结构生物化学/化学
化学是研究物质的组成、结构和性质的学科。这包括研究在经历各种化学反应时观察到的变化，或理解复杂大分子的基本结构。它提供了对构成这个世界上一切事物的原子、分子、晶体的理解，同时融入了能量和熵的概念。
化学始终与其他科学相互关联，例如天文学、物理学、材料科学和生物学。在生物化学方面，它努力找到对生物形式和功能的化学解释。化学表明，所有形式的生命通过不同生物体之间各种化学途径的相似性而具有共同的起源。例如，所有活细胞都具有氨基酸、碳水化合物、脂类和核酸等常见分子，这些分子在每个细胞中都执行相同的功能。
自然界主要由四种元素组成：氢 (H)、氧 (O)、氮 (N) 和碳 (C)。它们加起来占所有活细胞的 99% 以上。这些元素是最轻的原子，能够形成最多四个稳定且牢固的键。还有一些其他元素对生物体也很重要，例如钠 (Na)、钾 (K)、钙 (Ca) 和硫 (S)。这些被称为微量元素，通常需要帮助特定蛋白质发挥作用。[1]
有机化学是研究主要由碳和氢原子组成的化学化合物的结构、性质、合成和反应的学科。它是解释在最基本层面上发生在细胞中的许多相互作用的支柱科学。从化学的角度来看，大多数生物化学涉及生物体中存在的相互作用的有机分子以及它们如何在细胞水平上以灵活的方式被利用。分子内键的排列决定了其整体形状、构象以及分子在细胞中执行特定功能的能力。生物化学中特别感兴趣的有机化合物是碳水化合物、核酸和蛋白质。
碳与其他必需元素不同，因为它具有形成四个稳定的共价键以及稳定的双键和三键的能力。碳可以与其他碳键合形成长链，这些长链可以有或没有分支或环状结构，从而允许形成具有不同形状、尺寸和组成的无限数量的分子。用其他元素或官能团取代氢会赋予有机分子不同的性质，例如极性。
生物化学是立体特异性的，这意味着分子的 3-D 取向很重要，只有特定的排列才会正确地相互作用。立体异构体是指具有相同化学键但具有不同空间排列的分子。它们看起来可能非常相似，但除非破坏任何共价键，否则它们不能是相同的分子。
有很多地方可能会有不同的空间构型。一个分子可以有一个手性中心，这意味着一个原子（通常是碳）与四个不同的取代基相连。这四个可以以任何它们想要的方式围绕碳排列，但如果排列不完全相同，那么它们就是立体异构体。一个例子是如果分子是它自己的镜像。无论你如何旋转分子，它都永远不会与它的原始形式重叠。这种特定的立体特异性被称为对映异构体。如果它们不是彼此的镜像，则被称为非对映异构体。
另一种方法是具有双键。双键与单键不同，双键是刚性的，不能自由旋转。围绕键的四个取代基可以形成反式，其中两个最高等级的取代基位于键的相对侧，或顺式，其中最高等级的取代基位于键的同侧，关系。这被称为几何异构体或顺反异构体。
虽然对映异构体具有几乎相同的化学性质，但在生物系统中，只有特定的取向才能产生预期的效果。在自然界中，手性化合物通常只以一种取向存在。例如，在碳水化合物中，倒数第二个碳始终具有“D”取向，氨基酸的手性碳始终处于“L”取向。酶可以区分对映异构体，因此必须具有正确的构型。
生物化学领域还涵盖了水的特殊性质。由于所有生物体都有与水溶液相互作用的细胞，因此水的性质对于生物化学反应发生的環境至关重要。分子的结构决定了它是亲水还是疏水。它在水中的相互作用决定了这些分子如何在细胞中发挥作用，一个例子是细胞膜中的脂质双层，以及它的化学性质如何决定它在细胞中的功能（在这种情况下，它充当细胞中的屏障）。水还具有独特的功能，例如高沸点和熔点。它的液态形式也比固态形式密度更大，这使得海洋生物得以生存。水在生物化学方面的一个重要特征是它能够形成氢键。
- ↑ 生物化学原理，作者：莱宁格