很多初學(xué)者覺得生物化學(xué)的內(nèi)容繁多，理不清頭緒。在這里，我推薦大家了解一些生物分子的概念。生物分子的知識(shí)雖然不屬于考試范圍，但它可以作為一條線索，把生化的各項(xiàng)內(nèi)容串聯(lián)起來，形成一個(gè)有機(jī)整體，對于生物化學(xué)的學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)都很有幫助。
生物分子泛指生物體特有的有機(jī)分子，根據(jù)分子量大小分為生物大分子和生物小分子兩大類。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，分子量一般在一萬以上，有的高達(dá)1012。
構(gòu)成生物大分子的小分子單元，稱為構(gòu)件。氨基酸、核苷酸和單糖分別是組成蛋白質(zhì)、核酸和多糖的構(gòu)件。構(gòu)件的種類多少與生物大分子的功能復(fù)雜程度直接相關(guān)。核酸是信息分子，功能是儲(chǔ)存遺傳信息，不同核酸的差別主要是堿基序列的差別，而不是核酸分子理化性質(zhì)的差別。所以，核酸的構(gòu)件種類只有四種，而且不同構(gòu)件之間的理化性質(zhì)十分接近。這就導(dǎo)致核酸的研究很容易開發(fā)各種通用的手段，不論分離提純還是酶切、重組，都可以基本無視構(gòu)件序列的理化性質(zhì)差異。
與核酸不同，蛋白質(zhì)是功能分子，不同蛋白的功能差異來自其理化性質(zhì)的不同，有易溶的，有不溶的；有酸性的，有堿性的；有堅(jiān)韌牢固的，也有柔軟容易變形的（比如酶的誘導(dǎo)契合）。所以，蛋白質(zhì)的構(gòu)件種類多，彼此性質(zhì)差異也很大。只有這樣，才能滿足生物體多種多樣的需求。而在研究方面，這種差異導(dǎo)致蛋白質(zhì)的研究方法通用性不高，不論是分離純化還是功能研究，都需要根據(jù)目的蛋白的特性來進(jìn)行。所以蛋白質(zhì)研究往往比核酸困難得多，比如核酸有通用的擴(kuò)增方法（PCR，體外轉(zhuǎn)錄等），而蛋白質(zhì)就只能一點(diǎn)點(diǎn)表達(dá)純化。
構(gòu)件聚合形成生物大分子的過程都是脫水聚合，所以大分子中的構(gòu)件稱為殘基，其分子量要減去18。脫水聚合比較溫和，可以讓生物體免于遭受自由基之類危險(xiǎn)中間物的毒害。不同的生物大分子，構(gòu)件的連接方式和水解方法不同：氨基酸之間以肽鍵相連，水解用蛋白酶和肽酶；核苷酸之間以磷酸二酯鍵相連，水解用磷酸二酯酶；單糖之間以糖苷鍵相連，水解用糖苷酶。雖然連接方式各不相同，但在代謝上還是有許多共同之處，比如構(gòu)件連接時(shí)都不直接耗能，但反應(yīng)都很迅速，因?yàn)闃?gòu)件都是經(jīng)過預(yù)先活化的，而且都消耗兩個(gè)高能鍵，形成一種帶有載體的活化形式（如氨酰-tRNA，UDP-葡萄糖等）。
生物大分子一般都具有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，構(gòu)象正確才會(huì)具有生物功能。對于這種非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，我們將它分成多級(jí)結(jié)構(gòu)層次，叫做一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。通常一級(jí)結(jié)構(gòu)就是構(gòu)件的排列順序，二級(jí)結(jié)構(gòu)是局部的構(gòu)象，三級(jí)結(jié)構(gòu)是整個(gè)共價(jià)相連的分子的空間結(jié)構(gòu)，四級(jí)結(jié)構(gòu)是幾個(gè)非共價(jià)連接的部分之間的位置關(guān)系。蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)大家都很清楚，DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是雙螺旋，三級(jí)結(jié)構(gòu)是超螺旋；t-RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)就是三葉草模型，三級(jí)結(jié)構(gòu)是倒L型。這種對比可以幫助理解不同生物分子之間的共性與特性，大家可以自己列個(gè)表格，學(xué)到某一部分就添加進(jìn)去，逐漸就建立起自己的知識(shí)體系了。下面是一個(gè)簡單的例子：
生物大分子一級(jí)結(jié)構(gòu)的組裝是模板指導(dǎo)組裝，信息來自模板分子。對于多糖等結(jié)構(gòu)簡單重復(fù)的生物大分子，就不需要專門的模板，其一級(jí)結(jié)構(gòu)的信息來自控制合成的酶。生物大分子高級(jí)結(jié)構(gòu)的組裝是自我組裝，一級(jí)結(jié)構(gòu)不僅提供組裝的信息，而且提供組裝的能量，使其自發(fā)進(jìn)行。
生物大分子之間的結(jié)合是互補(bǔ)結(jié)合。這種互補(bǔ)，可以是幾何形狀上的互補(bǔ)，也可以是疏水區(qū)之間的互補(bǔ)、氫鍵供體與氫鍵受體的互補(bǔ)、相反電荷之間的互補(bǔ)?；パa(bǔ)結(jié)合可以最大限度地降低體系能量，使復(fù)合物穩(wěn)定。互補(bǔ)結(jié)合是一個(gè)誘導(dǎo)契合的過程。
二十多年前，當(dāng)我第一次準(zhǔn)備講生化課的時(shí)候，看到了段金生先生的生物化學(xué)教材，立刻感到其中的生物分子一章非常好，概括了各種生物分子的共同特性，有助于學(xué)生掌握生化紛繁復(fù)雜的知識(shí)，梳理知識(shí)結(jié)構(gòu)，建立知識(shí)體系。所以我現(xiàn)在將一些內(nèi)容和我的體會(huì)整理出來，希望對學(xué)習(xí)生化的人有所幫助。這里只是簡單介紹一些基本常識(shí)，提供一個(gè)將生物分子分類、對比的思考方法，拋磚引玉。
聯(lián)系客服
