈正比。亦可通过茚三酮反应测蛋白质浓度。

可通过双缩脲反应检测蛋白质的水解程度。

第二章 核酸的结构和功能

常见碱基：A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、U(尿嘧啶)、T(胸腺嘧啶)、C(胞嘧啶)

DNA：ATCG、RNA：AUCG

受到所处环境pH的影响，碱基的酮基和氨基可以形成酮－烯醇(keto-enol)互变异
构体或氨基－亚氨基(amino-imino)互变异构体,这为碱基之间以及碱基与其他化学功能团之
间形成氢键提供了结构基础。

核糖有β-D-核糖(β-D-ribose) 和 β-D-2′-脱氧核糖(β-D-2′-deoxyribose)之分。 两者的差别仅在于C-2’原子所连接的基团。 核糖存在于RNA 中，而脱氧核糖存在于 DNA 中。脱氧核糖的化学稳定性优于核糖。

核苷酸在生物体内会以其他衍生物的形式存在。核苷二磷酸核核苷三磷酸都属于高能磷酸化合物，ATP是最重要的能量载体。ATP、GTP可环化形成环腺苷酸cAMP和换鸟苷酸cGMP，其均为第二信使，具有调控基因表达的作用。此外，细胞内一些参与物质代谢的酶分子的辅酶结构中都含有腺苷酸。

DNA 是多个脱氧核糖核苷酸聚合而成的线性大分子，脱氧核糖核苷酸之间是通过3′,5′-磷酸二
酯键(phosphodiester bond) 共价连接的。具有5′->3’的方向性，只能从3’端得以延长。

RNA 是多个核苷酸分子在RNA 聚合酶催化下通过3′,5′-磷酸二酷键连接形成的线性大分子，并且也具有5′-3’的方向性。

RNA的核苷酸和DNA的脱氧核苷酸从 5′ 端到 3′ 端的排列顺序即为 核酸的一级结构，亦称为碱基序列。其书写和简写方式如下：

DNA 的空间结构