用生物分子的概念協助建立生化知識體系
很多初學者覺得生物化學的内容繁多，理不清頭緒。在這裡，我推薦大家了解一些生物分子的概念。生物分子的知識雖然不屬于考試範圍，但它可以作為一條線索，把生化的各項内容串聯起來，形成一個有機整體，對于生物化學的學習和複習都很有幫助。
生物分子泛指生物體特有的有機分子，根據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1012。
構成生物大分子的小分子單元，稱為構件。氨基酸、核苷酸和單糖分别是組成蛋白質、核酸和多糖的構件。構件的種類多少與生物大分子的功能複雜程度直接相關。核酸是信息分子，功能是儲存遺傳信息，不同核酸的差别主要是堿基序列的差别，而不是核酸分子理化性質的差别。所以，核酸的構件種類隻有四種，而且不同構件之間的理化性質十分接近。這就導緻核酸的研究很容易開發各種通用的手段，不論分離提純還是酶切、重組，都可以基本無視構件序列的理化性質差異。
核酸的構件是核苷酸與核酸不同，蛋白質是功能分子，不同蛋白的功能差異來自其理化性質的不同，有易溶的，有不溶的；有酸性的，有堿性的；有堅韌牢固的，也有柔軟容易變形的（比如酶的誘導契合）。所以，蛋白質的構件種類多，彼此性質差異也很大。隻有這樣，才能滿足生物體多種多樣的需求。而在研究方面，這種差異導緻蛋白質的研究方法通用性不高，不論是分離純化還是功能研究，都需要根據目的蛋白的特性來進行。所以蛋白質研究往往比核酸困難得多，比如核酸有通用的擴增方法（PCR，體外轉錄等），而蛋白質就隻能一點點表達純化。
血紅蛋白氧合時發生變構。引自PDB-101構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中間物的毒害。不同的生物大分子，構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，比如構件連接時都不直接耗能，但反應都很迅速，因為構件都是經過預先活化的，而且都消耗兩個高能鍵，形成一種帶有載體的活化形式（如氨酰-tRNA，UDP-葡萄糖等）。
蛋白質的結構層次生物大分子一般都具有複雜的空間結構，構象正确才會具有生物功能。對于這種非常複雜的結構，我們将它分成多級結構層次，叫做一級結構、二級結構、三級結構和四級結構。通常一級結構就是構件的排列順序，二級結構是局部的構象，三級結構是整個共價相連的分子的空間結構，四級結構是幾個非共價連接的部分之間的位置關系。蛋白質的高級結構大家都很清楚，DNA的二級結構是雙螺旋，三級結構是超螺旋；t-RNA的二級結構就是三葉草模型，三級結構是倒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，大家可以自己列個表格，學到某一部分就添加進去，逐漸就建立起自己的知識體系了。下面是一個簡單的例子：
生物分子的共性與特性生物大分子一級結構的組裝是模闆指導組裝，信息來自模闆分子。對于多糖等結構簡單重複的生物大分子，就不需要專門的模闆，其一級結構的信息來自控制合成的酶。生物大分子高級結構的組裝是自我組裝，一級結構不僅提供組裝的信息，而且提供組裝的能量，使其自發進行。
生物大分子之間的結合是互補結合。這種互補，可以是幾何形狀上的互補，也可以是疏水區之間的互補、氫鍵供體與氫鍵受體的互補、相反電荷之間的互補。互補結合可以最大限度地降低體系能量，使複合物穩定。互補結合是一個誘導契合的過程。
酵母己糖激酶的誘導契合。引自PDB-101二十多年前，當我第一次準備講生化課的時候，看到了段金生先生的生物化學教材，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，有助于學生掌握生化紛繁複雜的知識，梳理知識結構，建立知識體系。所以我現在将一些内容和我的體會整理出來，希望對學習生化的人有所幫助。這裡隻是簡單介紹一些基本常識，提供一個将生物分子分類、對比的思考方法，抛磚引玉。
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