Part1-3 分子生物物理-生物分子的相互作用.pptx

第三章 生物分子的相互作用;§3.1 分子内与分子间的相互作用力;§3.1.1 相互作用的一般知识; 如蛋白质维持一级结构靠原子之间的共价结合（包括二硫键），维持二级结构例如?-螺旋、β-折叠则依靠氢键等。氢键和共价键相比要弱得多，因此加热或其它不很剧烈的方法就能使之断裂。但由于氢键数量较多，它在维持整个分子的空间结构方面仍起很重要作用，只有一定数量的氢键都受到破坏，才能使结构改变，分子丧失其活性。因此研究结构以及结构与功能的关系都必须以对相互作用力的了解作为基础。; 此外，生物体内存在着大量特异相互作用，在药物、激素和细胞膜上的某些分子（如受体）之间，酶与其底物之间，以及抗原和抗体之间，都有这种特异相互作用。特异相互作用是识别（recognition）现象的基础，并且是生命现象区别于非生命过程的一种特征。所以相互作用力的研究对于了解药物、激素、酶、抗体等的作用机理具有十分重要的意义。;当热运动时各种分子被带到一起，那些表面形态相匹配的分子正确地靠拢。促使大分子形成发生特异相互反应的一些非共价键包括氢键和范德华力。 ;分子内与分子间相互作用的意义： 维持大分子的结构 分子间特异的相互作用（识别）;实际上两个原子核之间还有斥力，由于斥力而产生的势能按指数规律变化：;E和r的关系按上式绘成图，称为势能曲线。斥力和引力平衡时势能曲线出现最小值。; 键能 键能指分开原子系统的势能与结合原子系统的势能之差，可通过各种物理和化学方法测定，因此研究相互作用能比相互作用力更为方便。 一般把相互作用分为强和弱两类，其标准是分子热运动对它的影响。强相互作用不易受热运动影响，而弱相互作用则易为热运动所削弱或破坏。分子热运动的平均能量为kT（T为绝对温度，k为波尔兹曼常数），在体温（310K）下此值约为2.51×103J/mol。强相互作用远大于此值，弱相互作用与其同数量级。 强相互作用：共价键、离子键、配位键 弱相互作用：氢键、范德华力、疏水力 ;§3.1.2 强相互作用;一、共价键（covalent bond）;可以看出C=C双键虽短，但键能小于单键的两倍，故更不稳定;1. 共价键的形成;能层n;原子轨道电子云密度的几何图形;σ键（sigma bond）;π键（pi bond） ;σ 键与π 键;拿我们熟悉的乙烯来说，构成乙烯的碳原子2s轨道的一个电子跑到2pz轨道上，可能形成四个共价键。其中2s和2px、2py轨道杂化，形成三个sp2电子，剩余一个2pz电子。;构成乙烯的C原子的三个sp2电子在一平面，间距120°，2pz电子与此平面垂直。两个C原子各出一个sp2头对头作用，就形成了σ键。 两个C原子2pz电子相互作用，形成π键。;成键能力;2. 共轭体系;生物大分子中存在大量的共轭体系;生物大分子中共轭体系的意义;二 离子键;离子键与生物大分子的识别有关：;三 配位键;§3.1.3 弱相互作用;乙酰胆碱脂酶对Ach水解包含了各种相互作用;静电相互作用;偶极子-偶极矩;各种电相互作用及E与r的关系;氢键; 氢键相对强度比较弱，一般在40kJ/mol以下，而共价键一般都是数百kJ/mol。单个氢键很容易被热扰动所破坏，但它们数量很大，故在稳定水结构和蛋白、核酸结构方面都有极其重要的意义。;氢键的本质;短程力;范德华力; 两个非极性分子之间也存在相互的吸引，这种吸引主要是色散相互作用。 一个非极性分子没有永久偶极矩，但由于电子的运动，他可以有一个瞬时非零的偶极矩，但在测量的时间间隔内平均偶极矩为零。这种瞬时偶极矩诱导相邻分子产生诱导偶极矩，从而在分子间产生相互吸引。 London推出，两分子间色散相互作用的近似表达式： ;色散力一般比较弱，但在非极性分子间，这种相互作用占主导地位。 以下两个效应可以使色散相互作用得到加强： 累加效应：一个分子可以有多个瞬时偶极矩，他们都可以诱导另一个分子产生一个偶极矩，总的相互作用是一种累加效应。 位相效应：当两个分子相同时，具有相同的固有频率，故瞬时偶极矩能够精确的同位相，从而产生最大的相互作用。即，色散相互作用倾向于把类似的分子拉到一起，产生稳定由相同亚单位组成的大分子。;弱相互作用的生物学意义 维持大分子的空间结构与细胞膜的结构 在分子识别过程中有重要意义;蛋白质形成中主要的三种非共价作用 ;最强的是离子键。 在合适的环境下，盐桥可以提供十倍于范德华力的结合力。;中间的是氢