生物分子识别

⑴ 樊春海的研究领域

樊春海同志自参加工作以来，在生物传感器、DNA纳米技术与DNA计算以及生物光子学领域做出了系统而色的研究工作。主要研究成果包括有：提出了“生物分子识别－生物分子折叠－电子/能量传递”的耦联传感模式，构建了基于DNA分子设计与界面调控的电化学生物传感器；深入研究了导电高分子材料的信号采集性能和核酸适体的分子结合性能，构建了基于功能材料识别与信号特性的光学生物传感器；实现了生物分子在纳米材料上的单一和多重组装，构建了基于纳米生物复合探针的超灵敏生物传感器。在此基础上完成了多种生物传感的原理设计和传感元件制作，并已研制出多套样机系统。
已在Nature Nanotechnology, Nature Protocols, PNAS等发表SCI论文180余篇（其中50余篇影响因子>7），论文引用4800余次(其中11篇>100次)。5篇论文在JACS，Angew. Chem.，Adv. Mater.杂志以封面或内封面形式发表。已申请8项美国、国际专利（2项授权）和20余项中国专利（10项授权）。
长期从事纳米生物传感器方面的研究工作；致力于发展高灵敏度、高特异性、廉价、快速、便携的集成化生物传感器与生物芯片；通过生物分子与无机纳米材料之间的相互作用与调控，发展新一代生物检测策略。
先后主持或参与国家自然科学基金、国家重大科技专项、科技部重大科学研究计划、863、上海纳米专项等项目。

⑵ 检测生物大分子在细胞组织中分布的常用方法有哪些

1.PAS反应显示糖原
2.福尔根反应后的DNA吸收546nm可见光特性，采用显微分光光度检测细胞中的含量
3.米伦反应检测蛋白质
4.苏丹Ⅲ，四氧化锇脂类显色

⑶ 区别生物大分子

大分子：相对分子质量至少在5000以上，甚至超过百万的生物学物质，如蛋白质、核酸、多糖等。它与生命活动关系极为密切，由被认为单体的简单分子单位所组成。在溶液中有形成凝胶的物质。一般把相对分子质量超过一万的化合物称为大分子化合物或高分子化合物。它是由许多重复的结构单元组成，一般具有线状结构，有的具有枝状结构。许多具有重要生物作用的物质，如蛋白质和核酸等均属于这类化合物。�
大分子蛋白质的基本组成单位或构件分子（building-block molecule）是氨基酸（amino acid，AA）
小分子：小分子RNA
开放分类： 生物、科学、分子、RNA、细胞
小分子RNA(small RNA)
存在于真核生物细胞核和细胞质中，它们的长度为100到300个碱基(酵母中最长的约1000个碱基)。多的每个细胞中可含有105 ～106 个这种RNA分子，少的则不可直接检测到, 它们由RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ所合成, 其中某些象mRNA一样可被加帽。
主要有两种类型的小分子RNA:一类是snRNA(small nuclear RNA),存在于细胞核中；另一类是scRNA(small cytoplasmic RNA)，存在于细胞质中。
小分子RNA通常与蛋白质组成复合物, 在细胞的生命活动中起重要的作用, 某些snRNPs和剪接作用密切相关，它们分别与供体和受体剪接位点以及分支顺序相互补。scRNA参与蛋白质的合成和运输, 如SRP颗粒就是一种由一个7SRNA和蛋白质组成的核糖核蛋白体颗粒,主要功能是识别信号肽, 并将核糖体引导到内质网。

⑷ 试述氢键在生物大分子相互识别中的作用.

氢键具有方向性和饱和性.也就是说成氢键的X-H-Y三个原子只能大致处于一条直线上且仅能形成一个氢键.生物大分子间的互相识别是一个结构域构象互补的识别过程.只有两个分子相互结合的结构域内的每一个成氢键原子都能在另一分子上找到对位的原子,才能形成稳定的氢键,进而实现两分子的互相识别.

⑸ 生物分子之间相互识别的主要作用力有哪些

主要有：范德华力、氢键、盐键、疏水作用力、芳环堆积作用、卤键都属于次级键（又称分子间弱相互作用）

⑹ 生物信息学

生物信息出国是挺方便的 以前我有学姐去美国了 首先应该看一下生物基础知识（高中生物课本就可以），然后看细胞生物学和生物化学 至于疾病机理的 应该看统计遗传学 你也可以买一本生物信息相关教材 先了解一下 看自己对哪方面更感兴趣 生物信息主要是数据分析 要有一些编程基础 实验方面其实是挺少涉及的 而主要处理后期产生的海量数据 逻辑思维好 变成好 其他就OK了 我就是生物信息专业的

⑺ 生物分子识别的化学基础

1，蛋白质，一级结构决定了高级结构，不同的氨基酸组成使得蛋白质具有不同的构象和亲水疏水特性，通过特殊的构象以及亲和性可以与多种分子结合，如糖，核酸分子，脂类
2，糖 糖链中不同的糖残基可以使得糖具有不同的构象和极性
3，核酸 和脂质 也都具有不同的特征构象以及化学性质
分子识别一般 可以用 “钥匙与锁”的原理解释

⑻ 分子识别聚合物 概述

糖蛋白、蛋白聚糖和细胞外基质

大多数真核细胞都能合成一定类型的糖蛋白和蛋白聚糖,它们分布于细胞表面、细胞内分泌颗粒和细胞核内，也可被分泌出细胞，构成细胞外基质成分。糖蛋白和蛋白聚糖都由共价键相连接的蛋白质和糖两部分组成。糖蛋白分子中的蛋白质重量百分比大于糖，而蛋白聚糖中多糖链所占重量在一半以上，甚至高达95%，两者的糖链结构也不同。因此糖蛋白和蛋白聚糖在合成途径和功能上存在显著差异。

第一节 糖蛋白

一、糖蛋白的结构

组成糖蛋白分子中糖的单糖有7种：葡萄糖、半乳糖、甘露糖、N一乙酰半乳糖胺、N一乙酰葡糖胺、岩藻糖和N一乙酰神经氨酸。由这些单糖构成各种各样的寡糖可经两种方式与蛋白部分连接即N-连接寡糖和 O一连接寡糖，因此糖蛋白也相应分成N-连接糖蛋白和O-连接糖蛋白

（－）N-连接糖蛋白

1.糖基化位点：寡糖中的N-乙酰葡糖胺与多肽链中天冬酰胺残基的酰胺氮连接，形成N-连接糖蛋白。但是并非糖蛋白分子中所有天冬酰胺残基都可连接寡糖。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个氨基酸残基组成的序列子才有可能，这一序列于被称为糖基化位点。l个糖蛋白子可存在若干个Asn-X-Ser/Thr序列子,这些序列子只能视为潜在糖基化位点。能否连接上寡糖还取决于周围的立体结构。

2 .N-连接寡糖结构N－连接寡糖可分为三型；

①高甘露糖型

②复杂型

③杂合型：这三型N-连接寡糖都有一个五糖核心，高甘露糖型在核心五糖上连接了2－9个甘露糖，复杂型在核心五糖上可连接入3、4或5个分支糖链，宛如天线状，天线末端常连有N-乙酰神经氨酸。杂合型则共有二者的结构。

（二）O-连接糖蛋白

1. O-连接寡糖结构：寡糖中的N-乙酰半乳糖胺与多肽键的丝氨酸或苏氨酸残基的羟基连接形成O一连接糖蛋白。它的糖基化位点的确切序列子还不清楚，但通常存在于糖蛋白分子表面丝氨酸和苏氨酸比较集中且周围常有脯氨酸的序列中。O-连接寡糖常由N-乙酰半乳糖胺与半乳糖构成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再连接上岩藻糖、N-乙酰葡萄糖胺等单糖。

二、糖蛋白寡糖链的功能

许多执行不同功能的蛋白质都是糖蛋白，糖蛋白中的寡糖链不但能影响蛋白部分的构象、聚合、溶解及降解还参与糖蛋白的相互识别和结合等，这些作用是蛋白质和核酸不能取代的。

（－）寡糖链对新生肽链的影响

1.不少糖蛋白的N-连接寡糖链参与新生肽链的折叠并维持蛋白质正确的空间构象。如用核酸点突变的方法，去除某一病毒G蛋白的2个糖基化位点后，此G蛋白就不能形成正确的链内二硫键而错配成链间二硫键，空间构象也发生改变。运铁蛋白受体有3个N-连接寡糖链，分别位于Asn251， Asn317和Ans727。已发现Ans727连接有高甘露糖型寡糖链，与肽键的折叠和运输密切相关，Asn251连接有三天线复杂型寡糖链，此寡糖链对于形成正常二聚体起重要作用。可见寡糖链能影响亚基聚合。

2.很多糖蛋白的寡糖链可影响糖蛋白在细胞内的分拣和投送。溶酶体酶合成后被运输至溶酶体内就是一个典型的例子。溶酶体酶在内质网合成后，其寡糖链末端的甘露糖在高尔基体内被磷酸化成6-磷酸甘露糖，然后与存在于溶酶体膜上的6-磷酸甘露糖受体识别并结合，定向转移至溶酶体内。若寡糖链末端甘露糖不被磷酸化，那么溶酶体酶只能分泌至血浆，而溶酶体内几乎没有酶，导致疾病产生。

（二）寡糖链对糖蛋白生物活性的影响

一般来说，去除寡糖链的糖蛋白，容易受蛋白酶水解，说明寡糖链可保护肽链，延长半衰期。不少酶属于糖蛋白，若去除寡糖链，并不影响酶的活性，但也有些酶的活性依赖其寡糖链，如β-羟β-甲戊二酰辅酶A还原酶去糖链后其活性降低90％以上，脂蛋白脂酶N-连接寡糖的核心五糖为酶活性所必需。

免疫球蛋白G也是N-连接糖蛋白，其糖链主要存在于Fc段,IgG的寡糖链与IgG结合于单核细胞或巨噬细胞上的Fc受体，对补体C1q的结合和激活以及诱导细胞毒等过程有关。若IgG去除糖链，其绞链区的空间构象进到破坏，上述与Fc受体和补作的结合功能就丢失。

（三）寡糖链的分子识别作用

寡糖链中单糖间的连接方式有l 2，1 3，1 4，l 6几种，又有α和β之分，这种结构的多样性是寡糖链起到分子识别作用的基础。如猪卵细胞透明带中分子量为5.5万的ZP-3蛋白，含有O-连接寡糖能识别精子并与之结合。受体与配体识别和结合也需寡糖链的参与。红细胞的血型物质含糖达80％-90%。ABO系统中血型物质A和B均是在血型物质O的糖链非还原端各加GalNAC或Gal仅一个糖基之差，使红细胞能分别识别不同的抗体，产生不同的血型可见糖链功能之奇妙。细菌表面存在各种凝集素样蛋白，可识别人体细胞表面的寡糖链结构，而侵袭细胞。

第二节 蛋白聚糖

蛋白聚糖是一类非常复杂的大分子糖复合物。主要由糖胺聚糖共价连接于核心蛋白所组成。一种蛋白聚糖可含有一种或多种糖胺聚糖。糖胺聚糖是因为其中必含有糖胺而得名，可以是葡萄糖胺或半乳糖胺。糖胺聚糖是由二糖单位重复连接而成，不分支。二糖单位中除了一个是糖胺外，另1个是糖醛酸可以是葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸。除糖胺聚糖外，蛋白聚糖还含有一些N-或O-连接寡糖链。

一、重要的糖胺聚糖

体内重要的糖胺聚糖有6种；硫酸软骨素类、硫酸皮肤素、硫酸角质素、透明质酸、肝素和硫酸类肝素。除透明质酸外其他的糖胺聚糖都带有硫酸。

硫酸软骨素的二糖单位由N-乙酰半乳糖胺和葡糖醛酸组成。硫酸角质素的二糖单位由半乳糖和N-乙酰葡糖胺组成。它所形成的蛋白聚糖可分布于角膜中，也可与硫酸软骨素共同组成蛋白聚糖聚合物分布于软骨和结缔组织。硫酸皮肤素分布广泛，其二糖单位与硫酸软骨素很相似，仅一部分萄糖醛酸为艾杜醛酸所取代，所以硫酸皮肤素含有两种葡糖醛酸。葡糖醛酸转变为艾杜糖醛酸是在糖链合成后进行，由差问异构酶催化。肝素的二糖单位为葡糖胺和艾杜糖醛酸，。肝素所连的核心蛋白几乎仅由丝氨酸和甘氨酸组成。肝素分布于肥大细胞内，有抗凝作用。硫酸类肝素是细胞膜成分，突出于细胞外。透明质酸的二糖单位为葡糖醛酸和N-乙酰萄糖胺。1个透明质酸分子可由50000个二糖单位组成，但它所连的蛋白部分很小。透明质酸分布于关节滑液、眼的玻璃体及疏松的结缔组织中。

二、核心蛋白

与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质称为核心蛋白。核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构域，一些蛋白聚糖通过核心蛋白特殊结构域锚定在细胞表面或细胞外基质的大分子中。核心蛋白最小的蛋白聚糖称为丝甘蛋白聚糖，含有肝素，主要存在于造血细胞和肥大细胞的贮存颗粒中，是一种典型的细胞内蛋白聚糖。

在溶液内蛋白聚糖象瓶刷：中心是核心蛋白，由于糖胺聚糖上羧基或硫酸根均带有负电荷，彼此相斥，糖胺聚糖链呈直线状，如鬃毛共价连接到核心蛋白的多肽链上。

蛋白聚糖聚合物是细胞外基质的重要成分之一,由透明质酸长糖链两侧经连接蛋白而结合许多蛋白聚糖而成。

三、蛋白聚糖的功能

1.蛋白聚糖最主要的功能是构成细胞间的基质 ，在基质中蛋白聚糖与弹性蛋白和胶原蛋白以特殊的方式相连而赋予基质以特殊的结构。基质中含有大量透明质酸，可与细胞表面的透明质酸受体结合，影响细胞与细胞的粘附、细胞迁移、增殖和分化等。

2.由于蛋白聚糖中的糖胺聚糖是多阴离子化合物，结合Na+、K+，从而吸收水分子，糖的羟基也是亲水的，所以基质内的蛋白聚糖可以吸引、保留水而形成凝胶，①容许小分子化合物自由扩散而阻止细菌通过，起保护作用。②在结缔组织中能起机械性保护作用对于维持组织正常形态及抗局部压力也起着重要作用。

3.硫酸肝素蛋白聚糖主要分布在细胞膜表面，也是细胞膜的成分，在细胞与细胞，细胞与环境识别中起重要作用。

4.有些细胞还存在丝甘蛋白聚糖，它的主要功能是与带正电荷的蛋白酶、羧肽酶及组胺等相互作用，参与这些生物活性分子的贮存和释放。

5. 蛋白聚糖的特殊作用：肝素是重要的抗凝剂，能使凝血酶原失活，抑制血小板聚集而起抗凝作用。肝素能促进毛细血管壁的脂蛋白脂肪酶释放人血，后者能水解血浆脂蛋白中的脂肪，促进血浆脂质的清除。在软骨中硫酸软骨素含量丰富，维持软骨的机械性能。角膜的胶原纤维间充满硫酸角质素和硫酸皮肤素，使角膜透明。
高分子化合物（Macro Molecular Compound）：所谓高分子化合物，是指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。
定义：由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。
是由一类相对分子质量很高的分子聚集而成的化合物，也称为高分子、大分子等。一般把相对分子质量高于10000的分子称为高分子。高分子通常由103～105个原子以共价键连接而成。由于高分子多是由小分子通过聚合反应而制得的，因此也常被称为聚合物或高聚物，用于聚合的小分子则被称为“单体”。
举例：纤维素、蛋白质、蚕丝、橡胶、淀粉等天然高分子化合物，以及以高聚物为基础的合成材料，如各种塑料，合成橡胶，合成纤维、涂料与粘接剂等。
有机高分子化合物可以分为天然有机高分子化合物（如淀粉、纤维素、蛋白质天然橡胶等）和合成有机高分子化合物（如聚乙烯、聚氯乙烯等等），它们的相对分子质量可以从几万直到几百万或更大，但他们的化学组成和结构比较简单，往往是由无数（n）结构小单元以重复的方式排列而成的。
高分子化合物（又称高聚物）的分子比低分子有机化合物的分子大得多。一般有机化合物的相对分子质量不超过1000，而高分子化合物的相对分子质量可高达104～106。由于高分子化合物的相对分子质量很大，所以在物理、化学和力学性能上与低分子化合物有很大差异。
高分子化合物的相对分子质量虽然很大，但组成并不复杂，它们的分子往往都是由特定的结构单元通过共价键多次重复连接而成。
同一种高分子化合物的分子链所含的链节数并不相同，所以高分子化合物实质上是由许多链节结构相同而聚合度不同的化合物所组成的混合物，其相对分子质量与聚合度都是平均值。
高分子化合物几乎无挥发性，常温下常以固态或液态存在。固态高聚物按其结构形态可分为晶态和非晶态。前者分子排列规整有序；而后者分子排列无规则。同一种高分子化合物可以兼具晶态和非晶态两种结构。大多数的合成树脂都是非晶态结构。
组成高分子链的原子之间是以共价键相结合的，高分子链一般具有链型和体型两种不同的形状。
当今世界上作为材料使用的大量高分子化合物，是以煤、石油、天然气等为起始原料制得低分子有机化合物，再经聚合反应而制成的。这些低分子化合物称为“单体”，由它们经聚合反应而生成的高分子化合物又称为高聚物。通常将聚合反应分为加成聚合和缩合聚合两类，简称加聚和缩聚。
由一种或多种单体相互加成，结合为高分子化合物的反应，叫做加聚反应。在该反应过程中没有产生其他副产物，生成的聚合物的化学组成与单体的基本相同。
缩聚反应是指由一种或多种单体互相缩合生成高聚物，同时析出其他低分子化合物（如水、氨、醇、卤化氢等）的反应。缩聚反应生成的高聚物的化学组成与单体的不同。

⑼ 生物特异分子识别在医学有什么应用

生物特异分子识别包含2方面的含义，一是DNA即基因方面的识别，而是蛋白质方面的识别。在医学检验方面的应用主要有：

1. 分子生物传感器在医学检验中的应用

分子生物传感器是利用一定的生物或化学的固定技术，将生物识别元件（酶、抗体、抗原、蛋白、核酸、受体、细胞、微生物、动植物组织等）固定在换能器上，当待测物与生物识别元件发生特异性反应后，通过换能器将所产生的反应结果转变为可以输出、检测的电信号和光信号等，以此对待测物质进行定性和定量分析，从而达到检测分析的目的。

分子生物传感器可以广泛地应用于对体液中的微量蛋白、小分子有机物、核酸等多种物质的检测。在现代医学检验中，这些项目是临床诊断和病情分析的重要依据。能够在体内实时监控的生物传感器对于手术中和重症监护的病人很有帮助。

Skladal等用经过寡核苷酸探针修饰的压电传感器检测血清中的丙型肝炎病毒（HCV）并实时监测其DNA的结构转录和聚合酶链式反应（PCR）扩增过程，完成整个监测过程仅需10 min且装置可重复使用。

Petricoin等用压电传感器研究了破骨细胞生成抑制因子（OPG）和几种相应抗体的相互作用，研发出可快速检验血清中OPG的压电免疫传感器。

Dro-sten等报道了检测神经递质的酶电报，将电极放置在神经肌肉接点附近可实时测定并记录邻近的神经元去极化后所释放的递质谷氨酸。

2.分子生物芯片技术在医学检验中的应用

随着分子生物学的发展及人们对疾病过程的认识加深，传统的医学检验技术已不能完全适应微量、快速、准确、全面的要求。

所谓的生物芯片是指将大量探针分子固定于支持物上（通常支持物上的一个点代表一种分子探针），并与标记的样品杂交或反应，通过自动化仪器检测杂交或反应信号的强度而判断样品中靶分子的数量。

在检测病原菌方面，由于大部分细菌、病毒的基因组测序已完成，将许多代表每种微生物的特殊基因制成1张芯片。通过反转录可检测标本中的有无病原体基因的表达及表达的情况，以判断病人感染病原及感染的进程、宿主的反应。由于P53抑癌基因在多数肿瘤中均发生突变，因此其是重要的肿瘤诊断靶基因。

Nam等人将硅基质上合成的寡核苷酸芯片用于血清样品中的丙型肝炎病毒分型。

2.分子生物纳米技术在医学检验中的应用生物活性物质的检测有很多种方法，其中，以抗体为基础的技术尤其重要。免疫分析加上磁性修饰已成功地用于各种生物活性物质和异生质（如药物、致癌物等）的检测。将特异性抗体或抗原固定到纳米磁球表面，并以酶、放射性同位素、荧光染料或化学发光物质为基础所产生的检测与传统微量滴定板技术相比具有简单、快速和灵敏的特点。

Van Helden等将抗体连接的纳米磁性微球与高效率、快速的化学发光免疫测定技术相结合的自动检测系统，则成功地用于血清中人免疫缺陷病毒1型和2型（HIV-1和HIV-2）抗体的检测。另外，用于人胰岛素检测的全自动夹心法免疫测定技术也已建立，其中亦用到抗体、蛋白纳米磁性微粒复合物和碱性磷酸酶标记二抗。

4.分子蛋白组学在医学检验中的应用

当前有关分子蛋白质组学的大量研究成果喜人，但一大部分结论是众说纷纭、甚至是互相矛盾。一些经典的肿瘤标志物却无法在当前以表面增强激光解析离子化-飞行时间质谱（SELDI-TOF-MS）技术为代表的蛋白质组学技术中体现出来。可能存在以下几方面的问题。一方面是SELDI-TOF-MS技术自身的限制性，包括敏感性、重复性以及使用当前设备对每个峰值蛋白确认的局限性；另一方面是实验设计及对照组选择是否恰当，某个蛋白组模式反映的是肿瘤的特异性，还是炎症反应，或是代谢紊乱等无法定论；另一方面是不同实验室结果可比性、标本处理过程的差异无法探究。只有这些问题得到解决， SELDI-TOF-MS技术在检验医学中才能发挥革命性作用。

5.分子生物学技术在医学检验发展中的趋势

检验医学中的分子生物学技术发展趋势有二：一是定量PCR；二是PCR的全自动化，如应用扩增与检测于一体的一次性试验卡，可较好地解决PCR污染问题。除PCR以外的体外基因扩增技术如连接酶反应（LCR），链置换扩增系统（SDA），转录扩增系统（TAS），自限序列扩增系统（3SR），QB复制酶扩增系统等技术也将由科研进入临床。分子生物学技术的标准化和质量控制引起了广泛关注，特别是卫生部颁发的PCR实验室管理办法对PCR技术应用的健康发展起到了关键作用。为解决PCR交叉污染问题，从标本制备到检测的全封闭系统及相应的自动化仪器已在国内逐步普及。

⑽ 试述氢键在生物大分子相互识别中的作用。

氢键具有方向性和饱和性。也就是说成氢键的X-H-Y三个原子只能大致处于一条直线上且仅能形成一个氢键。生物大分子间的互相识别是一个结构域构象互补的识别过程。只有两个分子相互结合的结构域内的每一个成氢键原子都能在另一分子上找到对位的原子，才能形成稳定的氢键，进而实现两分子的互相识别。