生物物理学：4.第四章 自 由 基 生 物 学
2009生物物理学讲义
《生物物理学》讲义参考教材：袁观宇主编，生物物理学，科学出版社，2006年4月第1版第一章分子生物物理分子生物物理学是运用物理学理论与技术来研究生物大分子（蛋白质、核酸、多糖和脂质）的结构及其构象变化、分子内部以及大小分子间的相互作用、生物体系中的能量状态等，以便理解生物大分子特定生物学功能的分支学科。
1.1 蛋白质分子的结构和功能蛋白质功能的多样性：是生命活动的物质基础，是细胞和生物体的重要组成成分（生物膜上的蛋白质、胶原纤维），催化新陈代谢中的绝大部分化学反应（淀粉酶），运动（肌球蛋白、肌动蛋白），运输（血红蛋白、细胞色素c传递电子），调节（胰岛素），调控（阻遏蛋白），接受和传递信息（受体），防御（免疫球蛋白），贮藏（卵清蛋白）等。
1.1.1 蛋白质的化学组成蛋白质的元素组成：主要含C、H、O、N（平均为16%，这是凯氏定氮法测定蛋白质含量的依据）、S五种；有些蛋白质含P、Fe、Cu、I、Zn、Mo等。
1.1.2 蛋白质的基本结构单位——氨基酸天然氨基酸有100多种。
用于构成蛋白质的氨基酸只有20种，除脯氨酸外，其余19种氨基酸都是α-氨基酸（即与-COOH 相连的α-碳原子上连接有-NH2）。
除甘氨酸外，其余19种氨基酸的α-碳原子均为手性碳原子，因此具有旋光性（即使偏振光平面旋转），从构型来看都是L-氨基酸。
氨基酸在不同pH条件下，所带电荷不同。
氨基酸可在阴离子、两性离子（兼性离子）和阳离子三种形式之间转变。
调节溶液的pH，使氨基酸所带正负电荷数目相等，此时溶液的pH称该氨基酸的等电点（pI）。
在同一pH条件下，不同氨基酸（或者由氨基酸构成的蛋白质）所带电荷要么相同、要么不同，但不同氨基酸（蛋白质）的体积终究有差异，在同一电场中，其泳动速度有不同，这就是电泳的基本原理。
根据R的极性将氨基酸分为非极性氨基酸（Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Phe、Trp、Pro）和极性氨基酸。
生物物理学及其在医学和生物工程中的应用
生物物理学及其在医学和生物工程中的应用第一章：引言生物物理学是研究生物体在物理条件下的生理和生化过程的科学领域。
它结合了生物学和物理学的理论和实验方法，深入研究了生物体内各种生物分子的结构和功能，并探索了生物系统的物理特性和行为。
生物物理学在医学和生物工程领域具有广泛的应用，为我们认识人体疾病的发生机制、药物开发和治疗方法的提取等方面提供了重要的理论和实验依据。
第二章：生物物理学基础生物物理学的研究对象主要包括生物分子、细胞、组织和器官等。
生物物理学主要关注生物体内各种生物分子和它们之间的相互作用。
例如，通过分析蛋白质的结构和功能，生物物理学可以解析蛋白质在人体内的作用、跨细胞膜的信号传递机制等。
此外，生物物理学还涉及生物体内各种生物分子的动力学性质、化学反应速率、热力学行为等。
第三章：生物物理学在医学中的应用生物物理学在医学中的应用十分广泛，涉及到多个领域。
例如，生物物理学可以研究蛋白质和病理性变化之间的关系，解析蛋白质异常结构对疾病的影响。
通过生物物理学的研究，我们可以理解肿瘤抑制基因和激活基因的分子机制，从而为癌症的诊断和治疗提供重要依据。
另外，生物物理学在药物研发中也起到了重要的作用。
通过对药物分子的结构和功能的研究，生物物理学可以帮助科学家优化药物的性能和选择最合适的药物靶点，从而提高药物的疗效和减少副作用。
第四章：生物物理学在生物工程中的应用生物工程是将生物学、生物物理学与工程学相结合的领域，旨在利用生物系统的特性和功能设计和开发新的生物技术和产品。
生物物理学提供了生物工程所需的关键理论和实验方法。
在生物工程中，生物物理学可以帮助科学家研究和设计生物反应器，提高发酵和废物处理等过程的效率。
此外，生物物理学还可以帮助我们研究和设计生物传感器、生物材料和仿生器官等新兴领域的技术和产品。
第五章：生物物理学的未来发展随着科学技术的不断进步，生物物理学将在医学和生物工程领域发挥更大的作用。
例如，通过生物物理学的研究，我们可以预测疾病的发展趋势，提早进行干预和治疗；我们可以设计更安全有效的药物并提高药物的储存稳定性等。
自然科学概论 第 4 章
(3)：法国的拉瓦锡和拉晋拉斯研究了生物的呼吸， 开创了动物生理研究。 (4)：比利时化学家赫尔盖特作为著名“柳树实验”， 首创植物生理学的研究。 (5)：荷兰学者英根豪茨则发现了植物的光合作用。 (6)：1665年英国学者胡克用自制的显微镜发现了植 物细胞，荷兰的列文虎克则用显微镜发现了细菌等 微生物。 (7)：英国的哈尔斯在1727年出版了《植物静力学》， 在1733年出版了《动物静力学》，将力学实验法 引入了动、植物研究。 (8)：瑞典生物学生物分类学基础。
和具体功能方面有着差别，但有共同的基本 构造，按照共同的规律发育，有共同的生命 过程；细胞不是一成不变的，而是有自己的 生长和发育过程。
B：生物进化论的创立 1859年，英国生物学家达尔文在其巨著《物 种起源》一书中系统地提出了以生存斗争、 自然选择、遗传和变异为内容的生物进化理 论。 C：遗传学定律的发现 1886年，奥地利生物学家孟德尔发表了《植 物杂交的试验》一文，阐述了生物遗传与变 异的3条基本定律：
• 显性定律： 具有相对性状的纯质亲本杂交时，由于某个 性状对其它相对性状的显性作用，子一代所 有个体都表现为这一性状。例：红花豌豆与 白花豌豆杂交，子一代都是红花，红花对白 花是显性。 • 分离定律： 指杂交种子一代中成对因子（一显一隐）在 形成配子时，彼此分离，相互不发生影响， 其子二代表现性状分离。根据分离定律，子 二代出现的红花和白花植株构成3：1比例。
一、生命的基本特征及其本质 1、生命的基本特征 A：具有生长、发育、繁殖、衰老、 死亡的特征。
B：具有新陈代谢的特征： 新陈代谢：生物体与外界环境不 断进行物质、能量交换的过程。包 括同化作用和异化作用。 同化作用：是指外来的非原生质的 化学物质在细胞里转化为原生质成 分的化学物质的过程。
生物物理学 第4章
神经递质的合成、释放和失活
• 细胞中有否存在合成神经递质的酶系和原料是确定某种物质 是否为神经递质的条件之一。
• 乙酰胆碱是由胆碱和乙酰辅酶A在胆碱乙酰移位酶(胆碱乙酰 化酶)的催化下合成的。因该酶存在于胞质中，故乙酰胆碱在 胞质中合成，然后由突触小泡摄取并储存在小泡中，在适当 时候释放。 • 去甲肾上腺素的合成以酪氨酸为原料，先在酪氨酸羟化酶的 催化作用下合成多巴，再在多巴脱羧酶(氨基酸脱羧酶)的作 用下合成多巴胺(儿茶酚乙胺)，多巴胺被摄人小泡，在小泡 中由多巴胺p羟化酶催化进一步合成去甲肾上腺素，并储存 于小泡内。 • 由于没有合成肾上腺素的酶系列，故肾上腺素不是神经递质。
运 动 神 经 元 模 式 图
• 信息流向是从树突→胞体→轴突。
神经元按照生理机能可分为三类
• 感觉神经元：直接与感受器联系，把信息由外周传向中枢， 如脑和脊髓的神经节细胞。 • 运动神经元：直接与效应器联系，把冲动由中枢传向效应 器，如分布在中枢神经系统及植物性神经节内的多极神经 元。 • 中间神经元：接受其他神经传来的冲动后，再将冲动传给 另一神经元，起到联络作用。
氨基酸类
• (1)谷氨酸。谷氨酸(glutamicacid，Glu)广泛地分布在 脑和脊髓中，是中枢神经系统中重要的兴奋性神经递 质。它也存在于海马等结构中。目前的研究表明，谷 氨酸是重要的和学习、记忆有关的神经递质。
• (2) -氨基丁酸。-氨基丁酸(-aminobutylieacid， GABA)是大脑皮层的部分神经 • (3)甘氨酸。甘氨酸(glycine，Gly)是一种抑制性神经 递质，它是脊髓前角的闰绍氏细胞的神经递质。
运 动 神 经 元 模 式 图
神经元的结构
• • 轴突是神经元动作电位起源的区域。 轴突分支少，但较长(最长可超过lm)。
生物物理学
生物物理学生物物理学是一门研究生命现象和生命体系中的物理规律的学科，它是生物学和物理学的交叉学科之一。
生物物理学将物理学的理论和方法应用于生命科学领域，以解释和解析生命现象的产生、发展和功能机制。
本文将从生物物理学的起源和发展、研究方法和技术以及典型研究领域等方面进行阐述。
一、生物物理学的起源和发展生物物理学的概念最早出现于19世纪，当时科学家们开始将物理学方法应用于解释生物学现象。
生物物理学的发展受到生物学和物理学两个学科的推动。
随着物理学的进一步发展，生物物理学在20世纪取得了突飞猛进的进展。
生物物理学的起源可以追溯到晶体学的研究。
晶体学研究表明，生物分子的结构与其功能密切相关。
这一发现为生物物理学奠定了基础。
此后，X射线衍射、核磁共振等现代技术的发展，使科学家们能够更深入地研究生物体内分子的结构和功能。
二、生物物理学的研究方法和技术生物物理学依赖于物理学的理论和实验方法，同时也引入了生物学的一些概念和实验技术。
其中，以下是生物物理学中常用的研究方法和技术：1. 光学方法：包括荧光显微术、共聚焦显微术等，用于观察生物分子的动态过程和互作关系。
2. 数学建模：通过建立数学模型，可以预测和解释生物体系的行为和属性，例如，神经网络模型和传导模型等。
3. 分子生物物理学：用于研究生物大分子的结构、功能和相互作用，包括核磁共振、X射线晶体学等。
4. 生物力学：研究生物体系中的运动和力学性质，如细胞的机械特性和蛋白质的力学稳定性等。
5. 生物电学：研究生物体系中的电信号传导和生物电特性，如神经传导和心脏电生理学等。
三、生物物理学的研究领域生物物理学的研究领域非常广泛，涉及生命体系的各个层次和方面。
以下是生物物理学的几个典型研究领域：1. 生物分子结构和功能：研究生物分子的结构、功能和相互作用，揭示生物体系的基本规律。
2. 细胞力学：研究细胞的机械性质和力学行为，包括细胞的形变和移动等。
3. 生物电学：研究生物体系的电信号传导和生物电现象，揭示神经和心脏等生物体系的电生理学特性。
《生物物理学》自学指导书.doc
《生物物理学》自学指导书一、课程编码及适用专业课程编码：1010引211总学时：108面授学时：36口学学时：72适用专业：生物类本科各专业（函授本科）二、课程性质、地位和作用《生物物理学》是生物类函授本科专业的专业课，是培养生命科学专业人才的需要。
牛物物理学属于牛物学和物理学的交叉学科，近一个吐纪以来，许多生物学的里程碑性的发现，均山于这种学科交叉而取得成果。
通过本课程的学习，可以使学生了解和掌握必要的生物物理学方面的基木知识，将物理科学与生命科学相结合，拓宽学生的知识面，为今后继续深造和投身工作打下基础。
三、内容提要与指导绪论（一）本章内容牛物物理学定义，牛物物理学的发展史，牛物物理学的研究内容及其分支领域，我国生物物理学的发展与现状。
（二）本章重点生物物理学定义，生物物理学的发展史，生物物理学的研究内容及其分支领域。
（三）本章考点1.生物物理学的概念2.生物物理学的研究内容及其分支领域。
第一章分子生物物理学（一）本章内容分子牛物物理学的物理基础，蛋白质分子的结构基础，核酸分子的结构基础，测定生物人分子结构的物理方法，蛋白质的折叠与蛋白质工程，核酸与蛋白质的相互作用。
（二）本章重点蛋白质分子和核酸分子的结构与功能，测定生物大分子结构的物理方法，蛋H质的折叠，蛋白质工程研究的主要内容。
（三）本章难点生物人分子一级结构与髙级的关系，测定生物人分子结构的物理方法的原理，蛋白质折叠的热力学制约和动力学的驱动和控制，蛋口质工程中的定位突变技术。
（四）本章考点蛋口质分子和核酸分子的结构基础，蛋口质一级结构的比较研究，一级结构与高级的关系，测定生物大分子结构的物理方法，蛋白质的折叠密码，蛋白质工程研究的主要内容。
（五）学习指导分子生物物理的一个重要命题是蛋白质的一级结构决定其高级结构，涉及热力学、动力学、和互助蛋白的作用等基础理论问题。
一个蛋白质的多肽链在生物体正常的温度和pH条件下，只有一种或很少儿种构象。
生物物理学
生物物理学一生物物理学的定义生物物理学（Biological Physics）是物理学与生物学相结合的一门交叉学科，是生命科学的重要分支学科和领域之一。
生物物理学是应用物理学的概念和方法研究生物各层次结构与功能的关系、生命活动的物理、物理化学过程和物质在生命活动过程中表现的物理特性的生物学分支学科。
生物物理学旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的运动规律。
关于生物物理学属于生物学的分支还是物理学的分支，一些生物学家认为他们研究生命现象时只是引入了物理学的理论和方法，属于生物学的一个分支。
但有些物理学家认为，研究生命的物质运动，只是物理学研究对象由非生命物质扩展到生命物质。
应该属于物理学的分支。
不同研究领域的学者处于不同的角度，也就有了不同的定义二生物物理学的研究内容和现状(一) 生物物理学的研究内容生物物理学研究的内容十分广泛，涉及的问题则几乎包括生物学的所有基本问题。
由于生物物理学是一门正在成长着的边缘学科，其具体内容和发展方向也在不断变化和完善，它和一些关系特别密切的学科（生化、生理等）的界限也不是很明确。
现阶段，生物物理的研究领域主要有以下几个方面：1 分子生物物理。
分子生物物理是本学科中最基本、最重要的一个分支。
它运用物理学的基本理论与技术研究生物大分子、小分子及分子聚集体的结构、动力学，相互作用和其生物学性质在功能过程中的变化，目的在于从分子水平阐述生命的基本过程，进而通过修饰、重建和改造生物分子，为实践服务。
生物大分子及其复合物的空间结构与功能的关系是分子生物物理的核心问题。
自从50年代X射线衍射晶体分析法应用于核酸与蛋白质获得成功，奠定了分子生物学发展的基础，至今已有40余年历史。
在这段时期中，有关结构的研究大体上经历了3个主要阶段：①晶体结构的研究；②溶液中生物分子构象的研究；③分子动力学的研究。
分子构象随时间变化的动力学，分子问的特异相互作用，生物水的确切作用等是分子生物物理今后的重要课题。
生物物理学：1.第一章 生物物理学绪论
• 1944年的《医学物理》介绍生物物理内容 时，涉及面已相当广泛，包括听觉、色觉 、肌肉、神经、皮肤等的结构与功能（电 镜、荧光、X射线衍射、电、光电、电位、 温度调节等技术），并报道了应用电子回 旋加速器研究生物对象。
• 1943年E.薛定谔的讲演：“生命是什么”
• 用热力学和量子力学理论解释生命的本质引进了“ 负熵”概念，试图从一些新的途径来说明有机体的 物质结构、生命活动的维持和延续、生物的遗传 与变异等问题（见耗散结构和生物有序）。
2.生物物理学的学科意义
• 生物学
• 生物数学 生物物理学 生物化学 细胞生物 学 生理学 发育生物学
•
遗传学 放射生物学 分子生物学 生
物进化论 生态学 神经生物学
•
植物学 昆虫学 动物学 微生物学
病毒学 人类学 生物工程，心理学
• 在生物学方面被广泛认同甚至成为学科基础的主 要理论包括：达尔文提出的生物进化论；细胞学 说；孟德尔遗传学说；遗传密码和中心法则理论( 包括近年关于表观遗传和非编码RNA调控等重要 发展)；普列高津耗散结构理论（将生命看作自组 织化系统的理论）等。
• 细胞利用环境中饱和和不饱和脂肪酸与温度有关 。在15～20℃时利用油酸，而在20～25℃时则主 要利用亚油酸，从而提供了不同温度条件下控制 作物能量转换途径来提高作物的营养价值。70年 代末全球耗地为1.5×109公顷土地，其中盐碱地 占4×108公顷。能否利用某些好盐菌来改良土壤 ，尤其是具有视紫红质的好盐菌，借助它能将光
子样品。有时一种技术的出现将使生物物理问题的研究大 大改观。如 X射线衍射技术导致了分子生物物理学的出现 。因此虽然技术本身并不一定就代表生物物理，但它对生 物物理学的发展是非常关键的。
生物物理学PPT课件
研究细胞和组织的力学、电学和光学 等物理性质，以及它们在细胞分裂、 迁移和肿瘤生长等方面的作用。
生物物理学的重要性
促进生物学和物理学的发展
生物物理学的发展推动了生物学和物理学领域的理论和技术进步， 促进了两个学科的交叉融合。
医学与健康的应用
生物物理学在医学和健康领域有着广泛的应用，如医学影像技术、 放射治疗、药物研发和康复工程等。
02
它利用物理学的理论和方法来研 究生物系统的结构和功能，以及 生物分子之间的相互作用和能量 转换等。
生物物理学的研究领域
生物大分子结构与功能
研究生物大分子的结构和动力学性质， 以及它们在细胞代谢、信号转导和基 因表达等方面的功能。
细胞与组织的物理性质
生物系统的信息传递
研究生物系统中信息的传递和加工， 包括神经系统的电信号传递、视觉系 统的光信号转导和基因表达的调控机 制等。
信号转导途径
信号转导途径包括G蛋白偶联受体 介导的信号转导、酶联受体介导的 信号转导和离子通道受体介导的信 号转导等。
信号转导的调节
信号转导受到多种因素的调节，包 括磷酸化、去磷酸化、泛素化等。
细胞骨架与细胞运动
细胞骨架的组成
细胞骨架由微管、微丝和 中间纤维组成，对维持细 胞形态和结构具有重要作 用。
神经网络的信号传递
总结词
神经网络的信号传递是神经生物物理学的重要研究内容， 它涉及到突触传递、神经元之间的信息交流和神经网络的 整合作用等。
总结词
神经网络的信号传递对于神经系统的高效工作至关重要， 它涉及到学习、记忆、注意等多种认知过程。
详细描述
突触是神经元之间信息传递的关键结构，通过突触前膜释 放神经递质，与突触后膜上的受体结合，引发突触后电位 或动作电位，实现信息的传递。
人教版高三生物上册第四章关注生物资源的合理利用知识点
人教版高三生物上册第四章关注生物质源的合理利用知识点生物质源是自然资源的有机构成部分，是指生物圈中对人类拥有必定经济价值的动物、植物、微生物有机体以及由它们所构成的生物群落。
下边是人教版高三生物上册第四章关注生物质源的合理利用知识点。
1、生物质源：来自生物界(除人类 )的资源就是生物质源。
生物质源是拥有自我更新的能力，可是过分利用也会使生物质源没法更新，知道枯竭。
2、生物质源的特征：系统性、可重生性、地区性、周期性和有限性。
3、生物质源的损坏：(1)直接原由：生物生计环境的损坏和丧失、对生物质源的过度开发和利用、外来物种入侵、环境污染、天气变化等。
(2)根来源因：人口的增加，人类愈来愈多的占用其余生物的资源，不行防止地惹起生物质源的渐渐枯竭。
例：很多野生动物因拥有优良的皮毛、可食的肉以及药用价值而遭灭顶之灾。
人类工农业生产、生活排放出大批的有毒、有害物质，也是造成生物质源被损坏的原由。
总之，生物质源丧失是各样要素综合作用的结果。
4、生物质源的保护：就地保护和迁地保护。
(1)就地保护的详细形式就是成立自然保护区。
(2)迁地保护是指将濒危动植物迁徙到人工环境中或易地实施保护。
5、生物质源的可连续利用：植树造林;防备滥垦、滥牧，并依据各种草场的产量，确立载畜量和放牧强度，合理补播、施肥以及成立人工草场等。
对大海资源可连续利用的有效措施是推行休渔制。
知识拓展：生物质源的价值：生物质源是指对人类有直接、间接和潜伏用途的生物。
生物质源属于可更新资源,高中物理，拥有必定的可更新速率。
在合理的开发利用下，能够为人类络绎不绝地供给生产、生活所需的物质和能量。
1、直接价值：人类的食品几乎完整取自生物质源;生物质源与人类医疗保健息息有关;生物质源为人类供给了多种多样的工业原料 ;生物质源还拥有难以用金钱估计的旅行赏析和科学文化价值。
2、间接价值：发育优秀的植被能够减少降水对土壤的直接冲击，保持水土，减少土壤侵害，并能减少塌方、泥石流、滑坡等自然灾祸的发生，并且对天气有优秀的调理作用。
初二生物上册第四章知识点梳理总结
初二生物上册第四章知识点梳理总结初二生物上册第四章知识点梳理总结生物学是自然科学中的基础学科之一，是研究生命现象及其活动基本规律的科学。
初二生物上册第四章的知识你学会了吗?下面是小编为大家整理的关于初二生物上册第四章知识点梳理，欢迎大家来阅读。
初二上学期生物第四章全部知识梳理第四章分布广泛的细菌和真菌细菌和真菌1.菌落：一个细菌或真菌繁殖后形成的肉眼可见的集合体，叫菌落。
细菌菌落特点：较小，表面光滑粘稠或粗糙干燥，白色;真菌菌落特点：较大，呈绒毛状、絮状蛛网状，有红、绿、黄、褐、黑等颜色2.培养细菌真菌的方法：①配制培养基②高温灭菌③接种④恒温培养3.培养基：含营养物质的有机物4.细菌和真菌的生存也需一定的条件：水分、适宜的温度、有机物(营养物质)、一定的生存空间等。
另外，有些需氧，而有些则厌氧(即有氧时生命活动受抑制)。
除少数细菌外，都不能自己合成有机物，只能利用现成的有机物作为营养(即营养方式为异养)5.科学家在深海的火山口等极特殊的环境中，发现了古细菌。
古细菌的存在说明：①古细菌适应环境的能力非常强②细菌的分布很广泛。
6.炎热的夏季，食物容易腐败，得胃肠炎的人很多，原因是：炎热的夏季，空气湿度大，温度高，适于细菌、真菌的繁殖和生长，食物保存不当或时间过长，就会因被细菌、真菌污染而变质，人们吃了变质的食品就会的胃肠炎。
7.洗净晾干的衣服不会长霉，而脏衣服脏鞋就容易长霉，原因是：洗净晾干的衣服清洁干燥、缺乏营养物质，不适合真菌的繁殖，所以洗净晾干的衣服不易长霉;反之，脏衣服给真菌提供了适宜的生长环境，因此脏衣服容易发霉。
8.制作泡菜时加盖后用水封口，其目的是不让空气进入坛内，而保持坛内缺氧环境，因为乳酸菌只有在缺氧或无氧环境下才能把蔬菜中的有机物分解为乳酸。
9.17世纪后叶，荷兰人列文·虎克发明显微镜并发现细菌;而19世纪，“微生物学之父”巴斯德利用鹅颈瓶实验证明细菌不是自然发生的，而是原已存在的细菌产生的10.细菌很小，10亿个细菌堆积起来只有一颗小米粒大，单细胞。
生物物理学导论-06
1. 离子键和共价键
对极性分子, 例如NaCl蒸汽分子，可以把键 描述为一个正离子和一个负离子之间的静 电吸引。 解释象CH4这样的非极性分子就稍微复杂一 些。 对这两种类型的分子来说，化合价(每一个 原子所能结合的原子数)经常是一样的。例 如，在极性化合物K2O中, 氧和两个钾原子 结合，而在非极性化合物(C2H5)2O中, 氧和 两个乙烯基结合。
NaCl蒸汽的分子里 Na+和Cl- 之间的离子 键就是一例。在结晶 的氯化钠中，由于在 这种稳定的排列中出 现的是Na+和Cl-离子 的三维晶体结构，所 以不能说NaCl分子。 当两种离子之间的库 仑吸引力被它们的原 子核之间的排斥力平 衡的时候，势能曲线 出现最小值。
能量单位与换算
甲酸的二聚体
甲酸的二聚体(v)就是氢键的结果。在生物学中 支配蛋白质和核酸的三级结构的主要是氢键。
在DNA的结构里，已经看到它们是如何帮助复 制、转录和翻译等过程的。
4.3 强相互作用
分子是原子之间通过强相互作用或键结 合起来的。这些作用支配着生物大分子 的一级结构。 强相互作用的结合能大大超过了热能。
施于象原子或分子这样的小物体上的力是不 能直接测量的，但是我们可以测量能量。 例如，通过测量使键断裂所需的能量来计量 两个原于结合在一起的能量。 如果两个原子相互吸引，那么它们的相互作 用就代表着一定数量的势能，当原子与原子 互相接近到吸引力与排斥力相平衡的距离时， 这个势能达到最小值。
原子轨道的线性组合 MO C1A 1s C2B 1s
由于这个分子是完全对称的，所以C1必然等于 ±C2，因此我们得到两个可能的分子轨道(MO)：
生物物理学导论-07
2 激发能传递
共振传递是发生在量子力学水平上的分子相互 作用。激发是整个集合体的性质。描写该系统 的波函数是薛定锷方程的解：
H j E j j
式中哈密顿作用量有描述分子间相互作用的项。 只有当我们作某些简化时才可能有解，例如， 忽略分子间电子轨道的贡献或者只考虑辐射性 相互作用的电偶极子部分。
3 分子的激发模型
M. Kasha等建立了分子的激发模型，描述多聚体 内的快传递，忽略振动的相互作用。在这个模型 中，多聚体激发态的波函数是该多聚体内所有可 能的定域状态的线性组合，导致单值能级的劈裂， 分裂数等于偶联的单体的数目。 如，考虑一个单体A1和A2组成的二聚体；非定域 处理涉及一个基态(A1 · 2)和一个劈裂为两个能级 A 的激发态(A1 · 2)*。对两个定域状态(A1*+ A2)和 A (A1+ A2 *)来说， 波函数是Ψ1 * · 2和Ψ1 · 2 * ，它 Ψ Ψ 们的线性组合得到：
1 线光谱和带光谱
当量子态的能级确定和分立的时，吸收和发射谱 显示出清晰和强化的谱线或窄谱带。 在分子中存在着大量的不同能量的量子态的分裂 现象。结合在一起的原子的电子可以彼此之间， 以及与一个以上的原子核发生作用，结果使原来 的能级劈裂成大量的亚能级。 原子核彼此之间的相对运动、振动和转动对量子 态的分裂有影响。 非常大的不同能量的跃迁几率，使线光谱变成带 光谱。
d
1
max
0
3 10 9 2 max
式中ν是波数，单位：cm-1, Δν谱带的半宽度，α吸 收峰处的值。
吸收系数
吸收系数是由光密度用定义的克分子消 光系数：
生物物理学的基础知识
生物物理学的基础知识生物物理学是一门研究生物体与物理之间关系的学科，它探讨了生命现象及其机制。
这个学科可以分为两个层面：分子层面和细胞层面。
在分子层面，生物物理学主要探讨生物分子的结构和功能；在细胞层面，生物物理学则研究生物细胞的物理性质和功能。
本文将介绍生物物理学的基础知识，主要涉及细胞膜、蛋白质、DNA等方面的内容。
细胞膜细胞膜是包裹细胞的一层薄膜,它分离了细胞内部和外部环境。
细胞膜由磷脂双层和一些膜蛋白组成。
磷脂双层由两层互相平行的磷脂分子构成，它们的疏水性使得它们会自然排列成一个双层。
膜蛋白则嵌入在磷脂双层中，它们负责控制物质的运输和信号转导。
细胞膜的疏水性使得它不容易让溶剂通过，这就形成了一个物理屏障。
细胞如何通过屏障来实现物质运输呢？这就要依靠膜蛋白了。
膜蛋白可以在膜上形成通道，从而让水分子和离子等物质通过。
这个过程叫做扩散，它遵循着浓度梯度方向，从高浓度到低浓度。
膜蛋白还可以通过被激活来完成特定的任务，比如把一些离子从细胞内部转运到细胞外部。
这个过程叫做转运，它可以用来维持细胞内外环境的平衡，同时也是许多药物的靶点。
蛋白质蛋白质是细胞中最重要的分子之一。
它们构成了细胞内的骨架、肌肉、酶和激素等重要组分。
这些蛋白质均由氨基酸构成，有些重要的氨基酸如Lys、Asp和Arg等具有荷电性，会在蛋白质的折叠过程中决定蛋白质的形态和性质。
蛋白质的折叠是生物物理学中一个重要的研究领域。
蛋白质的折叠决定它们的功能,如果蛋白质折叠不正确，它们的功能也会受到影响,比如引起肌肉无力、多发性硬化和帕金森氏症等疾病。
DNADNA是细胞遗传的基础。
DNA由四种碱基、糖和磷酸组成，可以形成双螺旋结构。
基因是DNA中编码蛋白质的单位。
这些基因以一定的顺序排列到染色体中，组成个人的基因组。
DNA的空间结构也是生物物理学中一个重要的研究领域。
DNA在细胞内缠绕起来形成染色体。
染色体的组合方式是非常有序的，不同的染色体在细胞周期不同的阶段有不同的状态，这些状态的变化是由很多基因共同控制的。
高三生物物理知识点总结
高三生物物理知识点总结高三生物物理是高中阶段生物学和物理学的交叉学科。
它既涉及到生物学的一些基本概念和原理，又涉及到物理学的一些基本理论和方法。
下面，我将对高三生物物理的一些知识点进行总结和解读，希望对学生们的学习有所帮助。
一、生物学知识点1. 生物细胞学生物学的基本单位是细胞。
细胞是生命的基本单位，是生物体内进行生命活动的基本结构。
细胞结构包括细胞膜、细胞核、细胞质等。
同时，细胞内还含有各种细胞器。
细胞的结构和功能对生物体的生存和发展起着关键作用。
2. 生物遗传学生物的遗传是指父母生物通过生殖细胞传递给子代生物的遗传物质。
生物的遗传物质主要是DNA。
DNA是生物体内负责存储遗传信息的分子，它携带着生物的基因信息，决定了生物的遗传特征。
3. 生物生理学生物的生理活动是指生物体内各种生理过程的总和。
其中包括新陈代谢、呼吸、消化、循环、神经、内分泌等一系列生理活动。
这些生理活动是生物体维持正常生命活动的基础，也是生物学知识中重要的内容。
4. 生物进化学生物的进化是指生物体随着时间的推移逐渐发生变化和演化的过程。
生物的进化涉及到遗传变异、适应环境、自然选择等多个因素。
生物的进化原理对于解释生物多样性、种群变化以及生物形态结构等方面有重要意义。
5. 生态学生物的生态是指生物与环境之间的相互关系。
生态学是研究生物与环境之间相互作用的学科。
它包括生物的种群数量、分布、相互关系、物种多样性、生态系统的结构和功能等内容。
二、物理学知识点1. 力学力学是物理学的一个分支，主要研究物体的运动规律和受力情况。
其中包括牛顿三定律、运动学、动力学、能量守恒定律等内容。
力学是物理学中的基础课程，对于理解物体的运动行为和受力情况有重要意义。
2. 热学热学是研究热现象的物理学分支。
其中包括热力学、热传导、热辐射、热力学定律等内容。
热学是物理学中的重要分支，对于理解物体的热现象和能量转换有着重要意义。
3. 光学光学是物理学的一个分支，主要研究光的形成、传播和作用规律。
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（7）脂类过氧化作用
自由基链锁反应的最好例子是脂类过氧化作用。 生物膜中含有多种不饱和脂肪酸。如细胞膜、线 粒体膜、溶酶体膜和内质网膜等，它们均含有种类繁 多的不饱和脂肪酸，其特点是：当有自由基和氧存在 时，就发生氧化变质，经常伴有一股难闻的酸败气味， 并且使得食物不可口。这是食品过期变质的原理。
H2O _______紫 外 线 _______H· + OH· 羟自由基可与机体内的有机物发生一系列的氧化 还原反应，导致机体损伤，突变，甚至死亡。这就 是紫外线杀菌的原理。
(4）氧化还原反应
氧化还原反应过程中产生的电子转移也可形成自由 基。
机体的生命活动离不开能量，这种能量主要由 营养物质来提供，生物体可将营养物氧化还原而自 控地提供能量，这一过程产生了大量的电子，但是 ，电子可通过生物体的电子传递链有序地传递而产 生少量的自由基中间产物，从而避免了大量的自由 基对机体本身的伤害。
（6）链锁反应
有时，一个自由基的反应产物成为另一个自由基反 应的底物，从而引起一系列的自由基链式反应，称为 自由基的链锁反应。自由基链式反应包括三个阶段， 即引发、增长和终止阶段。其过程如下：
A-A _______ 2A·
（引发）
A· + B-C ______ A-B + C·
C· + A-A ______ A-C + A· （扩展）
(2).单分子自由基反应 不稳定的自由基分子本身发生的碎裂和重 排反应.
（2）夺氢反应
这是非常普遍的自由基反应，也是自由基致衰老 的主要原因。
R·+ A-H _________R-H + A·
夺氢反应在自由基清除剂的反应中也很重要，如 硫醇类有机物（大蒜、姜、葱等具有辛辣味的蔬菜中 富有）含有-SH基团，在溶液中可与自由基发生包括 夺氢反应在内的一系列反应：
天然存在的自由基一般都是有用的自由基（如氧原子）， 或者是半衰期比较短的自由基（如氯原子）。但是，由 于某些分子，尤其是共价结合的有机分子吸收外部能量 而产生均裂时，所形成的自由基是非常有害的。 共价分子发生均裂而形成自由基的机制有：热解、光解 和氧化还原反应。
Ⅱ、光解
Cl 487.5nm
2
Cl.
脂类过氧化作用对于理解自由基对细胞的损伤也是 重要的。
2 自由基性质
• 顺磁(性)物质的主要特点是原子或分子中含有没有完全抵消的电 子磁矩，因而具有原子或分子磁矩
• 顺磁性：凡有未成对电子的分子，在外加磁场中磁化引起的附加 磁矩的方向总是和外磁场相同 。
I 激起外磁场的电流 I分 分子电流 I ´ 由转向排列引起的束 缚电流
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自由基的性质
• 顺磁性 • 不同吸收光谱 • 活波的化学活性 • 自由基的稳定性
R·+ X-SH _________R-H + X-S·
2X-S· __________ X-S-S-X 由此可见，硫醇类有机物在生物系统中是一种有 效的自由基清除剂。
（3）耗氧反应
R· + O2 ________RO2· RO2· + A-H ________R-OOH + A·
这个反应是自由基使机体产生老年斑的主要原 因。碘、硫和醌类可代替氧发生这个反应。
从总体来说，反应起始时，引发阶段占主导地位， 反应体系中的新生自由基形成许多链的开端，反应底 物的浓度也很高。这时，反应体系中以扩展阶段为主 体，如果起始时有n个引发自由基，那么在扩展阶段 中就有n条反应链。当反应到一定阶段后，体系中的 非自由基底物越来越少，自由基本身相互碰撞的机会 也越来越多，于是终止阶段也就到来：
第四章 自由基生物学
4.1 自由基
单独存在的具有一个或几个不配对电子的分 子或原子称为自由基（free radical），用 R·表示，即在分子式的右上角加一个黑点作 为自由基的特征标记，以表示存在着不配 对电子。
OH．等都是自由基。 1900年，Gomberg 三苯甲基自由基
• 自由基（free radical）概念： 外层轨道上具有单个不配对电子的 原子、原子团和分子的总称。
（4）歧化反应
有时一个自由基可从另一个自由基的β碳上夺取 一个质子，变成安定的化合物，另一个自由基则变 成不饱和化合物，其结果与复合作用一样，使自由 基消灭，以终止自由基反应，例如：
2CH3-CH2· 岐 化 酶
CH2= CH2 + CH3-CH3
（5）加成反应
X-C= C-X＇+ R ·_________X-C- C-X＇ R
易光解的化合物：P190。
Ⅲ、辐射分解（如P173，水的辐射分解）
Ⅳ、氧化还原反应：
Mn+ +R1-O-O-R2
M（n+1）+ +R1O.+R2O-
Ⅴ、加入自由基引发剂
河北工业大学 生物物理学
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(1)热解
很多化合物，特别是含有弱键的有机化合物可 以发生热均裂反应，生成活泼的自由基。典型的例 子是热锅炒菜时，脂肪、蛋白质和糖类等有机营养 物发生的热均裂反应；抽烟时，烟草的不完全燃烧 也产生大量的自由基。
3.自由基的化学反应
（1）湮灭反应(自由基-自由基反应)
两个自由基可发生自我湮灭反应（self-annihilation ）（又称复合反应或复合作用）：
R· + R· _______________R-R 但在正离子基和负离子基之间未见到这种反应，因 为电荷相同时，二者由于静电相斥而发生排斥作用。
热解 (CH3CH2)4Pb
4CH3CH2. + Pb
. CH3CH2 +Cl2
CH3CH2Cl + Cl.
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（3）辐射分解
高能光子（如X 射线）、高能电子流等。 水的辐射分解:
辐射 H2O __________
H· + OH·
(2)光解
可见光、紫外线都可提供使共价键裂解的能量而 形成自由基。如紫外线照射可使水发生均裂而生成 羟自由基（OH．）:
•
自由基结构：
平面型:
角锥型:
3
.
CH3
.C
O
N+
.
三苯甲基自由基
O-
半醌自由基H3C源自. H + OHH3C
N+
-O 自旋捕捉剂
DMPO
N CH3
H3C
H
H3C
.N OH
O
氮氧自由基
1.自由基的产生
一般而言，自由基是通过共价键的均裂而产生的， A-B_________A·+ B ·
但也可通过电子俘获而产生。 R + e- ———— R·