【文章內(nèi)容簡介】 是右手螺 旋。 46 α 螺旋的四種表示方法 47 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 纖維狀蛋白質(zhì) 一般只有一類二級結(jié)構(gòu)構(gòu)象單元，而 球狀蛋白質(zhì) 可能在同一分子內(nèi)有幾類二級結(jié)構(gòu)構(gòu)象單元。 蛋白質(zhì)的 三級結(jié)構(gòu)（ tertiary structuer）是指蛋白質(zhì)（主要指球狀蛋白）分子在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步卷曲、折疊而構(gòu)成的一種不規(guī)則的、特定的、更復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。 無規(guī)卷曲 α 螺旋 β 折迭 β 轉(zhuǎn)角 48 2．核酸 核酸 因首先發(fā)現(xiàn)于細(xì)胞核并且具有酸性而得名。核酸是信息分子，擔(dān)負(fù)著遺傳信息的儲存、傳遞及功能表達(dá)。核酸分為 脫氧核糖核酸 (DNA)和 核糖核酸 (RNA)兩類。 DNA主要集中在細(xì)胞核內(nèi)， RNA主要分布在細(xì)胞質(zhì)中。它們由 磷酸 、 脫氧核糖 或核糖 、 有機堿 組成，如 表 2. 4所示 。 A， G， C， T， U分別為腺嘌呤（ Adenine），鳥嘌呤（ Guanine），胞嘧啶（ Cytosine），胸腺嘧啶（ Thymine）和尿嘧啶（ Uracil）的英文第一個字母。DNA 和 RNA 之間主要是戊醛糖和嘧啶堿有區(qū)別。 49 核酸 組成 DNA RNA 酸 H3PO4 H3PO4 戊醛糖 含 氮 有 機 堿 嘌 呤 堿 嘧 啶 堿 NNNNOH 2 NNNNNN H 2HHH腺嘌呤 (A) 鳥嘌呤 (G) 腺嘌呤 (A) 鳥嘌呤 (G) NNNNOH 2 NNNNNN H 2HHHCH 3HHHNNOONNN H 2ONNN H 2ONNOOHHH胞嘧啶 (C) 胸腺嘧啶 (T) 胞嘧啶 (C) 尿嘧啶 (U) O OHOHHOH 2CΒD2脫氧核糖 HOH2C O OHOH OHΒD核糖 DNA和 RNA的組成單元 50 在 DNA 分子中存在 4 種 脫氧核糖核苷 ，其結(jié)構(gòu)如下 ： HNNNNN H 2NNNNOH 2 NOO HHOH 2 CHOH2 COO HOO HHOH 2 COO HHOH 2 CCH 3H NNOONNN H 2O (脫氧胞苷 ) (脫氧胸苷 ) (脫氧腺苷 ) (脫氧鳥苷 ) 胞嘧啶脫氧核苷 胸腺嘧啶脫氧核苷 腺嘌呤脫氧核苷 鳥嘌呤脫氧核苷 51 蛋白質(zhì) 逆轉(zhuǎn)錄 (酶 ) 轉(zhuǎn)錄 (酶 ) RNA(酶 ) 復(fù)制 DNA(酶 ) 復(fù)制 翻譯 (酶 ) 圖 26 ―中心法則” 示意圖 核酸是遺傳信息的攜帶者與傳遞者。生物體的遺傳信息以特定的核苷酸排列順序，似密碼的形式排列在 DNA 分子上，并通過 DNA 的復(fù)制由親代傳遞給子代。在后代的生長發(fā)育過程中，遺傳信息自 DNA 轉(zhuǎn)錄給 RNA，然后翻譯成特異的蛋白質(zhì)，以執(zhí)行各種生命功能。這就是所謂的遺傳信息傳遞的中心法則， 中心法則 52 基因 是一個特定的 DNA 片段，通常有 1 000 ~ 5 000 個堿基對，一個 DNA 分子可以含有多達(dá)上萬個基因，人體的 46條染色體大約含 100萬個基因。人類基因組計劃的核心就是要測定人類基因組的全部 DNA 序列，從而獲得人類全面認(rèn)識自我的最重要的生物信息。 基因 53 基因芯片的檢測速度之所以這么快，主要是因為基因芯片上有成千上萬個微凝膠，可進(jìn)行并行檢測；同時，由于微凝膠是三維立體的，它相當(dāng)于提供了一個三維檢測平臺，能固定住蛋白質(zhì)和 DNA 并進(jìn)行分析。 內(nèi)嵌基因芯片的 基因檢測裝臵 基因芯片，又稱 DNA 芯片，與計算機芯片非常相似，只是高度集成的不是半導(dǎo)體管，而是成千上萬的網(wǎng)格狀密集排列的基因探針。每個基因探針包含著由若干個核苷酸組成的 DNA 片段。目前已經(jīng)可以在一枚郵票大小的基因芯片上布滿 40 ~ 100 萬種基因探針，根據(jù)堿基互補配對原則捕捉相應(yīng)的 DNA，從而對遺傳物質(zhì)進(jìn)行分子檢測。這是一種革命性的新方法、新工具。 基因芯片 54 基因工程 從狹義上理解就是指 DNA 重組技術(shù)，即提取或合成不同生物的遺傳物質(zhì) (DNA)，在體外切割、拼接和重新組合，然后通過載體將重組的 DNA分子引入受體細(xì)胞，使重組 DNA在受體細(xì)胞中得以復(fù)制與表達(dá)。 基因工程的直接目的 就是改造生物。 例如 ，作為人類主要食物的谷類作物含有大量糖類，而人體所必需的蛋白質(zhì)、氨基酸與維生素的含量卻很少。有些微生物可以產(chǎn)生這些物質(zhì)，用大規(guī)模發(fā)酵的方法培養(yǎng)微生物，進(jìn)而提取這些物質(zhì)，就可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。 采用 DNA 重組及細(xì)胞融合等技術(shù)改造了蘇氨酸、色氨酸、賴氨酸等氨基酸的生產(chǎn)菌，與原始菌株相比，氨基酸的含量提高了幾十倍，且生產(chǎn)成本下降。 基因工程 55 3．糖類 糖類 是自然界中分布最廣的一大類有機化合物，主要由 C， H 和 O 三種元素組成，大多具有通式 Cn(H2O)n，故又稱碳水化合物。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，糖類物質(zhì)是含多羥基的醛或酮及其衍生物。這類物質(zhì)是生物體基本營養(yǎng)物質(zhì)的重要成分。糖類物質(zhì)由植物光合作用合成， n H2O + n CO2 Cn(H2O)n + n O2 光 葉綠素 糖類通過生物氧化為自身提供能量，以滿足生命活動的能量需要。如葡萄糖的氧化反應(yīng)： C6H12O6 ＋ 6 O2 → 6 H 2O ＋ 6 CO2 56 糖類常分三類： (1)單糖 (2)低聚糖或寡糖 (3)多糖， 糖的分類 由于纖維素、淀粉等碳水化合物徹底水解后都生成葡萄糖，所以把葡萄糖看做是這些天然高分子化合物的單體，并把葡萄糖、果糖等不再水解的較簡單化合物稱做單糖。依此類推，可將碳水化合物分成三類： 57 (1)單糖 HCHOOHOHHOHHOHHCH 2OHH OC H OHO HHO HHO HHC H 2 O HHC H OO HHH OO HHO HHC H 2O HH OC H OHHH OO HHO HHC H 2 O HHC H OO HO HHHH OO HHC H 2O HH OC H OHO HHHH OO HHC H 2 O HH OC H OHHH OHH OO HHC H 2 O HHC H OO HHH OHH OO HHC H 2O HD己 醛糖 的構(gòu)型 阿蘇糖 阿卓糖 葡萄糖 甘露糖 古羅糖 艾杜糖 半乳糖 塔羅糖 58 果糖單體 葡萄糖單體 (2)低聚糖或寡糖 OHH OHH OHOO HHHC H 2 O HHH O HH O HOC H 2 O HC H 2 O H蔗糖 (雙糖 ) C H 2 O HOHH OO HHO HHC H 2 O H果糖單體 Fischer Proiection 能水解成 2 ~ 10 個單糖。蔗糖、乳糖和麥芽糖都是二糖。 59 淀粉 是麥芽糖的高聚體，徹底水解后得到葡萄糖。淀粉是植物體中儲存的養(yǎng)分，主要存在于種子和塊莖中，是食物的重要組成部分。大米中含有淀粉 62 ~ 86%，麥子中含 57 ~ 75%，玉米中含 65 ~ 72%，馬鈴薯中含 12 ~ 14%。淀粉遇水可水解成為糊精的混合物。糊精可用作食品添加劑、膠水、漿糊，并用于藥品、紙張和紡織品的制造等。淀粉等加以改性可代替合成高分子，制成不污染環(huán)境的可降解塑料制品。 (3)多糖 能水解成 10個以上的單糖。如植物體內(nèi)的淀粉、纖維素，動物體內(nèi)的糖原、甲殼素等。多糖廣泛存在于自然界，是一類聚合度不同的天然高分子化合物。多糖沒有甜味，一般不溶于水。與生物體關(guān)系最密切的多糖是淀粉、糖原和纖維素。 60 糖原 又稱動物淀粉，是動物的能量儲存庫。糖原呈無定型無色粉末，較易溶于熱水形成膠體溶液。糖原在動物的肝臟和肌肉中含量最大。當(dāng)動物血液中葡萄糖含量較高時，就會結(jié)合成糖原儲存于肝臟中，當(dāng)葡萄糖含量降低時，糖原就分解成葡萄糖而供給機體能量。 糖原 61 纖維素 是自然界中最豐富的多糖。 棉花中纖維素含量為 97 ~ 99%， 木材中為 50%， 亞麻中為 80%， 玉米莖中為 30%。 由于纖維素分子間氫鍵的作用，使分子鏈平行排列、緊密結(jié)合，形成纖維束，每一束有 100~200條分子鏈。這些纖維束擰在一起形成繩狀結(jié)構(gòu)，具有良好的機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性。纖維素不僅不溶于水，甚至不溶于強酸或堿。人體中由于缺乏具有分解纖維素結(jié)構(gòu)所必需的酶，因此纖維素一般不能為人體所利用，不能成為人類的主要食品。纖維素是植物支撐組織的基礎(chǔ)，是植物細(xì)胞壁的主要成分；是制造人造絲、人造棉、玻璃紙、火棉膠等的主要原料；在制備復(fù)合材料中也有較多應(yīng)用。 纖維素 62 H OOHHH OHOO HHOHHH OHO HO HHHHO HO HH OOHHH OHO HO HHHO HH OOHHH OHHO HHO HH OH OOHHH OHHO HHOOHHH OHHO HHO HO HO Hα 式 β 式 淀粉 纖維 63 七，自由基 原子 分子 離子 自由基 64 2. 2 固體 1．了解晶體、非晶體概況，聯(lián)系實際理解各類晶體名稱、晶格結(jié)點上粒子及其作用力、熔點、硬度、延展性、導(dǎo)電性的不同。 2．了解耐高溫、易熔金屬實例及應(yīng)用，理解過渡元素、稀土元素及碘化物，氮化硼、硅酸鹽組成元素間的作用力及應(yīng)用。 3．理解非晶態(tài)高分子化合物的三種物理狀態(tài)及成因，理解玻璃化溫度、粘流化溫度的意義及應(yīng)用，了解 α—Si： H的應(yīng)用。 4．聯(lián)系活性炭、分子篩等實例，理解固體吸附劑的表面組成特點及功用。 5．了解固體廢棄物的產(chǎn)生、危害和資源化途徑。 學(xué) 習(xí) 要 求 65 固體 是我們把原子及其結(jié)合態(tài)微粒在一定溫度和壓力條件下進(jìn)行研究的一個系統(tǒng)，即固態(tài)系統(tǒng)。習(xí)慣上稱系統(tǒng)為體系，故有固體這個術(shù)語。固體中的原子及其結(jié)合態(tài)粒子在空間的排布，如果長程有序便稱為 晶體 ，如果短程無序就稱為 非晶體 。 晶體 非晶體 界晶體（準(zhǔn)晶體） 66 晶體 如 圖 27(a)， 具有較規(guī)則的幾何外形。若把原子及其結(jié)合態(tài)微?？闯蓭缀螌W(xué)上的結(jié)點，這些結(jié)點按一定規(guī)則排列所組成的幾何圖形叫作 晶格 或 點陣 ，如圖 27(b)。晶體三維點陣中存在一個能夠完全代表晶格特征的最小單元叫作 晶胞 ，如圖 27(c)表示的是 立方晶系的一個晶胞。 一、晶體 67 圖 27 晶格及晶胞 (a) (b) (c) 等徑圓球密堆積 晶格或點陣 晶胞 68 十二面體鉆石晶體 鉆石及其母巖 如果能用一個空間點陣圖形貫穿整個晶體，這個晶體又叫 單晶體 。如自然界存在的金剛石、人工制備的單晶硅、鍺等。 單晶體 69 當(dāng)?shù)貢r間 2022 年 10 月 7 日，在倫敦索思比拍賣行，一名工作人員在展示一顆大 D 色級 的鉆石，這枚鉆石將會在下月 20 日在日內(nèi)瓦進(jìn)行拍賣，預(yù)計起拍價會在 500 和 600 萬英磅 (800 萬 1 000 萬美元 ) 之間 人民網(wǎng) 2022年 10月 08日 天價鉆石 70 硅單晶 71 一般的固體材料不能用一個空間點陣圖形貫穿，它們稱為 多晶體 。 多晶體 72 1．離子晶體 離子晶體 的晶格結(jié)點上交替排列著正、負(fù)離子，靠離子鍵結(jié)合。 NaCl離子晶體如 圖 28所示。 離子晶體一般具有較高的熔點和較大的硬度，較脆。在熔融狀態(tài)或在水溶液中具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，但在固體狀態(tài)時離子限制在晶格的一定位臵上振動，所以幾乎不導(dǎo)電。 Na+ Cl 圖 28 NaCl 離子晶體 73 表 2. 5 KF、 NaF和 CaO晶體離子間作用力及其熔點變化規(guī)律 物