生物大分子的多種多樣功能與它們特定的結(jié)構(gòu)有密切關系。蛋白質(zhì)的主要功能有催化、運輸和貯存、機械支持、運動、免疫防護、接受和傳遞信息、調(diào)節(jié)代謝和基因表達等。由于結(jié)構(gòu)分析技術的進展，使人們能在分子水平上深入研究它們的各種功能。酶的催化原理的研究是這方面突出的例子。蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)分4個層次，其中二級和三級結(jié)構(gòu)間還可有超二級結(jié)構(gòu)，三、四級結(jié)構(gòu)之間可有結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域是個較緊密的具有特殊功能的區(qū)域，連結(jié)各結(jié)構(gòu)域之間的肽鏈有一定的活動余地，允許各結(jié)構(gòu)域之間有某種程度的相對運動。蛋白質(zhì)的側(cè)鏈更是*不在快速運動之中。蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的運動性是它們執(zhí)行各種功能的重要基礎。
核酸的結(jié)構(gòu)與功能的研究為闡明基因的本質(zhì)，了解生物體遺傳信息的流動作出了貢獻。堿基配對是核酸分子相互作用的主要形式，這是核酸作為信息分子的結(jié)構(gòu)基礎。脫氧核糖核酸的雙螺旋結(jié)構(gòu)有不同的構(gòu)象，基因表達的調(diào)節(jié)控制是分子遺傳學研究的一個中心問題，也是核酸的結(jié)構(gòu)與功能研究的一個重要內(nèi)容。對于原核生物的基因調(diào)控已有不少的了解；真核生物基因的調(diào)控正從多方面探討。如異染色質(zhì)化與染色質(zhì)活化；DNA的構(gòu)象變化與化學修飾；DNA上調(diào)節(jié)序列如加強子和調(diào)制子的作用；RNA加工以及轉(zhuǎn)譯過程中的調(diào)控等。
生物體的糖類物質(zhì)包括多糖、寡糖和單糖。在多糖中，纖維素和甲殼素是植物和動物的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，淀粉和糖元等是貯存的營養(yǎng)物質(zhì)。單糖是生物體能量的主要來源。寡糖在結(jié)構(gòu)和功能上的重要性在20世紀70年代才開始為人們所認識。寡糖和蛋白質(zhì)或脂質(zhì)可以形成糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂。由于糖鏈結(jié)構(gòu)的復雜性，使它們具有很大的信息容量，對于細胞專一地識別某些物質(zhì)并進行相互作用而影響細胞的代謝具有重要作用。從發(fā)展趨勢看，糖類將與蛋白質(zhì)、核酸、酶并列而成為生物化學的4大研究對象。生物大分子的化學結(jié)構(gòu)一經(jīng)測定，就可在實驗室中進行人工合成。生物大分子及其類似物的人工合成有助于了解它們的結(jié)構(gòu)與功能的關系。有些類似物由于具有更高的生物活性而可能具有應用價值。通過 DNA化學合成而得到的人工基因可應用于基因工程而得到具有重要功能的蛋白質(zhì)及其類似物。
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