生物物理復(fù)習(xí)題及答案

1、2012年生物物理復(fù)習(xí)要點(diǎn)第一章 生物物理緒論1. 生物物理定義：用物理學(xué)的概念和方法對(duì)生命現(xiàn)象進(jìn)行研究和討論。1、把復(fù)雜的生命系統(tǒng)用物理學(xué)的概念盡可能的加以合理的簡(jiǎn)化，使復(fù)雜的生命運(yùn)動(dòng)盡可能的定量化、公式化，從而使生命科學(xué)由一門(mén)定性科學(xué)發(fā)展成一門(mén)定量科學(xué). 研究?jī)?nèi)容：就是探索自然界中物質(zhì)、能量和信息在生命系統(tǒng)中綜合運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。這三個(gè)量有組織、有秩序的活動(dòng)是生命的基礎(chǔ)。生物物理學(xué)：研究生命物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律3. 為什么學(xué)多年來(lái)“生物物理學(xué)”的確切定義一直是該學(xué)科領(lǐng)域認(rèn)為不易回答的問(wèn)題？第一，學(xué)科跨度大；第二，由于生物物理學(xué)家的專業(yè)背景及從事的工作不同，因而個(gè)人的看法和強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)也不同；第三，由于發(fā)

2、展迅猛，生物物理已經(jīng)從單個(gè)的學(xué)科研究轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬W(xué)科的互相溝通互相滲透各個(gè)學(xué)科之間難以劃分，甚至各個(gè)學(xué)科之間的壁壘將會(huì)打破。4、在17-19世紀(jì)生物物理發(fā)展的早期，主要涉及哪些方面的零散研究？17世紀(jì)：kircher描述生物發(fā)光現(xiàn)象；borrelli出版“動(dòng)物運(yùn)動(dòng)”，血液循環(huán)和鳥(niǎo)的運(yùn)動(dòng)。da vinci鳥(niǎo)的飛行動(dòng)力學(xué)；newton在“原理”中探索電與生物學(xué)的關(guān)系。18世紀(jì)：galvani發(fā)現(xiàn)肌肉收縮與電刺激關(guān)系，young提出光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)和色散理論，同時(shí)研究眼的幾何光學(xué)及心臟的流體動(dòng)力學(xué)作用。那時(shí)為什么沒(méi)能出現(xiàn)生物物理這門(mén)學(xué)科？一直到19世紀(jì)：mayer首次提出光合作用是能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，生理過(guò)程能量

3、守恒。helmholtz譽(yù)為早期生物物理學(xué)奠基人：肌肉收縮、神經(jīng)脈沖傳導(dǎo)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等方面，熱力學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。杜布瓦-雷蒙德第一個(gè)制造出電流表，用以研究肌肉神經(jīng)發(fā)現(xiàn)休止電位及動(dòng)作電位。先決條件：1895年倫琴發(fā)現(xiàn)了x-射線，布拉格父子發(fā)現(xiàn)x-射線衍射定律。研究進(jìn)展：大分子的結(jié)構(gòu)確定：bernal測(cè)定煙草花葉病毒的形態(tài)和大小。perutz和kendrew分析了血紅蛋白和肌紅蛋白的分子結(jié)構(gòu)。watson和crick確定了dna雙螺旋結(jié)構(gòu)：1953年英國(guó)劍橋大學(xué)；克里克、沃森和威爾金斯1962年，分享了諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。于是有了理論基礎(chǔ)：相對(duì)論、量子力學(xué)、基本粒子理論、凝聚態(tài)、物理學(xué)、自動(dòng)控制理

4、論和非平衡態(tài)熱力學(xué)等。研究手段：各種衍射技術(shù)、光譜和波譜技術(shù)、激光技術(shù)。社會(huì)需求：核能的和平應(yīng)用、超聲、微波、激光和環(huán)境污染與人類健康的關(guān)系，生命過(guò)程的本質(zhì)。6. 1934年薛定諤（schrodinger）在其系列演講“生命是什么？-活細(xì)胞的物理觀”中，倡導(dǎo)用物理學(xué)的觀點(diǎn)和方法研討生命的奧秘。他在報(bào)告中提出了三個(gè)重要觀點(diǎn)是什么？答：(1) 生命現(xiàn)象獨(dú)有的熱力學(xué)基礎(chǔ)是不能完全用經(jīng)典熱力學(xué)定律來(lái)解釋，并引進(jìn)“負(fù)熵”概念來(lái)說(shuō)明生命過(guò)程的有序性；(2) 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是有機(jī)分子，生物遺傳性狀以密碼形式通過(guò)染色體傳遞；(3) 生物體內(nèi)存在量子躍遷現(xiàn)象，x-射線誘發(fā)突變就是證明。7. 近幾十年來(lái)生物物理的

5、發(fā)展和現(xiàn)狀說(shuō)明了什么觀點(diǎn)？學(xué)科交叉與融合是科學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)1、物理學(xué)在揭示生命奧妙方面具有不可估量的潛力； 2、生物物理學(xué)是物理學(xué)和生物學(xué)深入發(fā)展的必然結(jié)果； 3、生物物理學(xué)在生命科學(xué)中的作用越來(lái)越顯著。第二章 生物物理的量子力學(xué)基礎(chǔ)1. 熱輻射：由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。決定于物體溫度的電磁輻射。平衡熱輻射：輻射與吸收平衡，溫度恒定。單色輻射強(qiáng)度：在單位時(shí)間內(nèi)從物體表面單位面積上、單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)所輻射出的能量。 絕對(duì)黑體：一種物質(zhì)，在和輻射發(fā)生相互作用時(shí)，可以完全不考慮它對(duì)輻射的反射作用，從而能比較單純地分析物質(zhì)與輻射的相互作用，這樣的理想模型就是絕對(duì)黑體

6、。 光電效應(yīng)：光照射某些金屬時(shí)能從表面釋放出電子的效應(yīng)，產(chǎn)生的電子稱為光電子，由光電子形成的電流叫光電流，使電子逸出某種金屬表面所需的功稱為該種金屬的逸出功。光量子：光可以看成是微粒光量子組成的粒子流,每個(gè)光子具有能量。光量子不能再分割，而只能整個(gè)地被吸收或產(chǎn)生出來(lái)。發(fā)射光譜：物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜。連續(xù)光譜：熾熱固體、液體、黑體;線狀光譜(原子) ：彼此分立亮線,氣體放電、火花電弧等。吸收光譜：連續(xù)譜通過(guò)物質(zhì)時(shí),有些譜線被吸收形成的暗線。兩者都能反映物質(zhì)特性及其內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)-特征譜線最簡(jiǎn)單的原子發(fā)射光譜是氫原子光譜。 德布羅意假設(shè)：不僅輻射具有波粒二象性，而且一切實(shí)物粒子也具有波粒二象性。德

7、布羅波：德布羅意波為概率波（粒子波動(dòng)性的統(tǒng)計(jì)解釋）：粒子具有德布羅意物質(zhì)波的表現(xiàn)，并不是意味存在某個(gè)實(shí)在的物理量的波動(dòng)，而是表示粒子在空間分布具有幾率性。表現(xiàn)粒子的波動(dòng)性質(zhì)的各種實(shí)驗(yàn)里得到波動(dòng)圖象只是表示粒子在空間分布的幾率。海森伯測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系：微觀粒子的空間位置要由概率波來(lái)描述，概率波只能給出粒子在各處出現(xiàn)的概率。任意時(shí)刻不具有確定的位置和確定的動(dòng)量。經(jīng)嚴(yán)格證明測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系應(yīng)為：補(bǔ)充公式2. 基爾霍夫定律的內(nèi)容：3. 什么是普朗克能量量子化假設(shè)？4. 光電效應(yīng)表現(xiàn)出哪四個(gè)實(shí)驗(yàn)規(guī)律？光電效應(yīng)中經(jīng)典物理理論的困難是什么？1、飽和電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。 2、光電子的初動(dòng)能隨入射光頻率線性增加,與

8、光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。 3、對(duì)給定金屬，存在一截止頻率。 4、光電子是即時(shí)發(fā)射的。困難：1、電子的最大動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，決定于光的頻率，光的強(qiáng)度越大會(huì)導(dǎo)致更多的光電子發(fā)射，從而形成更大的光電流。于是，微弱的紫光比強(qiáng)的黃光會(huì)照射出具有更大動(dòng)能的電子，盡管后者產(chǎn)生的光電子數(shù)目要多。按經(jīng)典波動(dòng)理論，入射光的強(qiáng)度越大，理應(yīng)導(dǎo)致光電子具有更大的動(dòng)能。2、當(dāng)光照到金屬表面時(shí)，光電流幾乎同時(shí)（<1ns）產(chǎn)生。經(jīng)典理論預(yù)言：強(qiáng)度十分微弱的入射光，只要有充分長(zhǎng)的時(shí)間延遲使得電子吸收足夠的能量就可以逸出金屬表面。5. 研究原子結(jié)構(gòu)規(guī)律有哪兩條途徑？原子核式結(jié)構(gòu)的缺陷是什么？玻爾原子理論有哪三個(gè)基本假設(shè)？玻爾原

9、子理論有何重要意義？途徑：1、利用高能粒子轟擊原子轟出未知粒子來(lái)研究(高能物理)； 2、通過(guò)在外界激發(fā)下，原子的發(fā)射光譜來(lái)研究光譜分析。缺陷：1、無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性。2、無(wú)法解釋原子光譜的不連續(xù)性基本假設(shè)：1、定態(tài)假設(shè):原子系統(tǒng)存在一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)，處于這些狀態(tài)的原子中電子只能在一定的軌道上繞核作圓周運(yùn)動(dòng)，但不輻射能量。這些狀態(tài)稱為穩(wěn)定狀態(tài)，簡(jiǎn)稱定態(tài)。對(duì)應(yīng)的能量e1 ,e2 ,e3是不連續(xù)的。2、頻率假設(shè):原子從一較大能量en的定態(tài)向另一較低能量ek的定態(tài)躍遷時(shí)，輻射一個(gè)光子原子，從較低能量ek的定態(tài)向較大能量en的定態(tài)躍遷時(shí)，吸收一個(gè)光子。3、軌道角動(dòng)量量子化假設(shè)意義：1、揭示了微觀

10、體系具有量子化特征(規(guī)律),是原子物理發(fā)展史上一個(gè)重要的里程碑,對(duì)量子力學(xué)的建立起了巨大推進(jìn)作用。2、提出“定態(tài)”,“能級(jí)”,“量子躍遷”等概念，在量子力學(xué)中仍很重要,具有極其深遠(yuǎn)的影響。第三章1.分子的性質(zhì)有哪些因素決定？分子的性質(zhì)由分子組成和結(jié)構(gòu)決定的，而結(jié)構(gòu)由存在于分子中的相互作用決定，因此研究分子中的化學(xué)鍵及分子間的作用力對(duì)于了解物質(zhì)的性質(zhì)和變化規(guī)律具有重要意義。 2.構(gòu)型與構(gòu)象的概念和區(qū)別；什么是分子構(gòu)造？構(gòu)型(configuration): 一個(gè)有機(jī)分子中各個(gè)原子特有的固定的空間排列。這種排列不經(jīng)過(guò)共價(jià)鍵的斷裂和重新形成是不會(huì)改變的。構(gòu)型的改變往往使分子的光學(xué)活性發(fā)生變化。構(gòu)象(c

11、onformation)：指一個(gè)分子中，不改變共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，僅單鍵周?chē)脑臃胖盟a(chǎn)生的空間排布。一種構(gòu)象改變?yōu)榱硪环N構(gòu)象時(shí)，不要求共價(jià)鍵的斷裂和重新形成。構(gòu)象改變不會(huì)改變分子的光學(xué)活性。區(qū)別： 構(gòu)型與構(gòu)型、構(gòu)象與構(gòu)象之間相互轉(zhuǎn)化時(shí)是否需要共價(jià)鍵的斷裂和重新形成； 是否會(huì)改變分子的光學(xué)活性； 構(gòu)型是一個(gè)有機(jī)分子中各個(gè)原子(如碳、氫原子)特有的固定的空間排列；構(gòu)象是一個(gè)基團(tuán)(如甲基)的空間排布。分子構(gòu)造(constitution)：是指分子中原子相互聯(lián)結(jié)的方式和次序，過(guò)去長(zhǎng)期以來(lái)稱為分子結(jié)構(gòu)(structure)，根據(jù)國(guó)際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)的建議，改為“構(gòu)造”。 3.化學(xué)鍵按成鍵時(shí)電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的

12、不同可分為幾種類型？分子間弱相互作用有哪些？離子鍵、共價(jià)鍵(包括共振鍵)和金屬鍵三種基本類型。在這三種類型化學(xué)鍵中，以共價(jià)鍵相結(jié)合的化合物占已知化合物的90%以上。分子間的弱作用力：靜電相互作用、范德華力、氫鍵、水化作用和疏水作用4.離子鍵的定義和特點(diǎn) 定義：當(dāng)具有低電離勢(shì)的原子外層電子被具有高電子親和力的原子所俘獲時(shí)形成的鍵稱為離子鍵，即原子間通過(guò)正、負(fù)離子電性吸引互相作用所形成的化學(xué)鍵。離子鍵的特點(diǎn)：沒(méi)有方向性、沒(méi)有飽和性5.共價(jià)的定義和特點(diǎn)鍵測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系說(shuō)明共價(jià)鍵的要點(diǎn) 原子和原子之間通過(guò)共有電子對(duì)而結(jié)合的化學(xué)鍵，叫共價(jià)鍵。 由于電子的微觀屬性，共價(jià)鍵的形成不能簡(jiǎn)單的用庫(kù)侖靜電相互作用來(lái)說(shuō)

13、明，只有用量子力學(xué)處理，才能給出合理解釋。測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系說(shuō)明共價(jià)鍵的形成兩個(gè)原子彼此接近時(shí)，電子位置不確定性增大；動(dòng)量不確定性及最大可能動(dòng)量減少；導(dǎo)致體系能量減少，結(jié)合能增強(qiáng)，因此原子結(jié)合。原子過(guò)分接進(jìn)，電子可進(jìn)入體積減少；使體系的動(dòng)能以及能量增加；因此存在一個(gè)平衡距離，使體系能量最低最穩(wěn)定。 6.闡述價(jià)鍵理論的要點(diǎn)現(xiàn)代價(jià)鍵理論簡(jiǎn)稱vb法，又稱為電子配對(duì)法，是以量子力學(xué)對(duì)氫分子系統(tǒng)的處理為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的。（vb法） 兩個(gè)原子自旋方向相反的單電子可以相互配對(duì)（兩原子軌道重疊），形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵。 單電子配對(duì)形成共價(jià)鍵后，就不能再和其他原子中的單電子配對(duì)。所以，每個(gè)原子所能形成共價(jià)鍵的數(shù)目取決于該原子

14、中的單電子數(shù)目。這就是共價(jià)鍵的飽和性。 成鍵時(shí)，兩原子軌道重疊愈多，兩核間電子云愈密集，形成的共價(jià)鍵愈牢固，這稱為原子軌道最大重疊原理。因此共價(jià)鍵具有方向性。7.什么是雜化軌道？8. 分子軌道理論的主要內(nèi)容：分子軌道理論認(rèn)為：(1) 分子中的電子不再?gòu)膶儆谀骋惶囟ㄔ樱窃诒榧罢麄€(gè)分子的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可用波函數(shù)來(lái)描述，該稱為分子軌道。2為分子中電子在空間某處的幾率密度或電子云。(2)分子軌道由原子軌道 線性組合而成，分子軌道的數(shù)目與相互化合的原子的軌道數(shù)目相同。每個(gè)分子軌道i都有相應(yīng)的能量ei和圖象。(3)分子軌道中電子的排布，也遵從原子軌道中電子排布的相同原則。(4)原子軌

15、道線性組合成分子軌道，應(yīng)遵守如下三原則： i）能量相似原則：只有能量相近似的軌道才能有效組合成為分子軌道； ii）對(duì)稱性匹配原則：只有對(duì)稱性(的符號(hào))相同的原子軌道才能有效組合成一個(gè)分子軌道； iii）最大重疊原則：只有當(dāng)兩個(gè)原子軌道的重疊區(qū)域較大時(shí)才能有效組合成分子軌道。9. s-s原子軌道一個(gè)原子的ns軌道與另一原子的ns軌道組合成兩個(gè)分子軌道。反鍵軌道：電子云偏向兩核外側(cè)，核間稀疏，不能抵消兩核間的斥力，體系能量較高。成鍵軌道：電子云在核間分布密集，對(duì)兩核的吸引能夠抵消兩核間的斥力，能使分子的原子之間發(fā)生鍵合。p-p原子軌道有頭碰頭、肩并肩兩種方式。10當(dāng)兩個(gè)原子軌道沿著鍵軸方向?qū)ΨQ重疊

16、時(shí)形成的分子軌道稱為軌道。在軌道上的電子稱為電子，鍵：由電子形成的共價(jià)鍵稱為鍵。原子軌道沿核間聯(lián)線方向進(jìn)行同號(hào)重疊(頭碰頭)。對(duì)稱性相同的原子軌道形成-成鍵軌道，對(duì)稱性不同的原子軌道形成*成鍵軌道。軌道：兩個(gè)原子軌道以側(cè)面發(fā)生平行重疊所形成的分子軌道稱為軌道，具有兩核連線的反對(duì)稱面。其中，能量低的軌道稱為成鍵軌道，能量高的軌道稱為反鍵軌道。電子：在軌道上的電子稱為電子，根據(jù)電子是一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)，分別稱為單電子鍵、鍵（即二電子鍵）和三電子鍵。一對(duì)電子和一對(duì)*電子由于沒(méi)有凈的能量降低效應(yīng)，不能構(gòu)成共價(jià)鍵。對(duì)稱性相同的p軌道形成成鍵軌道。對(duì)稱性不同的p軌道形成反鍵*軌道。鍵：原子軌道垂直核間聯(lián)線并

17、相互平行進(jìn)行同號(hào)重疊(肩并肩)。11. 誘導(dǎo)偶極子的概念；電相互作用有哪些類型 電場(chǎng)誘導(dǎo)作用-誘導(dǎo)偶極子以上討論的相互作用，都涉及電荷的非對(duì)稱分布，即正、負(fù)電荷的重心不重合，由于正負(fù)電荷吸引而在電場(chǎng)中儲(chǔ)存能量。 正負(fù)電荷重心重合的中性分子或基團(tuán)，在外電場(chǎng)的誘導(dǎo)下，亦會(huì)出現(xiàn)極化現(xiàn)象，從而形成誘導(dǎo)偶極子。誘導(dǎo)偶極子與電場(chǎng)相互作用而儲(chǔ)存能量，這種相互作用稱為電場(chǎng)的誘導(dǎo)作用。 電場(chǎng)的誘導(dǎo)作用包括電荷誘導(dǎo)偶極相互作用和偶極誘導(dǎo)偶極相互作用。電相互作用12. 分子間存在的范德華力有三種來(lái)源：偶極相互作用 ，即取向力(keesom力)；誘導(dǎo)相互作用，即誘導(dǎo)力(debye力)；色散相互作用，即色散力(lond

18、on力) 。它們的作用機(jī)制是什么？分子間存在的范德華力有三種來(lái)源，即色散力(london力)、誘導(dǎo)力(debye力)和取向力(keesom力) 。 色散力是分子的瞬時(shí)偶極間的作用力，它的大小與分子的變形性等因素有關(guān)。一般分子量愈大，分子內(nèi)所含的電子數(shù)愈多，分子的變形性愈大，色散力亦愈大。 誘導(dǎo)力是分子的固有偶極與誘導(dǎo)偶極間的作用力，它的大小與分子的極性和變形性等有關(guān)。 取向力是分子的固有偶極間的作用力，它的大小與分子的極性和溫度有關(guān)。極性分子的偶極矩愈大，取向力愈大；溫度愈高，取向力愈小。范德華力是分子型物質(zhì)能由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的原因。 色散力一般比較弱，但在非極性分子間，這種

19、相互作用占主導(dǎo)地位。以下兩個(gè)效應(yīng)可以使色散相互作用得到加強(qiáng)：累加效應(yīng)：一個(gè)分子可以有多個(gè)瞬時(shí)偶極矩，他們都可以誘導(dǎo)另一個(gè)分子產(chǎn)生一個(gè)偶極矩，總的相互作用是一種累加效應(yīng)。位相效應(yīng)：當(dāng)兩個(gè)分子相同時(shí)，具有相同的固有頻率，故瞬時(shí)偶極矩能夠精確的同位相，從而產(chǎn)生最大的相互作用。即，色散相互作用傾向于把類似的分子拉到一起，產(chǎn)生穩(wěn)定由相同亞單位組成的大分子。13.范德華力的特點(diǎn)、作用范圍、受影響的主要因素對(duì)分子構(gòu)成的物質(zhì)性質(zhì)的影響 1、特點(diǎn) （1）只存在于分子間，包括單原子分子 （2）范德華力一般沒(méi)有飽和性和方向性 2、作用范圍 （1）范德華力的三種作用力（靜電力，誘導(dǎo)力，色散 力）均與1/r6成正比 （

20、2）范德華力的作用能一般在10 kj·mol-1以下，比共 價(jià)鍵的小1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，作用范圍在0.30.5nm.3、影響范德華力的主要因素 分子的大小 分子的空間構(gòu)型 分子中電荷分布是否均勻(4)分子的組成和結(jié)構(gòu)相似時(shí)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大4、范德華力對(duì)分子構(gòu)成的物質(zhì)性質(zhì)的影響 分子構(gòu)成的物質(zhì)，其相對(duì)分子質(zhì)量越大，則范德華力越大，物質(zhì)的熔沸點(diǎn)越高；相對(duì)分子質(zhì)量相近，分子極性越大，物質(zhì)的熔沸點(diǎn)越高。 若溶質(zhì)分子能與溶劑分子形成較強(qiáng)的范德華力，則溶質(zhì)在該溶劑中的溶解度較大14.氫鍵的概念和特征；形成氫鍵必須具備的條件氫 鍵：一個(gè)水分子中相對(duì)顯正電性的氫原子，與另一個(gè)水分子中相對(duì)

21、顯負(fù)電性的氧原子的孤電子對(duì)接近并產(chǎn)生相互作用，這種相互作用叫做氫鍵，記作xhy。氫鍵是除共價(jià)鍵之外的最強(qiáng)的穩(wěn)定因素氫鍵相對(duì)共價(jià)鍵強(qiáng)度比較弱，一般在40kj/mol以下，而共價(jià)鍵一般都是數(shù)百kj/mol。單個(gè)氫鍵很容易被熱擾動(dòng)所破壞，但它們數(shù)量很大，故在穩(wěn)定水結(jié)構(gòu)和蛋白、核酸結(jié)構(gòu)方面都有極其重要的意義。1、形成氫鍵必須具備的條件：（1）分子中有h原子（2）x-hy中的x和y原子元素的電負(fù)性大,半徑小，且有孤電子對(duì)。實(shí)際上，只有n、o、f三種元素才能滿足第二個(gè)條件，它們的氫化物可以形成氫鍵。此外，無(wú)機(jī)含氧酸和有機(jī)羧酸、醇、胺以及蛋白質(zhì)和某些合成高分子化合物等物質(zhì)的分子（或分子鏈）之間都存在有氫鍵。

22、因?yàn)檫@些物質(zhì)的分子中含有f-h、o-h或n-h鍵。2、氫鍵的特點(diǎn)氫鍵和范德華力類似，也是一種分子間作用力，它比化學(xué)鍵弱但比范德華力強(qiáng)。、 氫鍵有飽和性和方向性分子中每一個(gè)x-h鍵中的h只能與一個(gè)y原子形成氫鍵，如果再有第二個(gè)y與h結(jié)合，則y與y之間的斥力將比hy之間的引力大，也就是說(shuō)h原子沒(méi)有足夠的空間再與另一個(gè)y原子結(jié)合。 x-hy系統(tǒng)中，x-hy一般在同一直線上，這樣才可使x和y距離最遠(yuǎn)，兩原子間的斥力最小，系統(tǒng)更穩(wěn)定。、氫鍵的強(qiáng)弱與x和y的電負(fù)性大小有關(guān) 一般x、y元素的電負(fù)性越大，半徑越小，形成的氫鍵越強(qiáng)。例如：f-hf o-ho n-hn15.什么是孤對(duì)電子孤電子對(duì)(lone pai

23、r)或稱孤對(duì)電子，是不與其他原子結(jié)合或共享的成對(duì)價(jià)電子，即是未成鍵的電子對(duì)。存在于原子的最外圍電子殼層。16. 水化作用和疏水作用的概念水化作用 (hydration)是物質(zhì)與水發(fā)生化合的反應(yīng),又稱水合作用，一般指分子或離子的水合作用。其中當(dāng)鹽類溶于水中生成電解質(zhì)溶液時(shí)，離子的靜電力破壞了原來(lái)的水結(jié)構(gòu)，在其周?chē)纬梢欢ǖ乃肿訉樱Q為水化。疏水相互作用：兩個(gè)非極性基團(tuán)（疏水基團(tuán)）為了避開(kāi)水相而聚集在一起的作用力。在水介質(zhì)中，球狀蛋白質(zhì)的折疊總是傾向于吧疏水殘基埋藏在分子的內(nèi)部。熟睡相互作用力維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)方面占有突出地位。離子水化模型：水溶液中離子一般均以水化離子的形式存在。 i區(qū)：初級(jí)水

24、化層，與陽(yáng)離子結(jié)合在一起作整體移動(dòng)，數(shù)目取決于陽(yáng)離子種類； ii區(qū)：無(wú)結(jié)構(gòu)水，結(jié)構(gòu) 程度最小，熵最大； iii區(qū)：體積水，正常的微晶結(jié)構(gòu)水。離子水化作用的影響 一是離子水化作用減少溶液“自由”水分子的數(shù)量，增加 離子體積，因而改變電解質(zhì)溶液中電解質(zhì)的活度系數(shù)和電 導(dǎo)性質(zhì)，即溶劑對(duì)溶質(zhì)的影響； 二是離子水化往往破壞附近水層中的正四面體結(jié)構(gòu)。降低離子鄰近水分子層的相對(duì)介電常數(shù)，即溶質(zhì)對(duì)溶劑的影響。 17. 籠形結(jié)構(gòu)的概念；為什么說(shuō)疏水相互作用是熵驅(qū)動(dòng)的自發(fā)過(guò)程。 蛋白質(zhì)溶液系統(tǒng)的熵增加是疏水作用的主要?jiǎng)恿Α．?dāng)疏水化合物或基團(tuán)進(jìn)入水中時(shí)，它周?chē)乃肿訉⑴帕谐蓜傂缘挠行蚪Y(jié)構(gòu)即所謂籠形結(jié)構(gòu) (clat

25、hrate structure)。 疏水作用其實(shí)并不是疏水基團(tuán)之間有什么吸引力的緣故，而是疏水基團(tuán)或疏水側(cè)鏈出自避開(kāi)水的需要而被迫接近。 蛋白質(zhì)溶液系統(tǒng)的熵增加是疏水作用的主要?jiǎng)恿?。?dāng)疏水化合物或基團(tuán)進(jìn)入水中時(shí)，它周?chē)乃肿訉⑴帕谐蓜傂缘挠行蚪Y(jié)構(gòu)即所謂籠形結(jié)構(gòu) (clathrate structure)。與此相反的過(guò)程(疏水作用)，排列有序的水分子(籠形結(jié)構(gòu))將被破壞，這部分水分子被排入自由水中，這樣水的混亂度增加即熵增加，因此疏水作用是熵驅(qū)動(dòng)的自發(fā)過(guò)程。18. 穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力主要是一些所謂弱的相互作用或稱非共價(jià)鍵或次級(jí)鍵，包括氫鍵，范德華力，疏水作用和

26、鹽鍵（離子鍵）。此外共價(jià)二硫鍵在穩(wěn)定某些蛋白質(zhì)的構(gòu)象方面也起著重要作用。第四章 研究生物體系的方法一、x-射線晶體結(jié)構(gòu)分析1.晶體和非晶體在結(jié)構(gòu)上和性能上的區(qū)別；晶體結(jié)構(gòu)的基本特征晶 體：原子在空間呈有規(guī)則地周期性重復(fù)排列。非晶體：原子無(wú)規(guī)則排列。晶體結(jié)構(gòu)的基本特征：原子或分子在三維空間呈周期性重復(fù)排列，即存在長(zhǎng)程有序。 晶體和非晶體的兩大性能區(qū)別 非晶體 晶體熔 點(diǎn)： 熔化范圍 固定熔點(diǎn)方 向 性： 各向同性 各向異性2. 陣點(diǎn)：為了便于分析研究晶體中質(zhì)點(diǎn)的排列規(guī)律性，可先將實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)看成完整無(wú)缺的理想晶體并簡(jiǎn)化，將其中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)抽象為規(guī)則排列于空間的幾何點(diǎn)，稱之為陣點(diǎn)?？臻g點(diǎn)陣：這些陣點(diǎn)在

27、空間呈周期性規(guī)則排列并具有完全相同的周?chē)h(huán)境，這種由它們?cè)谌S空間規(guī)則排列的陣列稱為空間點(diǎn)陣，簡(jiǎn)稱點(diǎn)陣。布拉維點(diǎn)陣：根據(jù)6個(gè)點(diǎn)陣參數(shù)間的相互關(guān)系，可將全部空間點(diǎn)陣歸屬于7種類型，即7個(gè)晶系。按照“每個(gè)陣點(diǎn)的周?chē)h(huán)境相同”的要求，布拉維(a. bravais)用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出能夠反映空間點(diǎn)陣全部特征的單位平面六面體只有14種，這14種空間點(diǎn)陣也稱布拉維點(diǎn)陣。4. x射線的概念及其特點(diǎn)；為什么x射線經(jīng)過(guò)晶體會(huì)發(fā)生衍射？x射線：波長(zhǎng)大約在0.01-10nm范圍內(nèi)的電磁波。特點(diǎn)：波長(zhǎng)短，穿透力強(qiáng)。晶體的周期性特征決定了晶格可以作為波的衍射光柵。射線照射到晶體上時(shí)，組成晶體的每個(gè)原子都可看作一個(gè)子波源，

28、向各個(gè)方向發(fā)出衍射線，它們的疊加可以分為：同一晶面上不同子波波源所發(fā)出子波的疊加，以及不同晶面上所發(fā)出的子波的疊加。每個(gè)晶面內(nèi)各個(gè)原子所發(fā)出子波相互干涉的結(jié)果是，在晶面的鏡反射方向具有最大的衍射強(qiáng)度，即遵從反射定律；而就整個(gè)晶體的各個(gè)晶面系而言，在上述鏡反射方向上的總的衍射強(qiáng)度，則取決于各晶面的反射線相干疊加的結(jié)果。 5.連續(xù)x-射線（白色x-射線）概念及其特點(diǎn)；連續(xù)x射線產(chǎn)生機(jī)理概念 正如太陽(yáng)光包含有紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫等許多不同波長(zhǎng)的光 一樣，從x射線管中發(fā)出的x-射線也不是單一波長(zhǎng)(單色)的，而是包含有許多不同波長(zhǎng)的x射線。這些波長(zhǎng)構(gòu)成連續(xù)的光譜，且是為一波長(zhǎng)連續(xù)的光譜，包括從某一

29、最小值開(kāi)始的一系列連續(xù)波長(zhǎng)的幅射。它與可見(jiàn)光中的白光相似，故出稱白色x-射線。特點(diǎn) 強(qiáng)度隨波長(zhǎng)而連續(xù)變化，每條曲線都對(duì)應(yīng)有一個(gè)最短的波長(zhǎng)（短波限0）和一個(gè)強(qiáng)度的最大值；最大值一般在1.50地方。 0與管流和靶的材料無(wú)關(guān)，只與管壓有關(guān)，二者之間的關(guān)系： 0=1.24/v(nm)隨著管壓的增大，0向短波方向移動(dòng)。 連續(xù)x射線的強(qiáng)度不僅與管壓有關(guān)，還與管流和靶材有關(guān)：i連= izvmi i為電流強(qiáng)度，z為靶材的原子序數(shù)；mi與為常數(shù)分別為2 和 1.1-1.4×10-9         &#

30、160;                  強(qiáng)度隨管流、管壓和靶材的原子序數(shù)的增大而增大。當(dāng)需要連續(xù)x射線時(shí)，采用重元素的靶能得到較強(qiáng)的連續(xù)x射線。 x射線管的效率 ：=連續(xù)x射線的總強(qiáng)度/x射線管的功率= izv2/iv=zv當(dāng)用鎢靶（z=74），管壓為100kv。1%?？梢?jiàn)x射線管的效率很低。要提高效率，應(yīng)采用高電壓和重金屬。 連續(xù)x射線產(chǎn)生機(jī)理按量子理論，當(dāng)能量為ev的高速的電子撞擊靶中的原子時(shí)，電子失去自己的能量。其中

31、大部分轉(zhuǎn)化為熱能，一部分以光子（x射線）的形式幅射出。每撞擊一次就產(chǎn)生一個(gè)能量為hv的光子。由于單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)靶表面的電子數(shù)量很多。若管流為10ma，每秒到達(dá)陽(yáng)極靶的電子可達(dá)6.25×1016個(gè)。大多數(shù)電子還經(jīng)過(guò)多次碰撞。因此，各個(gè)電子的能量各不相同，產(chǎn)生的x射線的波長(zhǎng)也就不同。于是產(chǎn)生了一個(gè)連續(xù)的x射線譜。其中少數(shù)電子在一次碰撞中就將能量全部轉(zhuǎn)化為光子，因此它產(chǎn)生的光子能量最大，波長(zhǎng)最小。其短波限0取決于能量最大電子，這與管壓有關(guān)。大多數(shù)的電子經(jīng)過(guò)多次碰撞，能量逐步地釋放，產(chǎn)生的光子能量也相應(yīng)減小，波長(zhǎng)小于0。由于x射線的強(qiáng)度取決于光子的數(shù)目。所以連續(xù)x射線譜強(qiáng)度最大值不在0的位置

32、。6. 特征x射線譜的概念及其特點(diǎn)；什么是激發(fā)電壓？特征x射線產(chǎn)生的機(jī)理具有足夠能量的電子能將靶極材料的原子的k層電子打出來(lái)，當(dāng)l層電子跳回到k層時(shí)，即放出單色x射線，單色x射線的波長(zhǎng)與靶極材料有關(guān)，故稱之為特征x射線譜或標(biāo)識(shí)x射線譜。產(chǎn)生特征x射線的最低電壓稱激發(fā)電壓。 特征x射線產(chǎn)生的機(jī)理：二、紅外和拉曼光譜技術(shù)1.分子能級(jí)包括哪幾部分？光譜區(qū)于能級(jí)躍遷的對(duì)應(yīng)關(guān)系2. 紅外光譜圖的概念及應(yīng)用領(lǐng)域；紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件紅外光譜圖：縱坐標(biāo)為吸收強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)（ mm ）和波數(shù)1/； 單位：cm-1；可以用峰數(shù)，峰位，峰形，峰強(qiáng)來(lái)描述。應(yīng)用：有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)解析。定性：基團(tuán)的特征吸收頻率；

33、定量：特征峰的強(qiáng)度；紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件滿足兩個(gè)條件： (1)輻射應(yīng)具有能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動(dòng)躍遷所需的能量； (2)輻射與物質(zhì)間有相互偶合作用。3.什么樣的基團(tuán)具有紅外活性？非對(duì)稱分子：有偶極矩，紅外活性。輻射與物質(zhì)之間有耦合作用 紅外躍遷是偶極矩誘導(dǎo)的，即能量轉(zhuǎn)移的機(jī)制是通過(guò)振動(dòng)過(guò)程所導(dǎo)致的偶極矩的變化和交變的電磁場(chǎng)(紅外線)相互作用發(fā)生的。 用連續(xù)改變頻率的紅外光照射某一樣品，試樣對(duì)不同頻率的紅外光吸收程度不同，使通過(guò)試樣后的紅外光在一些波數(shù)范圍減弱，在另一些波數(shù)范圍內(nèi)仍然較強(qiáng)，用儀器記錄該試樣的紅外吸收光譜，進(jìn)行樣品的定性和定量的紅外光譜分析。4.決定雙原子分子紅外吸收峰峰位的因素有哪些

34、？化學(xué)鍵的力常數(shù)k越大，原子折合質(zhì)量越小，鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)（短波長(zhǎng)區(qū)）；反之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)（高波長(zhǎng)區(qū)）。5.紅外光譜中某基團(tuán)的峰數(shù)有什么因素決定？決定峰位位置的主要因素有哪些？影響峰強(qiáng)度的因素1）峰數(shù) ：峰數(shù)與分子自由度有關(guān)。無(wú)瞬間偶極距變化時(shí)，無(wú)紅外吸收。2）峰位 ：化學(xué)鍵的力常數(shù)k越大，原子折合質(zhì)量越小，鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)（短波長(zhǎng)區(qū)）；反之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)（高波長(zhǎng)區(qū)）。3）峰強(qiáng)度：瞬間偶極距變化大，吸收峰強(qiáng)；鍵兩端原子電負(fù)性相差越大（極性越大），吸收峰越強(qiáng)；7. 影響峰位變化的因素：化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率不僅與其性質(zhì)有關(guān)，還受分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部因

35、素影響。相同基團(tuán)的特征吸收并不總在一個(gè)固定頻率上。1內(nèi)部因素（1）電子效應(yīng)a誘導(dǎo)效應(yīng)：吸電子基團(tuán)使吸收峰向高頻方向移動(dòng)（蘭移）共軛效應(yīng)（2）空間效應(yīng)：場(chǎng)效應(yīng)；空間位阻；環(huán)張力2.氫鍵效應(yīng)(分子內(nèi)氫鍵；分子間氫鍵)：對(duì)峰位，峰強(qiáng)產(chǎn)生極明顯影響，使伸縮振動(dòng)頻率向低波數(shù)方向移動(dòng)8.紅外分析制樣方法有哪些？9紅外光譜技術(shù)如何進(jìn)行定性分析和定量分析？紅外光譜法廣泛用于有機(jī)化合物的定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析。（一）定性分析 1 . 已知物的鑒定 將試樣的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)的譜圖進(jìn)行對(duì)照，或者與文獻(xiàn)上的譜圖進(jìn)行對(duì)照。如果兩張譜圖各吸收峰的位置和形狀完全相同，峰的相對(duì)強(qiáng)度一樣，就可以認(rèn)為樣品是該種標(biāo)準(zhǔn)物。如果兩張譜圖不一樣，

36、或峰位不一致，則說(shuō)明兩者不為同一化合物，或樣品有雜質(zhì)。如用計(jì)算機(jī)譜圖檢索，則采用相似度來(lái)判別。使用文獻(xiàn)上的譜圖應(yīng)當(dāng)注意試樣的物態(tài)、結(jié)晶狀態(tài)、溶劑、測(cè)定條件以及所用儀器類型均應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)譜圖相同。2 . 未知物結(jié)構(gòu)的測(cè)定 測(cè)定未知物的結(jié)構(gòu)，是紅外光譜法定性分析的一個(gè)重要用途。如果未知物不是新化合物，可以通過(guò)兩種方式利用標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行查對(duì)：（1）查閱標(biāo)準(zhǔn)譜圖的譜帶索引，與尋找試樣光譜吸收帶相同的標(biāo)準(zhǔn)譜圖；（2）進(jìn)行光譜解析，判斷試樣的可能結(jié)構(gòu)，然后在由化學(xué)分類索引查找標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照核實(shí)。在對(duì)光譜圖進(jìn)行解析之前，應(yīng)收集樣品的有關(guān)資料和數(shù)據(jù)。了解試樣的來(lái)源、以估計(jì)其可能是哪類化合物；測(cè)定試樣的物理常數(shù)，如熔點(diǎn)

37、、沸點(diǎn)、溶解度、折光率等，作為定性分析的旁證；根據(jù)元素分析及相對(duì)摩爾質(zhì)量的測(cè)定，求出化學(xué)式并計(jì)算化合物的不飽和度 w=1+n4+(n3-n1)/2式中n4、n3、n1、分別為分子中所含的四價(jià)、三價(jià)和一價(jià)元素原子的數(shù)目。 當(dāng)計(jì)算得w=0時(shí)，表示分子是飽和的，應(yīng)為鏈狀烴及其不含雙鍵的衍生物。對(duì)于簡(jiǎn)單化合物，確認(rèn)幾個(gè)基團(tuán)之后，便可初步確定分子結(jié)構(gòu)，然后查對(duì)標(biāo)準(zhǔn)譜圖核實(shí)。 3.幾種標(biāo)準(zhǔn)譜圖（1）薩特勒（sadtler）標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖（2）aldrich紅外譜圖庫(kù)（3）sigma fourier紅外光譜圖庫(kù)（二）定量分析 紅外光譜定量分析是通過(guò)對(duì)特征吸收譜帶強(qiáng)度的測(cè)量來(lái)求出組份含量。由于紅外光譜的譜帶較

38、多，選擇的余地大，所以能方便地對(duì)單一組份和多組份進(jìn)行定量分析。此外，該法不受樣品狀態(tài)的限制，能定量測(cè)定氣體、液體和固體樣品。因此，紅外光譜定量分析應(yīng)用廣泛。但紅外額定量靈敏度較低，尚不適用于微量組份的測(cè)定。10瑞利(rayleigh)散射和拉曼散射的概念瑞利(rayleigh)散射：彈性碰撞；無(wú)能量交換，僅改變方向； 拉曼(raman)散射:非彈性碰撞；方向改變且有能量交換；光通過(guò)介質(zhì)時(shí)由于入射光與分子運(yùn)動(dòng)相互作用而引起的頻率發(fā)生變化的散射。11什么是拉曼位移？它與什么因素有關(guān)？紅外與拉曼活性之間的區(qū)別？.能量變化所引起的散射光頻率變化稱為拉曼位移。拉曼光譜的橫坐標(biāo)是拉曼位移。 raman位移

39、：raman散射光與入射光頻率差nd；對(duì)不同物質(zhì)： nd不同；對(duì)同一物質(zhì)： nd與入射光頻率無(wú)關(guān)；表征分子振-轉(zhuǎn)能級(jí)的特征物理量；定性與結(jié)構(gòu)分析的依據(jù)；紅外活性振動(dòng) 永久偶極矩；極性基團(tuán)； 瞬間偶極矩；非對(duì)稱分子；紅外活性振動(dòng)伴有偶極矩變化的振動(dòng)可以產(chǎn)生紅外吸收譜帶.拉曼活性振動(dòng) 誘導(dǎo)偶極矩 r = ae 非極性基團(tuán)，對(duì)稱分子；拉曼活性振動(dòng)伴隨有極化率變化的振動(dòng)。 對(duì)稱分子：對(duì)稱振動(dòng)拉曼活性。 不對(duì)稱振動(dòng)紅外活性 三核磁共振譜(nuclear magnetic resonance spectroscopynmr) 低能電磁波(波長(zhǎng)約106-109m)與暴露在磁場(chǎng)中的磁性核相互作用，使其在外磁場(chǎng)

40、中發(fā)生能級(jí)的共振躍遷而產(chǎn)生吸收信號(hào)，稱為核磁共振譜。 1.核磁矩的概念；核磁矩與自旋量子數(shù)間的關(guān)系；塞曼效應(yīng)。答：核磁矩的概念：若原子核繞軸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生自旋角動(dòng)量，表現(xiàn)出核磁矩。核磁矩與自旋量子數(shù)間的關(guān)系：核磁矩（：旋磁比）自旋角動(dòng)量( i：自旋量子數(shù)） 塞曼效應(yīng):原子核能態(tài)(能級(jí))分裂， 2.核磁共振現(xiàn)象的原理答：將電磁波施加于原子核系統(tǒng)，在滿足光子能量hn=de的時(shí)候，可以發(fā)生原子核能態(tài)的躍遷，此種現(xiàn)象稱作核磁共振現(xiàn)象。 原理：帶正電荷的、且具有自旋量子數(shù)的核會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，該自旋磁場(chǎng)與外加磁場(chǎng)相互作用，將會(huì)產(chǎn)生回旋，稱為進(jìn)動(dòng)。進(jìn)動(dòng)頻率與自旋核角速度及外加磁場(chǎng)的關(guān)系可用larmor方程表示。在磁場(chǎng)

41、中的進(jìn)動(dòng)核有兩個(gè)相反方向的取向，可通過(guò)吸收或發(fā)射能量而發(fā)生翻轉(zhuǎn)。僅當(dāng)交變磁場(chǎng)角頻率滿足 =h=0 時(shí)才發(fā)生此種能量交換。此時(shí)與h1_繞z軸同步旋轉(zhuǎn) 核磁共振現(xiàn)象3.什么是核磁共振譜線的化學(xué)位移？為什么核磁共振可用于有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)分析？ 答：由于環(huán)境的差別而產(chǎn)生共振頻率位移的現(xiàn)象稱為核磁共振譜線的化學(xué)位移 質(zhì)子的共振頻率與其結(jié)構(gòu)（化學(xué)環(huán)境）有關(guān)。在高分辨率下，吸收峰產(chǎn)生化學(xué)位移和裂分，由有機(jī)化合物的核磁共振圖，可獲得質(zhì)子所處化學(xué)環(huán)境的信息，進(jìn)一步確定化合物結(jié)構(gòu)。4.為什么用四甲基硅烷作為化學(xué)位移的基準(zhǔn)？ 答：12個(gè)氫處于完全相同的化學(xué)環(huán)境，只有一個(gè)尖峰。化學(xué)惰性；易溶于有機(jī)溶劑；沸點(diǎn)低，易回收

42、。5.什么是自旋-自旋偶合？其分裂的特點(diǎn) 答：自旋-自旋偶合：相同化學(xué)環(huán)境的核有時(shí)表現(xiàn)為多重峰，他是被測(cè)核與包圍它的原子核之間發(fā)生磁相互作用產(chǎn)生的，通過(guò)電子殼層傳遞，耦合程度有限，一般不超過(guò)三個(gè)單鍵。 分裂特點(diǎn)：（1）各譜線間的距離相等；（2）譜線間距與外磁場(chǎng)的強(qiáng)度無(wú)關(guān)；（3）譜線強(qiáng)度是對(duì)此分布的；（4）若對(duì)其發(fā)生作用的原子核（i=1/2）數(shù)目為n，那么譜線就分裂為（n+1）條多重線。6.歐沃豪斯效應(yīng)：答：兩個(gè)并無(wú)自旋 - 自旋耦合的核，若在空間距離上小于 0.5nm時(shí)。輻照其中一個(gè)核使之飽和，則另一個(gè)核的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)增強(qiáng)，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了二維noesy譜第五章 生物膜的功能和結(jié)構(gòu)1. 細(xì)胞膜相

43、關(guān)的基本概念、基本結(jié)構(gòu)和功能答：概念：構(gòu)成細(xì)胞的活物質(zhì)總稱原生質(zhì)。細(xì)胞的外圍存在一層由脂雙層分子和蛋白質(zhì)構(gòu)成的薄膜稱為質(zhì)膜，亦稱為細(xì)胞膜。為了把這層膜與其他膜有所區(qū)別，現(xiàn)在一般均把細(xì)胞外圍的這層膜特稱為質(zhì)膜。基本結(jié)構(gòu)：生物膜有著共同的形態(tài)特征，在透射電鏡下呈現(xiàn)為“兩暗夾一明”的三層結(jié)構(gòu)，總厚度約為6-10nm，基本結(jié)構(gòu)是脂質(zhì)雙分子層，蛋白質(zhì)嵌合在脂質(zhì)雙分子層中，生物膜是動(dòng)態(tài)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，膜脂和膜蛋白兩類分子圍繞著膜的平面做各種運(yùn)動(dòng)。基本功能：生物膜是細(xì)胞進(jìn)行生命活動(dòng)的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，能量轉(zhuǎn)換、蛋白質(zhì)合成、物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳遞、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)等活動(dòng)都與膜的作用有著密切的關(guān)系。其最基本作用包括：維持細(xì)胞內(nèi)微環(huán)

44、境的相對(duì)穩(wěn)定。 與外界環(huán)境不斷進(jìn)行物質(zhì)交換。 除進(jìn)行物質(zhì)外，還進(jìn)行能量和信息的交換。2. 生物膜的化學(xué)組成；膜中脂類和蛋白含量的變化與膜的功能關(guān)系。答：化學(xué)組成：所有生物膜幾乎都是由蛋白質(zhì)和脂類兩大物質(zhì)組成。尚含有少量糖、無(wú)機(jī)離子和水（15%-20%）。 功能關(guān)系：蛋白多，膜功能復(fù)雜：線粒體內(nèi)膜，復(fù)雜的呼吸作用，76；蛋白少，膜功能簡(jiǎn)單: 神經(jīng)髓鞘，只起絕緣作用，蛋白質(zhì)3種，18。3. 構(gòu)成膜的主要脂類有哪些？真核細(xì)胞膜中的磷脂主要包括哪幾種？磷脂的構(gòu)成； 答：構(gòu)成膜的主要脂類有磷脂、糖脂和膽固醇三種類型。 真核細(xì)胞膜中的磷脂主要有卵磷脂（磷脂酰膽堿）、腦磷脂（磷脂酰乙醇胺）、磷脂酰絲氨酸和鞘

45、磷酸，還有磷脂酰肌醇。磷脂是由磷脂酰膽堿基和脂肪酸通過(guò)甘油(或鞘氨醇)結(jié)合在一起而形成的，其分子頭部為磷酸和堿基組成磷脂酰堿基，極性很強(qiáng)，為親水性。4. 糖脂與紅細(xì)胞abo血型的關(guān)系；膜脂的特點(diǎn)。答：關(guān)系：決定人紅細(xì)胞abo血型物質(zhì)均為糖脂，a型血糖脂的寡糖鏈上較o型多了一個(gè)n-乙酰半乳糖胺殘基，b型僅多了一個(gè)半乳糖殘基。膜脂特點(diǎn)：（1）膜脂都是兼性分子，其分子結(jié)構(gòu)中含有親水和疏水兩部分。兩條脂肪酸鏈幾乎彼此平行，分子的兩端，形成所謂極性的頭部和非極性的尾部，頭部具有親水性而尾部具有疏水性。（2）在水溶液中會(huì)自動(dòng)形成雙分子層結(jié)構(gòu)，即親水的頭部朝向膜的兩表面，疏水端朝向膜的中央。 （3）脂類雙層

46、的游離端有自相融合形成封閉性腔室的傾向，避免疏水的尾部與水接觸。5. 膜脂分子的運(yùn)動(dòng)方式；影響膜脂分子流動(dòng)性的因素。答：運(yùn)動(dòng)方式：側(cè)向擴(kuò)散：在同一單分子層內(nèi)的脂類分子極易與鄰近分子交換位置。107/秒 一個(gè)脂類分子2微米/秒。 脂肪酸鏈的伸縮運(yùn)動(dòng)：膜脂脂肪酸鏈沿著雙分子層平面垂直的軸進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，速度約為10-9/秒。 翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：膜脂分子從脂雙層的一層翻轉(zhuǎn)至另一層的運(yùn)動(dòng)，對(duì)維持膜的不對(duì)稱性很重要。很少發(fā)生，兩周內(nèi)不多于一次。 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：膜分子不斷地繞著與平面垂直的縱軸進(jìn)行快速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 彎曲運(yùn)動(dòng)：膜脂分子的烴鏈還可作彎曲運(yùn)動(dòng)，分子的尾端擺動(dòng)幅度大, 而靠近極性頭部區(qū)域擺動(dòng)幅度小。因素：(1)

47、脂肪酸鏈的飽和程度(2)脂肪酸鏈的長(zhǎng)度 (3)膽固醇（4）卵磷脂與鞘磷脂的比值也對(duì)膜脂流動(dòng)有一定的影響（5）膜蛋白、溫度、離子和ph值等都會(huì)對(duì)膜脂的流動(dòng)性產(chǎn)生影響6.膜周邊蛋白或外在膜蛋白；內(nèi)在膜蛋白或稱整合膜蛋白；答：(1)膜周邊蛋白或外在膜蛋白：為水溶性蛋白，靠離子鍵或其它較弱的鍵與膜表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子結(jié)合，因此只要改變?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)度甚至提高溫度就可以從膜上分離下來(lái)，膜結(jié)構(gòu)并不被破壞。 (2) 內(nèi)在膜蛋白或稱整合膜蛋白：均為雙性分子，非極性區(qū)插在脂雙層分子之間，極性區(qū)則朝向膜的表面，他們通過(guò)很強(qiáng)的疏水或親水作用力同膜脂牢固結(jié)合，一般不易分離開(kāi)來(lái)，只有用去垢劑使膜崩解后才可分離出來(lái)。7

48、. 膜蛋白與膜脂的結(jié)合方式及其在膜中的比例。 答：質(zhì)膜中蛋白質(zhì)含量約占膜重的50，膜脂與膜蛋白的分子數(shù)量比約為501 。 結(jié)合方式：1.單一的-螺旋鏈跨膜，只穿膜一次，n端和c端分別在膜的兩側(cè) 。 2.-螺旋鏈多次跨膜（2-4次），多肽鏈的n端和c端分別在膜的兩側(cè)。 3.膜內(nèi)的表面膜蛋白，以脂肪酸鏈或異戊二烯基插入細(xì)胞質(zhì)一側(cè)的單層膜內(nèi)。 4是位于膜內(nèi)或膜外的蛋白質(zhì)以非共價(jià)鍵形式依附于其他跨膜蛋白上。 5、蛋白質(zhì)與寡糖、糖脂或肌醇磷脂結(jié)合，并以其脂肪酸鏈插入非胞質(zhì)一側(cè)單層膜內(nèi)錨定。8. 影響膜蛋白運(yùn)動(dòng)的因素答：膜蛋白的運(yùn)動(dòng)受到很多因素的控制，如溫度；在極性細(xì)胞中還被某些特殊的結(jié)構(gòu)（如緊密連接）限

49、定在細(xì)胞表面的某個(gè)區(qū)域。此外，一種蛋白的移動(dòng)可影響其他蛋白也跟著移動(dòng)，這是因?yàn)樵谫|(zhì)膜表面和細(xì)胞質(zhì)中的細(xì)胞骨架相聯(lián)系，這些微管和微絲的活動(dòng)對(duì)質(zhì)膜以及膜中蛋白的移動(dòng)有一定影響。例如紅細(xì)胞膜下血紅蛋白等膜骨架影響帶蛋白、血型糖蛋白等膜蛋白的流動(dòng)，如果用高離子強(qiáng)度處理血影，血影蛋白消失，帶蛋白流動(dòng)增強(qiáng)。9. 什么是光脫色恢復(fù)技術(shù)；其用途是什么？答：技術(shù)原理：用熒光素標(biāo)記膜蛋白或膜脂，然后用激光束照射細(xì)胞表面某一區(qū)域，使被照射區(qū)的熒光淬滅變暗。由于膜的流動(dòng)性，淬滅區(qū)域的亮度逐步增加，最后恢復(fù)到與周?chē)臒晒鈴?qiáng)度相等。用途：根據(jù)熒光恢復(fù)的速度推算出膜蛋白或膜脂擴(kuò)散速率。10. 膜蛋白的不對(duì)稱性是什么？ 答：

50、膜蛋白的不對(duì)稱性是指每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有明確的方向性。各種膜蛋白在膜中的特殊方向造成分布的不對(duì)稱性。如細(xì)胞表面的受體、膜上載體蛋白等，都是按一定的方向傳遞信號(hào)和轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)。與細(xì)胞膜相關(guān)的酶促反應(yīng)也都發(fā)生在膜的某一側(cè)面，特別是質(zhì)膜上的糖蛋，其糖殘基均分布在質(zhì)膜的es面。而起骨架作用的蛋白分布在ps面（如血影蛋白）。11. 膜的總體特征；答：（1）鑲嵌性：膜的基本結(jié)構(gòu)是由脂雙分子層鑲嵌以蛋白質(zhì)構(gòu)成，雙層脂分子以疏水尾相對(duì)，極性頭朝向膜外水相。（2）流動(dòng)性：構(gòu)成膜的蛋白質(zhì)分子和脂類分子在膜中的位置不是靜止不動(dòng)的，而是不斷發(fā)生變化，脂類分子可發(fā)生側(cè)向流動(dòng)和倒翻等變化，蛋白質(zhì)分子在膜中的位置亦可

51、發(fā)生變動(dòng)。（3）不對(duì)稱性：膜兩側(cè)的分子性質(zhì)和結(jié)構(gòu)不同。（4）蛋白質(zhì)極性：膜整合蛋白多肽鏈的極性區(qū)露出膜表面，而非極性區(qū)則埋在脂雙層的內(nèi)部，故蛋白質(zhì)分子既與水溶分子結(jié)合，也可與脂溶分子親和。12. 相關(guān)膜結(jié)構(gòu)中糖類的基本概念。答：結(jié)構(gòu)中的糖類主要與膜脂、膜蛋白共價(jià)結(jié)合，形成糖脂和糖蛋白，分布于膜的外表面。13. 什么叫血影？細(xì)胞膜的“三明治結(jié)構(gòu)型”是如何推測(cè)出來(lái)的？其基本結(jié)構(gòu)怎樣的？ 答：血影：從真核細(xì)胞分離純凈的膜很困難，主要受內(nèi)膜的污染。紅細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞內(nèi)膜結(jié)構(gòu)和細(xì)胞核。經(jīng)低滲處理后，造成溶血現(xiàn)象，血紅蛋白和無(wú)機(jī)鹽等被溶出細(xì)胞外，剩下的空殼稱為血影。三明治結(jié)構(gòu)：發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜的表面張力比油-水界面的

52、表面張力低得多，已知脂滴表面如果吸附有蛋白質(zhì)成分則表面張力降低，因此推測(cè)，質(zhì)膜中含有蛋白質(zhì)成分。從測(cè)定膜的表面張力得出細(xì)胞膜的“三明治結(jié)構(gòu)型”，即蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)。14. 什么是單位膜模型？其結(jié)構(gòu)描述是怎樣的？它有什么不足？答：?jiǎn)挝荒ぃ耗こ嗜龑邮浇Y(jié)構(gòu)。內(nèi)外兩側(cè)為電子密度高的暗線,中間為電子密度低的明線。該模型認(rèn)為明線部分是膜中間的雙層脂類分子，而暗線部分則為膜兩側(cè)的單層蛋白質(zhì)分子。這些蛋白質(zhì)以單層肽鏈折疊形式存在,通過(guò)靜電作用與磷脂極性端相結(jié)合。該模型提出了各種生物膜在形態(tài)結(jié)構(gòu)上的共性，即生物膜都以“兩暗一明”的形式存在。 不足之處：（1）單位膜為一種靜態(tài)單一的結(jié)構(gòu)，無(wú)法說(shuō)明膜的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的變化

53、；（2）各種膜的功能不一樣，而單位膜模型顯示不出來(lái)；（3）各種不同細(xì)胞和同一細(xì)胞中的不同部分膜的厚度實(shí)際上并不都是7.5nm。 15. 液態(tài)鑲嵌模型的內(nèi)容；其強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)是什么？答：把生物膜看成是嵌有球形蛋白質(zhì)的脂類二維排列的液態(tài)體，膜中脂雙層構(gòu)成膜的連續(xù)主體，它既具有固體分子排列的有序性，又具有液體的流動(dòng)性，呈液晶態(tài)。 主要強(qiáng)調(diào)：（1）膜的流動(dòng)性:蛋白質(zhì)和膜脂均可側(cè)向運(yùn)動(dòng)。（2）膜蛋白分布的不對(duì)稱性:有的鑲嵌在脂雙分子層表面，有的則全部或部分嵌入其內(nèi)，有的橫跨整個(gè)脂類區(qū)。 16. 目前對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的總體認(rèn)識(shí)是怎樣的？ 答：(1)具有極性頭部和非極性尾部的磷脂分子 在水相中具有自發(fā)形成封閉的膜系

54、統(tǒng)的性質(zhì)，以疏水性尾部相對(duì)，極性頭部朝向水相的磷脂雙分子層是組成生物膜的基本結(jié)構(gòu)成分，尚未發(fā)現(xiàn)在生物膜結(jié)構(gòu)中起組織作用的蛋白。(2) 蛋白分子以不同的方式鑲嵌在脂雙層分子中或結(jié)合在其表面，蛋白的類型，蛋白分布的不對(duì)稱性及其與脂分子的協(xié)同作用賦予生物膜具有各自的特性與功能。 (3) 生物膜可看成是蛋白質(zhì)在雙層脂分子中的二維溶液。然而膜蛋白與膜脂之間，膜蛋白與膜蛋白之間及其與膜兩側(cè)其它生物大分子的復(fù)雜的相互作用，在不同程度上限制了膜蛋白和膜脂的流動(dòng)性。17. 跨膜電位差是如何形成的？ 答：憑借膜的選擇性通透性和多種輸運(yùn)機(jī)制，各種離子在膜兩側(cè)形成離子濃度梯度并造成跨膜電位差18. 細(xì)胞膜對(duì)細(xì)胞外信號(hào)

55、是如何響應(yīng)的？ 答：質(zhì)膜在細(xì)胞對(duì)外部刺激的級(jí)聯(lián)響應(yīng)中起關(guān)鍵作用，即信號(hào)傳遞、放大與轉(zhuǎn)換作用，除了膜上某些離子通道蛋白或感受器蛋白能感應(yīng)外部電信號(hào)外，膜上受體能結(jié)合具有互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的特異分子或配體，不同類型的細(xì)胞具有帶著不同類型受體的膜，對(duì)環(huán)境中的不同配體能夠予以識(shí)別和響應(yīng)。質(zhì)膜上的受體與外部配體相互作用使膜產(chǎn)生新的信號(hào)，以刺激或抑制細(xì)胞內(nèi)部活力。19. 什么是人工膜？langmuir-blodgett (lb)膜的概念；垂直提拉法制備lb膜的過(guò)程；敘述常被采用的三類脂質(zhì)體。答：人工膜：由于生物膜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易研究，為了將其簡(jiǎn)化，制作用來(lái)代替生物膜的人工雙分子層脂膜langmuir-blodgett

56、 (lb)膜：氣/液界面單層膜轉(zhuǎn)移到固體表面上形成的薄膜(單層或多層)。 垂直提拉法制備lb膜 ：將單層膜保持在一定的壓力下，用事先處理好的固體載片沿著垂直方向緩慢地伸入和提拉出亞相，單層膜就會(huì)被連續(xù)地轉(zhuǎn)移到固體表面上。常被采用的三類脂質(zhì)體：大單層脂質(zhì)體、小單層脂質(zhì)體、多層脂質(zhì)體第六章 分子生物物理-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)1 為什么說(shuō)蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)中有著重要的地位？ 答：蛋白質(zhì)的重要地位：種類繁多(10101012量級(jí))，功能復(fù)雜，是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，是生命活動(dòng)的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。2 蛋白質(zhì)的元素組成有哪些？掌握凱氏定氮法的運(yùn)用。蛋白質(zhì)的分子量變化區(qū)間。答：蛋白質(zhì)的組成：主要成分：c、h、o、n、s其它元素：p、cu、fe、i、zn、mo蛋白質(zhì)平均含碳50，氫7，氧23，氮16。凱氏定氮法： 蛋白質(zhì)