蛋白质的结构.docx
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蛋白质的结构
蛋白质的构造:
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构造或称三维构造,这种三维构造通常被称为蛋白质的构象,即蛋白质的构造。
一级构造:
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。
一级构造稍有变化,就会影响蛋白质的功能。
二级构造:
一级构造中局部肽链的弯曲或折叠产生二级构造。
多肽链的*些局部氨基酸残基周期性的空间排列。
现已报道的蛋白质中二级构造共有四种:
α-螺旋,β-折叠,β-转角,无规卷曲。
α-螺旋:
它是蛋白质当中最为常见的二级构造(图1.2(左))。
它的每个螺旋周期有3.6个氨基酸残基,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。
α-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α-螺旋的倾向。
β-折叠:
它也是常见的蛋白质二级构造之一。
与α-螺旋不同,它呈片状(,肽链几乎完全伸展的,而非严密卷曲。
此外,β-折叠中相邻两个氨基酸的轴向距离为3.5&A;,而不是α-螺旋中的1.5&A。
β-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β-折叠片;而反平行的β-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。
β-转角:
它大多分布在球状蛋白质分子外表,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,β-转角在球状蛋白质中是重要的二级构造,起到连接其他二级构造的作用。
无规卷曲:
它是指没有确定规律性的但拥有严密有序的稳定构造的肽链构象,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构造上的稳定。
无规卷曲大体上分为两种,即严密环和连接条带。
卷曲所形成的二级构造称为α-螺旋,折叠所形成的二级构造称为折叠片。
这两种二级构造的形**是
由于距离一定的—N—H基团和—C=O基团之间形成氢键的。
三级构造:
在二级构造根底上进一步折叠成严密的三维形式。
三维形状一般都可以大致说是球状的或是纤维状的。
四级构造:
由蛋白质亚基构造形成的多于一条多肽链的蛋白质分子的空间排列。
超二级构造:
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,形成规则的二级构造聚集体。
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,如下列图,图中F为纬度处*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有引力F1一样,皆为F=
,式中R为地球半径。
F1=
经计算F1的最大值〔发生在ψ=0处〕约为万有引力的
,因此mg与F的夹角θ很小,可采用以下方法来计算重力mg。
将图6—1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
F-mg=F1cosψ=mω2Rcos2Ψ
将F=
代入,得
g=
-ω2Rcos2Ψ=
-ω2R+ω2Rsin2Ψ
显然,在两极处重力加速度gp=
,
在赤道处重力加速度ge=
-ω2R,亦即ω2R=gp-ge,
则在任意纬度Ψ处,重力加速度为g=ge+(gp-ge)sin2Ψ=ge(1+βsin2Ψ)
式中β=
为一常量,因此地面处的重力加速度随纬度之增加而增大。
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。
假设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外表处的重力加速度。
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,根据对地球外表异常分布的研究获得的有关地质资料,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展探测。
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展探测。
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。
运发动在月球上终究能跳多高?
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
,亦即人在月球上所受重力加速度在地球上所受重力加速度的
,因此,运发动在月球外表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的运发动,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。
但是这并不能是运发动的跳高成绩变为地球上的6倍。
运发动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,运发动重心所能上升的高度h2=
。
优秀运发动跳跃横杆时,其重心与横杆等高〔甚至有可能低于横杆〕,因此,跳高运发动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。
例如一跳高运发动假设其身高为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。
我们假设他在月球外表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:
IonizationEnergy
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 由于原子失去电子必须消耗能量抑制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构造,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一样,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)构造时,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,说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一样,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 I=χs+Eg 其中I为电离能,χs为电子亲合能,Eg为价带顶到导带底的能量差。 电离能大小: 1st–10th〔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 1st 2nd 3rd 4th 5th 6th 7th 8th 9th 10th 1 H 1312.0 2 He 2372.3 5250.5 3 Li 520.2 7298.1 11815.0 4 Be 899.5 1757.1 14848.7 21006.6 5 B 800.6 2427.1 3659.7 25025.8 32826.7 6 C 1086.5 2352.6 4620.5 6222.7 37831 47277.0 7 N 1402.3 2856 4578.1 7475.0 9444.9 53266.6 64360 8 O 1313.9 3388.3 5300.5 7469.2 10989.5 13326.5 71330 84078.0 9 F 1681.0 3374.2 6050.4 8407.7 11022.7 15164.1 17868 92038.1 106434.3 10 Ne 2080.7 3952.3 6122 9371 12177 15238 19999.0 23069.5 115379.5 131432 11 Na 495.8 4562 6910.3 9543 13354 16613 20217 25496 28932 141362 12 Mg 737.7 1450.7 7732.7 10542.5 13630 18020 21711 25661 31653 35458 13 Al 577.5 1816.7 2744.8 11577 14842 18379 23326 27465 31853 38473 14 Si 786.5 1577.1 3231.6 4355.5 16091 19805 23780 29287 33878 38726 15 P 1011.8 1907 2914.1 4963.6 6273.9 21267 25431 29872 35905 40950 16 S 999.6 2252 3357 4556 7004.3 8495.8 27107 31719 36621 43177 17 Cl 1251.2 2298 3822 5158.6 6542 9362 11018 33604 38600 43961 18 Ar 1520.6 2665.8 3931 5771 7238 8781 11995 13842 40760 46186 19 K 418.8 3052 4420 5877 7975 9590 11343 14944 16963.7 48610 20 Ca 589.8 1145.4 4912.4 6491 8153 10496 12270 14206 18191 20385 21 Sc 633.1 1235.0 2388.6 7090.6 8843 10679 13310 15250 17370 21726 22 Ti 658.8 1309.8 2652.5 4174.6 9581 11533 13590 16440 18530 20833 23 V 650.9 1414 2830 4507 6298.7 12363 14530 16730 19860 22240 24 Cr 652.9 1590.6 2987 4743 6702 8744.9 15455 17820 20210 23580 25 Mn 717.3 1509.0 3248 4940 6990 9220 11500 18770 21400 23960 26 Fe 762.5 1561.9 2957 5290 7240 9560 12060 14580 22540 25290 27 Co 760.4 1648 3232 4950 7670 9840 12440 15230 17959 26570 28 Ni 737.1 1753.0 3395 5300 7339 10400 12800 15600 18600 21670 29 Cu 745.5 1957.9 3555 5536 7700 9900 13400 16000 19200 22400 30 Zn 906.4 1733.3 3833 5731 7970 10400 12900 16800 19600 23000 31 Ga 578.8 1979.3 2963 6180 32 Ge 762 1537.5 3302.1 4411 9020 33 As 947.0 1798 2735 4837 6043 12310 34 Se 941.0 2045 2973.7 4144 6590 7880 14990 35 Br 1139.9 2103 3470 4560 5760 8550 9940 18600 36 Kr 1350.8 2350.4 3565 5070 6240 7570 10710 12138 22274 25880 37 Rb 403.0 2633 3860 5080 6850 8140 9570 13120 14500 26740 38 Sr 549.5 1064.2 4138 5500 6910 8760 10230 11800 15600 17100 39 Y 600 1180 1980 5847 7430 8970 11190 12450 14110 18400 40 Zr 640.1 1270 2218 3313 7752 9500 41 Nb 652.1 1380 2416 3700 4877 9847 12100 42 Mo 684.3 1560 2618 4480 5257 6640.8 12125 13860 15835 17980 43 Tc 702 1470 2850 44 Ru 710.2 1620 2747 45 Rh 719.7 1740 2997 46 Pd 804.4 1870 3177 47 Ag 731.0 2070 3361 48 Cd 867.8 1631.4 3616 49 In 558.3 1820.7 2704 5210 50 Sn 708.6 1411.8 2943.0 3930.3 7456 51 Sb 834 1594.9 2440 4260 5400 10400 52 Te 869.3 1790 2698 3610 5668 6820 13200 53 I 1008.4 1845.9 3180 54 *e 1170.4 2046.4 3099.4 55 Cs 375.7 2234.3 3400 56 Ba 502.9 965.2 3600 57 La 538.1 1067 1850.3 4819 5940 58 Ce 534.4 1050 1949 3547 6325 7490 59 Pr 527 1020 2086 3761 5551 60 Nd 533.1 1040 2130 3900 61 Pm 540 1050 2150 3970 62 Sm 544.5 1070 2260 3990 63 Eu 547.1 1085 2404 4120 64 Gd 593.4 1170 1990 4250 65 Tb 565.8 1110 2114 3839 66 Dy 573.0 1130 2200 3990 67 Ho 581.0 1140 2204 4100 68 Er 589.3 1150 2194 4120 69 Tm 596.7 1160 2285 4120 70 Yb 603.4 1174.8 2417 4203 71 Lu 523.5 1340 2022.3 4370 6445 72 Hf 658.5 1440 2250 3216 73 Ta 761 1500 74 W 770 1700 75 Re 760 1260 2510 3640 76 Os 840 1600 77 Ir 880 1600 78 Pt 870 1791 79 Au 890.1 1980 80 Hg 1007.1 1810 3300 81 Tl 589.4 1971 2878 82 Pb 715.6 1450.5 3081.5 4083 6640 83 Bi 703 1610 2466 4370 5400 8520 84 Po 812.1 85 At 890±40 86 Rn 1037 87 Fr 380 88 Ra 509.3 979.0 89 Ac 499 1170 90 Th 587 1110 1930 2780 91 Pa 568 92 U 597.6 1420 93 Np 604.5 94 Pu 584.7 95 Am 578 96 Cm 581 97 Bk 601 98 Cf 608 99 Es 619 100 Fm 627 101 Md 635 102 No 642
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