Hola, necesito las notas de Wang Jingyan de la tercera edición de "Bioquímica", ¿o alguien tiene los exámenes reales para el examen de ingreso de posgrado de Microbiología y Bioquímica de la Universidad de Farmacia de Nankai?

El primer capítulo es una descripción general

La primera parte es una descripción general

En primer lugar, las biomoléculas son únicas compuestos orgánicos.

Las moléculas biológicas generalmente se refieren a varias moléculas exclusivas de los seres vivos, que son todas sustancias orgánicas. Una célula típica contiene entre 10.000 y 100.000 biomoléculas, casi la mitad de las cuales son moléculas pequeñas, con pesos moleculares generalmente inferiores a 500. El resto son polímeros de pequeñas moléculas biológicas con pesos moleculares relativamente grandes, generalmente superiores a 10.000, y algunos hasta 1,01,2, por lo que se denominan macromoléculas biológicas. Las pequeñas unidades moleculares que forman las macromoléculas biológicas se denominan bloques de construcción. Los aminoácidos, nucleótidos y monosacáridos son las unidades estructurales de proteínas, ácidos nucleicos y polisacáridos, respectivamente.

En segundo lugar, las biomoléculas tienen estructuras complejas y ordenadas.

Las moléculas biológicas tienen sus propias estructuras únicas. Las macromoléculas biológicas tienen grandes pesos moleculares, muchos tipos y cantidades de componentes y sus disposiciones cambian constantemente, por lo que sus estructuras son muy complejas. Se estima que existen entre 1010 y 1012 tipos de proteínas solamente. Las biomoléculas también están ordenadas, cada biomolécula tiene sus propias características estructurales y todas las biomoléculas existen en un cierto orden (organización) en los sistemas vivos.

En tercer lugar, las estructuras biológicas tienen niveles especiales.

La biología utiliza unos pocos elementos biológicos (C, H, O, N, S y P) para formar pequeños componentes moleculares, como los aminoácidos. , núcleos Ururos y monosacáridos. Luego se utilizan componentes simples para formar macromoléculas biológicas complejas; agregados supramoleculares compuestos de macromoléculas biológicas y luego se forman orgánulos, células, tejidos, órganos, sistemas y organismos; Existen diferencias cualitativas entre los diferentes niveles estructurales de los organismos: la estructura de bajo nivel es simple, no tiene especificidad de especie y es altamente combinatoria; la estructura de alto nivel es compleja, específica de especie y tiene una fuerza de unión débil. Las macromoléculas biológicas son la base material de la vida, y la vida es la forma de existencia de las macromoléculas biológicas. Los movimientos especiales de las macromoléculas biológicas encarnan fenómenos de la vida.

En cuarto lugar, todas las moléculas biológicas realizan funciones específicas.

Cada biomolécula tiene una función biológica específica. Los ácidos nucleicos pueden almacenar y transportar información genética, las enzimas pueden catalizar reacciones químicas y los azúcares pueden proporcionar energía. La existencia de cualquier molécula biológica tiene su especial significado biológico. Las biomoléculas se estudian para comprender y utilizar sus funciones.

5. El metabolismo es la condición para la existencia de moléculas biológicas.

El metabolismo no sólo produce biomoléculas, sino que también las mantiene en un estado estable en un orden determinado y se renueva constantemente. Una vez que se detiene el metabolismo, el sistema biomolecular estable se desarrollará desordenadamente, se desintegrará en el proceso de cambio y entrará en el mundo no vivo.

6. Los sistemas biomoleculares tienen la capacidad de replicarse.

El ADN, el material genético, puede replicarse y otras moléculas biológicas se sintetizan bajo la guía directa o indirecta del ADN. La replicación y síntesis de biomoléculas es la base para la reproducción de los organismos.

7. Las biomoléculas se pueden sintetizar y modificar artificialmente.

Las moléculas biológicas se producen a través de un largo proceso de evolución. Con el desarrollo de las ciencias biológicas, los seres humanos han podido sintetizar diversas biomoléculas in vitro, y la biotecnología destinada a sintetizar y transformar macromoléculas biológicas está en auge.

Sección 2 Elementos Biológicos

Entre los más de 100 elementos conocidos, 27 son necesarios para los procesos de la vida y se denominan elementos biológicos. Los elementos que utiliza un organismo para formarse se determinan mediante una selección a largo plazo. Los elementos biológicos son todos los elementos que abundan en la naturaleza, están fácilmente disponibles y pueden satisfacer las necesidades de los procesos vitales.

En primer lugar, los principales elementos biológicos son los elementos ligeros.

Los principales elementos biológicos C, H, O y N representan más del 95% del total de elementos biológicos, y sus números atómicos están todos dentro de 8. Junto con los elementos S, P, K, Na, Ca, Mg y Cl***11, constituyen más del 99% de la masa total de los seres vivos. Se les llama elementos mayores y todos sus números atómicos están dentro de 20. . Hay otros 16 elementos llamados oligoelementos, incluidos B, F, Si, Se, As, I, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sn y Mo, con números atómicos dentro de 53.

2. Los hidrocarburos, el oxígeno, el nitrógeno y el fósforo son las sustancias básicas de las moléculas biológicas.

(1) Los hidrocarburos son los principales componentes de las moléculas biológicas.

Los átomos de carbono tienen dificultades para ganar y perder electrones y son los más adecuados para formar enlaces de valencia. La extraordinaria capacidad de enlace de los átomos de carbono y su configuración tetraédrica les permite combinarse entre sí para formar esqueletos biomoleculares con diferentes estructuras. Los átomos de carbono se pueden combinar con otros elementos mediante enlaces de valencia para formar grupos funcionales con propiedades químicas activas.

El hidrógeno y los átomos pueden unirse a átomos de carbono con valencia estable para formar el esqueleto de biomoléculas. Se sabe que algunos de los átomos de hidrógeno de las moléculas biológicas tienen poder reductor y pueden liberar energía cuando se oxidan. El contenido de hidrógeno (expresado como H/C) de las biomoléculas está directamente relacionado con su valor de suministro de energía. Los átomos de hidrógeno también participan en la formación de muchos grupos funcionales. Los átomos de hidrógeno unidos a átomos de oxígeno y nitrógeno fuertemente electronegativos también participan en la formación de enlaces de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno son una fuerza importante para mantener la estructura avanzada de las macromoléculas biológicas.

(2) Grupo funcional compuesto por oxígeno-nitrógeno-fósforo.

Son los únicos elementos además del carbono que pueden formar enlaces multivalentes. Pueden formar diversos grupos funcionales y estructuras heterocíclicas, que son de gran importancia para determinar las propiedades y funciones de las biomoléculas.

Además, el azufre y el fósforo están directamente relacionados con el intercambio de energía. Las reacciones importantes de conversión de energía en los organismos suelen estar relacionadas con la formación y rotura de ciertos enlaces químicos entre el fósforo y el azufre. Los enlaces glicosídicos de fosfato y los enlaces tioéster en algunas moléculas de alta energía son enlaces de alta energía.

Tres. Elementos biológicos inorgánicos

(1) Utilice la capacidad de coordinación de los elementos de transición

Los elementos de transición tienen órbitas vacías y pueden combinarse con pares solitarios de átomos a través de enlaces de coordinación. Los distintos elementos de transición tienen distintos números de coordinación y pueden formar diversas estructuras de coordinación, como triángulos, tetraedros, hexaedros, etc. El efecto de complejación de los elementos de transición es de gran importancia para la formación y estabilidad de las conformaciones de biomoléculas.

La atracción de electrones por elementos de transición también puede conducir a la polarización de los enlaces de valencia de las moléculas de ligando, lo que es muy útil para la catálisis enzimática. Los estudios han encontrado que más de un tercio de las enzimas contienen elementos metálicos, incluidas más de 100 enzimas que solo contienen zinc.

Los iones metálicos polivalentes como el hierro y el cobre también se pueden utilizar como portadores redox para transferir electrones. En el fotosistema II, cuatro átomos de manganeso forman un acumulador de carga, que puede acumular y perder cuatro electrones, oxidando así dos moléculas de agua a la vez y liberando una molécula de oxígeno para evitar la formación de productos intermedios dañinos. El centro hierro-cobre de la citocromo oxidasa tiene una función similar.

(2) Utilizar el efecto electroquímico de los iones constantes

Los iones constantes, como el K, tienen un alto contenido en fluidos biológicos y tienen efectos electroquímicos. Son de gran importancia para mantener la presión osmótica de los fluidos corporales, el equilibrio ácido-base, formar el potencial de membrana y estabilizar el estado coloidal de las macromoléculas biológicas.

Diversos elementos biológicos desempeñan un papel insustituible en el proceso vital, por lo que mantener su equilibrio metabólico es necesario.

El fluoruro es un componente del esmalte óseo y dental. Existe en forma de fluorapatita, que hace que los cristales óseos sean más grandes, más duros y resistentes a la corrosión ácida. Por lo tanto, agregar flúor a la dieta puede prevenir las caries. El fluoruro también puede tratar la osteoporosis. Sin embargo, cuando el contenido de fluoruro en el agua alcanza los 2 mg por litro, provocará dientes moteados, esmalte dental opaco, polvo dental blanco y, en casos graves, caries. El flúor es un inhibidor de la enolasa y un activador de la adenilil ciclasa.

La deficiencia de selenio es una de las causas de la enfermedad de Keshan. El exceso de selenio también puede provocar enfermedades. Por ejemplo, el selenita puede provocar cataratas.

El factor de tolerancia a la glucosa (GTF) puede promover la unión de la insulina a los receptores, y el cromo puede formar complejos de niacina, glicina, ácido glutámico y cisteína con GTF.

Algunos elementos no biológicos que ingresan al cuerpo interferirán con las funciones normales de los elementos biológicos, mostrando así efectos tóxicos. Por ejemplo, el cadmio puede reemplazar al zinc e inactivar las enzimas que contienen zinc, envenenando así a las personas. Algunos elementos no biológicos son beneficiosos para el cuerpo humano. Por ejemplo, el germanio orgánico puede activar los macrófagos peritoneales del ratón, mediar en la citotoxicidad tumoral y la presentación de antígenos, ejerciendo así efectos de vigilancia, defensa y antitumorales inmunológicos.

Sección 3, Fuerzas en biomoléculas

1. Dos grados diferentes de fuerza

Hay dos fuerzas diferentes en los sistemas biológicos, una es la fuerza fuerte que combina elementos biológicos y se llama * * enlace de valencia La otra es la fuerza débil que permite que la estructura avanzada de biomoléculas y biomoléculas se reconozcan, combinen e interactúen entre sí, lo que se llama interacción de no * * valencia.

En segundo lugar, * * *El enlace de valencia es la fuerza de formación básica de las biomoléculas.

Las propiedades de los enlaces de valencia se describen mediante la energía del enlace, la longitud del enlace, el ángulo del enlace y la polaridad, que determinan la estructura básica y las propiedades de la molécula.

Energía del enlace

La energía del enlace es igual a la energía necesaria para romper el enlace de valencia. Cuanto mayor sea la energía del enlace, más estable será el enlace. La energía de enlace de los enlaces de valencia comunes en las biomoléculas generalmente está entre 300 y 800 kJ/mol.

(2) Longitud del enlace

Cuanto mayor sea la longitud del enlace, más débil será la energía del enlace, más fácil será polarizarlo por el campo eléctrico externo y peor será la estabilidad. Las longitudes de los enlaces en las biomoléculas oscilan principalmente entre 0,1 y 0,18 nm.

(3) Ángulo de soldadura

* * *Los enlaces de valencia son direccionales y el ángulo entre los enlaces formados por un átomo y otros dos átomos es el ángulo de enlace. Según las longitudes y los ángulos de los enlaces, se puede conocer la disposición de los átomos en la molécula y la polaridad de la molécula.

(4) Polaridad del enlace

La polaridad de un enlace de valencia se refiere a la distribución asimétrica de la nube de electrones entre dos átomos. La polaridad depende de la diferencia de electronegatividad de los átomos enlazados. El estado polar de una molécula poliatómica es la suma vectorial de las electronegatividades de cada átomo. Bajo la influencia de un campo eléctrico externo, la polaridad del enlace de valencia cambiará. Este fenómeno de cambio de polaridad de los enlaces de valencia causado por un campo eléctrico externo se llama polarización del enlace. La polaridad y la polarización de un enlace están estrechamente relacionadas con la reactividad del enlace químico.

(5) Los enlaces de coordinación tienen un significado especial para las biomoléculas.

El enlace de coordinación es un tipo especial de enlace de valencia, cuyo * * * par de electrones lo proporciona un átomo. En las biomoléculas, los elementos de transición suelen actuar como aceptores de electrones, y el O, N, S y P en los grupos químicos sirven como donadores de electrones para formar complejos de coordinación de múltiples elementos. Los elementos de transición tienen estructuras y números de coordinación fijos.

En los sistemas biológicos, la formación de multiligandos es de gran importancia para estabilizar la conformación de macromoléculas biológicas y formar complejos biomoleculares específicos. Los estereoisómeros causados ​​por múltiples ligandos son incluso más complejos que los causados ​​por carbonos quirales. El efecto complejante de los elementos metálicos está relacionado con el efecto catalítico de las enzimas porque puede conducir a la polarización de los enlaces intramoleculares de los ligandos y mejorar su reactividad.

Tercero, interacciones no valentes

(1) Las fuerzas no valentes son de gran importancia para los sistemas biológicos.

Las interacciones no valentes son la fuerza principal en las estructuras biológicas de orden superior.

Las fuerzas no valentes incluyen los enlaces de hidrógeno, las fuerzas electrostáticas, las fuerzas de van der Waals y las fuerzas hidrofóbicas. Estas fuerzas son débiles, uno o dos órdenes de magnitud menores que las de los enlaces de valencia. Cuando estas fuerzas actúan solas, son realmente muy débiles y extremadamente inestables. Sin embargo, en las estructuras avanzadas de los organismos, muchas fuerzas débiles cooperan entre sí y a menudo desempeñan un papel en la determinación de la conformación de las macromoléculas biológicas. No es exagerado decir que sin comprender las interacciones no valencias es imposible tener una comprensión profunda de los fenómenos de la vida.

Las energías de unión de varias interacciones no valentes también son diferentes, y sus posiciones en diferentes niveles de estructuras biológicas también son diferentes. Los enlaces de hidrógeno con alta energía de enlace combinan grupos aceptores de hidrógeno y grupos donantes de hidrógeno en niveles estructurales más bajos (como la estructura secundaria de las proteínas) y escalas más pequeñas. Las fuerzas de Van der Waals con energías de unión más pequeñas unen principalmente moléculas o estructuras locales de diferentes moléculas en niveles estructurales más altos y escalas más grandes.

(2) Enlace de hidrógeno

El enlace de hidrógeno es una fuerza débil y la energía del enlace solo equivale a 1/30-1/20 (12-30 kj/mol) de la enlace de valencia), fácil de romper, flexible y fácil de doblar. Cuando el átomo de hidrógeno está alineado con los átomos más electronegativos de ambos lados, la energía del enlace es máxima. Cuando el ángulo del enlace se desvía 20 grados, la energía del enlace se reduce en 20. La longitud del enlace de hidrógeno es más larga que la del enlace de valencia y menor que la distancia de Van der Waals, que es de aproximadamente 0,26 a 0,31 nm.

Los enlaces de hidrógeno son de gran importancia para los sistemas biológicos, especialmente para estabilizar la estructura secundaria de macromoléculas biológicas.

(3) Fuerza de Van der Waals

La fuerza de Van der Waals es una fuerza débil que existe comúnmente entre átomos y moléculas. Es la unidad de la atracción de Van der Waals y la de Van der Waals. repulsión. La atracción y la repulsión son inversamente proporcionales a la sexta y duodécima potencia de la distancia entre átomos, respectivamente. Cuando alcanzan el equilibrio, se mantiene una cierta distancia entre dos átomos o grupos de átomos, la distancia de van der Waals, que es igual a la suma de los radios de van der Waals de los dos átomos. Cada átomo o grupo tiene su propio radio de van der Waals.

La esencia de la fuerza de van der Waals es la fuerza entre dipolos, incluyendo la fuerza direccional, la fuerza de inducción y la fuerza de dispersión. Los grupos o moléculas polares son dipolos permanentes y las fuerzas entre ellos se denominan fuerzas direccionales. Los grupos o moléculas no polares pueden formar dipolos inducidos bajo la inducción de dipolos permanentes. La fuerza entre estos dos dipolos se llama fuerza inducida. Los grupos o moléculas no polares, debido a la fluctuación de los electrones con respecto al núcleo, forman una fuerza instantánea entre los dipolos, llamada fuerza de dispersión.

Las fuerzas de Van der Waals son mucho más débiles que los enlaces de hidrógeno. La energía de enlace de dos átomos a la distancia de Van der Waals es de aproximadamente 4 kj/mol, que es sólo ligeramente superior a la energía promedio del movimiento térmico a temperatura ambiente (2,5 kj/mol). Si las geometrías de la superficie de dos moléculas son complementarias, las fuerzas de van der Waals pueden convertirse en una atracción efectiva entre las moléculas debido al efecto cooperativo de muchos átomos. Las fuerzas de Van der Waals son de gran importancia para la formación de estructuras jerárquicas biológicas y el reconocimiento mutuo y la unión de moléculas.

(4) Interacción de grupos cargados

La interacción entre grupos cargados, incluida la atracción entre grupos cargados positivamente, suele denominarse enlace salino y enlace homófilo Repulsión entre grupos cargados. La fuerza es directamente proporcional a la carga, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los grupos cargados y también depende de la polaridad del medio. La polaridad del medio tiene un efecto de blindaje sobre la interacción de los grupos cargados. Cuanto menor es la polaridad del medio, más fuerte es la interacción de los grupos cargados. Por ejemplo, la fuerza de interacción entre -COO- y -NH3 en agua en medio polar es solo 1/20 en el ambiente no polar dentro de la molécula de proteína y 1/80 en el vacío.

(5), Interacción hidrofóbica

La interacción hidrofóbica es mucho más fuerte que la fuerza de van der Waals. Por ejemplo, cuando la cadena lateral de fenilalanina cambia de la fase acuosa a la fase hidrofóbica, la energía del sistema disminuye aproximadamente 40 kj/mol.

Muchas partes estructurales de las biomoléculas son hidrófobas, como las cadenas laterales de aminoácidos hidrófobas de las proteínas, las bases de los ácidos nucleicos y las cadenas de hidrocarburos de los ácidos grasos. Las interacciones hidrofóbicas entre ellos juegan un papel dominante en la estabilización de las estructuras de orden superior de proteínas y ácidos nucleicos y en la formación de membranas biológicas. Arriba

Sección 4 Identidad de la estructura de bajo nivel de las biomoléculas

1. El esqueleto de carbono es la base de la estructura de las biomoléculas.

El esqueleto carbonado es el esqueleto básico de las moléculas biológicas, compuesto por carbono e hidrógeno. Las estructuras de carbono biomoleculares son diversas en tamaño y composición, así como en formas y estructuras geométricas. El peso molecular de las moléculas biológicas pequeñas es generalmente inferior a 500 y contiene entre 2 y 30 átomos de carbono. Las estructuras estructurales de carbono incluyen estructuras lineales, ramificadas y cíclicas; están saturadas o insaturadas. Varios esqueletos carbonados y grupos funcionales limitados * * * juntos constituyen varias biomoléculas: las estructuras de bajo nivel de pequeñas biomoléculas.

En segundo lugar, definir las propiedades de los grupos funcionales de la molécula.

(1) Los grupos funcionales son grupos reactivos.

Los grupos funcionales son átomos o grupos de moléculas biológicas que son químicamente activos y propensos a reacciones químicas. Las moléculas con los mismos grupos funcionales tienen propiedades similares. Los grupos funcionales definen las principales propiedades de las biomoléculas. Sin embargo, en toda la molécula, las propiedades de un grupo funcional siempre se ven afectadas por efectos de carga y efectos estéricos en otras partes de la molécula. Las propiedades de cualquier molécula son un reflejo de su estructura general.

(2) Principales grupos funcionales

Los principales grupos funcionales y enlaces químicos relacionados en las biomoléculas son:

Los grupos hidroxi son polares, generalmente indivisibles y pueden formar con ésteres de ácidos, que pueden servir como donadores de enlaces de hidrógeno.

Los grupos carbonilo son polares y pueden servir como aceptores de enlaces de hidrógeno.

Los grupos carboxilo son polares, solubles y normalmente ligeramente ácidos.

Los grupos amino son polares y pueden combinarse con protones para formar cationes amonio.

El grupo amida se forma por la condensación de los grupos carboxilo y amino y es polar, en el que el oxígeno y el nitrógeno pueden servir como donadores de enlaces de hidrógeno.

Los enlaces amida que conectan los aminoácidos en una cadena peptídica se denominan enlaces peptídicos.

Los grupos sulfhidrilo son polares y no se pueden separar en condiciones neutras. Se oxida fácilmente al enlace disulfuro -S-S-s.

El grupo guanidina es un grupo básico fuerte que puede unirse a protones. El enlace fosfato de guanidina es un enlace de alta energía.

El doble enlace consta de un enlace σ y un enlace π. El enlace π tiene baja energía de enlace, alta movilidad de electrones y es propenso a la ruptura y reacción de polarización. Los dobles enlaces no pueden rotar y hay isomerización cis-trans. Se estipula que cis se refiere al isómero con dos átomos o grupos idénticos o similares en el mismo lado del doble enlace, y trans se refiere al isómero con los mismos átomos en ambos lados del doble enlace.

El enlace pirofosfato es un enlace de alta energía formado por la condensación de ácido fosfórico. La hidrólisis de un mol de ATP en ADP libera 7,3 kcal de energía, mientras que la glucosa-6-fosfato sólo libera 3,3 kcal.

Los enlaces éster y los enlaces tioéster se forman mediante la contracción de grupos carboxilo, hidroxilo y sulfhidrilo respectivamente. Los enlaces tioéster son enlaces de alta energía.

El enlace fosfato se forma por la contracción de los grupos fosfato e hidroxilo. Cuando el ácido fosfórico se une a dos grupos hidroxilo, se denomina enlace fosfodiéster. Los grupos fosfato hidroxilo en estos dos enlaces pueden disociarse en aniones.

Las moléculas biológicas pequeñas son en su mayoría moléculas bifuncionales o multifuncionales, como los azúcares son polihidroxialdehídos (cetonas) y los aminoácidos son ácidos carboxílicos que contienen aminoácidos. La posición de los grupos funcionales en la cadena de carbono y la disposición espacial alrededor de los átomos de carbono son diferentes, lo que enriquece aún más la isomería de las biomoléculas.

En tercer lugar, el heterociclo integra el esqueleto carbonado y los grupos funcionales.

(1) La mayoría de las moléculas biológicas contienen heterociclos.

Los heterociclos son estructuras en las que uno o más átomos de carbono de un anillo de carbono son reemplazados por heteroátomos como nitrógeno, oxígeno y azufre. Los sistemas heterocíclicos tienen propiedades únicas debido a la presencia de heteroátomos. La mayoría de las moléculas biológicas tienen estructuras heterocíclicas, como imidazol e indol en aminoácidos; pirimidinas y purinas en nucleótidos y piranos y furanos en estructuras de azúcar;

(2) Clasificación, denominación y coordenadas atómicas

1. La clasificación se divide en heterociclos de cinco miembros y heterociclos de seis miembros según el número de átomos del anillo. Según el número de anillos, se puede dividir en anillo heterocíclico simple y anillo heterocíclico fusionado.

2. Hay dos métodos de denominación para los heterociclos, a saber, nombre común y nombre sistemático. La transliteración de nombres extranjeros comunes en China se expresa en caracteres chinos con "口" al lado.

(3) Compuestos heterocíclicos comunes

Heterociclos de cinco miembros: furano, pirrol, tiofeno, imidazol, etc.

Heterociclo de seis miembros: pirano, piridina, pirimidina, etc.

Heterociclo condensado: indol, purina, etc.

4. La isomería enriquece la diversidad de estructuras moleculares.

(A) Las biomoléculas tienen isomería compleja.

Los isómeros son moléculas que tienen la misma composición atómica pero diferentes estructuras o configuraciones. Los fenómenos heterogéneos se clasifican de la siguiente manera:

1. La isomería estructural se denomina isomería estructural. La isomería estructural incluye: (1) Isomería de esqueleto de carbono causada por diferentes esqueletos de carbono; (2) Isomería posicional causada por diferentes posiciones de grupos funcionales (3) Isomería de grupo funcional causada por diferentes grupos funcionales; Por ejemplo, el propilo y el isopropilo son isómeros de carbono, la a-alanina y la b-alanina son isómeros posicionales y el propionaldehído y la acetona son isómeros funcionales.

2. Estereoisomería. La isomería de un mismo isómero estructural provocada por diferentes disposiciones de átomos o grupos en el espacio tridimensional se denomina estereoisomería. La estereoisomería se puede dividir en isomería configuracional e isomería conformacional. Generalmente, la disposición de átomos o grupos de átomos en una determinada posición espacial en una molécula se denomina configuración. La heterogeneidad configuracional es un fenómeno heterogéneo con la misma estructura pero diferentes configuraciones. La isomerización configuracional incluye la isomerización cis-trans y la isomerización óptica. Moléculas con la misma configuración pueden producir muchos estereoisómeros diferentes debido a la rotación de un enlace simple, lo que se llama isomerización conformacional.

La tautomería se refiere al fenómeno de que dos isómeros se transforman entre sí y pueden alcanzar el equilibrio.

Diversos fenómenos de isomería enriquecen la diversidad de biomoléculas y amplían la selección de estructuras moleculares en el proceso de vida.

(2) Isomería óptica causada por átomos de carbono quirales

Las manos izquierda y derecha son imágenes físicas y especulares entre sí y no pueden superponerse. La propiedad de que una molécula no puede superponerse a su imagen especular se llama quiralidad, y la mayoría de las moléculas biológicas son quirales.

Un átomo de carbono compuesto por cuatro átomos o grupos diferentes que no pueden coincidir con su imagen especular se llama átomo de carbono quiral, también conocido como átomo de carbono asimétrico. Los átomos de carbono quirales tienen configuraciones para diestros y zurdos.

Las moléculas con átomos de carbono quirales se denominan moléculas quirales. Una molécula con n átomos de carbono quirales tiene 2n estereoisómeros. Los isómeros que tienen una relación física y de imagen especular se denominan enantiómeros. Aquellos que no tienen ninguna relación física ni de imagen especular entre sí se denominan diastereómeros. No importa cuántos átomos de carbono quirales tenga un enantiómero, la configuración de cada átomo de carbono quiral es la opuesta. Los diastereómeros tienen dos o más átomos de carbono quirales, de los cuales sólo algunos tienen la configuración opuesta. En el que solo un átomo de carbono quiral tiene la configuración opuesta, también se le llama epímero. Dado que las moléculas quirales son ópticamente activas, también se les llama isómeros ópticos.

Representación de la configuración molecular quiral: hay dos tipos: sistema L-D y sistema R-S. Es habitual utilizar el primero en bioquímica. Según el principio de denominación sistemática, la cadena principal molecular está dispuesta verticalmente, con los átomos de carbono con alto grado de oxidación o número 1 colocados en la parte superior y los átomos de carbono con bajo grado de oxidación en la parte inferior. Escriba la fórmula de proyección de Fisher. Se especifica que el carbono quiral de la molécula está sobre el papel. Los cuatro enlaces de valencia del carbono quiral están combinados con átomos o grupos. Dos de ellos apuntan al frente del papel y están representados por líneas horizontales. apuntan a la parte posterior del papel y están representados por Indicado por líneas verticales. Por ejemplo, el gliceraldehído tiene las siguientes dos configuraciones de isómeros:

El grupo hidroxilo en el lado derecho se define artificialmente como la configuración D, y el lado izquierdo es la configuración L. Los y - entre paréntesis representan a diestros y zurdos respectivamente. No existe correspondencia entre la configuración y la dirección de rotación óptica. Según la configuración del carbono quiral más bajo de la cadena de carbono, las moléculas con múltiples átomos de carbono quirales se pueden dividir en dos series de configuración: D y L-. La representación de configuración l,D se usa ampliamente para nombrar azúcares y aminoácidos.

(3) Isomería conformacional causada por la rotación del enlace simple

La rotación del enlace simple de dos átomos multivalentes puede cambiar la orientación espacial de los átomos o grupos restantes en la molécula, produciendo así varios posibles diferentes imágenes tridimensionales, un fenómeno llamado isomería conformacional.

La isomería conformacional confiere flexibilidad conformacional a las macromoléculas biológicas. En comparación con la configuración, la conformación es una exploración más profunda de la disposición espacial de los átomos en una molécula para dilucidar cambios en la estructura tridimensional de moléculas con la misma configuración bajo la influencia de interacciones entre átomos no enlazantes.

La tautomería

es causada por la transferencia de átomos de hidrógeno, como la tautomería de cetonas y enoles. La tautomería de bases en el ADN está relacionada con la mutación espontánea, la tautomería de las enzimas está relacionada con la catálisis y la tautomería de los metabolitos ocurre a menudo en el proceso metabólico.

Sección 5 Macromoléculas biológicas

1. Definición

Las macromoléculas biológicas se polimerizan a partir de pequeños componentes moleculares. Estos pequeños componentes moleculares se denominan macromoléculas biológicas. Estos componentes básicos se deshidratan durante el proceso de polimerización, por lo que se denominan residuos. Los homopolímeros se componen de residuos idénticos y los heteropolímeros se componen de residuos diferentes.

En segundo lugar, el nivel estructural

Las macromoléculas biológicas tienen múltiples niveles estructurales, como estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria.

En tercer lugar, el montaje

El montaje de la estructura principal se guía por la plantilla.

El montaje de la estructura de alto nivel es de automontaje. La estructura primaria no sólo proporciona información de ensamblaje, sino que también proporciona la energía para que el ensamblaje sea espontáneo.

Cuarto, unión complementaria

La unión entre macromoléculas biológicas es complementaria. Esta complementariedad puede ser complementariedad geométrica, complementariedad entre regiones hidrófobas, complementariedad entre donantes y aceptores de enlaces de hidrógeno y complementariedad entre cargas opuestas. Las combinaciones complementarias pueden minimizar la energía del sistema y estabilizar el complejo. La combinación complementaria es un proceso de inducción de ajuste.

Nota: El primer capítulo de este cuaderno es una descripción general de las biomoléculas, introduciendo las características de las biomoléculas y algunos contenidos básicos de la química orgánica. Este capítulo extrae las bases relevantes de la bioquímica (conocimientos de química orgánica) en cada capítulo, derivadas principalmente del contenido del Capítulo 1. Dominar este conocimiento es útil para estudiar bioquímica.

Este capítulo solo se agrega a este cuaderno como contenido básico. Hay muy pocos puntos de prueba en este capítulo.

Capítulo 1 Azúcar

1. El concepto de azúcar

Los sacáridos son polihidroxi (dos o más) aldehídos o cetonas, y sus derivados materiales o polímeros.

Según esto, se puede dividir en aldosa y cetosa.

Según el número de capas de carbono, también se puede dividir en triosa, azúcar especial, pentosa y hexosa.

El azúcar más simple es la triosa (gliceraldehído y dihidroxiacetona)

Dado que la mayoría de los carbohidratos pueden representarse mediante la fórmula general Cn (H2O)n, en el pasado se pensaba que los carbohidratos eran compuestos. de carbono y agua llamados carbohidratos. Ahora bien, este nombre es muy apropiado, pero después de mucho tiempo, mucha gente todavía lo llama carbohidratos.

2. Tipos de azúcares

Según el número de unidades estructurales de los azúcares, se dividen en:

(1) Monosacáridos: los que no pueden ser hidrolizado en moléculas más pequeñas de azúcar.

(2) Oligosacáridos: formados por deshidratación y condensación de 2-6 moléculas de monosacáridos. Los disacáridos son los más comunes y los que tienen mayor importancia.

(3) Polisacáridos:

Polisacáridos homogéneos: almidón, glucógeno, celulosa, hemicelulosa, quitina (quitina)

Isopolisacáridos Polisacáridos: glicosaminoglicanos (ácido hialurónico, condroitina) sulfato, dermatán sulfato, etc.)

(4) Carbohidratos complejos (glicoconjugados): glicolípidos, glicoproteínas (proteoglicanos), azúcar), azúcar-nucleótidos, etc.

(5) Derivados del azúcar: alcoholes de azúcar, ácidos de azúcar, aminas de azúcar y glucósidos.

3. Funciones biológicas del azúcar

(1) Aporta energía. El almidón vegetal y el glucógeno animal son formas de almacenamiento de energía.

(2) El esqueleto carbonado del metabolismo material proporciona el esqueleto carbonado para la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos y lípidos.

(3) Esqueleto celular. La celulosa, la hemicelulosa y la lignina son los componentes principales de las paredes celulares de las plantas, y el peptidoglicano es el componente principal de la pared celular.

(4) Reconocimiento entre células y biomoléculas.

Las cadenas de oligosacáridos de glicoproteínas de la superficie de la membrana celular participan en el reconocimiento entre células. Algunas células contienen moléculas de azúcar o cadenas de oligosacáridos en la superficie de la membrana celular, formando antenas celulares y participando en la comunicación celular.

Los determinantes del grupo sanguíneo ABO en la superficie de los glóbulos rojos contienen fucosa.

Sección 1 Monosacáridos

1. Estructura de los monosacáridos

1. Estructura de la cadena de los monosacáridos

Determinar la estructura de la cadena Método (glucosa) :

A. Reacciona con el reactivo de Fehling u otras dimetilcetonas y contiene grupos aldehído.

b. Reacciona con anhídrido acético para producir un derivado con cinco grupos acetilo.

c. Reacciona con sodio y mercurio para formar sorbitol.

Figura 2

Uno de los monosacáridos más simples es el gliceraldehído, que tiene dos configuraciones tridimensionales, como se muestra en la Figura 7.3.

Los dos estereoisómeros son exactamente opuestos en rotación óptica. Un isómero hace que el plano de polarización de la luz polarizada plana se desvíe del sentido de las agujas del reloj. Este isómero se llama isómero dextrógiro o isómero D. El otro isómero hace girar el oscilador plano polarizado en sentido contrario a las agujas del reloj y se llama isómero levógiro (L) o isómero L.

Los estereoisómeros con diferentes rotaciones ópticas, como el gliceraldehído, también se denominan isómeros ópticos y suelen estar representados por D y l.

Compara los dos isómeros ópticos del gliceraldehído y define los isómeros ópticos de otros monosacáridos como tipo D o tipo L.

Epímero: También llamado epímero, es un diastereómero con un solo átomo de carbono asimétrico y una disposición genética diferente, como el D- y otros azúcares y la D-galactosa.

La estructura de la cadena se representa generalmente mediante la proyección de Fisher: esqueleto de carbono, escrito verticalmente; el átomo de carbono con mayor grado de oxidación está en la parte superior,

2.

En solución, los monosacáridos que contienen más de 4 átomos de carbono son principalmente cíclicos.

El grupo hidroxilo de la molécula de monosacárido puede condensarse de forma reversible con el grupo aldehído o cetona para formar un hemiacetal cíclico. Después de ciclar el carbonilo c, se convierte en un átomo de c quiral, que se denomina isómero de cabeza de carbono anomérico. ? -Escribe y? Átomo), los dos diastereómeros formados después de la ciclación se denominan anómeros o anómeros, respectivamente.

La estructura cíclica generalmente se representa mediante la fórmula estructural de Haworth:

Es inconveniente utilizar la proyección de Fisher para representar la estructura cíclica. La fórmula estructural de Haworth refleja con mayor precisión los ángulos y las longitudes de los enlaces en las moléculas de azúcar que la fórmula de proyección de Fisher. Método de conversión:

Dibuje un anillo de cinco o seis miembros

(2) Comenzando desde el carbono anomérico en el lado derecho del átomo de oxígeno, dibuje el grupo hidroxilo hemiacetal. en Fisher En la fórmula de proyección, está debajo del anillo habitacional derecho y encima del anillo habitacional izquierdo.

Fórmula conformacional:

Aunque la fórmula estructural de Haworth puede reflejar correctamente la estructura cíclica del azúcar, sigue siendo demasiado simple. La fórmula conformacional refleja mejor la estructura cíclica del azúcar, que refleja la estructura de plegamiento del anillo de azúcar.

3. La estructura de cadena y estructura de anillo de varios monosacáridos importantes.

(1) Trisacárido: D-gliceraldehído dihidroxiacetona

(2) Cetulosa: D-eritritol D-eritritol

(3) Pentosa: D-ribosa D -desoxirribosa D-ribosa D-xilosa D-xilulosa.

¿D-Fructosa? -Escribe y? (4) Hexosa: D-glucosa (

(5) Heptosa: D-sedoheptosa

4. Fenómeno de giro variable

) se pueden transformar entre sí y finalmente alcanzar un equilibrio dinámico. Este fenómeno se llama fenómeno de cambio rotacional. ? ,?En solución, la estructura de la cadena y la estructura del anillo del azúcar (

Tipo 63, cadena 1.?Tipo 36,?C. La razón es que las diferentes formas estructurales de la glucosa cambian entre sí, y finalmente Las diversas formas estructurales alcanzan un cierto equilibrio, en el que la ?-D-()glucosa se disuelve en agua y, después de un período de tiempo, su rotación óptica se convierte gradualmente en 52,7?-D-()glucosa y la ?D-glucosa cristaliza en la solución acuosa de etanol se llama α -D-( )glucosa ([α] 20d = 113), la D-glucosa cristalizada de la solución de piridina se llama β-D-( )glucosa ([α] 20d = 65438).

Figura 5 Rotación de la glucosa

5. Configuración y conformación

Configuración: Debido a la disposición espacial fija única entre átomos o grupos en la molécula, presenta diferentes, estructura tridimensional definida. Por ejemplo, el D-gliceraldehído y la D-glucosa son dos configuraciones de glucosa cíclica.

En términos generales, la configuración es relativamente estable y la transición de una configuración a otra requiere la ruptura de los enlaces de valencia, la reorganización de los átomos (grupos) y la formación de otros nuevos.

Figura 3 Configuración del gliceraldehído:

Conformación: Se forman diferentes estructuras por la rotación libre de un átomo (grupo) en la molécula alrededor de un enlace simple C-C, se forman estructuras espaciales temporales y variables, se pueden transformar diferentes conformaciones en cada una. otros. Entre varias conformaciones, la conformación más estable con la energía potencial más baja es el objeto dominante

Figura 1-3 Hexopiranosa.

6. >

La rotación óptica es una propiedad física de una sustancia con una estructura asimétrica en una molécula.

Obviamente existen diferentes configuraciones de rotaciones ópticas.

La configuración es artificial. especificado, y la rotación óptica se mide experimentalmente.

No existe una correspondencia inevitable entre la configuración y la rotación óptica para cada sustancia. La rotación óptica solo se puede determinar experimentalmente.

Física y. propiedades químicas de los monosacáridos

(1) Propiedades físicas

Rotación óptica: Se utiliza para identificar azúcares.

Dulzo: a base de sacarosa <. /p>

Solubilidad: soluble en agua, insoluble en disolventes orgánicos como éter y acetona

( 2) Propiedades químicas

1, rotación variable

Figura 7-11

) pueden transformarse entre sí y eventualmente alcanzar un equilibrio dinámico. Este fenómeno se llama Es un fenómeno de cambio rotacional. La proporción de los tres varía según el tipo de azúcar. ? ,? En solución, la estructura de cadena y la estructura de anillo del azúcar (

Solo la estructura de cadena tiene la siguiente reacción redox.

Demasiadas. Agrégueme QQ278961712 y se lo daré a tu