生物物理复习提纲-2010.doc

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1、第一章生物电学第一节生物聚合物的介电特性一、分子中的化学键1、共价键(强相互作用，热稳定)共价键定义：原子和原子之间通过共有电子对而结合的化学键。非共价键相互作用：弱相互作用，单独或少数非共价键将由热运动而被破坏。但大量非共价键决定生物大分子的空间结构，既可保持稳定性，又有较大的灵活易变性。(1)库仑相互作用(电荷—电荷相互作用)(2)范德华相互作用（解释吸引）范德华力的本质: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，当然在测量的时间间隔内平均偶极矩为零。范德华吸引即瞬时偶极之间的相互作用。(3)

2、氢键相互作用（饱和性方向性）了解氢键定义:电负性原子与氢形成的基团N-H和O-H具有很大的偶极矩，成键电子云分布偏向电负性大的原子核，因而氢原子核周围的电子分布就少，当它遇到另一个电负性强的原子时，就发生静电吸引，即所谓氢键X-H----Y(X，Y代表F，O，N等电负性大的原子)氢键的本质:电荷相互作用;电负性:X,Y电负性要求大饱和性:水分子能与其他四个水分子形成氢键（笼状结构）。氢键很容易连接或断裂，处于动态平衡状态，平均寿命是10-11秒。所以水分子团的结构总处于不断变化之中。方向性:2、氢键对物质性质的影响：了解对熔点、沸点

3、的影响:氢键形成的多，物质的熔点和沸点就高对溶解度的影响:如果溶质分子与溶剂分子间能形成氢键，将有利于溶质分子的溶解。对生物分子结构的影响:氢键较弱，在40kJ/mol以下，共价键数百kJ/mol。但它们数量大，在蛋白、核酸结构方面都有极其重要的意义。①水的退出有利于底物和受体结合②维系和稳定蛋白质结构的作用力③乙酰胆碱脂酶对Ach水解包含了各种相互作用二、生物大分子的介电性质1、电场中偶极子的取向运动（匀强与非匀强电场）(1)匀强电场力矩在力矩的作用下，电偶极子将在平面内转动。(掌握)在匀强电场中电偶极子的取向当θ=0时，电偶极子

4、所受的力矩为零，--稳定的平衡位置；当θ=π时，电偶极子所受的力矩为零，--非稳定平衡位置。只要电偶极子稍微偏离这个位置，它将在力矩的作用下，使电偶极子电矩的方向与电场强度的方向一致。电势能当θ=0，cosθ=1时，电势能最低，为Ep=-pE；当θ=π/2，cosθ=0时，电势能为零；当θ=π，cosθ=-1时，电势能最大，为Ep=pE。从能量的观点来看，能量越低，状态越稳定。因而，电偶极子电势能最低的位置，即为稳定平衡位置。因此，在电场中的电偶极子，总是有使自己转向稳定平衡位置的趋势。(2)非匀强电场这时作用在在+q和-q上的电场

5、力F+和F-大小不相等，电偶极子不仅要转动，而且还将要在空间平动。2、恒定电场中电介质行为：极化的三种来源（电子位移极化，离子位移极化，固有偶极子转向极化）了解3、变化电场中的电介质行为（1、极化弛豫2、介电损耗）掌握①极化弛豫:在生物大分子中，各种偶极子、离子基团、络合的无机离子受位阻和势能的限制，在空间只能有少数稳定的构象位置（平衡位置）。在外电场作用下，它们可以发生从一个平衡位置向另一个平衡位置的跃迁。当电偶极矩发生趋向外电场的转动时，必须克服一定的势垒。这要靠热起伏的作用，所以必须有一个时间过程。这个时间就是弛豫时间，它反映

6、偶极子所在空间的一些结构特征。②介电损耗在生物大分子中，各种偶极子、离子基团、络合的无机离子受位阻和势能的限制，在空间只能有少数稳定的构象位置（平衡位置）。在外电场作用下，它们可以发生从一个平衡位置向另一个平衡位置的跃迁。当电偶极矩发生趋向外电场的转动时，必须克服一定的势垒。这要靠热起伏的作用，所以必须有一个时间过程。这个时间就是弛豫时间，它反映偶极子所在空间的一些结构特征。三、生物体系中的水和离子1、生物水的结构：在范德华力作用下水分子有相互吸引成团状的趋势。氧原子电负性强，趋向于从氢原子撤回电子，导致氢原子的质子“裸露”，使之与

7、其他多达四个水分子以氢键的形式相连，形成笼状结构——结合水/水结构。每个氢键的平均寿命是10-11秒。所以水分子团总处于不断变化之中。解释水pH=7：水中氢键的形成是纯水pH=7的来源。H+迁移速度大2、水与离子的相互作用——水合作用K+离子周围水的结构，及与水分子的相互作用离子电场诱导水分子极化产生诱导偶极矩。电荷—诱导偶极子相互作用能是-7.2kJ/mol。离子电场作用下,水偶极子平行地排列在周围，它们之间就产生排斥作用。10.04kJ/mol。离子与水的范德华作用，-3.26kJ/mol。K+与最内层水分子的相互作用能约为-2

8、41.42，与实验值-317.98符合得很好。3、水与生物大分子的相互作用水与非极性基团的作用（1）离子基团蛋白质分子表面氨基酸带电侧链的存在使该局部产生如K+那样的水合作用。附近的水分子紧靠侧链呈辐射状排列，同样由于II区的无序化，