【生命的手性 2.】
（2. 生物大分子的立体结构）
生物大分子的基本单元是手性的，它们的空间结构也是手性的。蛋白质的α-螺旋是右旋的，DNA是右手双螺旋，RNA是右手单螺旋，淀粉和糖原都是左手螺旋，纤维素是片状结构。
这里以蛋白质、RNA和DNA为例说明其立体结构决定它们的性能：
蛋白质是若干L－氨基酸以酰氨键链接成长链形成的。蛋白质的主链上的结构都一样，均以残基-N-Cα-C-为链节向两端延伸而成，不同的蛋白质关键在于α- C上联接的R有所不同。于是乎，尽管组成蛋白质的氨基酸只有20种，可相互联接的方式有所不同，可以象搭积木一样构成许许多多样式的蛋白质。
蛋白质的肽链很长，要把它放到很小的细胞内，则须按一定方式折叠，构成复杂的、有层次的空间结构，使得其卷曲更小、能量最低，确保其在细胞中稳定存在。
蛋白质的一级结构：即前面所述的直链初级结构加双硫键栓结的AB链结构；
蛋白质的二级结构：即肽链的局部空间结构，有α-螺旋、β-折叠、 β-转角和无规则卷曲等结构单元。
蛋白质的三级结构：即是整条肽链的空间结构，是在二级结构的基础上进一步盘曲折叠形成。
蛋白质的四级结构：蛋白质分子由多条肽链组成，每条肽链都有其一、二、三级结构，多条肽链则有更高级层次的结构。
蛋白质的功能与其空间结构密切相关，任何层次上的结构缺失都不能使蛋白质具有完整的生物活性。如胰岛素单独的A链或B链并没有生物活性，只有两个链联结后才有活性。简单直链肽的比旋度可以是其中所有氨基酸的比旋度之和，但较为复杂的肽的比旋度就不是简单相加，而是由各氨基酸的比旋度与整体空间结构的旋光性来共同决定。因此测定蛋白质的比旋度可以知道其中α-螺旋结构的相对含量，也可以研究α-螺旋结构与无规卷曲之间的相互影响。如人胰岛素的比旋度是-64°, 是其中各个氨基酸的比旋度、α-螺旋结构的比旋度以及整个立体结构比旋度的总和。
核酸分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)两种。核酸是由4种核苷酸按一定的顺序排列组成的。核苷酸又是由核糖、有机碱和磷酸三部分组成。有机碱和核糖组成核苷，由磷酸基团将各个核苷链接起来就组成核苷酸。核酸分子中的4种有机碱分别是：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。
核苷酸中的核糖全是β-D-(-)-呋喃核糖。当β-D-(-)-呋喃核糖的第二个手性碳原子上的羟基失掉一个氧原子时，它就成为β-D-(-)-2-呋喃脱氧核糖。脱氧核糖和核糖一样，也是左旋的，其比旋度是-60°。
在核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)分子中4种核苷酸按一定的顺序排列组成的。核苷酸中的β-D-(-)-呋喃核糖或β-D-(-)-2-呋喃脱氧核糖，其中第一位碳原子和第五位碳原子上的羟基分别与有机碱和磷酸的氢脱 水缩合形成。然后由磷酸基团将第二个、第三个...核苷链接起来就组成核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。
美国生物学家沃森和英国生物学家克里克提出了DNA双螺旋结构的假设。英国女生物学家富兰克林和英国生物物理学家威尔金斯在之前通过实验确定了RNA和DNA分子中4种核苷酸的链接方式；而巧合的是这四位当时都工作在英国剑桥大学的实验室里，他们发表了相关文章都发表在《自然》杂志同期(1953.4.25)上。DNA双螺旋结构的三大特点：
1、DNA有两条反向平行的主链。DNA的结构单元是核苷酸，其上的第三位碳原子上的羟基为3末端；在第五碳原子上有一个磷酸基团，记为5末端。核苷酸之间靠3-5末端相连，形成主链，而每个核苷酸上的碱基则为侧链基团。DNA由两条主链构成，一条主链是上而下的5→3方向，碱基在主链的右侧；另一条主链是3→5方向，碱基在主链的左侧。两条主链反向平行，正好各自的碱基在内侧相遇形成牢固栓结。
2、DNA的两条主链互补。主链内侧只能容纳两个碱基，并且嘌呤只能与嘧啶配对连接。腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)由两个氢键连接，记为A=T；鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)由三个氢键连接，记为G≡C。这种严格的碱基配对，使得DNA中的一条主链上的碱基顺序决定了另一条主链上的碱基顺序，即一条链是另一条链的模板，形成双链之间的互补性。当一条主链受到化学诱变剂、致癌物或光辐射等造成损伤时，按照碱基配对原则，可以在另一条主链的指导下自动修复。当细胞分裂时，两条链分别作为模板合成两条新链，使DNA在不改变自身结构的情况下得以复制。这就揭示了DNA的复制机制。
3、DNA呈右手双螺旋结构。其结构好似一个右旋的“楼梯”，两条主链形似“楼梯”的两个“扶手”，两种碱基对构成“楼梯”的“台阶”。每个螺旋包含10个碱基对，螺旋的直径是2 nm，螺距是3.4 nm。
这个“假设”被后来的许多化学和生物学的实验所证明。因此，1953年4月25日成为现代生物学革命的转折点。DNA右手螺旋结构的惊世发现使生命科学由“细胞”层次深入到“分子”层次，标志着分子生物学的真正诞生。
为此，沃森、克里克和威尔金斯三人分享了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。而富兰克林因去世而未此殊荣。
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