第1章生物分子导论

1、生 物 化 学个个 人人 介介 绍绍姓名： 杜 超 豪 邮箱：电话：183 846 89589Q Q ： 351873167简简 历历19791979年年9 9月月2929日，出生于云南省楚雄州牟定县一小村庄；日，出生于云南省楚雄州牟定县一小村庄；19951995年年-1998-1998年，云南省楚雄州第一中学；年，云南省楚雄州第一中学；19981998年年-2003-2003年，四川大学，生命科学院学院，生物科学（生物化学）；年，四川大学，生命科学院学院，生物科学（生物化学）； （白蜡虫发育阶段个生化组份的研究）（白蜡虫发育阶段个生化组份的研究）20032003年年-2004-2004年，中

2、科院遗传与发育生物学研究所，张靖溥实验室，实习研究；年，中科院遗传与发育生物学研究所，张靖溥实验室，实习研究；（斑马鱼早期胚胎发育关键基因的克隆与功能分析）（斑马鱼早期胚胎发育关键基因的克隆与功能分析）20042004年年-2011-2011年，中科院遗传与发育生物学研究所，鲍时来实验室，硕博连读；年，中科院遗传与发育生物学研究所，鲍时来实验室，硕博连读；（细胞物质内吞循环与（细胞物质内吞循环与GolgiGolgi复合体的研究）复合体的研究）（蛋白质甲基化修饰与儿童急性淋巴白血病的研究）（蛋白质甲基化修饰与儿童急性淋巴白血病的研究）20112011年年-2013-2013年，中科院遗传与发育生

3、物学研究所，鲍时来实验室，博士后研究；年，中科院遗传与发育生物学研究所，鲍时来实验室，博士后研究； （蛋白质甲基化修饰与儿童急性淋巴白血病的复发研究）（蛋白质甲基化修饰与儿童急性淋巴白血病的复发研究）20132013年年 ，乐山师范学生命科学学院，功能性食品，乐山师范学生命科学学院，功能性食品, ,食品现代仪器分析食品现代仪器分析 简单介绍一下你自己； 对自己专业的理解及今后的规划； 分享你们假期的经历或对社会事件的态度；认识你们认识你们生物化学教程教学计划生物化学教程教学计划每周两次；保持以分子化学反应，兼顾生物学思维。小组或个人讲授课程，抽签确定顺序；课堂要求：保持自然、自由、尊重、 参与

4、；作业成绩30%，两次小论文；最终考试成绩占70%。授 课 教 材 王镜岩, 朱圣庚, 徐长法. 生物化学教程(第1版) , 2008.北京: 高等教育出版社 普通高等教育“十一五”国家规划教材生物化学参考教材国内外种类繁多Reginald H. Garrett, Charles M. Grisham. Biochemistry(gravure), 2th ed. Beijing: Higher Education Press, 2002.Biochemistry，Trudy Mckee James R.Mckee biochemistry周海梦等. Lehninger生物化学原理(第3版)

5、(中文版).高等教育出版社, 2005. 生物化学是用化学的原理和方法，生物化学是用化学的原理和方法，从分子水平来研究生物体的化学组成，从分子水平来研究生物体的化学组成，及其在体内的代谢转变规律从而阐明生及其在体内的代谢转变规律从而阐明生命现象本质的一门科学。命现象本质的一门科学。内 容生命物质的化学组成生命物质的化学组成生物分子的三维结构生物分子的三维结构生物结构中的非共价力生物结构中的非共价力水和生命水和生命细胞的分子组织层次细胞的分子组织层次生物分子的进化与起源生物分子的进化与起源一、生命物质的化学组成一、生命物质的化学组成生命元素生命元素生物分子生物分子生物分子是碳的化合物生物分子是碳

6、的化合物生物大分子及其构件生物大分子及其构件生物体的化学组成生物体的化学组成 自然界所自然界所有的生命有的生命物体都由物体都由三类物质三类物质组成水、组成水、无机离子无机离子和生物分和生物分子子一）生命元素一）生命元素在地球上存在的在地球上存在的9292种天然元素中，约有种天然元素中，约有3030种元素在种元素在生物体内被发现。生物体内被发现。-生命元素生命元素著名的诺贝尔奖获得者亚瑟著名的诺贝尔奖获得者亚瑟肯伯格肯伯格（Arthur KornbergArthur Kornberg）在哈佛大学医学）在哈佛大学医学院建校院建校100100周年时说：周年时说：“所有的生命体所有的生命体都有一个共同

7、的语言，这个语言就是化都有一个共同的语言，这个语言就是化学。学。” ” :DNA是生命体的是生命体的“共同语言共同语言” 生命元素的可得性P3 生命元素的适用性 表1-1 生物中发现的元素第一类元素：第一类元素：包括包括C C（25%25%）、）、H H（49%49%）、）、O O（25%25%）和）和N N（0.27%0.27%）四种元素，是组成生命体最）四种元素，是组成生命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体总质量的基本的元素。这四种元素约占了生物体总质量的99%99%以上。以上。 AlAl（7.5%7.5%）、）、SiSi（28%28%）、）、O O（47%47%）和）和FeFe（4.

8、5%4.5%） H H、O O、N N、C C易于利用共用电子对分别形成易于利用共用电子对分别形成1 1、2 2、3 3、4 4个共个共价键，以及单键和双键，化学组合方式广泛，构建多种有价键，以及单键和双键，化学组合方式广泛，构建多种有机化合物。机化合物。第二类元素：第二类元素：包括包括S S、P P、ClCl、CaCa、K K、NaNa和和MgMg。这类元素也是组成生命体的基本元素。这类元素也是组成生命体的基本元素。P,S-ATP,AcCOAP,S-ATP,AcCOAClCl、CaCa、K K、NaNa和和MgMg维持渗透压，形成离子梯度以维持渗透压，形成离子梯度以及中和蛋白质电荷等。及中和

9、蛋白质电荷等。根据可得性而不是适合性被选择。根据可得性而不是适合性被选择。 第三类元素：第三类元素：包括包括FeFe、CuCu、CoCo、MnMn和和ZnZn。是生物体内存在。是生物体内存在的主要少量元素。的主要少量元素。 微量元素微量元素 对特定蛋白质酶等的活性和功能必需对特定蛋白质酶等的活性和功能必需 铁硫蛋白铁硫蛋白 细胞色素氧化酶中的铜细胞色素氧化酶中的铜 电子呼吸链中电子的受体和传递体等电子呼吸链中电子的受体和传递体等第四类元素：第四类元素：包括包括AlAl、AsAs、B B、BrBr、CrCr、F F、GaGa、I I、MoMo、SeSe、SiSi等。等。某些微生物某些微生物二）生

10、物分子二）生物分子生物分子是生物体和生命现象的结构基础和生物分子是生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。功能基础，是生物化学研究的基本对象。生物分子的主要类型包括：多糖、脂、核酸生物分子的主要类型包括：多糖、脂、核酸和蛋白质等生物大分子。和蛋白质等生物大分子。维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。七大营养要素：水、无机盐、糖、脂、蛋白七大营养要素：水、无机盐、糖、脂、蛋白质、维生素、氧。质、维生素、氧。1 生物分子是碳的化合物 C-H C-O-，C-C- C=O,C=C,C=N-共价形成的碳链，直链，分支链，或环状链加上-OH,-

11、NH2，-COOH,-C=O等官能团或功能基，构成氨基酸，多酚，等C C的成键的多功能性是地球生命起源和生物进的成键的多功能性是地球生命起源和生物进化选择化选择C C化合物作为细胞主要分子机器的主化合物作为细胞主要分子机器的主因。因。2 生物大分子及其构件 构成细胞的小分子结构 包括碱基、氨基酸、葡萄糖、软脂酸等 由小分子单体结合成生物大分子DNA,RNA,蛋白质，多糖 由生物大分子结合成的细胞高级结构，如细胞膜，核糖体，染色体，微管，微丝等 由生物大分子组成的具有空间结构和生物功能的想不起，如细胞核，线粒体，叶绿体，内质网，高尔基体，溶酶体，微体等 由细胞器组成完整细胞22生物分子结构层次生

12、物分子结构层次大 小构件分子构件分子(building block)Mr500生物大分子生物大分子(macromolecular)Mr108Mr定义定义P4底部底部 蛋白质-酰胺键 核酸-磷酸二酯键 多糖键-糖苷键。 脂质（Mr750-1 500）-聚合态，生物膜 P5 大肠杆菌细胞的分子组成（导读）二、生物分子的三维结构二、生物分子的三维结构 （一）生物分子的大小（一）生物分子的大小 （二）立体异构与构型（二）立体异构与构型 （三）生物分子相互作用的立体专一性（三）生物分子相互作用的立体专一性 （四）构象与专一性（四）构象与专一性 （五）三维结构的分子模型（五）三维结构的分子模型（一）生物分

13、子的大小（一）生物分子的大小 种类繁多，种类繁多，MwMw跨度很大跨度很大 分子大小对功能影响巨大：分子大小对功能影响巨大： 生物分子相互作用的立体专一性生物分子相互作用的立体专一性-结构互结构互补实现补实现-底物与酶，抗体与抗原，激素底物与酶，抗体与抗原，激素与受体与受体 P5 P5 表表1-3 1-3 生物分子的大小（导读）生物分子的大小（导读）（二）立体异构与构型（二）立体异构与构型 立体异构（构象）立体异构（构象）区分时需要用到立体模型，透视式或投影式区分时需要用到立体模型，透视式或投影式 立体异构体：具有相同的结构式，价键在三维空立体异构体：具有相同的结构式，价键在三维空间上关系不同

14、的异构体。间上关系不同的异构体。 立体异构模型：立体异构模型：透视式透视式投影式投影式构型构型构型构型：原子或基团在空间的相对分布或排列。原子或基团在空间的相对分布或排列。涉及共价键的断裂。涉及共价键的断裂。 构象构象：当单键旋转时，取代基团可能形成不同的当单键旋转时，取代基团可能形成不同的立体结构。立体结构。不涉及共价键的断裂。不涉及共价键的断裂。 构型与构象构型与构象 几何异构体-顺反异构体：由于分子中双键或环的存在，限制了取代原子或原子基团绕键轴的自由旋转，这样产生的立体异构体称为集合或顺反异构体，一般不具有旋光性，但是物化性质明显差别 旋光/光学异构体：由于手性中心的存在，绕手性中心的

15、取代基以特定的顺序排列，这样形成的立体异构体称为旋光或光学异构体。一般具有旋光性。 顺反异构 C CHCH3HCH3C CHCH3CH3H C CC2H5C2H5OHHOC CC2H5C2H5OHHO顺-己烯雌酚3 3、生物学性质、生物学性质 顺反异构体在顺反异构体在生理活性生理活性或或药理作用药理作用上常上常常存在很大的差异。常存在很大的差异。反-己烯雌酚(生理活性很强生理活性很强)(生理活性很弱生理活性很弱)维生素A分子中的双键全部为反式构型； 具有降血脂作用的花生四烯酸则全部为顺式构型。 第二节 对映异构1 1、手性、手性分子与手性碳、旋光度与比旋光、手性、手性分子与手性碳、旋光度与比旋

16、光度、对映体与非对映体、内消旋体、外消旋体度、对映体与非对映体、内消旋体、外消旋体等的概念；等的概念；2 2、对称因素与分子的手性间的关系；、对称因素与分子的手性间的关系；3 3、FischerFischer投影式的写法、投影式的写法、D/L,R/SD/L,R/S标记法；标记法； 光是一种电磁波，它的振动方向与其前光是一种电磁波，它的振动方向与其前进方向垂直。光波可在垂直于它前进方向的进方向垂直。光波可在垂直于它前进方向的任何可能的平面上振动。任何可能的平面上振动。 一、偏振光和旋光性一、偏振光和旋光性 普通光的振动平面普通光的振动平面 将普通光线通过一个Nicol棱镜，它好象一个栅栏，只允许

17、与棱镜晶轴相互平行的平面上振动的光线透过。这种仅在某一平面上振动的光叫做平面偏振光，简称偏振光。.平面偏振光平面偏振光1.1.平面偏振光平面偏振光亮亮醋酸醋酸 亮亮暗暗乳酸乳酸 两种不同物质通过偏振光两种不同物质通过偏振光: : 如果在晶轴相互平行的两个棱晶之间放置旋光管，管内盛有不同的如果在晶轴相互平行的两个棱晶之间放置旋光管，管内盛有不同的液体，将出现两种情况：如果是水或醋酸等，则偏光顺利通过第二个棱晶；如果液体，将出现两种情况：如果是水或醋酸等，则偏光顺利通过第二个棱晶；如果是肌肉运动产生的乳酸或葡萄糖等物质，则第二个棱晶必须旋转一定的角度是肌肉运动产生的乳酸或葡萄糖等物质，则第二个棱晶

18、必须旋转一定的角度 ，偏，偏光才能通过。光才能通过。普通光普通光起偏振器起偏振器偏光偏光乳酸溶液乳酸溶液检偏振器检偏振器观察者观察者-能使偏振光振动平面旋转的性质称为物质的旋光性；具有旋光性的物质称为旋光物质(光学活性物质)。2.2.旋光性旋光性平面偏振光平面偏振光只在一个平面上振动的光。只在一个平面上振动的光。旋光性旋光性使偏振光的振动面发生旋转的性质使偏振光的振动面发生旋转的性质旋光性物质旋光性物质/ /光活性物质光活性物质具有旋光性的物质。具有旋光性的物质。 如如:2-:2-氯丁烷氯丁烷, ,乳酸乳酸, ,葡萄糖葡萄糖, ,氯霉素等氯霉素等nicol偏光偏光 像乳酸、葡萄糖这样一些能够使

19、偏光振动平面像乳酸、葡萄糖这样一些能够使偏光振动平面旋转一定角度的物质称为旋转一定角度的物质称为旋光性物质旋光性物质。象水、。象水、酒精等这些与偏光不发生作用的物质，称为酒精等这些与偏光不发生作用的物质，称为非非旋光物质旋光物质。 旋光性物质使偏光顺时针旋转的，称为右旋体，旋光性物质使偏光顺时针旋转的，称为右旋体，用用d-d-或或(+)-(+)-表示（来自拉丁语表示（来自拉丁语dexterdexter），使偏），使偏光反时针旋转的，称为左旋体，用光反时针旋转的，称为左旋体，用l-l-或或( ( )-)-表表示（来自拉丁语示（来自拉丁语laevuslaevus）。）。 二.旋光度和比旋光度 1.

20、1.旋光度旋光度旋光仪旋光仪-测定物质旋光度大小和方向的仪器。测定物质旋光度大小和方向的仪器。旋光度旋光度-旋光物质使偏振光振动平面旋转旋光物质使偏振光振动平面旋转的角度，通常用的角度，通常用表示。表示。ABCDAABDA乳酸旋光性物质目镜（亮）起偏镜检偏镜盛液管旋光仪结构示意图旋光仪结构示意图旋转方向旋转方向右旋体：右旋体：顺时针，以顺时针，以“”表示；表示；左旋体：左旋体：逆时针，以逆时针，以“”表示。表示。 一对对映体的旋光度数相同，旋光一对对映体的旋光度数相同，旋光方向相反。（方向相反。（+ +）-2-2丁醇，丁醇， （- -）- 2- 2丁醇丁醇 在一定温度下，测定管长度为在一定温度

21、下，测定管长度为1dm，样品浓，样品浓度为度为1 gmL-1，以钠光灯作光源时测得的旋光，以钠光灯作光源时测得的旋光度称为度称为比旋光度比旋光度，用，用 表示。表示。tD影响旋光度的因素影响旋光度的因素: (a)被测物质被测物质; (b) 溶液的浓度溶液的浓度; (c) 盛液管长度盛液管长度; (d) 测定温度测定温度; (e) 所用光的波长所用光的波长2.比旋光度式中：式中： - 测得试样的旋光度；测得试样的旋光度； c - 试样的质量浓度，单位试样的质量浓度，单位 g /ml； l - 盛液管的长度，单位盛液管的长度，单位 dm； t - 测样时的温度；测样时的温度； D- 钠光灯波长钠光

22、灯波长(589nm)。 lt=caaD 乳酸的对映异构现象三、产生对映异构的原因1. 1.对映异构和手性分子对映异构和手性分子COOHCH3OHHCOOHCH3OHH-互为实物与镜像关系，但又不能完全重合的异互为实物与镜像关系，但又不能完全重合的异构体，简称构体，简称对映体对映体；产生对映体的现象称为产生对映体的现象称为对映异构现象对映异构现象。实物与其镜象不能完全重合的性质称为手性；实物与其镜象不能完全重合的性质称为手性；对映异构体对映异构体手手 性性互为实物与镜象关系又不能完全重合的分子。互为实物与镜象关系又不能完全重合的分子。手性分子手性分子 手性的概念 手手左、右手互为实物与镜像的关系

23、，不能完全重合。左、右手互为实物与镜像的关系，不能完全重合。手性手性像左右手一样，实物与其镜象不能叠合的性质。像左右手一样，实物与其镜象不能叠合的性质。例如两种不同的乳酸分子都具有手性：例如两种不同的乳酸分子都具有手性： 左旋乳酸，由蔗糖发酵得到右旋乳酸，由肌肉运动产生实物镜子镜象CHOHCOOHH3CCHCOOHCH3HO其中心碳原子上连有四个不同的原子或原子团，在空其中心碳原子上连有四个不同的原子或原子团，在空间有两种不同的排列方式，不能完全重合，互为实物间有两种不同的排列方式，不能完全重合，互为实物与镜像的关系，是两种不同的化合物与镜像的关系，是两种不同的化合物-对映异构体对映异构体。

24、手性碳原子手性碳原子与四个不同的原子或原子与四个不同的原子或原子团相连的碳原子，用团相连的碳原子，用“ “ * * ” ”号标出。例如：号标出。例如： CH3-CH-COOHOHCH3-CH-CH-CH3OHCH3CH3-CH-CH2-CH3Br* 手性分子手性分子没有对称因素的分子（既没有对称面，没有对称因素的分子（既没有对称面， 又没有对称中心的分子）又没有对称中心的分子） 例如：例如： 乳酸是手性分子乳酸是手性分子 乙醇是非手性分子乙醇是非手性分子* *手性碳原子和手性分子手性碳原子和手性分子手性碳原子手性碳原子其所连的四个原子或基团都不相同其所连的四个原子或基团都不相同, , 以以 C

25、 C表示。表示。 有机化合物中，大多数手性分子具有手性碳原子。有机化合物中，大多数手性分子具有手性碳原子。* *整个分子具有整个分子具有手性手性是对映异构体的必要和充分条件是对映异构体的必要和充分条件 具有一个手性中心的对映异构 对映体对映体 凡是手性分子，必定有一个与之不能完凡是手性分子，必定有一个与之不能完全叠合的镜象。互为实物与镜象的两个构型全叠合的镜象。互为实物与镜象的两个构型异构体称为对映体。异构体称为对映体。 例如，乳酸是手性分子，就有一对对映体例如，乳酸是手性分子，就有一对对映体存在：存在： 实物镜子镜象CHOHCOOHH3CCHCOOHCH3HOCCH3BrCH3CH2HCCH

26、3BrCH2CH3H实物镜子镜象2-溴丁烷也是手性分子，也有一对对映体存在：溴丁烷也是手性分子，也有一对对映体存在： 一般情况下，除旋光方向外，一对对映体的理一般情况下，除旋光方向外，一对对映体的理化性质基本相同化性质基本相同。 在手性环境中，一对对映体表现出不同的性质。在手性环境中，一对对映体表现出不同的性质。 四、对映体的表示方法四、对映体的表示方法透视式：直观，但书写麻烦，不适用于复杂化合物Fischer投影式：使用方便，适用于简单和复杂化合物两种方法CHOHCOOHH3C透视式投影式FischerCH3COOHOHHCCOOHCH3OHH观察四、对映体的表示方法四、对映体的表示方法1.

27、 Fischer投影式投影式 碳链直立，且编号小者置于上端；碳链直立，且编号小者置于上端；十字交叉点代表手性碳原子；十字交叉点代表手性碳原子； 上下朝里，左右朝外。上下朝里，左右朝外。C C O O O O H HC CH H3 3H HO O H HC OO HC H3 3HOH HOOC HO H CH3注意事项： Fischer投影式只能在纸面上平移或旋转投影式只能在纸面上平移或旋转180，但不能旋转但不能旋转90或或270,也不能将其脱离纸面翻也不能将其脱离纸面翻身，否则构型翻转。如：身，否则构型翻转。如： 构型不变(b)(b)CH3COOHHHOCH3COOHOHH。180构型改变(

28、b)CH3COOHOHHCH3COOHOHH与 不同(b)（）90。构型改变(b)（）CH3OHHHOOCCH3COOHOHH与 不同(b)270。构型改变(b)(b)CH3COOHHHO与 不同(b)CH3COOHOHH脱离纸面旋转CH3COOHHHO与 不同(b)CH3COOHOHH脱离纸面旋转。180。180(动画1)(动画2)(动画4)(动画3)2. 对映体构型的标记对映体构型的标记(1) D/L相对构型标记法相对构型标记法 OHCH2OHCHOHHOCH2OHCHOHD -() 甘油醛甘油醛 L- () 甘油醛甘油醛 HOHCH3HOHCOOHCOOHCH3 L-()乳酸乳酸 D-(

29、)乳酸乳酸 构型与旋光方向没有对应关系：OHCH2OHCHOHHOCH2OHCHOHD-()甘油醛甘油醛 L-()甘油醛甘油醛 (2) R/S绝对构型标记法绝对构型标记法 命名规则命名规则根据次序规则，将手性碳原子所连接的4个原子或原子团排列成序:abcd；观察观察abc的排列顺序，的排列顺序，顺时针顺时针 R-构型构型；逆时针逆时针 S-构型构型。 把最小的原子或原子团把最小的原子或原子团(d)放在视线的最远端，放在视线的最远端，其它原子或原子团朝着观察者；其它原子或原子团朝着观察者；(S)-2-丁醇丁醇(R)-2-丁醇丁醇CH3C2H5HOHCH3C2H5OHH-OH -C2H5 -CH3

30、 -H例2CHCOOH观察ClBrCOOHBrCl 顺时针方向为R型：为逆时针方向S型CH观察ClCl：例3CH3CH2OHCH2OHCH3当最小基团当最小基团(d)在在横向横向位置时，位置时，abc ：顺时针顺时针-S型型(变变)，逆时针逆时针-R型型(变变)；当最小基团当最小基团(d)在在竖向竖向位置时，位置时，abc ：顺时针顺时针-R型型(不变不变)，逆时针逆时针-S型型(不变不变)。RS标记法也可直接应用于Fischer投影式： COOHHOHCOOHHHOCH3CH3OHCOOHCH3H在横向OH/COOH/CH3顺时针变S: (S)-2-羟基丙酸（S）-(+)-乳酸 （R）-()

31、-乳酸H在纵向OH/COOH/CH3逆时针不变R: (R)-2-羟基丙酸-OH -COOH -CH3 -HL-葡萄糖葡萄糖 L-甘油醛甘油醛 D-葡萄糖葡萄糖 D-甘油醛甘油醛 注 意： RS标记法与标记法与DL标记法的依据不同。标记法的依据不同。 RS法依据与法依据与C相连的四个原子或原子团的大相连的四个原子或原子团的大小顺序；小顺序； DL法依据与法依据与D甘油醛的构型是否相同甘油醛的构型是否相同。 五、具有手性碳原子的分子五、具有手性碳原子的分子1. 具有一个手性碳原子的有一对对映异构体具有一个手性碳原子的有一对对映异构体 同一种物质的左旋体和右旋体的旋光度大小同一种物质的左旋体和右旋体

32、的旋光度大小相同，旋转方向相反，相同，旋转方向相反，等量混合等量混合后组成的混合后组成的混合物称为物称为外消旋体外消旋体，常用，常用“”或或“dl”表示。表示。 外消旋体外消旋体 -无旋光性无旋光性 消旋体的拆分消旋体的拆分（三）生物分子相互作用的立体（三）生物分子相互作用的立体专一性专一性 消旋物：消旋物： 立体专一性：区分立体异构体的能力，手立体专一性：区分立体异构体的能力，手性酶性酶 DL-乳酸，微生物只合成乳酸，微生物只合成L-乳酸，化学法合乳酸，化学法合成的是消旋型成的是消旋型DL-乳酸，价格便宜一大半。乳酸，价格便宜一大半。手性分子的生物作用手性分子的生物作用1、对映体生理活性差异

33、、对映体生理活性差异2、受体靶位：、受体靶位：细胞（含手性蛋白质分子）的具有一定细胞（含手性蛋白质分子）的具有一定立体构型和构象的特定部位。立体构型和构象的特定部位。 单一对映体的手性单一对映体的手性药物药物分子与受体分子与受体靶靶之间之间互补互补。HOHOCOOHNH2HOHOHHOOCHH2N（+）-多巴（-）-多巴（无生理效应）（抗帕金森氏症）（四）构象与三维结构（四）构象与三维结构 三维结构三维结构 构象：分子中所有原子的空间排列，由分构象：分子中所有原子的空间排列，由分子中单键自由旋转造成，分子的刚性与柔子中单键自由旋转造成，分子的刚性与柔性造成了无数构象性造成了无数构象 构象体构象

34、体/构象异构体：某种特定的构象构象异构体：某种特定的构象简单烃类实例：乙烷的构象简单烃类实例：乙烷的构象 HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH三维结构三维结构透视式透视式三维结构三维结构重叠式重叠式交叉式交叉式HHHHHHHHHHHHNewman投影式投影式重重 叠叠 式式 构构 象象交交 叉叉 式式 构构 象象-060120180240300360E E旋旋转转角角度度能能量量1 12 2. .6 6 k kj j. .m mo ol l- -1 1交叉式构象内能最低，是乙烷最稳定构象。交叉式构象内能最低，是乙烷最稳定构象。二、环己烷的构象二、环己烷的构象1 13 32 26 6

35、5 54 4H HH HH HH HH HH HH HH H椅式构象椅式构象H H165432H HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH H 船船 式式 构构 象象1 12 23 34 45 56 6H HH HH HH HH HH HH HH H2345H HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH H6两个平面：两个平面： C1，C3，C5共平面共平面 ； C2，C4，C6共平面；共平面； 椅式构象椅式构象12个个C-H键：键：6个个a、e键分别为三上三下。键分别为三上三下。 a、e 键相互转化键相互转化123456椅式构象椅式构象 X射线晶体学-

36、要求晶体 核磁共振-溶液中三维结构 二者相互补充（五）三维结构的分子模型（五）三维结构的分子模型 P8P8 透视式 骨架模型 球棍模型 空间填充模型 *P9 表1-3某些生命元素的范德华半径和单键共价半径三、生物结构中的非共价力三、生物结构中的非共价力 （一）静电相互作用（一）静电相互作用 （二）氢键（二）氢键 （三）范德华力（三）范德华力 （四）疏水相互作用（熵效应）（四）疏水相互作用（熵效应） 作用于分子间的力-非共价力 生物分子主要通过非共价相互作用行使功能（一）静电相互作用（一）静电相互作用 又称-离子键，盐键，或盐桥 P9 对环境敏感-水，特别是无机离子(Na,Cl,Ca,Mg)等使

37、他明显减弱。 盐离子浓度对生物分子特别是蛋白质的构象发生重大影响（二）氢键（二）氢键 1 1、氢键的形成：、氢键的形成： 当当H H原子与电负性很大的原子与电负性很大的O O、N N等元素形成等元素形成H HO O、H HN N共价键时，由于此时两元素的电负性相差较大，共价键时，由于此时两元素的电负性相差较大，则共用电子对会强烈地偏向电负性大的则共用电子对会强烈地偏向电负性大的F F、O O、N N等原等原子一边，则子一边，则H H原子带正电荷。原子带正电荷。 H H原子核外几乎成了一个裸露的原子核外几乎成了一个裸露的H H原子核原子核( (质子质子) )，体积很小体积很小, ,具有很强的正电

38、场。当另一分子中的组成具有很强的正电场。当另一分子中的组成原子上有孤对电子时原子上有孤对电子时( (如：如：O O、N N等），则相互吸引。等），则相互吸引。这种这种通过通过H H原子对另一分子中的孤对电子产生的电性原子对另一分子中的孤对电子产生的电性吸引作用力称之为吸引作用力称之为 氢键氢键。 2 2、氢键形成的条件及特点：、氢键形成的条件及特点： 条件：条件： 、分子中具有、分子中具有H H原子，且原子，且H H原子必须与电负原子必须与电负性大，原子半径小的元素原子相结合性大，原子半径小的元素原子相结合(F(F、O O、N)N)。 、与、与H H形成氢键的分子中必须有半径小，形成氢键的分子

39、中必须有半径小，电负性大，并有孤对电子的元素原子电负性大，并有孤对电子的元素原子(F(F、O O、N)N)特点：特点： 、氢键的强度小、氢键的强度小E(FH F) 28kJmol1且：且： HF：-HFFH-OH2OH-OH OH-NH3H2NH-NH3。 、氢键具有方向性和饱和性、氢键具有方向性和饱和性 氢键是氢键是H与另一分子中的孤对电子间的静电吸引，与另一分子中的孤对电子间的静电吸引，由于电子对是在一定空间方向运动的，由于电子对是在一定空间方向运动的，氢键具方氢键具方向性。向性。H一但与某一孤对电子对作用形成氢键后就一但与某一孤对电子对作用形成氢键后就不能再与另一原子的孤对电子形成氢键这

40、就是氢键不能再与另一原子的孤对电子形成氢键这就是氢键的饱和性。的饱和性。 、当分子间形成氢键时，会增大分子间、当分子间形成氢键时，会增大分子间力力，因此可使分子的熔沸点升高，蒸发热，因此可使分子的熔沸点升高，蒸发热增大，增大，(如卤化氢；如卤化氢；H2OH2Fe ；NH3SbH3 ) 此外，此外， 在有机羧酸、醇、酚、胺、氨基酸在有机羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键的存在。和蛋白质中也有氢键的存在。 n3、氢键的形成对化合物性质的影响、氢键的形成对化合物性质的影响、分子内氢键，则降低分子间力、分子内氢键，则降低分子间力 使物质的熔沸点下降使物质的熔沸点下降 ( (如如HNOHNO3

41、3等等) ) 、分子的聚合、结晶、溶解、水合及生、分子的聚合、结晶、溶解、水合及生命体内的一些性质也常与氢键的生成有关。命体内的一些性质也常与氢键的生成有关。 （分子内形成氢键）（分子内形成氢键）（三）范德华力（三）范德华力 由于分子具有极性和变形性，导致当分子由于分子具有极性和变形性，导致当分子相互靠近时分子间将产生相互吸引作用，相互靠近时分子间将产生相互吸引作用，这就是分子间作力产生的根本原因。最早这就是分子间作力产生的根本原因。最早由荷兰物理学家由荷兰物理学家van der Waalsvan der Waals提出，故又提出，故又称称van der Waalsvan der Waals力

42、，力，可归结为三种。可归结为三种。 二、二、van der Waalsvan der Waals力力 1 1、取向力、取向力: (: (极性分子极性分子极性分子间极性分子间) ) 当两个极性分子相互接近时，由于同极相斥异当两个极性分子相互接近时，由于同极相斥异极相吸的结果，使分子在空间的运动按一定的方向，极相吸的结果，使分子在空间的运动按一定的方向，成为异极相邻的状态其示意图：成为异极相邻的状态其示意图： 2 2、诱导力、诱导力( (极极非、极非、极极极) ) 当极性分子与非极性分子相接近时，当极性分子与非极性分子相接近时，首先将发生极性分子的偶极使非极性分子发生首先将发生极性分子的偶极使非极

43、性分子发生极化，而产生出诱导偶极，进而产生出的诱导极化，而产生出诱导偶极，进而产生出的诱导偶极与极性分子的固有偶极的相互吸引，见图偶极与极性分子的固有偶极的相互吸引，见图+_+_+_+_+_ 上述的这种极性分子的故有极性与非极性上述的这种极性分子的故有极性与非极性分子中产生出的诱导偶极之间的作用力称之为诱导分子中产生出的诱导偶极之间的作用力称之为诱导力。力。 诱导力不仅存在于极性分子与非极性之间同时诱导力不仅存在于极性分子与非极性之间同时还存在于极性分子之间。还存在于极性分子之间。 3 3、色散力、色散力 对于非极性分子间的作用力是如何产生的呢？对于非极性分子间的作用力是如何产生的呢？ 由于分

44、子中的电子和原子核都在不停地运动，因由于分子中的电子和原子核都在不停地运动，因此电子和原子核之间将会出现瞬间的相对位移，使此电子和原子核之间将会出现瞬间的相对位移，使分子的正、负电荷的中心发生瞬间的不重合，从而分子的正、负电荷的中心发生瞬间的不重合，从而产生了：产生了：“瞬间偶极瞬间偶极”。+_+_+_+_+_非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用 当两非极性分子相互靠近时：其两个瞬间当两非极性分子相互靠近时：其两个瞬间偶极可以异极相邻的状态相互吸引：偶极可以异极相邻的状态相互吸引： 虽然这种瞬间偶极存在的时间极短，虽然这种瞬间偶极存在的时间极短，但这种情况是在不

45、断地重复，使分子间始但这种情况是在不断地重复，使分子间始终存在着吸引力。这种由终存在着吸引力。这种由“瞬间偶极瞬间偶极”而而产生的分子间作用力称为产生的分子间作用力称为 色散力。色散力。色色散力存在于各种分子之间。散力存在于各种分子之间。 色散力的影响因素：色散力的影响因素： 、分子的变形性：、分子的变形性： 分子的变形性越大，色散力也越大。（分分子的变形性越大，色散力也越大。（分子的变形性与分子量的大小有关）。子的变形性与分子量的大小有关）。 分子量：分子量： 分子量越大，分子的变形性也越大，所以分子量越大，分子的变形性也越大，所以分子间的色散力取决于分子量的大小，分分子间的色散力取决于分子量的大小，分子量子量，色散力，色散力。 P10 表1-5（四）疏水相互作用（熵效应）（四）疏水相互作用（熵效应） 水相中疏水基团倾向于聚集起来避开与水的接触。 疏水集团表面水分子排列有序，界面能高，熵增的需要，驱动有序的水分子转变为无序的水分子以缩小界面，降低能量。 在维持生物大分子的三维结构上作用突出（手绘作图）四、水和生命四、水和生命 （一）水的结构与性质（一）水的结构与性质 （二）水是生命的介质（二）水是生命的介质在无机物中水是