生物分子識別

⑴ 樊春海的研究領域

樊春海同志自參加工作以來，在生物感測器、DNA納米技術與DNA計算以及生物光子學領域做出了系統而色的研究工作。主要研究成果包括有：提出了「生物分子識別－生物分子折疊－電子/能量傳遞」的耦聯感測模式，構建了基於DNA分子設計與界面調控的電化學生物感測器；深入研究了導電高分子材料的信號採集性能和核酸適體的分子結合性能，構建了基於功能材料識別與信號特性的光學生物感測器；實現了生物分子在納米材料上的單一和多重組裝，構建了基於納米生物復合探針的超靈敏生物感測器。在此基礎上完成了多種生物感測的原理設計和感測元件製作，並已研製出多套樣機系統。
已在Nature Nanotechnology, Nature Protocols, PNAS等發表SCI論文180餘篇（其中50餘篇影響因子>7），論文引用4800餘次(其中11篇>100次)。5篇論文在JACS，Angew. Chem.，Adv. Mater.雜志以封面或內封面形式發表。已申請8項美國、國際專利（2項授權）和20餘項中國專利（10項授權）。
長期從事納米生物感測器方面的研究工作；致力於發展高靈敏度、高特異性、廉價、快速、便攜的集成化生物感測器與生物晶元；通過生物分子與無機納米材料之間的相互作用與調控，發展新一代生物檢測策略。
先後主持或參與國家自然科學基金、國家重大科技專項、科技部重大科學研究計劃、863、上海納米專項等項目。

⑵ 檢測生物大分子在細胞組織中分布的常用方法有哪些

1.PAS反應顯示糖原
2.福爾根反應後的DNA吸收546nm可見光特性，採用顯微分光光度檢測細胞中的含量
3.米倫反應檢測蛋白質
4.蘇丹Ⅲ，四氧化鋨脂類顯色

⑶ 區別生物大分子

大分子：相對分子質量至少在5000以上，甚至超過百萬的生物學物質，如蛋白質、核酸、多糖等。它與生命活動關系極為密切，由被認為單體的簡單分子單位所組成。在溶液中有形成凝膠的物質。一般把相對分子質量超過一萬的化合物稱為大分子化合物或高分子化合物。它是由許多重復的結構單元組成，一般具有線狀結構，有的具有枝狀結構。許多具有重要生物作用的物質，如蛋白質和核酸等均屬於這類化合物。�
大分子蛋白質的基本組成單位或構件分子（building-block molecule）是氨基酸（amino acid，AA）
小分子：小分子RNA
開放分類： 生物、科學、分子、RNA、細胞
小分子RNA(small RNA)
存在於真核生物細胞核和細胞質中，它們的長度為100到300個鹼基(酵母中最長的約1000個鹼基)。多的每個細胞中可含有105 ～106 個這種RNA分子，少的則不可直接檢測到, 它們由RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ所合成, 其中某些象mRNA一樣可被加帽。
主要有兩種類型的小分子RNA:一類是snRNA(small nuclear RNA),存在於細胞核中；另一類是scRNA(small cytoplasmic RNA)，存在於細胞質中。
小分子RNA通常與蛋白質組成復合物, 在細胞的生命活動中起重要的作用, 某些snRNPs和剪接作用密切相關，它們分別與供體和受體剪接位點以及分支順序相互補。scRNA參與蛋白質的合成和運輸, 如SRP顆粒就是一種由一個7SRNA和蛋白質組成的核糖核蛋白體顆粒,主要功能是識別信號肽, 並將核糖體引導到內質網。

⑷ 試述氫鍵在生物大分子相互識別中的作用.

氫鍵具有方向性和飽和性.也就是說成氫鍵的X-H-Y三個原子只能大致處於一條直線上且僅能形成一個氫鍵.生物大分子間的互相識別是一個結構域構象互補的識別過程.只有兩個分子相互結合的結構域內的每一個成氫鍵原子都能在另一分子上找到對位的原子,才能形成穩定的氫鍵,進而實現兩分子的互相識別.

⑸ 生物分子之間相互識別的主要作用力有哪些

主要有：范德華力、氫鍵、鹽鍵、疏水作用力、芳環堆積作用、鹵鍵都屬於次級鍵（又稱分子間弱相互作用）

⑹ 生物信息學

生物信息出國是挺方便的 以前我有學姐去美國了 首先應該看一下生物基礎知識（高中生物課本就可以），然後看細胞生物學和生物化學 至於疾病機理的 應該看統計遺傳學 你也可以買一本生物信息相關教材 先了解一下 看自己對哪方面更感興趣 生物信息主要是數據分析 要有一些編程基礎 實驗方面其實是挺少涉及的 而主要處理後期產生的海量數據 邏輯思維好 變成好 其他就OK了 我就是生物信息專業的

⑺ 生物分子識別的化學基礎

1，蛋白質，一級結構決定了高級結構，不同的氨基酸組成使得蛋白質具有不同的構象和親水疏水特性，通過特殊的構象以及親和性可以與多種分子結合，如糖，核酸分子，脂類
2，糖 糖鏈中不同的糖殘基可以使得糖具有不同的構象和極性
3，核酸 和脂質 也都具有不同的特徵構象以及化學性質
分子識別一般 可以用 「鑰匙與鎖」的原理解釋

⑻ 分子識別聚合物 概述

糖蛋白、蛋白聚糖和細胞外基質

大多數真核細胞都能合成一定類型的糖蛋白和蛋白聚糖,它們分布於細胞表面、細胞內分泌顆粒和細胞核內，也可被分泌出細胞，構成細胞外基質成分。糖蛋白和蛋白聚糖都由共價鍵相連接的蛋白質和糖兩部分組成。糖蛋白分子中的蛋白質重量百分比大於糖，而蛋白聚糖中多糖鏈所佔重量在一半以上，甚至高達95%，兩者的糖鏈結構也不同。因此糖蛋白和蛋白聚糖在合成途徑和功能上存在顯著差異。

第一節 糖蛋白

一、糖蛋白的結構

組成糖蛋白分子中糖的單糖有7種：葡萄糖、半乳糖、甘露糖、N一乙醯半乳糖胺、N一乙醯葡糖胺、岩藻糖和N一乙醯神經氨酸。由這些單糖構成各種各樣的寡糖可經兩種方式與蛋白部分連接即N-連接寡糖和 O一連接寡糖，因此糖蛋白也相應分成N-連接糖蛋白和O-連接糖蛋白

（－）N-連接糖蛋白

1.糖基化位點：寡糖中的N-乙醯葡糖胺與多肽鏈中天冬醯胺殘基的醯胺氮連接，形成N-連接糖蛋白。但是並非糖蛋白分子中所有天冬醯胺殘基都可連接寡糖。只有特定的氨基酸序列，即Asn-X-Ser/Thr（其中x可以是脯氨酸以外的任何氨基酸）3個氨基酸殘基組成的序列子才有可能，這一序列於被稱為糖基化位點。l個糖蛋白子可存在若干個Asn-X-Ser/Thr序列子,這些序列子只能視為潛在糖基化位點。能否連接上寡糖還取決於周圍的立體結構。

2 .N-連接寡糖結構N－連接寡糖可分為三型；

①高甘露糖型

②復雜型

③雜合型：這三型N-連接寡糖都有一個五糖核心，高甘露糖型在核心五糖上連接了2－9個甘露糖，復雜型在核心五糖上可連接入3、4或5個分支糖鏈，宛如天線狀，天線末端常連有N-乙醯神經氨酸。雜合型則共有二者的結構。

（二）O-連接糖蛋白

1. O-連接寡糖結構：寡糖中的N-乙醯半乳糖胺與多肽鍵的絲氨酸或蘇氨酸殘基的羥基連接形成O一連接糖蛋白。它的糖基化位點的確切序列子還不清楚，但通常存在於糖蛋白分子表面絲氨酸和蘇氨酸比較集中且周圍常有脯氨酸的序列中。O-連接寡糖常由N-乙醯半乳糖胺與半乳糖構成核心二糖，核心二糖可重復延長及分支，再連接上岩藻糖、N-乙醯葡萄糖胺等單糖。

二、糖蛋白寡糖鏈的功能

許多執行不同功能的蛋白質都是糖蛋白，糖蛋白中的寡糖鏈不但能影響蛋白部分的構象、聚合、溶解及降解還參與糖蛋白的相互識別和結合等，這些作用是蛋白質和核酸不能取代的。

（－）寡糖鏈對新生肽鏈的影響

1.不少糖蛋白的N-連接寡糖鏈參與新生肽鏈的折疊並維持蛋白質正確的空間構象。如用核酸點突變的方法，去除某一病毒G蛋白的2個糖基化位點後，此G蛋白就不能形成正確的鏈內二硫鍵而錯配成鏈間二硫鍵，空間構象也發生改變。運鐵蛋白受體有3個N-連接寡糖鏈，分別位於Asn251， Asn317和Ans727。已發現Ans727連接有高甘露糖型寡糖鏈，與肽鍵的折疊和運輸密切相關，Asn251連接有三天線復雜型寡糖鏈，此寡糖鏈對於形成正常二聚體起重要作用。可見寡糖鏈能影響亞基聚合。

2.很多糖蛋白的寡糖鏈可影響糖蛋白在細胞內的分揀和投送。溶酶體酶合成後被運輸至溶酶體內就是一個典型的例子。溶酶體酶在內質網合成後，其寡糖鏈末端的甘露糖在高爾基體內被磷酸化成6-磷酸甘露糖，然後與存在於溶酶體膜上的6-磷酸甘露糖受體識別並結合，定向轉移至溶酶體內。若寡糖鏈末端甘露糖不被磷酸化，那麼溶酶體酶只能分泌至血漿，而溶酶體內幾乎沒有酶，導致疾病產生。

（二）寡糖鏈對糖蛋白生物活性的影響

一般來說，去除寡糖鏈的糖蛋白，容易受蛋白酶水解，說明寡糖鏈可保護肽鏈，延長半衰期。不少酶屬於糖蛋白，若去除寡糖鏈，並不影響酶的活性，但也有些酶的活性依賴其寡糖鏈，如β-羥β-甲戊二醯輔酶A還原酶去糖鏈後其活性降低90％以上，脂蛋白脂酶N-連接寡糖的核心五糖為酶活性所必需。

免疫球蛋白G也是N-連接糖蛋白，其糖鏈主要存在於Fc段,IgG的寡糖鏈與IgG結合於單核細胞或巨噬細胞上的Fc受體，對補體C1q的結合和激活以及誘導細胞毒等過程有關。若IgG去除糖鏈，其絞鏈區的空間構象進到破壞，上述與Fc受體和補作的結合功能就丟失。

（三）寡糖鏈的分子識別作用

寡糖鏈中單糖間的連接方式有l 2，1 3，1 4，l 6幾種，又有α和β之分，這種結構的多樣性是寡糖鏈起到分子識別作用的基礎。如豬卵細胞透明帶中分子量為5.5萬的ZP-3蛋白，含有O-連接寡糖能識別精子並與之結合。受體與配體識別和結合也需寡糖鏈的參與。紅細胞的血型物質含糖達80％-90%。ABO系統中血型物質A和B均是在血型物質O的糖鏈非還原端各加GalNAC或Gal僅一個糖基之差，使紅細胞能分別識別不同的抗體，產生不同的血型可見糖鏈功能之奇妙。細菌表面存在各種凝集素樣蛋白，可識別人體細胞表面的寡糖鏈結構，而侵襲細胞。

第二節 蛋白聚糖

蛋白聚糖是一類非常復雜的大分子糖復合物。主要由糖胺聚糖共價連接於核心蛋白所組成。一種蛋白聚糖可含有一種或多種糖胺聚糖。糖胺聚糖是因為其中必含有糖胺而得名，可以是葡萄糖胺或半乳糖胺。糖胺聚糖是由二糖單位重復連接而成，不分支。二糖單位中除了一個是糖胺外，另1個是糖醛酸可以是葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸。除糖胺聚糖外，蛋白聚糖還含有一些N-或O-連接寡糖鏈。

一、重要的糖胺聚糖

體內重要的糖胺聚糖有6種；硫酸軟骨素類、硫酸皮膚素、硫酸角質素、透明質酸、肝素和硫酸類肝素。除透明質酸外其他的糖胺聚糖都帶有硫酸。

硫酸軟骨素的二糖單位由N-乙醯半乳糖胺和葡糖醛酸組成。硫酸角質素的二糖單位由半乳糖和N-乙醯葡糖胺組成。它所形成的蛋白聚糖可分布於角膜中，也可與硫酸軟骨素共同組成蛋白聚糖聚合物分布於軟骨和結締組織。硫酸皮膚素分布廣泛，其二糖單位與硫酸軟骨素很相似，僅一部分萄糖醛酸為艾杜醛酸所取代，所以硫酸皮膚素含有兩種葡糖醛酸。葡糖醛酸轉變為艾杜糖醛酸是在糖鏈合成後進行，由差問異構酶催化。肝素的二糖單位為葡糖胺和艾杜糖醛酸，。肝素所連的核心蛋白幾乎僅由絲氨酸和甘氨酸組成。肝素分布於肥大細胞內，有抗凝作用。硫酸類肝素是細胞膜成分，突出於細胞外。透明質酸的二糖單位為葡糖醛酸和N-乙醯萄糖胺。1個透明質酸分子可由50000個二糖單位組成，但它所連的蛋白部分很小。透明質酸分布於關節滑液、眼的玻璃體及疏鬆的結締組織中。

二、核心蛋白

與糖胺聚糖鏈共價結合的蛋白質稱為核心蛋白。核心蛋白均含有相應的糖胺聚糖取代結構域，一些蛋白聚糖通過核心蛋白特殊結構域錨定在細胞表面或細胞外基質的大分子中。核心蛋白最小的蛋白聚糖稱為絲甘蛋白聚糖，含有肝素，主要存在於造血細胞和肥大細胞的貯存顆粒中，是一種典型的細胞內蛋白聚糖。

在溶液內蛋白聚糖象瓶刷：中心是核心蛋白，由於糖胺聚糖上羧基或硫酸根均帶有負電荷，彼此相斥，糖胺聚糖鏈呈直線狀，如鬃毛共價連接到核心蛋白的多肽鏈上。

蛋白聚糖聚合物是細胞外基質的重要成分之一,由透明質酸長糖鏈兩側經連接蛋白而結合許多蛋白聚糖而成。

三、蛋白聚糖的功能

1.蛋白聚糖最主要的功能是構成細胞間的基質 ，在基質中蛋白聚糖與彈性蛋白和膠原蛋白以特殊的方式相連而賦予基質以特殊的結構。基質中含有大量透明質酸，可與細胞表面的透明質酸受體結合，影響細胞與細胞的粘附、細胞遷移、增殖和分化等。

2.由於蛋白聚糖中的糖胺聚糖是多陰離子化合物，結合Na+、K+，從而吸收水分子，糖的羥基也是親水的，所以基質內的蛋白聚糖可以吸引、保留水而形成凝膠，①容許小分子化合物自由擴散而阻止細菌通過，起保護作用。②在結締組織中能起機械性保護作用對於維持組織正常形態及抗局部壓力也起著重要作用。

3.硫酸肝素蛋白聚糖主要分布在細胞膜表面，也是細胞膜的成分，在細胞與細胞，細胞與環境識別中起重要作用。

4.有些細胞還存在絲甘蛋白聚糖，它的主要功能是與帶正電荷的蛋白酶、羧肽酶及組胺等相互作用，參與這些生物活性分子的貯存和釋放。

5. 蛋白聚糖的特殊作用：肝素是重要的抗凝劑，能使凝血酶原失活，抑制血小板聚集而起抗凝作用。肝素能促進毛細血管壁的脂蛋白脂肪酶釋放人血，後者能水解血漿脂蛋白中的脂肪，促進血漿脂質的清除。在軟骨中硫酸軟骨素含量豐富，維持軟骨的機械性能。角膜的膠原纖維間充滿硫酸角質素和硫酸皮膚素，使角膜透明。
高分子化合物（Macro Molecular Compound）：所謂高分子化合物，是指那些由眾多原子或原子團主要以共價鍵結合而成的相對分子量在一萬以上的化合物。
定義：由千百個原子彼此以共價鍵結合形成相對分子質量特別大、具有重復結構單元的有機化合物。
是由一類相對分子質量很高的分子聚集而成的化合物，也稱為高分子、大分子等。一般把相對分子質量高於10000的分子稱為高分子。高分子通常由103～105個原子以共價鍵連接而成。由於高分子多是由小分子通過聚合反應而製得的，因此也常被稱為聚合物或高聚物，用於聚合的小分子則被稱為「單體」。
舉例：纖維素、蛋白質、蠶絲、橡膠、澱粉等天然高分子化合物，以及以高聚物為基礎的合成材料，如各種塑料，合成橡膠，合成纖維、塗料與粘接劑等。
有機高分子化合物可以分為天然有機高分子化合物（如澱粉、纖維素、蛋白質天然橡膠等）和合成有機高分子化合物（如聚乙烯、聚氯乙烯等等），它們的相對分子質量可以從幾萬直到幾百萬或更大，但他們的化學組成和結構比較簡單，往往是由無數（n）結構小單元以重復的方式排列而成的。
高分子化合物（又稱高聚物）的分子比低分子有機化合物的分子大得多。一般有機化合物的相對分子質量不超過1000，而高分子化合物的相對分子質量可高達104～106。由於高分子化合物的相對分子質量很大，所以在物理、化學和力學性能上與低分子化合物有很大差異。
高分子化合物的相對分子質量雖然很大，但組成並不復雜，它們的分子往往都是由特定的結構單元通過共價鍵多次重復連接而成。
同一種高分子化合物的分子鏈所含的鏈節數並不相同，所以高分子化合物實質上是由許多鏈節結構相同而聚合度不同的化合物所組成的混合物，其相對分子質量與聚合度都是平均值。
高分子化合物幾乎無揮發性，常溫下常以固態或液態存在。固態高聚物按其結構形態可分為晶態和非晶態。前者分子排列規整有序；而後者分子排列無規則。同一種高分子化合物可以兼具晶態和非晶態兩種結構。大多數的合成樹脂都是非晶態結構。
組成高分子鏈的原子之間是以共價鍵相結合的，高分子鏈一般具有鏈型和體型兩種不同的形狀。
當今世界上作為材料使用的大量高分子化合物，是以煤、石油、天然氣等為起始原料製得低分子有機化合物，再經聚合反應而製成的。這些低分子化合物稱為「單體」，由它們經聚合反應而生成的高分子化合物又稱為高聚物。通常將聚合反應分為加成聚合和縮合聚合兩類，簡稱加聚和縮聚。
由一種或多種單體相互加成，結合為高分子化合物的反應，叫做加聚反應。在該反應過程中沒有產生其他副產物，生成的聚合物的化學組成與單體的基本相同。
縮聚反應是指由一種或多種單體互相縮合生成高聚物，同時析出其他低分子化合物（如水、氨、醇、鹵化氫等）的反應。縮聚反應生成的高聚物的化學組成與單體的不同。

⑼ 生物特異分子識別在醫學有什麼應用

生物特異分子識別包含2方面的含義，一是DNA即基因方面的識別，而是蛋白質方面的識別。在醫學檢驗方面的應用主要有：

1. 分子生物感測器在醫學檢驗中的應用

分子生物感測器是利用一定的生物或化學的固定技術，將生物識別元件（酶、抗體、抗原、蛋白、核酸、受體、細胞、微生物、動植物組織等）固定在換能器上，當待測物與生物識別元件發生特異性反應後，通過換能器將所產生的反應結果轉變為可以輸出、檢測的電信號和光信號等，以此對待測物質進行定性和定量分析，從而達到檢測分析的目的。

分子生物感測器可以廣泛地應用於對體液中的微量蛋白、小分子有機物、核酸等多種物質的檢測。在現代醫學檢驗中，這些項目是臨床診斷和病情分析的重要依據。能夠在體內實時監控的生物感測器對於手術中和重症監護的病人很有幫助。

Skladal等用經過寡核苷酸探針修飾的壓電感測器檢測血清中的丙型肝炎病毒（HCV）並實時監測其DNA的結構轉錄和聚合酶鏈式反應（PCR）擴增過程，完成整個監測過程僅需10 min且裝置可重復使用。

Petricoin等用壓電感測器研究了破骨細胞生成抑制因子（OPG）和幾種相應抗體的相互作用，研發出可快速檢驗血清中OPG的壓電免疫感測器。

Dro-sten等報道了檢測神經遞質的酶電報，將電極放置在神經肌肉接點附近可實時測定並記錄鄰近的神經元去極化後所釋放的遞質谷氨酸。

2.分子生物晶元技術在醫學檢驗中的應用

隨著分子生物學的發展及人們對疾病過程的認識加深，傳統的醫學檢驗技術已不能完全適應微量、快速、准確、全面的要求。

所謂的生物晶元是指將大量探針分子固定於支持物上（通常支持物上的一個點代表一種分子探針），並與標記的樣品雜交或反應，通過自動化儀器檢測雜交或反應信號的強度而判斷樣品中靶分子的數量。

在檢測病原菌方面，由於大部分細菌、病毒的基因組測序已完成，將許多代表每種微生物的特殊基因製成1張晶元。通過反轉錄可檢測標本中的有無病原體基因的表達及表達的情況，以判斷病人感染病原及感染的進程、宿主的反應。由於P53抑癌基因在多數腫瘤中均發生突變，因此其是重要的腫瘤診斷靶基因。

Nam等人將硅基質上合成的寡核苷酸晶元用於血清樣品中的丙型肝炎病毒分型。

2.分子生物納米技術在醫學檢驗中的應用生物活性物質的檢測有很多種方法，其中，以抗體為基礎的技術尤其重要。免疫分析加上磁性修飾已成功地用於各種生物活性物質和異生質（如葯物、致癌物等）的檢測。將特異性抗體或抗原固定到納米磁球表面，並以酶、放射性同位素、熒光染料或化學發光物質為基礎所產生的檢測與傳統微量滴定板技術相比具有簡單、快速和靈敏的特點。

Van Helden等將抗體連接的納米磁性微球與高效率、快速的化學發光免疫測定技術相結合的自動檢測系統，則成功地用於血清中人免疫缺陷病毒1型和2型（HIV-1和HIV-2）抗體的檢測。另外，用於人胰島素檢測的全自動夾心法免疫測定技術也已建立，其中亦用到抗體、蛋白納米磁性微粒復合物和鹼性磷酸酶標記二抗。

4.分子蛋白組學在醫學檢驗中的應用

當前有關分子蛋白質組學的大量研究成果喜人，但一大部分結論是眾說紛紜、甚至是互相矛盾。一些經典的腫瘤標志物卻無法在當前以表面增強激光解析離子化-飛行時間質譜（SELDI-TOF-MS）技術為代表的蛋白質組學技術中體現出來。可能存在以下幾方面的問題。一方面是SELDI-TOF-MS技術自身的限制性，包括敏感性、重復性以及使用當前設備對每個峰值蛋白確認的局限性；另一方面是實驗設計及對照組選擇是否恰當，某個蛋白組模式反映的是腫瘤的特異性，還是炎症反應，或是代謝紊亂等無法定論；另一方面是不同實驗室結果可比性、標本處理過程的差異無法探究。只有這些問題得到解決， SELDI-TOF-MS技術在檢驗醫學中才能發揮革命性作用。

5.分子生物學技術在醫學檢驗發展中的趨勢

檢驗醫學中的分子生物學技術發展趨勢有二：一是定量PCR；二是PCR的全自動化，如應用擴增與檢測於一體的一次性試驗卡，可較好地解決PCR污染問題。除PCR以外的體外基因擴增技術如連接酶反應（LCR），鏈置換擴增系統（SDA），轉錄擴增系統（TAS），自限序列擴增系統（3SR），QB復制酶擴增系統等技術也將由科研進入臨床。分子生物學技術的標准化和質量控制引起了廣泛關注，特別是衛生部頒發的PCR實驗室管理辦法對PCR技術應用的健康發展起到了關鍵作用。為解決PCR交叉污染問題，從標本制備到檢測的全封閉系統及相應的自動化儀器已在國內逐步普及。

⑽ 試述氫鍵在生物大分子相互識別中的作用。

氫鍵具有方向性和飽和性。也就是說成氫鍵的X-H-Y三個原子只能大致處於一條直線上且僅能形成一個氫鍵。生物大分子間的互相識別是一個結構域構象互補的識別過程。只有兩個分子相互結合的結構域內的每一個成氫鍵原子都能在另一分子上找到對位的原子，才能形成穩定的氫鍵，進而實現兩分子的互相識別。