生物分子導(dǎo)論

第1篇生物分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)第1章生物分子導(dǎo)論

我們所處在的地球充滿著無(wú)數(shù)的生物，從最簡(jiǎn)單的病毒、類(lèi)病毒到菌藻樹(shù)草，從魚(yú)蟲(chóng)鳥(niǎo)獸到最復(fù)雜的人類(lèi)，處處都可以發(fā)現(xiàn)它們的蹤跡，覺(jué)察到生命的活動(dòng)。地球上的生物形形色色，千姿百態(tài)。不同的生物，其形態(tài)、生理特征和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力各不相同，都經(jīng)歷著生長(zhǎng)、發(fā)育、衰老、死亡的變化，都具有繁殖后代的能力。自然界所有的生命物體都由三類(lèi)物質(zhì)組成：水、無(wú)機(jī)離子和生物分子。一、生命物質(zhì)的化學(xué)組成

泛指構(gòu)成生物的蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂質(zhì)以及它們的構(gòu)件分子和代謝中間物等。生物分子基本特征1.生物分子是碳的化合物生物分子生物分子中最重要的蛋白質(zhì)、糖和核酸幾類(lèi)物質(zhì)，分子量一般都很大，所以又稱(chēng)為生物大分子。構(gòu)件(構(gòu)件分子、單體）蛋白質(zhì)：核酸：多糖：2.生物大分子及其構(gòu)件二、生物分子的三維結(jié)構(gòu)立體異構(gòu)與構(gòu)型幾個(gè)重要概念

1、偏振光

光是一種電磁波，光振動(dòng)的方向與它前進(jìn)的方向垂直。普通光由不同波長(zhǎng)的光組成，這些不同波長(zhǎng)的光在無(wú)數(shù)個(gè)垂直于其傳播路線的平面內(nèi)振動(dòng)。

當(dāng)普通光通過(guò)尼可爾（Nicol）棱鏡時(shí)，只有振動(dòng)方向和棱鏡晶軸平行的光才能通過(guò)，所得到的光就只在一個(gè)平面上振動(dòng)。這種只在某一平面上振動(dòng)的光叫做平面偏振光，簡(jiǎn)稱(chēng)偏振光。

（a）普通光

普通光尼可爾棱鏡偏振光（b）偏振光的產(chǎn)生

2.旋光性:物質(zhì)能使偏振光的振動(dòng)平面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)。

具有旋光性的物質(zhì)叫做旋光性物質(zhì)。如乳酸、甘油醛、葡萄糖等。而水、乙醇、乙酸等稱(chēng)非旋光性物質(zhì)。

偏振光

旋光性物質(zhì)

旋轉(zhuǎn)后的偏振光

當(dāng)偏振光通過(guò)某一旋光性物質(zhì)時(shí)，其振動(dòng)平面會(huì)向著某一方向旋轉(zhuǎn)一定的角度，這一角度叫做旋光度，通常用“α”表示。

光源起偏鏡偏振光盛液管旋轉(zhuǎn)后的檢偏鏡通過(guò)檢偏鏡偏振光的偏振光3、旋光度

在盛液管中放入旋光性物質(zhì)后，偏振光將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。使偏振光振動(dòng)平面按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的物質(zhì)稱(chēng)左旋體，用“－”表示；使偏振光振動(dòng)平面按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的物質(zhì)稱(chēng)右旋體，用“＋”表示。

肌肉分解出來(lái)的乳酸是右旋體，稱(chēng)為右旋乳酸。可表示為：（+)-2-羥基丙酸。比旋光度公式如下：α:

測(cè)得的旋光度；c：

質(zhì)量濃度，g/ml；

l:

盛液管的長(zhǎng)度，dm;

t:

測(cè)定時(shí)的溫度;

λ:

光源的波長(zhǎng).通常用比旋光度[α]來(lái)表示物質(zhì)的旋光屬性。4、比旋光度在一定條件下,某物質(zhì)的旋光性為一常數(shù),稱(chēng)為比旋光度。

任何物體都有它的鏡像。一個(gè)有機(jī)分子在鏡子內(nèi)也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的鏡像。實(shí)物與鏡像相應(yīng)部位與鏡面具有相等的距離。實(shí)物與鏡像的關(guān)系叫對(duì)映關(guān)系。5、手性分子化合物分子中的一個(gè)碳原子與四個(gè)不同的原子相連時(shí)，這個(gè)化合物在空間有兩種不同排列，即兩種構(gòu)型。這兩種不同構(gòu)型的化合物相互不能重疊,像人的兩只手。2-丁醇左手 鏡 右手左手的鏡像是右手——對(duì)映關(guān)系左、右手對(duì)映而不能重合，這種實(shí)物和鏡像不能重合的現(xiàn)象稱(chēng)為—“手性”。具有手性的分子叫手性分子構(gòu)成生物大分子的結(jié)構(gòu)單元分子大多數(shù)都是手性分子。例如，構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸都是

L－型，構(gòu)成多糖的葡萄糖都是D－型。

在絕大多數(shù)情況下，分子有無(wú)手性往往與分子中是否含有手性碳原子有關(guān)。

6.

手性碳原子:與四個(gè)不同的原子或基團(tuán)相連的碳原子稱(chēng)為手性碳原子，也稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)碳原子，用C*表示。例如：

。

7.對(duì)映體：互為實(shí)物和鏡像關(guān)系的異構(gòu)體叫做對(duì)映異構(gòu)體，簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)映體。

觀察如下乙酸模型:這兩個(gè)模型化合物互為實(shí)物和鏡像,但它們不能重合。因此他們是一對(duì)異構(gòu)體,互為對(duì)映,為對(duì)映異構(gòu)體。注意：任何化合物都有鏡像，但多數(shù)實(shí)物和它的鏡像都能重合。如果實(shí)物和它的鏡像能重合，它們就是同一物質(zhì)，是非手性的，無(wú)對(duì)映體。8.立體異構(gòu)體：具有相同的結(jié)構(gòu)式，但原子在空間的排列方向不同而引起的異構(gòu)體。9.構(gòu)型：指在立體結(jié)構(gòu)體中,立體結(jié)構(gòu)體具有相同的結(jié)構(gòu)式,但原子在空間的分布不同。原子在空間的相對(duì)分布或排列稱(chēng)為分子的構(gòu)型。構(gòu)型的改變必須有共價(jià)鍵的斷裂。構(gòu)型的標(biāo)記D,L標(biāo)記法人為規(guī)定，確定對(duì)映體的相對(duì)構(gòu)型.人為規(guī)定：以甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)，分子中的第二個(gè)碳原子是不對(duì)稱(chēng)碳原子，這個(gè)碳上的羥基有兩種安排，羥基在右面的指定其構(gòu)型為Ｄ型。凡可以從D-甘油醛通過(guò)化學(xué)反應(yīng)而得到的化合物，或可以轉(zhuǎn)變成D-甘油醛的化合物，都具有與D-甘油醛相同的構(gòu)型，即D型。人為規(guī)定：指定羥基在左面的甘油醛的構(gòu)型為Ｌ型。凡可以從L-甘油醛通過(guò)化學(xué)反應(yīng)而得到的化合物，或可以轉(zhuǎn)變成L-甘油醛的化合物，都具有與L-甘油醛相同的構(gòu)型，即L型。D-(+)甘油醛L-(-)甘油醛注意??！構(gòu)型DL和旋光方向(+)(-)是兩套不相干的符號(hào)；D、L表示分子中原子在空間的排列方式；(+)(-)表示使平面偏振光扭轉(zhuǎn)的方向.

D、L標(biāo)記法一般適用于含一個(gè)手性碳原子的化合物。在標(biāo)記氨基酸和糖類(lèi)化合物的構(gòu)型時(shí)。仍普遍采用。

R、S標(biāo)記法:（B）然后把排在最后的原子或基團(tuán)放在距觀察者最遠(yuǎn)的地方，再看其它三個(gè)基團(tuán)的排列走向，如果由大到小是順時(shí)針排列的，是R型，逆時(shí)針?lè)较蚴荢型。（A）首先把與手性碳原子相連的四個(gè)原子或基團(tuán)按優(yōu)先性順序規(guī)則來(lái)排列次序，較優(yōu)的原子或原子團(tuán)排在前面。順序規(guī)則是原子序數(shù)高的比序數(shù)低的原子優(yōu)先性大。步驟：觀察者2-丁醇舉例：(R)-

幾何異構(gòu)體（也叫順?lè)串悩?gòu)體）立體異構(gòu)體旋光異構(gòu)體幾何異構(gòu)體（也叫順?lè)串悩?gòu)體）：由于分子中雙鍵或環(huán)的存在，限制了原子或基團(tuán)繞鍵軸的自由旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的立體異構(gòu)體。旋光異構(gòu)體（也叫光學(xué)異構(gòu)體）：由于手性碳原子的存在，繞手性碳原子的取代基團(tuán)以特定的順序排列形成的立體異構(gòu)體。（α-碳原子上的四個(gè)基團(tuán)不同,只可能取兩種不同的空間排布,這兩種不同的空間排布稱(chēng)為不同的構(gòu)型。）生物分子間相互作用的立體專(zhuān)一性外消旋物立體異構(gòu)專(zhuān)一性（1）旋光異構(gòu)專(zhuān)一性:L-氨基酸氧化酶只能催化L-氨基酸氧化，而對(duì)D-氨基酸無(wú)作用。（2）幾何異構(gòu)專(zhuān)一性:反丁烯二酸水化酶只催化反丁烯二酸生成蘋(píng)果酸構(gòu)象與三維結(jié)構(gòu)構(gòu)象：在有機(jī)化合物分子中，由于分子中C—C單鍵自由旋轉(zhuǎn)而形成的原子或基團(tuán)在空間排列的多種形態(tài)稱(chēng)為構(gòu)象。構(gòu)象的改變是由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的,不需有共價(jià)鍵的變化(斷裂或形成),但涉及到氫鍵等次級(jí)鍵的改變。穩(wěn)定生物大分子三維結(jié)構(gòu)的作用力包括靜電相互作用、氫鍵、范德華力、疏水相互作用。三、生物結(jié)構(gòu)中的非共價(jià)力a.靜電相互作用（也稱(chēng)離子鍵、鹽鍵或鹽橋）：是生物分子中帶有正、負(fù)電荷的基團(tuán)之間的一種相互作用。b.氫鍵：與電負(fù)性大的原子X(jué)（氟、氯、氧、氮等）共價(jià)結(jié)合的氫，如與電負(fù)性大的原子Y（與X相同的也可以）接近，在X與Y之間以氫