生物大分子合成都需要模板吗

首页 > 政策法规 > 作者:YD1662023-10-28 18:50:03

很多初学者觉得生物化学的内容繁多,理不清头绪。在这里,我推荐大家了解一些生物分子的概念。生物分子的知识虽然不属于考试范围,但它可以作为一条线索,把生化的各项内容串联起来,形成一个有机整体,对于生物化学的学习和复习都很有帮助。

生物分子泛指生物体特有的有机分子,根据分子量大小分为生物大分子和生物小分子两大类。生物小分子的分子量一般在500以下。生物大分子是生物小分子的聚合物,分子量一般在一万以上,有的甚至可以达到万亿以上。

构成生物大分子的小分子单元,称为构件。氨基酸、核苷酸和单糖分别是组成蛋白质、核酸和多糖的构件。构件的种类多少与生物大分子的功能复杂程度直接相关。核酸是信息分子,功能是储存遗传信息,不同核酸的差别主要是碱基序列的差别,而不是核酸分子理化性质的差别。所以,核酸的构件种类只有四种,而且不同构件之间的理化性质十分接近。这就导致核酸的研究很容易开发各种通用的手段,不论分离提纯还是酶切、*,都可以基本无视构件序列的理化性质差异。与此相反,蛋白质是功能分子,不同蛋白的功能差异来自其理化性质的不同,有易溶的,有不溶的;有酸性的,有碱性的;有坚韧牢固的,也有柔软容易变形的(比如酶的诱导契合)。所以,蛋白质的构件种类多,彼此性质差异也很大。只有这样,才能满足生物体多种多样的需求。

构件聚合形成生物大分子的过程都是脱水聚合,所以大分子中的构件称为残基,其分子量要减去18。脱水聚合比较温和,可以让生物体免于遭受自由基之类危险中间物的毒害。不同的生物大分子,构件的连接方式和水解方法不同:氨基酸之间以肽键相连,水解用蛋白酶和肽酶;核苷酸之间以磷酸二酯键相连,水解用磷酸二酯酶;单糖之间以糖苷键相连,水解用糖苷酶。虽然连接方式各不相同,但在代谢上还是有许多共同之处,比如构件连接时都不直接耗能,但反应都很迅速,因为构件都是经过预先活化的,而且都消耗两个高能键,形成一种带有载体的活化形式(如氨酰-tRNA,UDP-葡萄糖等)。

生物大分子一般都具有复杂的空间结构,构象正确才会具有生物功能。对于这种非常复杂的结构,我们将它分成多级结构层次,叫做一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。通常一级结构就是构件的排列顺序,二级结构是局部的构象,三级结构是整个共价相连的分子的空间结构,四级结构是几个非共价连接的部分之间的位置关系。蛋白质的高级结构大家都很清楚,DNA的二级结构是双螺旋,三级结构是超螺旋;t-RNA的二级结构就是三叶草模型,三级结构是倒L型。这种对比可以帮助理解不同生物分子之间的共性与特性,大家可以自己列个表格,学到某一部分就添加进去,逐渐就建立起自己的知识体系了。下面是一个简单的例子:

生物大分子合成都需要模板吗,(1)

生物大分子一级结构的组装是模板指导组装,信息来自模板分子。对于多糖等结构简单重复的生物大分子,就不需要专门的模板,其一级结构的信息来自控制合成的酶。生物大分子高级结构的组装是自我组装,一级结构不仅提供组装的信息,而且提供组装的能量,使其自发进行。

生物大分子之间的结合是互补结合。这种互补,可以是几何形状上的互补,也可以是疏水区之间的互补、氢键供体与氢键受体的互补、相反电荷之间的互补。互补结合可以最大限度地降低体系能量,使复合物稳定。互补结合是一个诱导契合的过程。

二十多年前,当我第一次准备讲生化课的时候,看到了段金生先生的生物化学教材,立刻感到其中的生物分子一章非常好,概括了各种生物分子的共同特性,有助于学生掌握生化纷繁复杂的知识,梳理知识结构,建立知识体系。所以我现在将一些内容和我的体会整理出来,希望对学习生化的人有所帮助。考虑到很多人没有耐心看完长文,这里只是简单介绍一些基本常识,提供一个将生物分子分类、对比的思考方法,抛砖引玉。

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