生物物理技術應用

關于生物物理技術應用第1頁，共15頁，2022年，5月20日，9點0分，星期五結(jié)構(gòu)化學概論物理化學由化學熱力學、化學動力學、結(jié)構(gòu)化學三大部分組成。其中結(jié)構(gòu)化學研究化學體系的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。它以量子理論為理論基礎，研究原子和分子的結(jié)構(gòu)，物體的體相中原子和分子的空間結(jié)構(gòu)、表面相的結(jié)構(gòu)，以及結(jié)構(gòu)與物性的規(guī)律性。X射線衍射方法與譜學方法是結(jié)構(gòu)化學的重要組成部分。第2頁，共15頁，2022年，5月20日，9點0分，星期五結(jié)構(gòu)化學于生物學的應用推測有機化合物的結(jié)構(gòu)e.g.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)測定溶液的成分及各組分濃度e.g.分光光度計測定溶液葉綠素含量第3頁，共15頁，2022年，5月20日，9點0分，星期五推測有機化合物的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)化學方法的應用大大推進了近現(xiàn)代生物學的發(fā)展。尤其是X射線晶體衍射法在生物大分子結(jié)構(gòu)推斷上的應用，使生物學研究從細胞水平進入到了分子水平上。1951年，Pauling通過研究血紅蛋白X射線晶體衍射圖像，提出蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)——α螺旋。第4頁，共15頁，2022年，5月20日，9點0分，星期五推測有機化合物的結(jié)構(gòu)1953年，Watson與Crick通過對Franklin制作的DNA分子X射線晶體衍射圖像進行分析，發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。使得生物學研究進入了新次元。至今，X射線晶體衍射法仍為生物大分子結(jié)構(gòu)推斷的首選方法。而后來一并應用的核磁共振譜等譜學方法，也成為了生物大分子結(jié)構(gòu)推斷的重要方法。第5頁，共15頁，2022年，5月20日，9點0分，星期五X射線晶體衍射法原理：從衍射花樣(衍射線的方向和強度)推算生物大分子的三維結(jié)構(gòu)(也常稱空間結(jié)構(gòu)、立體結(jié)構(gòu)或構(gòu)象)。X射線衍射技術能夠精確測定原子在晶體中的空間位置﹐是迄今研究生物大分子結(jié)構(gòu)的主要技術。

第6頁，共15頁，2022年，5月20日，9點0分，星期五譜學方法分子振動光譜（如：紅外光譜）紫外-可見光譜核磁共振譜順磁共振譜電子能譜質(zhì)譜旋光譜……譜學方法可輔助甚至主導針對生物大分子的研究。第7頁，共15頁，2022年，5月20日，9點0分，星期五紅外光譜原理：當一束具有連續(xù)波長的紅外光通過物質(zhì)，物質(zhì)分子中某個基團的振動頻率或轉(zhuǎn)動頻率和紅外光的頻率一樣時，分子就吸收能量由原來的基態(tài)振(轉(zhuǎn))動能級躍遷到能量較高的振(轉(zhuǎn))動能級，分子吸收紅外輻射后發(fā)生振動和轉(zhuǎn)動能級的躍遷，該處波長的光就被物質(zhì)吸收。紅外吸收峰的位置與強度反映了分子結(jié)構(gòu)上的特點，可以用來鑒別未知物的結(jié)構(gòu)組成或確定其化學基團；而吸收譜帶的吸收強度與化學基團的含量有關，可用于進行定量分析和純度鑒定。第8頁，共15頁，2022年，5月20日，9點0分，星期五紫外-可見光譜原理：利用特定物質(zhì)的分子吸收特定波長的能量用于電子能級間的躍遷來進行分析測定。應用：測定未知溶液的成分及各組分濃度*分光光度計的應用，其基本原理便脫胎于紫外-可見光譜法。第9頁，共15頁，2022年，5月20日，9點0分，星期五核磁共振譜核磁共振波譜法（NuclearMagneticResonanceSpectroscopy,NMR）NMR是研究原子核對射頻輻射(Radio-frequencyRadiation)的吸收，它是對各種有機和無機物的成分、結(jié)構(gòu)進行定性分析的最強有力的工具之一，有時亦可進行定量分析。核磁共振現(xiàn)象于1946年由E.M.珀塞耳和F.布洛赫等人發(fā)現(xiàn)。目前核磁共振迅速發(fā)展成為測定有機化合物結(jié)構(gòu)的有力工具。目前核磁共振與其他儀器配合，已鑒定了十幾萬種化合物。70年代以來，使用強磁場超導核磁共振儀,大大提高了儀器靈敏度,在生物學領域的應用迅速擴展。第10頁，共15頁，2022年，5月20日，9點0分，星期五質(zhì)譜法質(zhì)譜分析是一種測量離子荷質(zhì)比（電荷-質(zhì)量比）的分析方法，其基本原理是使試樣中各組分在離子源中發(fā)生電離，生成不同荷質(zhì)比的帶正電荷的離子，經(jīng)加速電場的作用，形成離子束，進入質(zhì)量分析器。在質(zhì)量分析器中，再利用電場和磁場使發(fā)生相反的速度色散，將它們分別聚焦而得到質(zhì)譜圖，從而確定其質(zhì)量。與色譜法、計算機聯(lián)用，可快速簡便地分析混合物成分、含量并推斷各組分結(jié)構(gòu)等第11頁，共15頁，2022年，5月20日，9點0分，星期五旋光譜許多有機化合物具有光學活性，能使偏振光的偏振平面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為旋光?；衔锏男舛群凸獾牟ㄩL有關，亦即一個化合物的比旋度隨著波長而改變。測定在紫外及可見光（200-700nm）內(nèi)的旋光，然后將比旋度對波長作圖，所得的譜線即旋光譜。對于類似的化合物，若對應的電子躍遷顯出類似的旋光色散行為，得出類似的旋光色散曲線，則它們就有同樣的光學構(gòu)型。第12頁，共15頁，2022年，5月20日，9點0分，星期五穆斯堡爾譜學穆斯堡爾效應：一個自由原子核發(fā)射或吸收γ光子時，原子核都要受到反沖。若原子核被束縛在晶體點陣上，則發(fā)射或吸收γ光子時，整個晶體反沖，容易觀察到共振吸收現(xiàn)象。應用穆斯堡爾效應，利用多普勒速度掃描實現(xiàn)共振吸收測量，可以研究原子核與周圍環(huán)境的超精細相互作用，是一種非常精確的測量手段。生物工作者利用穆斯堡爾譜學研究了血紅素蛋白、鐵硫蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白等含金屬元素蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。第13頁，共15頁，2022年，5月20日，9點0分，星期五小結(jié)結(jié)構(gòu)化學方法應用于生物學，為生物學的發(fā)展做出了巨大貢獻，甚至引領了生物學研究從細胞亞細胞水平進入了分子水平。結(jié)構(gòu)化學于生物學的應用主