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结构生物化学/化学键/非共价键

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背景信息

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非共价键是一种化学键类型,通常在生物大分子之间形成。它们不涉及共享电子对。非共价键用于键合大型分子,如蛋白质和核酸。非共价键比共价键弱,但对于生物化学过程至关重要,例如双螺旋的形成。有四种常见的非共价键类型。它们包括静电相互作用、氢键、范德华相互作用和疏水相互作用。每种类型在几何形状、强度和特异性方面都不同。

非共价键类型

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静电相互作用

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静电相互作用的能量由库仑定律给出:E = kq1q2 / Dr2,其中 E 是能量,q1 和 q2 是两个原子的电荷,r 是两个原子之间的距离,D 是介电常数,k 是比例常数。当能量以千焦/摩尔测量时,k = 1389;当能量以千卡/摩尔测量时,k = 332。分子上的带电基团可以吸引另一个分子上的带相反电荷的基团。相反,吸引相互作用具有负能量。介电常数对于介质很重要。

氢键是氢原子与电负性原子之间的相互作用。电负性原子可以是来自另一个化学基团的氮、氧、氟。氢键是 DNA 双螺旋中特定碱基对形成的原因。氢键中的氢原子由两个电负性原子(如氮或氧)共享。氢键供体是指包含电负性原子的基团,其中氢原子更紧密地结合;氢键受体是指电负性原子与氢原子结合较松散的原子。氢原子共价结合的电负性原子可以将电子密度拉离氢原子,产生正电负性电荷。氢原子也可以与具有负电负性电荷的原子相互作用。

范德华相互作用

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范德华相互作用是原子周围电子电荷的分布随时间波动的结果。它是分子之间吸引力或排斥力的总和。电荷分布不是完全对称的。当两个原子彼此靠近时,吸引力会增加,直到它们之间的距离为范德华接触距离。当能量距离小于范德华接触距离时,非常强的排斥力变得占主导地位。

疏水相互作用

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疏水相互作用是分子被水体排斥的物理性质。它们也被称为疏水排斥。它是碳氢化合物在水性介质中形成分子聚集体的趋势,以及类似的分子内相互作用。

离子诱导偶极

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离子诱导偶极是一种非共价键相互作用,它是由于离子的接近诱导了原子或非极性分子中偶极而产生的,通过改变非极性物质中电子的排列方式。

偶极诱导偶极

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偶极诱导偶极相互作用导致非极性分子因带电分子而发生电子密度偏移。如果带负电荷的物质(由其电子密度描述,例如在水中电子密度集中在氧原子周围)靠近具有均匀分布电荷的物质,电子会向正电荷一侧移动,远离相反一侧,从而产生一个人工偶极。

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a6/Dipole_interactions.png/320px-Dipole_interactions.png

参考资料

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Berg, Jeremy M., John L. Tymoczko, and Lubert Stryer. Biochemistry. 6th ed. New York: W. H. Freeman and, 2006. Print.

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