细胞的物质基础

1. 组成细胞的元素/化学键

离子键，盐键(生物only)，共价键，氢键，范德华力

2. 糖类: 多羟醛/酮+其聚合/衍生物

2.2. 单糖的化学结构

1️⃣链状结构

2️⃣$\text{D}\mathrm{\&}\text{L}$$\text{D}\&\text{L}$分型(注意定义)

1. 甘油醛的$\text{D}\mathrm{\&}\text{L}$$\text{D}\&\text{L}$分型

   手性碳($\text{C*}$$\text{C*}$)相连的$\text{-OH}$$\text{-OH}$	构型	结构图(甘油醛)	分子式
   右	$\text{D}$$\text{D}$
   左	$\text{L}$$\text{L}$

2. 单糖的$\text{D\&L}$$\text{D\&L}$分型 ($\text{D}$$\text{D}$型糖最常见)

   

   • 分型规则: 离羟基最远的不对称碳原子上羟基的空间排布与甘油醛比较，确定类型

3. 单糖溶液变旋性: $\text{单}\text{糖}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \text{旋}\text{光}\text{度}\text{变}\text{化}\to \text{趋}\text{于}\text{稳}\text{定}\to \text{得}\text{到}\text{混}\text{合}\text{溶}\text{液}$$单糖+ \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \rightarrow 旋光度变化 \rightarrow趋于稳定 \rightarrow 得到混合溶液$

3️⃣环状结构

1. $\text{Glc in aq}$$\text{Glc in aq}$成环示意图

   

2. 环状结构分类，注意$\alpha /\beta$$\alpha{}/\beta{}$​类型：

   构型	新生成的羟基($1$$1$号碳)$\text{Vs.}$$\text{Vs.}$对面羟基($4$$4$号碳)位置	$\alpha /\beta \text{-D}\text{葡}\text{萄}\text{糖}$$\alpha{}/\beta{}\text{-D}葡萄糖$
   $\alpha$$\alpha{}$	相同
   $\beta$$\beta{}$	不同

4️⃣环状糖分子的$\text{Haworth}$$\text{Haworth}$式(基准-规则-示例)

1. 基准

2. 书写规则

• 顺时针书写

• $\text{Fischer}$$\text{Fischer}$式左侧基团 (羟基)书于环平面之上，右侧基团书于环平面之下

• $\text{D}$$\text{D}$型糖环外基团书于环仠面之上,$\text{L}$$\text{L}$​型在平面之下

3. 示例

2.3. 单糖的化学性质

反应类型	描述	结果
成酯	含有醇羟基的化合物与酸反应生成酯	生成酯类化合物
成苷	醇羟基与糖反应生成苷	生成苷类化合物
脱氧	某碳上的羟基被氢原子取代	生成脱氧糖(如$\text{D-}$$\text{D-}$脱氧核糖)
氨基化	羟基被氨基取代	生成含有氨基的化合物
差向异构	$\text{D-}$$\text{D-}$葡萄糖在碱性条件下$\stackrel{{\text{OH}}^{-}}{\to }$$\xrightarrow{\text{OH}^{-}}$转变为$\text{D-}$$\text{D-}$甘露糖和$\text{D-}$$\text{D-}$果糖	$\text{D-}$$\text{D-}$葡萄糖转化为$\text{D-}$$\text{D-}$甘露糖和$\text{D-}$$\text{D-}$果糖

2.4. 麦芽糖的性质

2.4.1. 结构

类型	两个葡萄糖连接	结构
正常麦芽糖	$\text{1-4}$$\text{1-4}$糖苷键
异麦芽糖	$\text{1-6}$$\text{1-6}$糖苷键

2.4.2. 种类

$\alpha$$\alpha$麦芽糖	$\beta$$\beta$麦芽糖

2.5. 多糖结构与性质

1️⃣淀粉：直链$\text{D-Glc(}\alpha \text{-1,4)}\mathrm{\&}$$\text{D-Glc(}\alpha\text{-1,4)}\&$支链($\text{1-4 or 1-6}$$\text{1-4 or 1-6}$​​糖苷键)

	结构	架构
直链淀粉
支链淀粉

2️⃣糖原：$\text{淀}\text{粉}\underset{\text{动}\text{物}\text{体}\text{内}}{\overset{\text{高}\text{度}\text{支}\text{链}\text{化}}{\to }}\text{糖}\text{原}⟹\text{可}\text{以}\text{快}\text{速}\text{水}\text{解}$$淀粉\xrightarrow[动物体内]{高度支链化}糖原\implies{}可以快速水解$

3️⃣纤维素：$\text{D-Glc(}\beta \text{ -1,4)}\underset{\text{无}\text{分}\text{支}}{\overset{\text{组}\text{成}}{\to }}\text{纤}\text{维}\text{丝}\underset{\text{氢}\text{键}}{\overset{\text{互}\text{相}\text{结}\text{合}}{\to }}\text{纤}\text{维}\text{素}$$\text{D-Glc(}\beta{}\text{ -1,4)}\xrightarrow[无分支]{组成}纤维丝\xrightarrow[氢键]{互相结合}纤维素$

3. 脂肪类

3.0. 概述

1️⃣功能：构成生物膜，保护内脏，储能，传递信号(固醇类激素)，电热绝缘

2️⃣定义：

1. ${\text{C}}_4$$\text{C}_4$以上脂肪酸

2. 醇类：如甘油醇、鞘氨醇

3. 醇类组成的酯类及衍生物/类似物

3.1. 脂结构与分类

1️⃣脂肪酸

1. 分为饱和/不饱和(有双键)，$\text{C}$$\text{C}$数$\text{16/18/20}$$\text{16/18/20}$最常见，熔点饱和$\text{>}$$\text{>}$不饱和(顺式$\text{<}$$\text{<}$反式)，必需脂肪酸如海洋$\text{3A}$$\text{3A}$

2. 尤其注意，不饱和的/名字中带亚的，大概率是必需脂肪酸

2️⃣单脂($\text{aka}$$\text{aka}$一/二/三酰$-$$-$甘油): 高级醇$\stackrel{\text{酯}\text{化}}{\leftrightarrow }\text{1-3}$$\xleftrightarrow{酯化}\text{1-3}$个脂肪酸

3️⃣复脂类(磷脂/糖脂)：含有磷酸/糖类的脂类，甘油$\underset{\text{酯}\text{化}\text{一}\text{个}\text{磷}\text{酸}/\text{糖}\text{类}}{\overset{\text{酯}\text{化}\text{两}\text{个}\text{脂}\text{肪}\text{酸}}{\to }}$$\xrightarrow[酯化一个磷酸/糖类]{酯化两个脂肪酸}$磷脂/糖脂

4️⃣固醇类：高级一元醇，可转化为类固醇激素/维生素/合成胆汁酸

3.2. 脂理化性质

1️⃣物理性质: 无色无味，中性，密度小于水，不溶于水

2️⃣化学性质：

1. 可氧化

   

2. 可与碱皂化：皂化价衡量㒵化$\text{1g}$$\text{1g}$油脂所需多少$\text{mg}$$\text{mg}$的$\text{KOH}$$\text{KOH}$

4. 蛋白质

4.0. 概述

1️⃣定义：氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子

2️⃣作用: 结构物质，功能载体，生命起源

3️⃣组成:$\text{CHONS}$$\text{CHONS}$

4.1. 氨基酸

1️⃣生物体内的$20$$20$种氨基酸(都是$\text{L}$$\text{L}$型)

2️⃣氨基酸分类

1. 非极性脂肪族$\mathrm{\&}$$\&$极性中性氨基酸：侧链基团含有$\text{OS}\to$$\text{OS} \rightarrow$极性，只含$\text{CH}\to$$\text{CH}\rightarrow$非极性

2. 芳香族侧链氨基酸: 侧链基团含有苯环

3. 酸碱性氨基酸: 酸性(侧链含$-{\mathrm{COO}}^{-}$$-\mathrm{COO}^{-}$)，碱性(侧链含$-{\mathrm{NH}}_3^{+}$$-\mathrm{NH}_3^{+}$​)

3️⃣人体必需氨基酸

甲硫氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸

4️⃣氨基酸的等电点(必考)

1. 定义: 氨基酸中$-{\mathrm{NH}}^{+}$$-\mathrm{NH}^{+}$和$-{\mathrm{COO}}^{-}$$-\mathrm{COO}^{-}$数目相等时溶液的$\mathrm{pH}\to$$\mathrm{pH}\rightarrow$氨基酸等电点

2. 公式:$\text{PI}=\frac{{\text{pK}}_{a_1}+{\text{pK}}_{a_2}}{2}，\text{PH}<\text{PI}$$\text{PI}=\cfrac{\text{pK}_{a_1}+\text{pK}_{a_2}}{2}，\text{PH}<\text{PI}$净电荷为$+，\text{PH}>\text{PI}$$+， \text{PH}>\text{PI}$净电荷为$-$$-$

3. 性质: 例如将氨基酸溶于水$\text{PH=6}$$\text{PH=6}$说明解离出${\text{H}}^{+}$$\text{H}^{+}$多带负电$\to$$\to$要让其等电还得加${\text{H}}^{+}$$\text{H}^{+}$$\to$$\to$则其等电点小于$6$$6$

4. PS特殊情况：如有多步只取电中性分子两端的${\text{K}}_a$$\text{K}_a$

5️⃣ 氨基酸的化学性质：氨基-形成西佛碱，氨基-苯异硫氰酸，羧基-成脂，成肽键

4.2. 多肽

1️⃣书写规则: 左$\to$$\rightarrow$右，$\text{N}$$\text{N}$端$\to$$\rightarrow$$\text{C}$$\text{C}$端

2️⃣结构特性：

1. 肽键中$\text{C-N}$$\text{C-N}$性质类似于$\text{C=C}$$\text{C=C}$

2. 不能自由旋转，六个原子共平面(肽平面)

4.3. 蛋白质

4.3.1. 蛋白质结构

结构级别	描述
一级结构	肽链
二级结构	$\alpha$$\alpha$螺旋，$\beta$$\beta$转角，$\beta$$\beta$折叠
三级结构	三维结构，蛋白质的单个多肽链水平
四级结构	由多个三级结构拼接组成

1️⃣二级结构中$\alpha /\beta$$\alpha{}/\beta$特点

$\alpha$$\alpha$(右手)螺旋	$\beta$$\beta$折叠(反平行)	$\beta$$\beta$折叠(平行)

2️⃣超二级结构(模体$\text{motif}$$\text{motif}$)：蛋白分子中几个二级结构片段缠绕产生功能

3️⃣蛋白质三级结构的化学键或作用力：静电(盐键)，共价，氢键，疏水键

4️⃣蛋白质四级结构中的一些效应

1. 别构效应：蛋白质$\stackrel{\text{三}\text{级}\text{结}\text{构}(\text{亚}\text{基})\text{改}\text{变}}{\to }$$\xrightarrow{三级结构(亚基)改变}$分子功能改变

2. 血红蛋白$\text{Bohr}$$\text{Bohr}$效应：

   • ${\text{HbO}}_2+{\text{H}}^{+}\stackrel{\text{动}\text{态}\text{平}\text{衡}}{\leftrightarrow }{\text{HbH}}^{+}+{\text{O}}_2$$\text{HbO}_2+\text{H}^+\xleftrightarrow{动态平衡}\text{HbH}^{+}+\text{O}_2$

   • 注意${\text{H}}^{+},{\text{CO}}_2$$\text{H}^+,\text{CO}_2$增多都会导致平衡右$\to \text{Hb}$$\to{\text{Hb}}$释放${\text{O}}_2$$\text{O}_2$

3. 血红蛋白的$\text{BPG}$$\text{BPG}$作用机制：$\text{BPG}$$\text{BPG}$结合血红蛋白$\to$$\to$降低对氧亲和力$\to$$\to$释放更多氧到周围组织

4.3.2. 蛋白质结构与功能

1️⃣结构决定功能，但不完全决定

2️⃣一级结构决定高级结构，一级结构相同二级结构不同影响生理功能，高级结构(别构效应等)

4.3.3. 蛋白质的物理性质

特性	描述
紫外吸光	在$\text{280nm}$$\text{280nm}$处吸光，主要由氨基酸中的苯环贡献
变性	通过射线、酸碱等外部因素引起的结构变化，不影响一级结构

4.3.4. 全酶(结合酶)

蛋白质(酶蛋白)$+$$+$热稳定小分子(辅因子)

5. 核酸：自然界先有核酸再有蛋白质

5.1. 核酸组成结构

$\text{核}\text{酸}\stackrel{\text{组}\text{成}}{\leftarrow }\text{单}\text{核}\text{苷}\text{酸}\stackrel{\text{组}\text{成}}{\leftarrow }\text{磷}\text{酸}+(\text{核}\text{苷}\stackrel{\text{组}\text{成}}{\leftarrow }\text{碱}\text{基}+\text{核}\text{糖})$$核酸\xleftarrow{组成}单核苷酸\xleftarrow{组成}磷酸+(核苷\xleftarrow{组成}碱基+核糖)$​

5.1.1. 核糖

5.1.2. 碱基

1️⃣嘧啶：尿里两泡泡($\text{U}$$\text{U}$)，胸前一滩尿($\text{U}$$\text{U}$是$\text{T}$$\text{T}$的前体)，尿上是个氨气包($\text{C}$$\text{C}$)

2️⃣嘌呤：鸟儿张嘴吸氨气($\text{G}$$\text{G}$)，线下来把鸟儿替($\text{A}$$\text{A}$)

5.2. 核酸一级结构

1️⃣连接方式:$3^{\prime }\text{-OH}$$3^{\prime}\text{-OH}$与$5^{\prime }\text{-}$$5^{\prime}\text{-}$磷酸酯键相连

2️⃣书写规则: 如$5^{\prime }\text{ATCGATCAG}{3}^{\prime }\stackrel{\text{ 默认左右端 }}{\to }\text{ATCGATCAG}$$5^{\prime} \text{ATCGATCAG}3^{\prime} \xrightarrow{\text { 默认左右端 }} \text{ATCGATCAG}$

5.3. 核酸高级结构(DNA双螺旋结构)

1️⃣一般结构：

1. 碱基位于内侧，磷酸脱氧核糖在外

2. 碱基环平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基环平面成$\text{90°}$$\text{90°}$角

2️⃣特殊结构：三螺旋，四股螺旋

5.4. DNA的理化性质

插入一下：$\text{RNA}$$\text{RNA}$易水解，不稳定，不适合做遗传物质

5.4.1. 含氮碱基的紫外吸收

样品类型	${\text{OD}}_{260}/{\text{OD}}_{280}$$\text{OD}_{260}/\text{OD}_{280}$
$\text{DNA}$$\text{DNA}$	$1.8$$1.8$
$\text{RNA}$$\text{RNA}$	$2.0$$2.0$
蛋白质样品	$0.5$$0.5$

1. 吸收峰是$\text{260nm}$$\text{260nm}$(区别于蛋白质$\text{280nm}$$\text{280nm}$)

2. $\text{OD}$$\text{OD}$代表吸收光强，$\text{260}$$\text{260}$/$\text{280}$$\text{280}$代表波长，这种特性用于提纯

5.4.2. DNA变性与复性：指的是双链的打开与还原

1️⃣$\text{DNA}$$\text{DNA}$的变性在很窄温度区间内完成，称之为DNA熔点${\text{T}}_{\text{m}}$$\text{T}_{\text{m}}$

2️⃣$\text{CG}$$\text{CG}$含量越高，$\text{DNA}$$\text{DNA}$越难变性

5.4.3. PCR

1️⃣${96}^{\circ }\mathrm{C}$$96^{\circ} \mathrm{C}$变性$\to$$\rightarrow$双股$\text{DNA}$$\text{DNA}$打开

2️⃣约${68}^{\circ }\mathrm{C}$$68^{\circ} \mathrm{C}$退火$\to$$\rightarrow$引物与模板$\text{DNA}$$\text{DNA}$配对结合

3️⃣在${72}^{\circ }\mathrm{C}$$72^{\circ} \mathrm{C}$时$\text{DNA}$$\text{DNA}$延长$(\mathrm{P}=$$(\mathrm{P}=$聚合酶$)$$)$​

温度	操作	操作的细节
${96}^{\circ }\mathrm{C}$$96^\circ \mathrm{C}$	变性	双股$\text{DNA}$$\text{DNA}$打开
约${68}^{\circ }\mathrm{C}$$68^\circ \mathrm{C}$	退火	引物与模板$\text{DNA}$$\text{DNA}$配对结合
${72}^{\circ }\mathrm{C}$$72^\circ \mathrm{C}$	$\text{DNA}$$\text{DNA}$延长	使用$\text{DNA}$$\text{DNA}$聚合酶$(\mathrm{P})$$(\mathrm{P})$进行链延长

第一循环完成，两段双股$\text{DNA}$$\text{DNA}$又可当作下一个循环模板，每次循环都使得扩增的$\text{DNA}$$\text{DNA}$片段加倍