分子生物化學基礎

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分子生物化學導論

分子生物化學是生物學中生物化學的一個分支，主要研究所有活生物體在分子水平上發生的化學過程。這項科學研究涉及新陳代謝、細胞病理生理學、膜和酶生物化學、離子跨生物膜轉運、脂類生物化學、核結構及其功能、蛋白質化學以及許多其他分子生物學組成部分等領域。

由於它也涵蓋了生物化學和分子生物學的大部分內容，因此經常與這些學科混淆。然而，生物化學主要研究4種主要的生物分子：核酸、蛋白質、脂類和碳水化合物在結構水平上的特性。進行研究的生物化學家使用分光光度計、顯微鏡和計算機知識等許多工具來研究這些分子水平的化學過程。

蛋白質合成的中心法則

中心法則簡單地說，資訊可以從一種核酸轉移到另一種核酸，以及從核酸轉移到蛋白質。這是一個單向過程，因此不能從蛋白質轉移回核酸。它清楚地顯示了資訊的流動以及資訊如何儲存、轉移和編碼。

儲存資訊的根本分子是DNA。為了及時將資訊傳播給後代，DNA必須進行復制。儲存在DNA中的資訊透過轉錄過程以小片段的形式透過鹼基互補性轉移到RNA。最後，這種資訊透過三聯體或密碼子被編碼成氨基酸序列，在翻譯過程中形成蛋白質。

DNA的顯著特徵

DNA是許多生物體中的核酸。它不僅是理解在分子水平上發生的各種化學過程的基礎，而且對於獲得醫學科學中病理學和疾病過程的知識也很重要。

DNA是一個重要的生物大分子，是遺傳編碼的中心。它也是人體內每一個過程的基礎。它告訴細胞如何運作和行為，並位於真核細胞的細胞核中。

DNA也存在於細胞內的一些細胞器中，如線粒體，在這裡它被稱為線粒體DNA。它是由核苷酸組成的聚合物，由3個組分組成：糖骨架（脫氧核糖）、含氮鹼基和磷酸基團，這些組分主要參與賦予DNA雙螺旋結構。由於磷酸基團的存在，DNA帶負電荷。

DNA的結構

DNA由染色質（DNA+組蛋白）物質構成。染色質有兩種變體。

異染色質是高度濃縮的DNA，其中被稱為基因的DNA功能單位不易轉錄。這裡發生更多的DNA甲基化，這使得DNA非常緊密，從而導致DNA轉錄減少。

常染色質是DNA鬆散堆積的區域，因此允許更多基因的轉錄。基因中的每個密碼子只對應一個氨基酸。在這裡，可以看到高水平的組蛋白乙醯化，這允許鬆散的DNA結構形成。

這種染色質高度濃縮形成染色體結構。

主要有6種不同型別的DNA，分別是A、B、C、D、E和Z。

DNA複製概述 - 酶學

DNA主要在細胞週期的間期進行復制。許多蛋白質和酶參與這個複雜的過程。複製在許多細胞機制中起著重要作用。

在這種機制中，從5'到3'方向發生連續和不連續的鏈複製。複製過程中形成的不連續片段稱為岡崎片段。

在真核細胞中，有多個複製起點或Ori位點，而在原核細胞中只有一個Ori位點。存在富含AT序列的啟動子區域。例如TATA盒等。

複製發生在3個主要階段：

起始

首先，解旋酶酶使用ATP在複製叉位點（DNA上Y形區域，這裡形成前導鏈和後隨鏈）解開兩條鏈。

DNA拓撲異構酶是其他酶，透過產生切口來糾正超螺旋，從而釋放鏈中的應力。這些酶可以用藥物作為靶點，以防止病理狀況（如感染）中的DNA複製。

託泊替康是用於真核拓撲異構酶I的藥物，替尼泊苷靶向真核拓撲異構酶II，氟喹諾酮類（抗生素藥物和抑菌藥物）靶向拓撲異構酶II和IV。

延伸

引物酶結合到DNA並製造RNA引物。這允許DNA聚合酶結合到DNA並透過新增核苷酸開始DNA合成。在原核生物中，使用DNA聚合酶III，它在前導鏈的3'端和後隨鏈的5'端新增核苷酸。而在真核生物中，則適用Pol α、ε和δ酶。隨後，在原核生物中，RNA引物被Pol I替換為DNA，在真核生物中則由RNase H完成。DNA pol I在兩個方向上都具有核酸外切酶活性或校對活性。

終止

DNA連線酶連線岡崎片段。端粒酶酶新增端粒，主要在3'端新增TTAGGG序列。新增端粒對於避免遺傳物質丟失很重要。這些端粒通常在癌症發展中起作用，因為在癌細胞中端粒酶功能不正常，導致無限複製。

酶生物化學

酶使生化反應速度更快，即它們透過降低活化能來加速反應。許多種酶用於身體的不同化學過程中。所有酶大多以它們的反應命名。

例如：DNA複製 - DNA聚合酶；糖酵解第一步 - 己糖激酶。

酶主要分為6類：

• 轉移酶

• 連線酶

• 氧化還原酶

• 異構酶

• 水解酶

• 裂合酶

脂類化學

遊離脂肪酸是脂類生物化學的中心。這些脂肪酸可以連線到兩種不同的骨架甘油和鞘氨醇。要理解這一點，就應該掌握兩種重要的有機化學機制。一種是羥基和羧基形成酯，另一種是羥基與磷酸酯反應形成磷酸二酯。

結論

分子生物化學是生物化學的一個子學科，經常與生物化學混淆，因為兩者都在分子水平上研究大分子或生物分子。然而，生物化學主要研究大分子的結構，而分子生物化學則被認為涉及研究生物系統中在分子水平上發生的化學過程。

它還包括一些與分子生物學密切相關的主題。分子生物化學的範疇包括膜轉運、脂類化學、酶生物化學、病毒的病理生理學。

然而，所有這些領域都受到核酸（如DNA）的強烈影響。因此，DNA分子的結構、複製和蛋白質合成被研究作為理解分子生物化學深度學習概念的基礎。