![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
生物化学第三版考研笔记.pdf
《生物化学第三版考研笔记.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《生物化学第三版考研笔记.pdf(308页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第一节概述一、生物分子是生物特有的有机化合物生物分子泛指生物体特有的各类分子,它们都是有机物。典型的细胞含有一万到 十万种生物分子,其中近半数是小分子,分子量一般在500以下。其余都是生物小分 子的聚合物,分子量很大,一般在一万以上,有的高达1012,因而称为生物大分子。构成生物大分子的小分子单元,称为构件。氨基酸、核甘酸和单糖分别是组成蛋白质、核酸和多糖的构件。二、生物分子具有复杂有序的结构生物分子都有自己特有的结构。生物大分子的分子量大,构件种类多,数量大,排列顺序千变万化,因而其结构十分复杂。估量仅蛋白质就有10107012种。生物分 子又是有序的,每种生物分子都有自己的结构特点,全部的
2、生物分子都以肯定的有序 性(组织性)存在于生命体系中。三、生物结构具有特别的层次生物用少数几种生物元素(C、H、0、N、S、P)构成小分子构件,如氨基酸、核昔 酸、单糖等;再用简单的构件构成复杂的生物大分子;由生物大分子构成超分子集合体;进而形成细胞器,细胞,组织,器官,系统和生物体。生物的不同结构层次有着质的 区别:低层次结构简单,没有种属专一性,结合力强;高层次结构复杂,有种属专一性,结合力弱。生物大分子是生命的物质根底,生命是生物大分子的存在形式。生物大分 子的特别运动表达着生命现象。四、生物分子都行使专一的功能每种生物分子都具有专一的生物功能。核酸能储存和携带遗传信息,酶能催化化 学反
3、响,糖能提供能量。任何生物分子的存在,都有其特别的生物学意义。人们研究 某种生物分子,就是为了了解和利用它的功能。五、代谢是生物分子存在的条件代谢不仅产生了生物分子,而且使生物分子以肯定的有序性处于稳定的状态中,并不断得到自我更新。一旦代谢停止,稳定的生物分子体系就要向无序开展,在变化 中解体,进入非生命世界。六、生物分子体系有自我复制的能力遗传物质D N A能自我复制,其他生物分子在D N A的直接或间接指导下合成。生物 分子的复制合成,是生物体繁殖的根底。七、生物分子能够人工合成和改造生物分子是通过漫长的进化产生的。随着生命科学的开展,人们已能在体外人工 合成各类生物分子,以合成和改造生物
4、大分子为目标的生物技术方兴未艾。第二节生物元素在已知的百余种元素中,生命过程所必需的有27种,称为生物元素。生物体所采 纳的构成自身的元素,是经过长期的选择确定的。生物元素都是在自然界丰度较高,简单得到,又能满足生命过程需要的元素。一、主要生物元素都是轻元素主要生物元素C、H、0、N占生物元素总量的95%以上,其原子序数均在8以内。它们和S、P、K、N a、Ca、M g、Cl共11种元素,构成生物体全部质量的99%以上,称 为常量元素,原子序数均在20以内。其它16种元素称为微量元素,包含 B,F,Si,Se,As,l,V,Cr,M n,Fe,Co,N i,Cu,Z n,Sn,M o,原子序数
5、在 53 以内。二、碳氢氧氮硫磷是生物分子的根本素材(-)碳氢是生物分子的主体元素碳原子既难得到电子,又难失去电子,最适于形成共价键。碳原子非凡的成键能 力和它的四面体构型,使它可以自相结合,形成结构各异的生物分子骨架。碳原子又 可通过共价键与其它元素结合,形成化学性质生动的官能团。氢原子能以稳定的共价键于碳原子结合,构成生物分子的骨架。生物分子的某些 氢原子被称为复原能力,它们被氧化时可放出能量。生物分子含氢量的多少(以H/C范 表示)与它们的供能价值直接相关。氢原子还参与许多官能团的构成。与电负性强的氧 氮等原子结合的氢原子还参与氢键的构成。氢键是维持生物大分子的高级结构的重要 作用力。(
6、二)氧氮硫磷构成官能团它们是除碳以外仅有的能形成多价共价键的元素,可形成各种官能团和杂环结构,对决定生物分子的性质和功能具有重要意义。此外,硫磷还与能量交换直接相关。生物体内重要的能量转换反响,常与硫磷的 某些化学键的形成及断裂有关。一些高能分子中的磷酸昔键和硫酯键是高能键。三、无机生物元素(一)、利用过渡元素的配位能力过渡元素具有空轨道,能与具有孤对电子的原子以配位键结合。不同过渡元素有 不同的配位数,可形成各种配位结构,如三角形,四面体,六面体等。过渡元素的络 和效应在形成并稳定生物分子的构象中,具有特别重要的意义。过渡元素对电子的吸引作用,还可导致配体分子的共价键发生极化,这对酶的催 化
7、很有用。已发觉三分之一以上的酶含有金属元素,其中仅含锌酶就有百余种。铁和铜等多价金属离子还可作为氧化复原载体,担负传递电子的作用。在光系统 II中,四个镒原子构成一个电荷累积器,可以累积失去四个电子,从而一次氧化两分 子水,释放出一分子氧,预防有害中间产物的形成。细胞色素氧化酶中的铁-铜中心也 有类似功能。(二人利用常量离子的电化学效应K等常量离子,在生物体的体液中含量较高,具有电化学效应。它们在保持体液的 渗透压,酸碱平衡,形成膜电位及稳定生物大分子的胶体状态等方面有重要意义。各种生物元素对生命过程都有不可替代的作用,必需保持其代谢平衡。氟是骨骼和牙釉的成分,以氟磷灰石的形式存在,可使骨晶体
8、变大,坚硬并抗酸 腐蚀。所以在饮食中添加氟可以预防雕齿。氟还可以医治骨质疏松症。但当水中氟含 量到达每升2毫克时,会引起斑齿,牙釉无光,粉白色,严峻时可产生洞穴。氟是烯 醇化酶的抑制剂,又是腺甘酸环化酶的激活剂。硒缺少是克山病的病因之一,而硒过多也可引起疾病,如亚硒酸盐可引起白内障。糖耐受因子GTF可以促使胰岛素与受体结合,而铝可以使烟酸、甘氨酸、谷氨 酸、半胱氨酸等与GTF络合。某些非生物元素进入体内,能干扰生物元素的正常功能,从而范表现出毒性作用。如镉能置换锌,使含锌酶失活,从而使人中毒。某些非生物元素对人体有益,如有机 错可激活小鼠腹腔巨嗜细胞,后者介导肿瘤细胞毒和抗原提呈作用,从而发挥
9、免疫监 视、防备和抗肿瘤作用。第三节 生物分子中的作用力一、两类不同水平的作用力生物体系有两类不同的作用力,一类是生物元素借以结合称为生物分子的强作用 力一共价键,另一类是决定生物分子高层次结构和生物分子之间借以相互识别,结合,作用的弱作用力一非共价相互作用。二、共价键是生物分子的根本形成力共价键(co va I en t b o n d)的属性由键能,键长,键角和极性等参数来描述,它们决 定分子的根本结构和性质。(-)键能键能等于破坏某一共价键所需的能量。键能越大,键越稳定。生物分子中常见的 共价键的键能一般在300800k j/m o l之间。(二)键长键长越长,键能越弱,简单受外界电场的
10、影响发生极化,稳定性也越差。生物分 子中键长多在0.1到0.18n m之间。(三)键角共价键具有方向性,一个原子和其它两个原子所形成的键之间的夹角即为键角。依据键长和键角,可了解分子中各个原子的排列情况和分子的极性。(四)键的极性共价键的极性是指两原子间电子云的不对称分布。极性大小取决于成键原子电负 性的差。多原子分子的极性状态是各原子电负性的矢量和。在外界电场的影响下,共 价键的极性会发生改变。这种由于外界电场作用引起共价键极性改变的现象称为键的 极化。键的极性与极化,同化学键的反响性有紧密关系。(五)配位键对生物分子有特别意义配位键(co o rdi n a te b o n d)是特别的
11、共价键,它的共用电子对是由一个原子提供的。在生物分子中,常以过渡元素为电子受体,以化学基团中的0、N、S、P等为电子供体,形成多配位络和物。过渡元素都有固定的配位数和配位结构。在生物体系中,形成的多配位体,对稳定生物大分子的构象,形成特定的生物分 子复合物具有重要意义。由多配位体所产生的立体异构现象,甚至比手性碳所引起的 立体异构现象更为复杂。金属元素的络和效应,因能导致配体生物分子内键发生极化,增强其反响性,而与酶的催化作用有关。三、非共价相互作用(一)、非共价作用力对生物体系意义重大非共价相互作用是生物高层次结构的主要作用力。非共价作用力包含氢键,静电作用力,范德华力和疏水作用力。这些力属
12、于弱作 用力,其强度比共价键低一两个数量级。这些力单独作用时,确实很弱,极不稳定,但在生物高层次结构中,许多弱作用力协同作用,往往起到决定生物大分子构象的作 用。可以毫不夸张地说,没有对非共价相互作用的理解,就不可能对生命现象有深刻 的认识。各种非共价相互作用结合能的大小也有差异,在不同级别生物结构中的地位也有 不同。结合能较大的氢键,在较低的结构级别(如蛋白质的二级结构),较小的尺度间,把氢受体基团与氢供体基团结合起来。结合能较小的范德华力则主要在更高的结构级 别,较大的尺度间,把分子的局部结构或不同分子结合起来。(二八氢键氢键(hydro g en b o n d)是一种弱作用力,键能只相
13、当于共价键的1/307/20(12-30 k j/m o l),简单被破坏,并具有肯定的柔性,简单弯曲。氢原子与两侧的电负性强的原 子呈直线排列时,键能最大,当键角发生20度偏转时,键能降低20%。氢键的键长比 共价键长,比范德华距离短,约为0.26-0.31 n m。氢键对生物体系有重大意义,特别是在稳定生物大分子的二级结构中起主导作用o(三八范德华力范德华力是普遍存在于原子和分子间的弱作用力,是范德华引力与范德华斥力的 统一。引力和斥力分别和原子间距离的6次方和12次方成反比。二者到达平衡时,两 原子或原子团间保持肯定的距离,即范德华距离,它等于两原子范德华半径的和。每 个原子或基团都有各
14、自的范德华半径。范德华力的本质是偶极子之间的作用力,包含定向力、诱导力和色散力。极性基 团或分子是X偶极,它们之间的作用力称为定向力。非极性基团或分子在X偶极子的 诱导下可以形成诱导偶极子,这两种偶极子之间的作用力称为诱导力。非极性基团或 分子,由于电子相对于原子核的波动,而形成的瞬间偶极子之间的作用力称为色散力。范德华力比氢键弱得多。两个原子相距范德华距离时的结合能约为4k J/m o l,仅略 高于室温时平均热运动能(2.5k j/m o l)。如果两个分子范外表几何形态互补,由于许多 原子协同作用,范德华力就能成为分子间有效引力。范德华力对生物多层次结构的形 成和分子的相互识别与结合有重
15、要意义。(四)、荷电基团相互作用荷电基团相互作用,包含正负荷电基团间的引力,常称为盐键(sa l t b o n d)和同性 荷电基团间的斥力。力的大小与荷电量成正比,与荷电基团间的距离平方成反比,还 与介质的极性有关。介质的极性对荷电基团相互作用有屏蔽效应,介质的极性越小,荷电基团相互作用越强。例如,-C00-与-N H3+间在极性介质水中的相互作用力,仅为 在蛋白质分子内部非极性环境中的1/20,在真空中的1/80o(五)、疏水相互作用疏水相互作用(hydro p ho b i c i n tera ct i o n)比范德华力强得多。例如,一个苯丙氨 酸侧链由水相转入疏水相时,体系的能量
16、降低约40k j/m o I o生物分子有许多结构局部具有疏水性质,如蛋白质的疏水氨基酸侧链,核酸的碱 基,脂肪酸的燃链等。它们之间的疏水相互作用,在稳定蛋白质,核酸的高层次结构 和形成生物膜中发挥着主导作用。to p第四节生物分子低层次结构的同一性一、碳架是生物分子结构的根底碳架是生物分子的根本骨架,由碳,氢构成。生物分子碳架的大小组成不一,几 何形状结构各异,具有丰富的多样性。生物小分子的分子量一般在500以下,包含2-30 个碳原子。碳架结构有线形的,有分支形的,也有环形的;有饱和的,也有不饱和的。变化多端的碳架与种类有限的官能团,共同组成形形色色的生物分子的低层次结构一 生物小分子。二
17、、官能团限定分子的性质(一)官能团是易反响基团官能团是生物分子中化学性质比拟生动,简单发生化学反响的原子或基团。含有 相同官能团的分子,具有类似的性质。官能团限定生物分子的主要性质。然而,在整 个分子中,某一官能团的性质总要受到分子其它局部电荷效应和立体效应的影响。任 何一种分子的具体性质,都是其整体结构的反响。(二)主要的官能团生物分子中的主要官能团和有关的化学键有:羟基(hydro xyl g ro up)有极性,一般不解离,能与酸生成酯,可作为氢键供体。班基(ca rb o n yl g ro up)有极性,可作为氢键受体。竣基(ca rb o xyl g ro up)有极性,能解离,一
18、般显弱酸性。氨基(a m i n。g ro up)有极性,可结合质子生成钱阳离子。酰胺基(a m i do g ro up)由竣基与氨基缩合而成,有极性,其中的氧和氮都可作为 氢键供体。肽链中联接氨基酸的酰胺键称为肽键。疏基(sul f hydryl g ro up)有极性,在中性条件下不解离。易氧化成二硫键-S-S。脏基(g ua n i di n o g ro up)强碱性基团,可结合质子。胭基磷酸键是高能键。双键(do ub l e b o n d)由一个。键和一个n键构成,其中n键键能小,电子流动性 很大,易发生极化断裂而产生反响。双键不能旋转,有顺反异构现象。规定用“顺”(ci s)
19、范表示两个相同或相近的原子或基团在双键同侧的异构体,用“反”(tra n s)范表示相同 原子位于双键两侧的异构体。焦磷酸键(p yro p ho sp ha te b o n d)由磷酸缩合而成,是高能键。一摩尔ATP水解成 AD P可放出7.3千卡能量,而葡萄糖-6-磷酸只有3.3千卡。氧酯键(ester b o n d)和硫酯键(th i o ester b o n d)分别由竣基与羟基和疏基缩水而 成。硫酯键是高能键。磷酸酯键(p ho sp ho ester b o n d)由磷酸与羟基缩水而成。磷酸与两个羟基结合时,称为磷酸二酯键。这两种键中的磷酸羟基可解离成阴离子。生物小分子大多
20、是双官能团或多官能团分子,如糖是多羟基醛(酮),氨基酸是含 有氨基的竣酸。官能团在碳链中的位置和在碳原子周围的空间排布的不同,进一步丰 富了生物分子的异构现象。三、杂环集碳架和官能团于一体(-)大局部生物分子含有杂环杂环(hetero cycIe)是碳环中有一个或多个碳原子被氮氧硫等杂原子取代所形成 的结构。由于杂原子的存在,杂环体系有了独特的性质。生物分子大多有杂环结构,如氨基酸中有咪嗖,口弛朵;核昔酸中有喀口定,喋吟,糖结构中有毗喃和吠喃。(二)分类命名和原子标位1.分类 依据成环原子数目分为五元杂环和六元杂环等。依据环的数目分为单杂环 和稠杂环。2.命名 杂环的命名法有两种,即俗名与系统
21、名。我国常用外文俗名译音用带“口”旁的汉字范表示。(三)常见杂环五元杂环:映喃,毗咯,嘎吩,咪嗖等六元杂环:毗喃,毗口定,喀口定等稠杂环叩弓|n朵,口票吟等四、异构现象丰富了分子结构的多样性(-)生物分子有复杂的异构现象异构体(i so m er)是原子组成相同而结构或构型不同的分子。异构现象分类如下:1.结构异构由于原子之间连接方法不同所引起的异构现象称为结构异构。结构异 构包含:(1)由碳架不同产生的碳架异构;(2)由官能团位置不同产生的位置异构;(3)由 官能团不同而产生的官能团异构。如丙基和异丙基互为碳架异构体,a-丙氨酸和b-丙 氨酸互为位置异构体,丙醛糖和丙酮糖互为官能团异构体。2
22、.立体异构同一结构异构体,由于原子或基团在三维空间的排布方法不同所引起 的异构现象称为立体异构现象。立体异构可分为构型异构和构象异构。通常将分子子 或原子团在空间位置上肯定的排布方法称为构型。构型异构是结构相同而构型不同的 异构现象。构型异构又包含顺反异构和光学异构。构型相同的分子,可由于单键旋转 产生很多不同立体异构体,这种现象称为构象异构。互变异构指两种异构体相互转变,并可到达平衡的异构现象。各种异构现象丰富了生物分子的多样性,扩充了生命过程对分子结构的选择范围。(-)手性碳原子引起的光学异构左手与右手互为实物与镜像的关系,不能相互重合。分子与其镜像不能相互重合 的特性称为手性(chi r
23、a l i ty),生物分子大多具有手性。结合4个不同原子或基团的碳 原子,与其镜像不能重合,称为手性碳原子,又称不对称碳原子。手性碳原子具有左 手与右手两种构型。具有手性碳原子的分子,称为手性分子。具有n个手性碳原子的分子,有2n个立 体异构体。两两互有实物与镜像关系的异构体,称为对映体(en a n ti o m er)。彼此没有 实物与镜像关系的,称为非对映体。对映体不管有几个手性碳原子,每个手性碳原子 的构型都对应相反。非对映体有两个或两个以上手性碳原子,其中只有局部手性碳原 子构型相反。其中只有一个手性碳原子构型相反的,又称为差向异构体(ep i m er)。手 性分子具有旋光性,所
24、以又称为光学异构体。手性分子构型范表示法:有L-D系统和R-S系统两种。生物化学中习惯采纳前者,按系统命名原则,将分子的主链竖向排列,氧化度高的碳原子或序号为1的碳原子放在 上方,氧化度低的碳原子放在下方,写出费歇尔投影式。规定:分子的手性碳处于纸面,手性碳的四个价键和所结合的原子或基团,两个指向纸面前方,用横线范表示,两个指 向纸面前方,用竖线范表示。例如,甘油醛有以下两个构型异构体:人为规定羟基在右侧的为D-构型,在左侧是一构型。括号中的+,-分别范表示右 旋和左旋。构型与旋光方向没有对应关系。具有多个手性碳原子的分子,按碳链最下 端手性碳的构型,将它们分为D,L-两种构型系列。在糖和氨基
25、酸等的命名中,普遍 采纳L,D-构型范表示法。(三)单键旋转引起构象异构结合两个多价原子的单键的旋转,可使分子中的其余原子或基团的空间取向发生 改变,从而产生种种可能的有差异的立体形象,这种现象称为构象异构。构象异构给予生物大分子的构象柔顺性。与构型相比,构象是对分子中各原子空 间排布情况的更深刻的探讨,以说明同一构型分子在非键合原子间相互作用的影响下,所发生的立体结构的变化。四互变异构由氢原子转移引起,如酮和烯醇的互变异构。D N A中碱基的互变异构与自发突变有 关,酶的互变异构与催化有关,在代谢过程中也常发生代谢物的互变异构。第五节生物大分子一、定义生物大分子都是由小分子构件聚合而成的,称
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 生物化学 第三 考研 笔记
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【曲****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【曲****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。