[工学]生物物理学大分子结构与功能-20110920课件.ppt

生物大分子的结构与功能 授课人：陈娅斐 cyf800205@ 提纲 生物大分子概述 参考书和网络资源 核酸的结构基础 蛋白质分子的结构基础与蛋白质工程 分子动力学 1.1.0 生物大分子概述 分子概念 分子（molecule）：被共价键缚在一起的一簇原子。 核外共用电子对形成负电性的电子云，与带正电的原子核之间形成静电引力和斥力的平衡，此时原子核之间的距离称键长（bond length）。 打开化学键所必需的能量称键能(bond strength)。 几种键能的数量级 共价键键能高，细胞中要发生共价键断裂需要酶作催化剂。 构型 构象 构象（conformation）：组成分子的原子或基团围绕共价单键旋转而形成的不同的空间排布。构象的改变不需共价键断裂。 体系达到的最稳定的空间结构即为构象。 KcsA Channel Conformational Change 单双键 单键可绕轴作旋转，双键键长更短，键能更大，但不能旋转。 亲水与疏水分子 水占细胞重量的70%，多数细胞反应在水中进行，生命起源于海洋。 亲水分子：带部分电荷，易与水分子形成氢键的分子。如DNA，RNA，糖，多数蛋白质。 疏水分子：不带电荷，不易形成氢键的分子。如多数碳氢化合物。 氢键(hydrogen bond)，电负性原子和与另一个电负性原子共价结合的氢原子间形成的键。 在氢键中，氢原子在两个电负性原子间不等分配。与氢原子共价结合的原子为氢供体(donor)，另一个电负性原子为氢受体(acceptor)。表示为X-H…Y. 酸和碱 在含有H的极性分子中，H把大部分电荷给了其配基，水溶液中形成H3O+ (水合氢离子)。 酸：溶于水时释放H+形成H3O+的物质。 [H3O+]愈大，酸性愈强。 碱：溶于水时结合水中的H+ ，使水溶液释放OH- 的物质。[OH-]愈大，碱性愈强。 纯水： [H3O+]=10-7 ，[OH-]= 10-7 任何水溶液在标准状况下， [H3O+]* [OH-]= 10-14 细胞中的非共价相互作用 共价键的强度是其他原子间引力的10-100倍，分子边界由共价键界定。 生物分子之间的相互结合多数依赖于非共价相互作用力：离子键、氢键、范德华力和疏水相互作用。 氢和非共价结合原子间的极性相互作用形成氢键。 范德华力 范德华力（van der Waals force）：原子周围电子云的波动形成一个不断变换的偶极，偶极子诱导临近原子瞬时形成相反的偶极，原子间的这种引力叫做范德华力。 疏水相互作用 疏水相互作用（hydrophobic interaction）：疏水基团或分子出于避开水的需要而被迫接近的作用。 单糖结构式(CH2O)n, n=3，4，5，6，7，8。 糖含有一些-OH，一个-CHO或-CO，可分子内成环；多个单糖可通过糖苷键形成多糖。 血液有不同类型是奥地利病理学家、免疫学家卡尔．兰德斯泰纳（一八六八—一九四三）在一九零二年提出的。他曾从自己和五位同事身上取得血液样本，合成三十个样本，进行观察研究。他发现有的样本成功混合，有的却发生凝结（黏在一起）。他于是领悟，每个样本的情况并不完全相同。有两人的样本，红血球上有一种称为「Antigen」（抗原）的物质，他于是以「A」作标记；另外两人的样本，另有一种「抗原」，他依字母顺序，以「B」作标记；只有一人的样本，A抗原和B抗原都没有，但血清中却有两种抗体，他自己的血液也是如此，他于是以「O」（表示无抗原）作标记。后来，他发现有一群人的血液，既有A抗原，也有B抗原，他便叫它做AB型。 A、B、H3种血型抗原化学结构的差异，仅在于糖链末端的1个单糖。A抗原糖链末端为N-乙酰半乳糖，而B抗原糖链末端为半乳糖，H抗原和A、B抗原相比则糖链末端少1个半乳糖或N-乙酰半乳糖。1981年已有人用绿咖啡豆酶（半乳糖苷酶）作用于B型红细胞，切去B抗原上的半乳糖，从而使B型转变成O型获得成功。 脂肪酸组成 脂肪酸由烃链和羧基组成。 左图为棕榈酸。 脂肪酸的作用 脂肪酸是压缩的能量储存单元，1g脂肪酸能降解产生的能量相当于6g葡萄糖降解能。 三酰甘油是主要的储能形式，在动物中为肌肉、黄油和乳酪，植物为玉米油、橄榄油等。 三酰甘油可水解生成脂肪酸链。 脂肪酸最主要的功能是构成细胞膜，磷脂双分子层。 现代分子生物学（第二版）， 作者：朱玉贤、李毅 编著 出版社：高等教育出版社 定价：42.50 元。 细胞生物学 作者：翟中和/王喜忠/丁明孝 出版社：高等教育出版社 定价：33.4 其他有关参考书 微生物学教程 作者：周德庆 出版社：高等教育出版社 定价：29元 （校内资源） /(美国国立生物技术信息中心，全文免费) （美国科学院院刊，全文免费） （免费资