蛋白质的结构

1、蛋白质的结构： 蛋白质分子是由氨基酸首尾相连而成的共价多肽链，但是天然蛋白质分子并不是走向随机的松散多肽链。每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构或称三维结构，这种三维结构通常被称为蛋白质的构象，即蛋白质的结构。 一级结构：构成蛋白质的单元氨基酸通过肽键连接形成的线性序列，为多肽链。 一级结构稍有变化，就会影响蛋白质的功能。 二级结构：一级结构中部分肽链的弯曲或折叠产生二级结构。多肽链的某些部分氨基酸残基周期性的空间排列。现已报道的蛋白质中二级结构共有四种: -螺旋，-折叠，-转角，无规卷曲。 -螺旋:它是蛋白质当中最为常见的二级结构(图 1.2 (左)。它的每个螺旋周期有3.6个氨基酸残基，

2、其残基侧链伸向外侧，同一肽链上的每个残基的酰胺氢原子和位于它后面的第4个残基上的羰基氧原子之间形成氢键，并且与螺旋轴保持大致上的平行。此外，肽键上的酰胺氢和羰基氧既能形成内部氢键，也能与水分子形成外部氢键。-螺旋的稳定性很好，除甘氨酸及脯氨酸外的其他各种氨基酸通过肽键构成主链时都有形成-螺旋的倾向。 -折叠：它也是常见的蛋白质二级结构之一。与-螺旋不同，它呈片状(,肽链几乎完全伸展的，而非紧密卷曲。此外，-折叠中相邻两个氨基酸的轴向距离为3.5&A;，而不是-螺旋中的1.5&A。-折叠片中，相邻的两个多肽片段可能是彼此平行的，也可能是反平行的。在蛋白分子内部更多出现的是平行的-

3、折叠片；而反平行的-折叠片一段暴露于溶剂中，一段埋于蛋白内部，其氨基酸序列常为亲水和疏水的氨基酸交替排列。 -转角：它大多分布在球状蛋白质分子表面，以改变肽链。它是一个发夹式转折，其特点是在于多肽链中第n个残基的一CO基与第n+3个残基的-NH基形成氢键。因此，一个多肽链的走向可以得到很好的扭转。因此，-转角在球状蛋白质中是重要的二级结构，起到连接其他二级结构的作用。 无规卷曲：它是指没有确定规律性的但拥有紧密有序的稳定结构的肽链构象，主链间可形成氢键，主链与侧链之间也可以形成氢键。这些氢键共同维持了它结构上的稳定。无规卷曲大体上分为两种，即紧密环和连接条带。 卷曲所形成的二级结构称为-螺旋，

4、折叠所形成的二级结构称为折叠片。这两种二级结构的形成都是 由于距离一定的NH基团和C=O基团之间形成氢键的。 三级结构：在二级结构基础上进一步折叠成紧密的三维形式。三维形状一般都可以大致说是球状的或是纤维状的。 四级结构：由蛋白质亚基结构形成的多于一条多肽链的蛋白质分子的空间排列。 超二级结构：是指在多肽链内顺序上相互邻近的二级机构常常在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成规则的二级结构聚集体。万有引力与重力的关系地面附近的物体由于地球的吸引而受到重力作用，但是物体所受重力一般并不等于同与地球对物体的万有引力。地球对物体的万有引力产生两个效果：一是使物体随地球一起参与地球的自转，一是使物体落向地

5、面（或压在地面上），也就是说，万有引力可以分解为两个力，即维持物体随地球自转也就是绕地轴做匀速圆周运动所需的向心力以及重力，如图所示，图中F为纬度处某一物体所受地球之万有引力，F1使该物体随地球自转而沿纬圈做圆周运动所需向心力，G为物体所受重力mg。由图可知，重力的大小一般不等于万有引力F，方向一般也不并指向地球中心，只有两极和赤道处重力方向才指向地心。不同纬度处物体随地球自转做圆周运动的半径不同，所需向心力F1也随之变化，物体所受重力的大小也变化，即地面附近的重力加速度应随纬度变化。我们近似的将地球看成分层均匀的圆球体，来讨论重力加速度随纬度变化的规律。在这种条件下，地面上各处同一物体所受万

6、有引力F1相同，皆为F=，式中R为地球半径。F1 =,经计算F1的最大值（发生在=0处）约为万有引力的，因此mg与F的夹角很小， 可采用以下办法来计算重力mg。将图61中力的平行四边形放大为 图2，再F上截取一段等于mg，与代表mg的边构成一等腰三角形，其底角为。因此有Fmg=F1cos=m2Rcos2将F=代入，得g= -2Rcos2= -2R +2R sin2显然，在两极处重力加速度gp= ， 在赤道处重力加速度ge=-2R，亦即2R=gp-ge， 则在任意纬度处，重力加速度为g=ge+( gp-ge)sin2= ge(1+sin2)式中=为一常量，因此地面处的重力加速度随纬度之增加而增大

7、。实际上地球并非严格的球体，g随纬度变化的关系要比上式更复杂一些。 若不考虑地球自转的影响，则可认为地面上各处的重力加速度都等于两极处的重力加速度，即g。这一关系不仅可用于地球，也可用于求其他星体表面处的重力加速度。另外重力加速度还随离地面的高度而变化，易证离地h高处的重力加速度gh=，g是地面处的重力加速度，R是地球半径。实测的重力加速度与理论值得差异称重力异常。造成重力异常的原因通常是地球内部物体分布异常，也可能是因为大地水准面与所取得地球形状不符造成的。将实测重力加速度之硅算到达低水准面上之后与该点理论值的茶往往与地下物质及其密度分布不均匀有关，根据对地球表面异常分布的研究获得的有关地质

8、资料，可以解决探矿方面的问题。根据重力异常也可对古皇陵地宫进行探测。据报道，为确定秦始皇陵地宫位置的探测工作，除了使用了电力、磁法、雷达波等方法之外，也采用了重力探测法，探测人员将地面按10×10 分成各个小区域，用重力仪挨个区域对地层进行探测。据史记载：秦始皇陵墓地宫中“宫观白官奇器珍怪徒藏满之，以水银为白川江河大海，机相灌输。”其地下物质密度显然有别于地宫周围其他地方，其重力加速度之应与地宫周围其他地方不同，可作为判断地宫位置的一种依据。根据探测结果，秦始皇皇陵地宫位置目前已被判定。运动员在月球上究竟能跳多高？有些科普文章说，月球上的重力加速度约为地面上重力加速度的，亦即人在月球

9、上所受重力加速度在地球上所受重力加速度的，因此，运动员在月球表面能跳过的高度为地面上跳过高度的6倍，例如在地面上跳高成绩为2.35m的运动员，在月球上能跳过的高度应超过14m。这一论断是正确的吗？由于天文观察可测的月球的质量为 7.35×1022，即约为地球质量的，月球的直径为3473km，即地球平均直径的0.2723倍，据此，在不考虑月球自转影响条件下，可算出月面上重力加速度为g=1.62m/s2，确定为地面重力加速度的左右。但是这并不能是运动员的跳高成绩变为地球上的6倍。运动员的跳高成绩与起跳时获得的竖直方向的速度 有关，不考虑空气阻力，运动员重心所能上升的高度h2=。优秀运动员

10、跳跃横杆时，其重心与横杆等高（甚至有可能低于横杆），因此，跳高运动员能跳过的高度实际上是重心上升的高度h2和原重心高度h1之和。例如一跳高运动员若其身高为1.9m，其重心离地面高1.2m左右，当他跳跃2.35m横杆时，重心上升约1.15m。我们假设他在月球表面起跳时获得的数值速度Vy不变，则由于月面上重力加速度为地面，其重心上升高度h2将为地面的6倍，即约为6.9m，他在月面上的跳高成绩大约只有8.1m而不是14m。电离能   概述英语名称：Ionization Energy 介绍：基态的气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量称为元素的第一电离能。常用符号I表示。单

11、位为kJ·mol-1（SI单位为J· mol-1）。 处于基态的气态原子失去一个电子生成+1价的气态阳离子所需要的能量称为第一电离能（I1）。由+1价气态阳离子再失去一个电子形成+2价气态阳离子时所需能量称为元素的第二电离能（I2）。第三、四电离能依此类推，且一般地I1<I2<I3。由于原子失去电子必须消耗能量克服核对外层电子的引力，所以电离能总为正值。通常不特别说明，指的都是第一电离能。 电离能可以定量的比较气态原子失去电子的难易，电离能越大，原子越难失去电子，其金属性越弱；反之金属性越强。所以它可以比较元素的金属性强弱。影响电离能大小的因素是：有效核电荷、原

12、子半径、和原子的电子构型。 第一电离能的周期递变规律（1）同一周期主族元素从左到右作用到最外层电子上的有效核电荷逐渐增大，电离能呈增大趋势，表示元素原子越来越难失去电子。由碱金属元素，其电离能最小，到稀有气体由于具有稳定的电子层结构，其电离能最大。故同周期元素从强金属性逐渐变到非金属性，直至强非金属性。短周期的这种递变更为明显，因为同周期元素电子层数相同，但随着核电荷数增大和原子半径的减小，核对外层电子的有效吸引作用依次增强。 （2）同一周期副族元素从左至右，由于有效核电荷增加不多，原子半径减小缓慢，有电离能增加不如主族元素明显，只是随着原子序数的增加第一电离能从左至右略有增加。由于最外层只有

13、两个电子，过渡元素均表现金属性。 （3）同一周期内元素的第一电离能在总体增大的趋势中有些曲折。当外围电子在能量相等的轨道上形成全空(p0, d0, fo)、半满(p3, d5, f7)或全满(p6, d10, f14)结构时，原子的能量较低，元素的第一电离能较大。 （4）同一主族元素从上到下第一电离能逐渐减小，表明自上而下原子越来越容易失去电子。这是因为同主族元素的价电子数相同，原子半径逐渐增大，原子核对核外电子的有效吸引作用逐渐减弱 （5）同一副族电离能变化不规则。 总之第一电离能的周期递变规律与原子半径和核外电子排布的周期性变化密切相关。 应用电离能的大小可以用来衡量原子失去电子的难易，也

14、可以用来判断原子失去电子的数目和形成的阳离子所带的电荷。如果I2>>I1，则原子易形成+1价阳离子而不易形成+2价阳离子；如果I3>>I2>I1，即I在I2和I3之间突然增大，则元素R可以形成R+或R2+而难于形成R3+。 可归纳为：如果I(n+1)/In>>In/I(n-1)，即电离能在In与I(n+1)之间发生突变，则元素的原子易形成+n价离子而不易形成+(n+1)价离子。多数非金属元素原子的I1较大，难于失去电子形成阳离子而易于得到电子形成阴离子或与其他原子形成共用电子对。 半导体对于半导体来说，电离能即为将电子从价带顶移到真空能级所需的最小能量

15、 I = s+Eg 其中I 为电离能，s为电子亲合能，Eg为价带顶到导带底的能量差。 电离能大小：1st10th（第1到第10电离能） 单位：kJ/mol（千焦每摩尔） 原子序数元素符号1st2nd3rd4th5th6th7th8th9th10th1H1312.02He2372.35250.53Li520.27298.111815.04Be899.51757.114848.721006.65B800.62427.13659.725025.832826.76C1086.52352.64620.56222.73783147277.07N1402.328564578.17475.09444.9532

16、66.6643608O1313.93388.35300.57469.210989.513326.57133084078.09F1681.03374.26050.48407.711022.715164.11786892038.1106434.310Ne2080.73952.361229371121771523819999.023069.5115379.513143211Na495.845626910.39543133541661320117254962893214136212Mg737.71450.77732.710542.513630180202171125661316533545813Al5

17、77.51816.72744.81157714842183792332627465318533847314Si786.51577.13231.64355.516091198052378029287338783872615P1011.819072914.14963.66273.9212672543129872359054095016S999.62252335745567004.38495.82710731719366214317717Cl1251.2229838225158.6654293621101833604386004396118Ar1520.62665.83931577172388781

18、1199513842407604618619K418.830524420587779759590113431494416963.74861020Ca589.81145.44912.464918153104961227014206181912038521Sc633.11235.02388.67090.68843106791331015250173702172622Ti658.81309.82652.54174.69581115331359016440185302083323V650.91414283045076298.7123631453016730198602224024Cr652.91590

19、.62987474367028744.91545517820201902358025Mn717.31509.032484940699092201150018770214002396026Fe762.51561.929575290724095601206014580225402529027Co760.4164832324950767098401244015230179592657028Ni737.11753.0339553007339104001280015600186002167029Cu745.51957.935555536770099001340016000192002240030Zn90

20、6.41733.3383357317970104001290016800196002300031Ga578.81979.32963618032Ge7621537.53302s947.017982735483760431231034Se941.020452973.74144659078801499035Br1139.92103347045605760855099401860036Kr1350.82350.435655070624075701071012138222742588037Rb403.026333860508068508140957013120145002674

21、038Sr549.51064.241385500691087601023011800156001710039Y600118019805847743089701119012450141101840040Zr640.11270221833137752950041Nb652.1138024163700487798471210042Mo684.315602618448052576640.81212513860158351798043Tc7021470285044Ru710.21620274745Rh719.71740299746Pd804.41870317747Ag731.02070336148Cd8

22、67.81631.4361649In558.31820.72704521050Sn708.61411.82943.03930.3745651Sb8341594.92440426054001040052Te869.3179026983610566868201320053I1008.41845.9318054Xe1170.42046.43099.455Cs375.72234.3340056Ba502.9965.2360057La538.110671850.34819594058Ce534.41050194935476325749059Pr527102020863761555160Nd533.110

23、402130390061Pm54010502150397062Sm544.510702260399063Eu547.110852404412064Gd593.411701990425065Tb565.811102114383966Dy573.011302200399067Ho581.011402204410068Er589.311502194412069Tm596.711602285412070Yb603.41174.82417420371Lu523.513402022.34370644572Hf658.514402250321673Ta761150074W770170075Re7601260

24、2510364076Os840160077Ir880160078Pt870179179Au890.1198080Hg1007.11810330081Tl589.41971287882Pb715.61450.53081.54083664083Bi7031610246643705400852084Po812.185At890±4086Rn103787Fr38088Ra509.3979.089Ac499117090Th58711101930278091Pa56892U597.6142093Np604.594Pu584.795Am57896Cm58197Bk60198Cf60899Es619

25、100Fm627101Md635102No642103Lr470104Rf58011th20th（第11到第20电离能） 原子序数元素符号11th12th13th14th15th16th17th18th19th20th11Na15907612Mg16998818936813Al4264720126622231614Si459625050223519625792315P46261541105902427179129619516S4871054460629306821631104833713817Cl510685711963363723417809535299438076018Ar52002596

26、536619972918824738857639760542706619K5449060730689507590083080934009971044488047606320Ca57110634107011078890863109400010490011171149485052776221Sc24102663207301080160894909740010560011700012427054753022Ti255752812576015832809088010070010910011780012990013753023V24670297303244686450941701023001127001

27、2160013070014340024Cr261302875034230370669751010580011430012530013470014430025Mn275903033033150388804198710948011810012710013860014850026Fe28000319203483037840441004720612220013100014050015260027Co2940032400366003970042800493965273713481014517015470028Ni3097034000371004150044800481005510158570148700

28、15900029Cu25600356003870042000467005020053700611006470216370030Zn2640029990404904380047300523005590059700673007120036Kr2970033800377004310047500522005710061800758008040038Sr3127039Y199003609042Mo2019022219269302919652490550006140067700740008040021st30th（第21到第30电离能） 原子序数元素符号21st22nd23rd24th25th26th27

29、th28th29th30th21Sc58216322Ti60293063929423V15144066105069914424Cr15770016609072187076173325Mn15860017250018138078545082706726Fe16300017360018810019520085180089516127Co16740017810018930020450021410092087096602328Ni169400182700194000205600221400231490992718103966829Cu1741001849001988002105002227002391

30、002496601067358111610530Zn17910036Kr85300904009630010140011110011629028250029620031140032620042Mo870009340098420104400121900127700133800139800148100154500电负性的定义电负性（Electronegativity） 又称为相对电负性，简称电负性。电负性综合考虑了电离能和电子亲合能，首先由莱纳斯·卡尔·鲍林于1932年引入电负性的概念，用来表示两个不同原子形成化学键时吸引电子能力的相对强弱。鲍林给电负性下的定义为“电负性是元素的

31、原子在化合物中吸引电子能力的标度”。元素电负性数值越大，表示其原子在化合物中吸引电子的能力越强；反之，电负性数值越小，相应原子在化合物中吸引电子的能力越弱（稀有气体原子除外）。 电负性的计算方法首先需要说明，电负性是相对值，所以没有单位。而且电负性的计算方法有多种（即采用不同的标度），因而每一种方法的电负性数值都不同，所以利用电负性值时，必须是同一套数值进行比较。比较有代表性的电负性计算方法有3种： 键能，指定氟的电负性为4.0，锂的电负性1.0，计算其他元素的相对电负性。 常见元素电负性（鲍林标度）氢 2.1 锂 1.0 铍 1.57 硼 2.04 碳 2.55 氮 3.04 氧 3.44

32、氟 4.0 钠 0.93 镁 1.31 铝 1.61 硅 1.90 磷 2.19 硫 2.58 氯 3.16 钾 0.82 钙 1.00 锰 1.55 铁 1.83 镍 1.91 铜 1.9 锌 1.65 镓 1.81 锗 2.01 砷 2.18 硒 2.48 溴 2.96 铷 0.82 锶 0.95 银 1.93 碘 2.66 钡 0.89 金 2.54 铅 2.33 一般来说，电负性大于1.8的是非金属元素，小于1.8的是金属元素，在1.8左右的元素既有金属性又有非金属性 电负性在周期表内的递变规律1.随着原子序号的递增，元素的电负性呈现周期性变化。 2.同一周期，从左到右元素电负性递增，

33、同一主族，自上而下元素电负性递减。对副族而言，同族元素的电负性也大体呈现这种变化趋势。因此，电负性大得元素集中在元素周期表的右上角，电负性小的元素集中在左下角。 3.非金属元素的电负性越大，非金属元素越活泼，金属元素的电负性越小，金属元素越活泼。氟的电负性最大(4.0)，是最活泼的非金属元素;钫是电负性最小的元素(0.7)，是最活泼的金属元素。 4.过渡元素的电负性值无明显规律 电负性的应用（1）判断元素的金属性和非金属性。一般认为，电负性大于1.8的是非金属元素，小于1.8的是金属元素，在1.8左右的元素既有金属性又有非金属性。 （2）判断化合物中元素化合价的正负。电负性数值小的元素在化合物

34、吸引电子的能力弱，元素的化合价为正值；电负性大的元素在化合物中吸引电子的能力强，元素的化合价为负值。 （3）判断分子的极性和键型。电负性相同的非金属元素化合形成化合物时，形成非极性共价键，其分子都是非极性分子；电负性差值小于1.7的两种元素的原子之间形成极性共价键，相应的化合物是共价化合物；电负性差值大于1.7的两种元素化合时，形成离子键，相应的化合物为离子化合物。1、硫酸根离子的检验: BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4+ 2NaCl 2、碳酸根离子的检验: CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl 3、碳酸钠与盐酸反应: Na2CO3 + 2HCl = 2Na

35、Cl + H2O + CO2 4、木炭还原氧化铜: 2CuO + C 高温 2Cu + CO2 5、铁片与硫酸铜溶液反应: Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu 6、氯化钙与碳酸钠溶液反应：CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3+ 2NaCl 7、钠在空气中燃烧：2Na + O2 Na2O2 钠与氧气反应：4Na + O2 = 2Na2O 8、过氧化钠与水反应：2Na2O2 + 2H2O = 4NaOH + O2 9、过氧化钠与二氧化碳反应：2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2 10、钠与水反应：2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 11、铁与水蒸

36、气反应：3Fe + 4H2O(g) = Fe3O4 + 4H2 12、铝与氢氧化钠溶液反应：2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2 13、氧化钙与水反应：CaO + H2O = Ca(OH)2 14、氧化铁与盐酸反应：Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O 15、氧化铝与盐酸反应：Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O 16、氧化铝与氢氧化钠溶液反应：Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O 17、氯化铁与氢氧化钠溶液反应：FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3+ 3NaCl 18、硫酸亚铁与氢氧化钠溶

37、液反应：FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2+ Na2SO4 19、氢氧化亚铁被氧化成氢氧化铁：4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 20、氢氧化铁加热分解：2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O 21、实验室制取氢氧化铝：Al2(SO4)3 + 6NH3·H2O = 2Al(OH)3 + 3(NH3)2SO4 22、氢氧化铝与盐酸反应：Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O 23、氢氧化铝与氢氧化钠溶液反应：Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O 24、氢氧化铝加热分解：2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O 25、三氯化铁溶液与铁粉反应：2FeCl3 + Fe = 3FeCl2 26、氯化亚铁中通入氯气：2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3 27、二氧化硅与氢氟酸反应：SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O 硅单质与氢氟酸反应：Si + 4HF = SiF4 + 2H2 28、二氧化硅与氧化钙高温反应：SiO2 + CaO 高温 CaSiO3 29、二氧化硅与氢氧化钠溶液反应：SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O 30、往硅酸钠溶液中通入二氧化