分子生物化学基础

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分子生物化学导论

分子生物化学是生物学中生物化学的一个分支，主要研究所有活生物体在分子水平上发生的化学过程。这项科学研究涉及新陈代谢、细胞病理生理学、膜和酶生物化学、离子跨生物膜转运、脂类生物化学、核结构及其功能、蛋白质化学以及许多其他分子生物学组成部分等领域。

由于它也涵盖了生物化学和分子生物学的大部分内容，因此经常与这些学科混淆。然而，生物化学主要研究4种主要的生物分子：核酸、蛋白质、脂类和碳水化合物在结构水平上的特性。进行研究的生物化学家使用分光光度计、显微镜和计算机知识等许多工具来研究这些分子水平的化学过程。

蛋白质合成的中心法则

中心法则简单地说，信息可以从一种核酸转移到另一种核酸，以及从核酸转移到蛋白质。这是一个单向过程，因此不能从蛋白质转移回核酸。它清楚地显示了信息的流动以及信息如何存储、转移和编码。

储存信息的根本分子是DNA。为了及时将信息传播给后代，DNA必须进行复制。储存在DNA中的信息通过转录过程以小片段的形式通过碱基互补性转移到RNA。最后，这种信息通过三联体或密码子被编码成氨基酸序列，在翻译过程中形成蛋白质。

DNA的显著特征

DNA是许多生物体中的核酸。它不仅是理解在分子水平上发生的各种化学过程的基础，而且对于获得医学科学中病理学和疾病过程的知识也很重要。

DNA是一个重要的生物大分子，是遗传编码的中心。它也是人体内每一个过程的基础。它告诉细胞如何运作和行为，并位于真核细胞的细胞核中。

DNA也存在于细胞内的一些细胞器中，如线粒体，在这里它被称为线粒体DNA。它是由核苷酸组成的聚合物，由3个组分组成：糖骨架（脱氧核糖）、含氮碱基和磷酸基团，这些组分主要参与赋予DNA双螺旋结构。由于磷酸基团的存在，DNA带负电荷。

DNA的结构

DNA由染色质（DNA+组蛋白）物质构成。染色质有两种变体。

异染色质是高度浓缩的DNA，其中被称为基因的DNA功能单位不易转录。这里发生更多的DNA甲基化，这使得DNA非常紧密，从而导致DNA转录减少。

常染色质是DNA松散堆积的区域，因此允许更多基因的转录。基因中的每个密码子只对应一个氨基酸。在这里，可以看到高水平的组蛋白乙酰化，这允许松散的DNA结构形成。

这种染色质高度浓缩形成染色体结构。

主要有6种不同类型的DNA，分别是A、B、C、D、E和Z。

DNA复制概述 - 酶学

DNA主要在细胞周期的间期进行复制。许多蛋白质和酶参与这个复杂的过程。复制在许多细胞机制中起着重要作用。

在这种机制中，从5'到3'方向发生连续和不连续的链复制。复制过程中形成的不连续片段称为冈崎片段。

在真核细胞中，有多个复制起点或Ori位点，而在原核细胞中只有一个Ori位点。存在富含AT序列的启动子区域。例如TATA盒等。

复制发生在3个主要阶段：

起始

首先，解旋酶酶使用ATP在复制叉位点（DNA上Y形区域，这里形成前导链和后随链）解开两条链。

DNA拓扑异构酶是其他酶，通过产生切口来纠正超螺旋，从而释放链中的应力。这些酶可以用药物作为靶点，以防止病理状况（如感染）中的DNA复制。

托泊替康是用于真核拓扑异构酶I的药物，替尼泊苷靶向真核拓扑异构酶II，氟喹诺酮类（抗生素药物和抑菌药物）靶向拓扑异构酶II和IV。

延伸

引物酶结合到DNA并制造RNA引物。这允许DNA聚合酶结合到DNA并通过添加核苷酸开始DNA合成。在原核生物中，使用DNA聚合酶III，它在前导链的3'端和后随链的5'端添加核苷酸。而在真核生物中，则适用Pol α、ε和δ酶。随后，在原核生物中，RNA引物被Pol I替换为DNA，在真核生物中则由RNase H完成。DNA pol I在两个方向上都具有核酸外切酶活性或校对活性。

终止

DNA连接酶连接冈崎片段。端粒酶酶添加端粒，主要在3'端添加TTAGGG序列。添加端粒对于避免遗传物质丢失很重要。这些端粒通常在癌症发展中起作用，因为在癌细胞中端粒酶功能不正常，导致无限复制。

酶生物化学

酶使生化反应速度更快，即它们通过降低活化能来加速反应。许多种酶用于身体的不同化学过程中。所有酶大多以它们的反应命名。

例如：DNA复制 - DNA聚合酶；糖酵解第一步 - 己糖激酶。

酶主要分为6类：

• 转移酶

• 连接酶

• 氧化还原酶

• 异构酶

• 水解酶

• 裂合酶

脂类化学

游离脂肪酸是脂类生物化学的中心。这些脂肪酸可以连接到两种不同的骨架甘油和鞘氨醇。要理解这一点，就应该掌握两种重要的有机化学机制。一种是羟基和羧基形成酯，另一种是羟基与磷酸酯反应形成磷酸二酯。

结论

分子生物化学是生物化学的一个子学科，经常与生物化学混淆，因为两者都在分子水平上研究大分子或生物分子。然而，生物化学主要研究大分子的结构，而分子生物化学则被认为涉及研究生物系统中在分子水平上发生的化学过程。

它还包括一些与分子生物学密切相关的主题。分子生物化学的范畴包括膜转运、脂类化学、酶生物化学、病毒的病理生理学。

然而，所有这些领域都受到核酸（如DNA）的强烈影响。因此，DNA分子的结构、复制和蛋白质合成被研究作为理解分子生物化学深度学习概念的基础。