结构生物化学/非金属

非金属通常是暗淡且易碎的。它们是差的导电体。与金属相比，它们的密度、熔点、沸点较低，而电负性较高。

碳

碳是地球上的一种元素，其符号为 C，原子序数为 6。它的电子构型为 [He]2s2 2p2。碳是一种非常有用的元素，主要归功于它的成键能力。它能够与其他元素（通常是氢）形成单键、双键和三键。所有生物体都含有碳，包括人类，人类体重的约 18% 是碳。

碳有 12 种同位素，从 C8 到 C19。C12 和 C13 是稳定的；所有其他同位素都是放射性的。碳在室温下非常稳定。它不溶于水、有机溶液或低浓度酸或碱。碳可以在高温下与氧气反应；在所有卤素中，只有氟可以直接与碳反应；碳是一种还原性很强的元素，可以还原其他金属。

碳的常见用途包括钻石、汽油、煤油、烟雾探测器、放射性碳年代测定和用于烹饪和艺术品的石墨。自然界中最主要的含碳化合物是煤烟。

在植物中，二氧化碳和水结合形成简单的糖，称为缓冲液碳水化合物。这种形成的过程称为光合作用，提供能量的驱动力是太阳。

氮

氮是元素周期表第五主族的元素，其符号为 N，原子序数为 7，于 1772 年由苏格兰医生丹尼尔·卢瑟福发现。

氮有 17 种同位素。N14 和 N15 是稳定的。

在标准条件下，氮是一种无色、无味、无味的惰性双原子气体。它存在于所有生物体中，是构成氨基酸的组成部分，氨基酸构成蛋白质，蛋白质构成核酸（DNA 和RNA）。氮在植物生长和果实成熟中也发挥着重要作用。增加土壤中氮的比例可以提高农作物的产量。

氮是地球大气中最大的组成部分，占体积的 78%。它约占植物物质干重的 4%，占人体重量的 3%，占地球壳层重量的 0.0046%。

氧

氧是元素周期表第六主族的元素，其符号为 O，原子序数为 8，电子构型为 1s2 2s2 2p4，于 1774 年被发现。在标准条件下，氧是一种无色、无味、无味的双原子气体。氧在所有元素中具有第二高的电负性，是一种强氧化剂。因此，除了惰性气体之外，所有元素都可以与氧气形成化合物。氧有 3 种稳定的同位素：O16、O17 和 O18。

氧是地球壳层中最丰富的元素，占 48.6%。氧气也占空气的 23%。

所有生物体中的主要结构分子（即蛋白质、碳水化合物、脂类、氨基酸等）都含有氧气。它在光合作用和细胞呼吸中都被使用，以维持生命。光合作用的总公式为 6 CO2 + 6 H2O+ sunlight --> C6H12O6 + 6 O2

它也以 O3 的形式构成了臭氧层，保护地球免受来自太阳的紫外线辐射。

硫

硫是元素周期表第六主族的元素，其符号为 S，原子序数为 16，电子构型为 [Ne] 3s2 3p4。在室温下，元素硫是一种明亮的黄色晶体固体，由环状八原子分子构成，化学式为 S8。硫可以氧化大多数金属和几种非金属；它也可以还原几种强氧化剂，如氧气和氟气。硫燃烧时，会产生蓝色火焰，并形成二氧化硫。硫不溶于水，但溶于一些非极性溶剂，如二硫化碳和苯。

硫有 18 种同位素。其中 4 种最稳定：S-32 (95.02%)、S-33 (0.75%)、S-34 (4.21%) 和 S-36 (0.02%)。

一些氨基酸在结构中含有硫，它们形成二硫键，在蛋白质中发挥着非常重要的作用。

磷

磷是元素周期表第五主族的元素，其符号为 P，原子序数为 15，电子构型为 [Ne] 3s2 3p3，于 1669 年（白磷）被德国商人亨宁·布兰德发现。磷的反应活性很高，并且有毒。地球上没有发现游离态的磷元素。

磷的主要作用是肥料。磷还用于制造洗涤剂、杀虫剂和神经毒剂，以及火柴。在生物学中，磷是 DNA、RNA、ATP 的组成部分，并且还在所有膜中形成磷脂。

世界上存在四种形式的磷

白磷由四面体 P4 分子组成，其中每个原子通过单键与另外三个原子结合。当温度升高到 800 °C 时，P4 分子分解成 P2 分子，形成液态和气态磷。白磷有两种固态形式，低温下为 β 形，高温下为 α 形。白磷是最不稳定的，反应活性最强的，挥发性最高的，密度最低的，毒性最强的磷。白磷不溶于水，但溶于苯和乙醚，存放在水中。

红磷被认为是 P4 中的一个键断裂并与相邻 P4 分子上的 P 形成单键。红磷是红色粉末，无毒，由白磷在 250 °C 下形成。

红磷的结构

http://en.wikipedia.org/wiki/File:RedPhosphorus.jpg

黑磷是磷中最不活泼的形式，在低于 550 °C 的温度下稳定。被称为 β-金属磷，它的结构与石墨类似。形成黑磷需要高压。

黑磷的结构

http://en.wikipedia.org/wiki/File:BlackPhosphorus.jpg

紫磷由红磷在 550 °C 以上形成。

一氧化氮

一氧化氮的一些物理性质：1) 在自然界中以气体形式存在 2) 水溶性有限 3) 具有多种氧化化学性质，并改变了生物浓度

一些以前涉及到开发一氧化氮结构的技术，如电子顺磁共振光谱法，具有确定其生物选择性、敏感性和毒性的缺点。与以前的方法相比，用于检测一氧化氮的光学工具能够更准确地发现一氧化氮的形式。

比率荧光探针是一种使用光检测一氧化氮的生物结构的技术，它提供了结构的高空间和时间分辨率。

生物分析物的荧光成像作为一种极好的工具，能够以相对高的分辨率和准确的检测，实时监测生物过程。

有三种策略可用于识别一氧化氮的准确结构。第一种策略是使用有机探针。这种方法涉及使用一氧化氮的氧化产物，如三氧化二氮，与官能团反应以调节荧光。这种反应导致在有氧气存在的条件下（即有氧条件）存在一氧化氮时亮发射增强。第二种策略与过渡金属相关联，以介导发射性染料与一氧化氮的反应性。采用这种技术，带有二级胺发射的顺磁性铜离子与一氧化氮配位反应。在反应过程中，铜离子被还原并去质子化，释放出更多的正电荷，二级胺也被硝化。因此，产生了 N-亚硝基化产物中减弱的顺磁电技术。在这种策略中，铜介导的反应性不依赖于氧气。由于不需要氧气，探针技术可以想象地用于解决缺氧情况下一氧化氮的成像。这种方法的一些优点是：由于金属介导的反应性，与一氧化氮的反应速度更快；可以直接提供一个环境来设计可逆探针，以确定一氧化氮。这种策略的一个缺点是，在开-关状态下，其亮度不如纯有机探针。遇到一氧化氮形成的最后一种技术是遗传编码探针。它涉及使用遗传编码的过渡金属与一氧化氮反应的蛋白质，以进一步确定自然界中一氧化氮气体的生物公式。使用这种技术的例子暗示了两个突变的荧光蛋白连接到一个 MT 结构域-电荷，与一氧化氮反应，因此可以提供关于形成的清晰结果。^[1]

下图说明了发射光的荧光探针