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生物化學原理 版權信息
- ISBN：9787030176806
- 條形碼：9787030176806 ; 978-7-03-017680-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
生物化學原理 內容簡介
生物化學是探索生命本質的重要微觀學科之一。作為大學生物學科學本科生使用的基礎教材，《生物化學原理》既傳承了生物化學基本理論，又展示了生物化學發展的*新成就。 《生物化學原理》共由五個部分、二十三章組成。**部分介紹生化系統的環境條件，第二部分介紹生命的化學物質，第三部分介紹物質與能量代謝，第四部分介紹信息傳遞與調控，第五部分介紹與生物化學研究相關的新技術與新學科。 《生物化學原理》內容全面、系統，深入淺出地介紹了生物化學的教學內容。
生物化學原理 目錄
目錄
前言
**部分 生化系統的環境條件
**章 水、pH和緩沖劑 3
**節 導言 3
一、生物體中水的重要性 3
二、水分子的結構 3
第二節 水的性質 3
一、水的極性 3
二、水的溶解性 4
三、水的比熱容、蒸發熱 4
第三節 水的電離 5
一、水的解離和pH 5
二、酸和堿 5
第四節 緩沖系統 6
第五節 生物機體中的緩沖系統 6
第六節 水在生物機體中的作用 7
習題 8
第二章 細胞是生命活動的基本單位 9
**節 導言 9
第二節 細胞的結構 9
一、細胞的大小 9
二、細胞結構 9
第三節 原核細胞與真核細胞 12
第四節 細胞的元素組成和分子組成 12
一、細胞的元素組成 12
二、細胞的分子組成 13
習題 13
第二部分 生命物質的化學
第三章 糖類的化學 17
**節 導言 17
一、糖的定義與元素組成 17
二、糖的分類與命名 17
第三節 單糖的結構和性質 18
一、單糖的開鏈結構 18
二、單糖的環狀結構 20
二、單糖的性質 23
第三節 單糖衍生物 27
一、氨基糖 27
二、糖酶和糖酸 28
三、糖苷 29
第四節 寡糖的結構和性質 30
一、寡糖的定義與命名 30
二、常見寡糖的結構 30
三、寡糖的性質 31
四、環糊精 32
第五節 多糖的結構和性質 33
一、同聚多糖 33
二、雜聚多糖 37
三、復合糖類 40
第六節 糖類物質的生物學功能 41
一、能源 41
二、結構組分 41
三、其他一些重要的生物功能 42
習題 42
第四章 脂類和生物膜化學 44
**節 導言 44
一、脂質的基本概念 44
二、脂質的分類 44
三、脂質的生理功能 44
第二節 酯酰甘油 45
一、油脂的結構 45
二、油脂的性質 46
第三節 磷脂 48
一、甘油磷脂 48
二、鞘磷脂 50
第四節 固醇及其衍生物 50
一、固醇類 50
二、類固醇 52
第五節 其他脂類 53
一、萜類 53
二、蠟 54
三、糖脂 54
四、脂蛋白 55
第六節 生物膜化學 55
一、生物膜的化學組成 55
二、生物膜結構的主要特征 56
三、生物膜的結構模型 57
四、生物膜的功能 57
五、膜生物工程 59
習題 60
第五章 蛋白質化學 61
**節 導言 61
第二節 氨基酸 61
一、蛋白質的基本結構單位氨基酸 61
二、氨基酸的性質 65
三、氨基酸的化學反應 68
第三節 肽 72
一、肽的結構 72
二、天然活性肽 73
第四節 蛋白質的分類 75
一、單純蛋白質 75
二、結合蛋白質 75
第五節 蛋白質的共價結構 76
一、蛋白質的氨基酸組成 76
二、蛋白質分子結構中的化學鍵 77
三、蛋白質一級結構的測定 79
四、幾種典型蛋白質的一級結構 83
第六節 蛋白質的二級結構 83
一、構型與構象 83
二、蛋白質的二級結構 84
三、超二級結構和結構域 87
第七節 蛋白質的三級結構 88
第八節 蛋白質的四級結構 88
第九節 蛋白質的構效關系 89
一、蛋白質一級結構對高級結構的影響 89
二、一級結構與功能的關系 90
三、高級結構與功能的關系 92
第十節 幾種典型蛋白質的結構與功能 93
一、纖維狀蛋白質（fibrous proteins） 93
三、球狀蛋白 94
三、糖蛋白 96
四、脂蛋白 97
第十一節 蛋白質構象分析原理 98
一、蛋白質溶液構象分析的光譜技術原理 98
二、多維核磁共振基本原理 99
三、蛋白質構象的理論預測 100
第十二節 蛋白質的性質 100
一、蛋白質的兩性解離和等電點 100
二、蛋白質分子的大小 101
三、蛋白質的肢體性質 103
四、蛋白質的沉淀作用 103
五、蛋白質的變性作用 104
六、蛋白質的顏色反應 105
第十三節 蛋白質及氨基酸的純化和鑒定技術原理 105
一、蛋白質分離純化的一般原則 106
二、蛋白質分離純化的方法 106
三、蛋白質的分析測定 109
習題 112
第六章 核酸化學 113
**節 導言 113
一、核酸是遺傳物質變異的物質基礎 113
二、核酸的分類 114
三、核酸的生物功能 115
第二節 核酸的組成成分 118
一、元素組成 118
二、糖組分 118
三、堿基 119
四、核苷 122
五、核苷酸 124
第三節 RNA的結構 127
一、RNA的種類與分布 127
二、RNA的一級結構 129
三、RNA的高級結構 135
第四節 DNA的結構 140
一、DNA的一級結構 140
二、DNA的二級結構 144
三、DNA的三級結構 148
第五節 病毒核酸 150
一、病毒的大小、形態與結構 150
二、病毒核酸 151
第六節 核酸及核苷酸的性質 155
一、性狀和溶解度 155
三、核酸及其組分的兩性性質 155
三、核酸及其組分的紫外吸收 157
四、核酸的變性與復性 159
第七節 核酸研究技術原理 160
一、核酸及其組分的分離純化 160
二、核酸及其組分含量的測定 162
三、核酸及其組分的分析鑒定方法 163
四、DNA聚合酶鏈反應技術 165
五、核酸的分子雜交與印跡技術 166
習題 166
第三部分 物質代謝與能量代謝
第七章 代謝系統必需的催化劑——酶 169
**節 導言 169
一、酶的概念 169
二、酶的催化特性 170
三、酶的組成 171
第二節 酶的分類 172
第三節 酶結構與功能的關系 173
一、酶的一級結構與催化功能的關系 173
二、酶的活性與其高級結構的關系 174
第四節 酶催化反應的機理 176
一、酶促反應的本質 176
二、酶反應機制 176
第五節 酶反應動力學 178
一、酶促反應的基本動力學 178
二、酶濃度對酶反應速率的影響 182
三、溫度對酶反應速率的影響 182
四、pH對酶反應速率的影響 183
五、激活劑對酶反應速率的影響 183
六、抑制劑對酶反應速率的影響 183
第六節 酶的多樣性及活性調節 185
一、核酶 186
二、調節酶 186
二、多功能酶 186
四、人工酶 186
第七節 酶活性測定 187
一、定性測定——根據酶催化的反應判斷 187
二、活力單位——表示酶量的指標 187
三、比活力——表示酶純度的指標 188
四、轉換數——另一種表示酶催化能力大小的方法 188
五、酶活力的定量測定方法——不同酶選用不同方法 188
習題 188
第八章 代謝系統必需的輔助因子 190
**節 導言 190
第二節 維生素的命名及分類 190
一、維生素的命名 190
二、分類 190
第三節 水溶性維生素與輔酶 191
一、硫胺素與脫羧輔酶 191
二、核黃素和黃素輔酶 192
三、維生素PP和輔酶I、輔酶II 194
四、吡哆素與維生素B 6195
五、泛酸和輔酶A 196
六、葉酸和葉酸輔酶 197
七、生物素 198
八、維生素B12和輔酶B12 198
九、維生素C 199
十、硫辛酸 201
第四節 脂溶性維生素 202
一、維生素A 202
二、維生素D 204
三、維生素E 205
四、維生素K 206
第五節 鐵卟啉及輔基 207
一、鐵卟啉輔基 207
二、金屬輔基 207
習題 208
第九章 激素 209
**節 導言 209
一、激素的概念 209
二、激素的類別 209
三、激素的作用機理 210
第二節 高等動物激素 211
一、舍氮激素 212
二、類固醇激素 219
二、肪酸衍生物激素——前列腺素 222
第三節 植物激素 223
一、生長素 223
三、赤霉素 224
三、細胞分裂素 224
四、脫落酸 225
五、乙烯 225
六、其他植物激素 225
第四節 昆蟲激素 226
一、昆蟲內激素 226
二、昆蟲外激素 227
習題 228
第十章 能量代謝與生物能的利用 229
**節 導言 229
第二節 生物氧化的方式和特點 230
一、生物氧化中CO2的生成方式 230
三、生物氧化中物質氧化的方式 230
三、生物氧化的特點 231
第三節 呼吸酶類 231
一、脫氫酶 231
二、氧化酶 233
二、加氧酶 233
四、傳遞體 233
第四節 線粒體氧化體系 234
一、呼吸鏈的概念 234
二、呼吸鏈的組成成分 234
三、呼吸鏈中各組分的排列順序 236
第五節 非線粒體氧化體系 238
一、微粒體氧化體系(加氧體系)238
二、過氧化體氧化體系 239
第六節 植物細胞中的生物氧化體系 240
一、多酚氧化酶體系 240
二、抗壞血酸氧化酶體系 240
三、乙醇酸氧化酶體系 241
第七節 高能磷酸鍵的生成機制 241
一、生化反應中的自由能及自由能變化 241
二、氧化還原電位與自由能變化 242
三、線粒體膜結構的特點 244
四、高能磷酸鍵的生成機制 247
五、氧化磷酸化的機制 248
第八節 穿梭作用實現線粒體與胞漿間的能量傳遞 249
一、磷酸甘油穿梭作用 249
二、蘋果酸穿梭作用 250
第九節 生物能量的儲存和轉移利用 250250
一、ATP末端磷酸基轉移給醇型羥基、酰基或胺基，本身變成ADP 251
二、ATP將其焦磷酸基轉移給其他化合物，本身變為AMP 251
三、ATP將其AMP轉移給其他化合物，本身變為焦磷酸 252
四、ATP將其腺苷轉移給其他化合物，本身轉變為焦磷酸和正磷酸 252
第十節 氧化與磷酸化的解偶聯 252
習題 253
第十一章 糖的分解代謝 254
**節 糖的消化、吸收和轉運 254
一、糖的酶促降解 254
二、糖的吸收 255
三、糖的轉運 256
第二節 糖的無氧分解 258
一、糖酵解途徑——糖分解代謝的共同階段 258
二、EMP途徑的調節 263
三、無氧分解中丙酮酸的去向 264
四、糖無氧分解的生理意義 265
第三節 糖的需氧分解 266
一、糖的有氧氧化的反
前言
**部分 生化系統的環境條件
**章 水、pH和緩沖劑 3
**節 導言 3
一、生物體中水的重要性 3
二、水分子的結構 3
第二節 水的性質 3
一、水的極性 3
二、水的溶解性 4
三、水的比熱容、蒸發熱 4
第三節 水的電離 5
一、水的解離和pH 5
二、酸和堿 5
第四節 緩沖系統 6
第五節 生物機體中的緩沖系統 6
第六節 水在生物機體中的作用 7
習題 8
第二章 細胞是生命活動的基本單位 9
**節 導言 9
第二節 細胞的結構 9
一、細胞的大小 9
二、細胞結構 9
第三節 原核細胞與真核細胞 12
第四節 細胞的元素組成和分子組成 12
一、細胞的元素組成 12
二、細胞的分子組成 13
習題 13
第二部分 生命物質的化學
第三章 糖類的化學 17
**節 導言 17
一、糖的定義與元素組成 17
二、糖的分類與命名 17
第三節 單糖的結構和性質 18
一、單糖的開鏈結構 18
二、單糖的環狀結構 20
二、單糖的性質 23
第三節 單糖衍生物 27
一、氨基糖 27
二、糖酶和糖酸 28
三、糖苷 29
第四節 寡糖的結構和性質 30
一、寡糖的定義與命名 30
二、常見寡糖的結構 30
三、寡糖的性質 31
四、環糊精 32
第五節 多糖的結構和性質 33
一、同聚多糖 33
二、雜聚多糖 37
三、復合糖類 40
第六節 糖類物質的生物學功能 41
一、能源 41
二、結構組分 41
三、其他一些重要的生物功能 42
習題 42
第四章 脂類和生物膜化學 44
**節 導言 44
一、脂質的基本概念 44
二、脂質的分類 44
三、脂質的生理功能 44
第二節 酯酰甘油 45
一、油脂的結構 45
二、油脂的性質 46
第三節 磷脂 48
一、甘油磷脂 48
二、鞘磷脂 50
第四節 固醇及其衍生物 50
一、固醇類 50
二、類固醇 52
第五節 其他脂類 53
一、萜類 53
二、蠟 54
三、糖脂 54
四、脂蛋白 55
第六節 生物膜化學 55
一、生物膜的化學組成 55
二、生物膜結構的主要特征 56
三、生物膜的結構模型 57
四、生物膜的功能 57
五、膜生物工程 59
習題 60
第五章 蛋白質化學 61
**節 導言 61
第二節 氨基酸 61
一、蛋白質的基本結構單位氨基酸 61
二、氨基酸的性質 65
三、氨基酸的化學反應 68
第三節 肽 72
一、肽的結構 72
二、天然活性肽 73
第四節 蛋白質的分類 75
一、單純蛋白質 75
二、結合蛋白質 75
第五節 蛋白質的共價結構 76
一、蛋白質的氨基酸組成 76
二、蛋白質分子結構中的化學鍵 77
三、蛋白質一級結構的測定 79
四、幾種典型蛋白質的一級結構 83
第六節 蛋白質的二級結構 83
一、構型與構象 83
二、蛋白質的二級結構 84
三、超二級結構和結構域 87
第七節 蛋白質的三級結構 88
第八節 蛋白質的四級結構 88
第九節 蛋白質的構效關系 89
一、蛋白質一級結構對高級結構的影響 89
二、一級結構與功能的關系 90
三、高級結構與功能的關系 92
第十節 幾種典型蛋白質的結構與功能 93
一、纖維狀蛋白質（fibrous proteins） 93
三、球狀蛋白 94
三、糖蛋白 96
四、脂蛋白 97
第十一節 蛋白質構象分析原理 98
一、蛋白質溶液構象分析的光譜技術原理 98
二、多維核磁共振基本原理 99
三、蛋白質構象的理論預測 100
第十二節 蛋白質的性質 100
一、蛋白質的兩性解離和等電點 100
二、蛋白質分子的大小 101
三、蛋白質的肢體性質 103
四、蛋白質的沉淀作用 103
五、蛋白質的變性作用 104
六、蛋白質的顏色反應 105
第十三節 蛋白質及氨基酸的純化和鑒定技術原理 105
一、蛋白質分離純化的一般原則 106
二、蛋白質分離純化的方法 106
三、蛋白質的分析測定 109
習題 112
第六章 核酸化學 113
**節 導言 113
一、核酸是遺傳物質變異的物質基礎 113
二、核酸的分類 114
三、核酸的生物功能 115
第二節 核酸的組成成分 118
一、元素組成 118
二、糖組分 118
三、堿基 119
四、核苷 122
五、核苷酸 124
第三節 RNA的結構 127
一、RNA的種類與分布 127
二、RNA的一級結構 129
三、RNA的高級結構 135
第四節 DNA的結構 140
一、DNA的一級結構 140
二、DNA的二級結構 144
三、DNA的三級結構 148
第五節 病毒核酸 150
一、病毒的大小、形態與結構 150
二、病毒核酸 151
第六節 核酸及核苷酸的性質 155
一、性狀和溶解度 155
三、核酸及其組分的兩性性質 155
三、核酸及其組分的紫外吸收 157
四、核酸的變性與復性 159
第七節 核酸研究技術原理 160
一、核酸及其組分的分離純化 160
二、核酸及其組分含量的測定 162
三、核酸及其組分的分析鑒定方法 163
四、DNA聚合酶鏈反應技術 165
五、核酸的分子雜交與印跡技術 166
習題 166
第三部分 物質代謝與能量代謝
第七章 代謝系統必需的催化劑——酶 169
**節 導言 169
一、酶的概念 169
二、酶的催化特性 170
三、酶的組成 171
第二節 酶的分類 172
第三節 酶結構與功能的關系 173
一、酶的一級結構與催化功能的關系 173
二、酶的活性與其高級結構的關系 174
第四節 酶催化反應的機理 176
一、酶促反應的本質 176
二、酶反應機制 176
第五節 酶反應動力學 178
一、酶促反應的基本動力學 178
二、酶濃度對酶反應速率的影響 182
三、溫度對酶反應速率的影響 182
四、pH對酶反應速率的影響 183
五、激活劑對酶反應速率的影響 183
六、抑制劑對酶反應速率的影響 183
第六節 酶的多樣性及活性調節 185
一、核酶 186
二、調節酶 186
二、多功能酶 186
四、人工酶 186
第七節 酶活性測定 187
一、定性測定——根據酶催化的反應判斷 187
二、活力單位——表示酶量的指標 187
三、比活力——表示酶純度的指標 188
四、轉換數——另一種表示酶催化能力大小的方法 188
五、酶活力的定量測定方法——不同酶選用不同方法 188
習題 188
第八章 代謝系統必需的輔助因子 190
**節 導言 190
第二節 維生素的命名及分類 190
一、維生素的命名 190
二、分類 190
第三節 水溶性維生素與輔酶 191
一、硫胺素與脫羧輔酶 191
二、核黃素和黃素輔酶 192
三、維生素PP和輔酶I、輔酶II 194
四、吡哆素與維生素B 6195
五、泛酸和輔酶A 196
六、葉酸和葉酸輔酶 197
七、生物素 198
八、維生素B12和輔酶B12 198
九、維生素C 199
十、硫辛酸 201
第四節 脂溶性維生素 202
一、維生素A 202
二、維生素D 204
三、維生素E 205
四、維生素K 206
第五節 鐵卟啉及輔基 207
一、鐵卟啉輔基 207
二、金屬輔基 207
習題 208
第九章 激素 209
**節 導言 209
一、激素的概念 209
二、激素的類別 209
三、激素的作用機理 210
第二節 高等動物激素 211
一、舍氮激素 212
二、類固醇激素 219
二、肪酸衍生物激素——前列腺素 222
第三節 植物激素 223
一、生長素 223
三、赤霉素 224
三、細胞分裂素 224
四、脫落酸 225
五、乙烯 225
六、其他植物激素 225
第四節 昆蟲激素 226
一、昆蟲內激素 226
二、昆蟲外激素 227
習題 228
第十章 能量代謝與生物能的利用 229
**節 導言 229
第二節 生物氧化的方式和特點 230
一、生物氧化中CO2的生成方式 230
三、生物氧化中物質氧化的方式 230
三、生物氧化的特點 231
第三節 呼吸酶類 231
一、脫氫酶 231
二、氧化酶 233
二、加氧酶 233
四、傳遞體 233
第四節 線粒體氧化體系 234
一、呼吸鏈的概念 234
二、呼吸鏈的組成成分 234
三、呼吸鏈中各組分的排列順序 236
第五節 非線粒體氧化體系 238
一、微粒體氧化體系(加氧體系)238
二、過氧化體氧化體系 239
第六節 植物細胞中的生物氧化體系 240
一、多酚氧化酶體系 240
二、抗壞血酸氧化酶體系 240
三、乙醇酸氧化酶體系 241
第七節 高能磷酸鍵的生成機制 241
一、生化反應中的自由能及自由能變化 241
二、氧化還原電位與自由能變化 242
三、線粒體膜結構的特點 244
四、高能磷酸鍵的生成機制 247
五、氧化磷酸化的機制 248
第八節 穿梭作用實現線粒體與胞漿間的能量傳遞 249
一、磷酸甘油穿梭作用 249
二、蘋果酸穿梭作用 250
第九節 生物能量的儲存和轉移利用 250250
一、ATP末端磷酸基轉移給醇型羥基、酰基或胺基，本身變成ADP 251
二、ATP將其焦磷酸基轉移給其他化合物，本身變為AMP 251
三、ATP將其AMP轉移給其他化合物，本身變為焦磷酸 252
四、ATP將其腺苷轉移給其他化合物，本身轉變為焦磷酸和正磷酸 252
第十節 氧化與磷酸化的解偶聯 252
習題 253
第十一章 糖的分解代謝 254
**節 糖的消化、吸收和轉運 254
一、糖的酶促降解 254
二、糖的吸收 255
三、糖的轉運 256
第二節 糖的無氧分解 258
一、糖酵解途徑——糖分解代謝的共同階段 258
二、EMP途徑的調節 263
三、無氧分解中丙酮酸的去向 264
四、糖無氧分解的生理意義 265
第三節 糖的需氧分解 266
一、糖的有氧氧化的反
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生物化學原理 節選
**部分 生化系統的環境條件 **章 水、pH和緩沖劑 內容簡介：水是地球上分布*廣的物質，生物體質量的70%～90%是水。水是一種極性分子，水分子呈微偏斜的四面體結構，電荷不均A地分布在水分子周圍。水對于細胞內的極性物質和離子物質是一種極好的溶劑。由于水分子間存在氫鍵，水的比熱容和蒸發熱都較高。生物體內提供質子的物質是酸，接受質子的物質是堿，酸與堿決定溶液的pH，純水的pH為7.0。生物有各種保持細胞內和細胞外液體pH基本恒定的機制。水參與了生命活動所必需的許多生物化學過程。 **節 導言 一、生物體中水的重要性 水是地球上分布*廣的物質，是生命所必需的。生物體內水含量的多少以及水的存在狀態的改變，都影響著新陳代謝的進行。一般情況下，生物體質量的70%～90%是水，正常的代謝活動只有當細胞含5%的水時才能進行，含水量在70%以上時生物體代謝活躍。含水量降低則代謝進入休眠狀態。水的結構與性質、水與生物分子之間的相互作用直接影響生物分子在溶液中的形態結構、性質和細胞內的化學反應。水是生命存在的環境條件。 二、水分子的結構 兩個氫原子和一個氧原子組成水分子。O-H的鍵長為0.958A。氧原子與兩個氫原子形成的鍵角為104.5°，略小于正面體鍵角109.5°。氧原子形成四個sp3雜化軌道，大致伸向四面體的四個角。兩個氫原子分別占據了四面體的兩個角，其排列是非線性的，氧原子的的子據體的，所以水是一個微偏斜的四面體分子（圖1-1)。水分子的三維結構是一不規則的四面體，氧原子居于四面體的中心。 圖1-1 水分子的結構 第二節 水的性質 一、水的極性 水是一種極性分子。由于水分子呈微偏斜的四面體結構，電荷不是均勻地分布在水分子周圍。氧原子一側，電子相對富余，帶有部分負電荷。氫原子核便成為局部帶有正電荷的區域。“偶極”就是指像水這樣電荷不均勻地分布在其結構周圍的分子。水分子偶極間的靜電吸引，對水本身的性質及其作為生化溶劑都至關重要。 相鄰的水分子趨向于自我定向，結果是一個水分子的O—H鍵（電正性末端）指向另一個水分子的負電子對（電負性末端），由此產生有方向性的分子間的結合，稱為氫鍵（hy-drogen bond)。分子呈現不同的極，這種結構非常適合氫鍵的形成。氫鍵比范德華距離(van der Waals distance)(兩個非成鍵原子間的*近距離）短0.5A。例如，在水中，O H氫鍵的距離約1.8A，而相應的范德華距離約2.6A。單個水分子具有兩個可提供氫原子和兩對可作為受體的未共用電子對，即水偶極既能作為氫原子的供體，也可以作為氫原子的接納體。所以每個水分子能夠與其他水分子*多形成四個氫鍵。單個氫鍵能相對較小，約20kJ/mol，而一個O—H共價鍵能為460kJ/mol。水中氫鍵的數目極多，其絕對數量是其重要性質的關鍵。 二、水的溶解性 溶解度取決于溶劑分子與溶質分子的相互作用的能力以及溶質分子之間的相互作用力。由于水具有很高的極性，使得它對于細胞內的極性物質和離子物質是一種極好的溶劑。水確實比其他任何溶劑能溶解更多種類的物質；并且溶解量更大。這些能溶于水的物質稱為親水性(hydrophilic)物質；相反，那些不能溶于水的物質稱疏水性（hydrophobic)物質。疏水性物質能溶于非極性的溶劑中，這就是“相似相溶”的原理。 為什么鹽能溶解于水？因為偶極水分子與Na+和Cl-具有很強的靜電作用，導致在這些離子的周圍形成一層水化膜（hydration shell)，削弱了氯化鈉相反電荷離子間的相互吸引力，因而能使離子分開。水化膜是穩定的結構，但卻是動態的，Na+周圍水化膜內部的水分子不斷地進行重新排列。 不帶電荷的極性分子的鍵合偶極使得它們能溶于水溶液，其原因與離子物質溶于水相同。當這些極性物質和離子物質帶有羥基（-OH)羰基（C=O、羧基（-COOH)、氨基(-NH2)時，它們的溶解度可以增加，因為這些基團都能與水形成氫鍵。實際上，水溶性的生物分子如蛋白質、核酸、糖都具有許多這樣的基團。例如，蛋白質的極性殘基主要位于分子的表面，它們廣泛地與水分子相互作用，而DNA經折疊使其極性糖基和磷酸基團暴露于水分子中。相反，非極性物質缺少形成氫鍵的供體和受體基團。 三、水的比熱容、蒸發熱 單位質量的水升高1℃所吸收的熱量，叫作水的比熱容。水的比熱容為4.184X103J/(kg-K)，而空氣的比熱容為1.046X103J/(kg-K)。水的比熱容比別的液體都大。由于水分子有很強的極性，能通過氫鍵結合成締合分子。同時，拆散締合分子需要消耗一定的能量，這也足以說明為什么水有較大的比熱容。由于水能在溫度升高時吸收較多的熱量，這就使細胞的溫度和代謝的速率得以保持相對穩定。水生生物由于水的這一特性而不致遭到水溫急劇變化的沖擊。 在一定溫度下單位質量的水完全變成同溫度的氣態水（水蒸氣）所需要的熱量，叫作水的汽化熱。水從液態轉變成氣態的過程叫作汽化，水表面的氣化叫作蒸發，蒸發在任何溫度下都能夠進行。水的蒸發熱也較高，在100C時，1g液態水變為氣態（蒸氣）需能2259.36J。這一特性對生物也是有利的。動物夏天出汗，汗水蒸發吸熱多，有利于維持體溫。植物在高溫的夏季仍然能保持低體溫，就是由于水分大量蒸發之故。 水的高熱容和高蒸發熱都是由于水分子間存在氫鍵的緣故。使水溫升高和使水汽化，都必須打開氫鍵，使分子能自由活動，而打開氫鍵是需能的。 第三節 水的電離 一、水的解離和PH 水是一種中性分子，只有微弱的電離傾向。通常水的離子化可表達為 實際上溶液中自由的H+是不存在的，而是與水分子結合，以水合氫離子（hydronium)H2O+的形式存在。一定的水合氫離子的質子可以很快從一個水分子跳躍到另一個水分子，氫鍵網為H+的快速遷移提供了一條天然的路線。質子經氫鍵網快速遷移的質子跳躍（pro-ton jumping)為生物學上許多重要的質子轉移如快速的酸堿反應提供了解釋。 水的離子化的平衡常數可表達為 式中：K是解離常數(dissociation constant)，方括號表示物質的摩爾濃度。由于不解離的H2O的濃度[H2O]遠大于其離子化組分的濃度，因此把它當成常數考慮，合并到平衡常數K中。所以水的離子化表達式可簡化為 Kw=[H+][OH-] 式中：Kw是水的電離常數，在25°C時是10-14(mol/L)2。純水中[H+]和[OH-]相等，所以[H+]=[OH-]=(Kw)1/2=10-7mol/L。由Kw=[H+][OH-]可知[H+]和[OH-]互為倒數關系，因此當[H+]大于10-7mol/L時，[OH-]必然會減小，反之亦然。溶液[H+]等于10-7mol/L的溶液稱為中性的（neutral)，[H+]大于10-7mol/L的溶液稱為酸性的(acidic)，[H+]小于10-7mol/L的溶液稱為堿性的（bas-ic)。例如，人血液[H+]=4.0X10-8mol/L，呈微堿性。 大多數溶液的[H+]值都很小，一般用pH來描述氫離子的濃度。pH定義為氫離子濃度的數。 純水的[H+]=10-7mol/L，純水的pH=7.0。pH越低，[H+]越高；pH越高，[H+]越低。酸性溶液的pH小于7.0，堿性溶液的pH大于7.0。 二、酸和堿 從水中解離產生的h+和oh-是生物化學反應的基礎。蛋白質和核酸等生物分子都含有許多可作為酸和堿的功能基團，如羧基(一COOH)和氨基（一NH2)。這些分子影響周圍水介質的pH，它們的結構和活性也會受到環境pH的影響。 (一）酸是質子的供體 酸（acid)是指能提供質子的物質，堿(base)是能提供質子的物質。這種定義有很大的局限性，例如，它不能解釋像NH3這種缺少-OH基團的物質為什么具有堿性。1923年，JohannesBronsted和ThomasLowry擴大了酸和堿的定義：能提供質子的物質即是酸，能接受質子的物質即是堿。根據這一定義，酸反應可寫為 酸（HA)與堿（H2O)反應形成酸的共扼堿(A-)和堿的共扼酸（H3O+)。相應地，銨離子（NH4+)是氨（NH3)的共扼酸，乙酸離子(CHsCOO-)是乙酸（CH3COOH)的共扼堿。酸-堿反應可以簡寫為 (二）酸的強度用解離常數表示 酸堿反應的平衡常數用反應物和產物的解常數表示 在稀溶液中，水的濃度基本上是恒定的常數，約為55.5mol/L(1000g/LW18.015g/mol=55.5mol/L)，所以[H2O]項通常與解離常數合并，得出： 第四節 緩沖系統 當把少量的強酸加入到純水中時，由于強酸可在水中完全離子化，會使水的pH發生極大的變化。例如，把0.001mL1mol/LHCl加入到1.0L純水中，水的pH就會從7降到5，水的[H+]增加了100倍。這樣巨大的變化對生物是能的，因的pH變化都會顯著影響生物分子的結構和功能。維持相對恒定的pH對生命系統來說是極為重要的。 弱酸（如乙酸）在水溶液中僅能部分離子化，它解離釋放出來的H是可以被滴定的。當用已知濃度的堿（通常用NaOH)滴定乙酸溶液時，得到的滴定曲線如圖1-2所示。在考慮這個滴定過程時，有兩個重要的平衡應注意 圖1-2 乙酸解離曲線 第五節 生物機體中的緩沖系統 pH的維持對所有細胞都是至關重要的。細胞內的各種代謝活動依賴于酶的活性，而酶的活性又顯著地受pH的影響。所以pH的改變會極大地影響代謝反應。生物有各種保持細胞內和細胞外液體pH基本恒定的機制。阻止有害pH的變化的*重要的機制就是緩沖系統。細胞所選擇的緩沖系統既反映了對接近pH7的pK值基團的需要，又反映了緩沖劑組成與細胞
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