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第一章 溶液热力学基础 1

第一节 热力学基础 1

一、热力学第一定律的简要总结 1

二、热力学第二定律的简要总结 4

三、理想溶液混合熵△S混合的计算 9

四、蛋白质变性的平衡常数与自由能变化 10

第二节 溶液热力学的基础 12

一、偏摩尔比量：偏摩尔数与偏比量 13

二、化学势 14

三、理想溶液 17

四、非理想溶液 19

五、大分子溶液的非理想性 20

一、溶液反应中的自由能变化 22

第三节 溶液中化学反应热力学 22

二、△G0与平衡常数 25

三、反应中自由能变化与电池电位的关系 26

四、热力学参数（△G0,△H？,△S？）的实验测定 27

第二章 生物分子的相互作用 30

第一节 生物分子的共价键作用 30

一、原子轨道和成键能力 31

二、σ分子轨道与σ键，π分子轨道与π键 34

三、碳的sp、sp2和sp8杂化轨道 40

四、共轭分子和离域π键 47

第二节 生物分子的电相互作用 54

一、偶极子 54

二、电荷—电荷相互作用 57

三、电荷—偶极子相互作用 59

四、偶极子—偶极子相互作用 61

五、电场的诱导作用 64

六、短程排斥力的作用 67

第三节 范德华力 70

一、范德华力的机制 71

二、类脂、脂肪酸和膜中的范德华力 74

三、酶—底物相互作用 77

四、DNA中的范德华相互作用 78

五、大分子之间的范德华力 80

第四节 氢键 81

一、氢键存在的实验证明 81

二、氢键的本质 82

三、水分子间的氢键 84

四、水与蛋白质竞争氢键结合位点 86

五、溶液中碱基间特异的氢键配对作用 87

一、离子的水化作用 90

第五节 极性基的水化作用与非极性基的疏水作用 90

二、非极性基团的疏水作用 92

三、非极性分子转移到水中的热力学参数的变化 93

四、疏水作用的概念 95

第六节 离子溶液中带电粒子间相互作用 96

一、德拜-休克尔参数K的物理意义 96

二、1/K处平衡离子气的电荷密度最大 97

三、盐析 99

第三章 蛋白质分子结构与构象分析 101

第一节 生物大分子的结构层次 101

第二节 多肽链的立体构象 106

一、氨基酸及其解离特性 106

二、肽平面和二面角 110

三、Ramachandran图 114

一、非键作用 117

第三节 势能在决定蛋白质分子构象中的作用 117

二、偶极作用 118

三、本征扭转势能 119

四、总势能与实验结果 120

第四节 蛋白质的空间结构 125

一、蛋白质的二级结构 125

二、蛋白质的三级结构 139

三、蛋白质的四级结构 151

第四章 核酸分子的结构与构象分析 157

第一节 核苷酸的物化性质 157

第二节 核酸结构 160

一、DNA双螺旋结构 160

二、tRNA结构 173

三、rRNA结构 175

一、RNA的三级结构 178

第三节 核酸的三级结构 178

二、环形DNA的超螺旋 181

三、染色体内的超螺旋 185

第四节 决定核酸构象的力 188

一、核酸链的空间构象 188

二、稳定有序形式的作用力 191

第五章 聚合链的统计性质 198

第一节 聚合链的统计规律 199

第二节 自由连接链或无规行走链 206

第三节 自由旋转链 213

第四节 真实链和旋转异构态 216

一、旋转异构态模型 216

二、多肽链构象计算 218

第五节 统计段和持久长度 222

第六节 自体积效应和非扰动状态 225

一、自体积对链线度的影响 225

二、聚合链在相互作用时的自体积效应 227

三、用维里系数衡量自体积效应 231

第六章 生物大分子构象分析实验方法 235

第一节 X衍射分析生物大分子结构 236

一、晶体及其对X射线的衍射 236

二、衍射图 244

三、相位问题 248

第二节 光学方法在研究生物大分子构象中的应用 260

一、吸收光谱法 260

二、光学活性法（CD和ORD） 278

一、应用核磁共振（NMR）技术研究生物大分子结构动态性质 286

第三节 检测生物大分子动态结构的方法 286

二、激光拉曼光谱法检测生物分子的振动运动 294

三、蛋白质紫外荧光猝灭方法研究蛋白质分子的涨落运动 297

第七章 生物大分子溶液构象的研究（Ⅰ） 303

第一节 大分子尺度、形状、分子量测量概述 303

一、测量技术概述 305

二、大分子的水化作用 306

三、大分子的流体动力学模型 309

第二节 分子量 312

一、平均分子量 312

二、分散度 314

三、分子量测量方法简介 315

第三节 扩散 316

一、质量流 316

二、菲克定律 318

三、爱因斯坦方程 320

四、扩散系数与大分子结构 322

第四节 沉降 327

一、沉降系数与沉降速度 327

二、沉降方程 329

三、沉降系数和大分子结构 334

四、沉降平衡 337

五、密度梯度沉降 340

第五节 电泳 343

一、电泳迁移率 343

二、电泳技术的应用 347

第六节 粘滞和粘弹弛豫 352

一、牛顿粘度定律 353

二、溶质分子的粘度效应 354

三、粘度与大分子形状 356

四、粘度与分子量 358

五、粘弹弛豫 360

第八章 生物大分子溶液构象的研究（Ⅱ） 363

第一节 弹性光散射 363

一、瑞利弹性散射 365

二、多粒子散射 368

三、大分子溶液散射 369

四、较大分子的散射 371

五、分子大小及分子量的测定 374

第二节 准弹性光散射 377

一、准弹性光散射（QELS）的物理原理 379

二、准弹性光散射（QELS）方程 382

第三节 电泳光散射 387

一、原理 387

二、实验方法学 391

第四节 荧光偏振 393

一、旋转扩散 393

二、荧光偏振 396

第五节 流动双折射 403

一、流动定向 403

二、流动双折射 405

三、电场定向 407

第九章 生物大分子的多聚电解质特性 410

第一节 引言 410

一、多聚电解质 410

二、多胺与多核苷酸的作用 412

三、大分子多聚电解质特性讨论 413

第二节 泊松—波尔兹曼理论 414

一、泊松方程与电位计算 415

二、波尔兹曼分布与德拜一休克尔理论 418

第三节 经典多聚电解质理论的讨论及应用 423

一、活性系数 423

二、球蛋白静电自由能的计算 424

三、溶剂穿透效应 425

四、长棒形离子的近似静电自由能 428

五、挠性、线性多聚电解质 430

六、平衡离子的分布与屏蔽参数 431

第四节 现代多聚电解质理论 433

一、平衡离子缩合理论的基本概念 434

二、静电自由能 438

第五节 离子与多核苷酸的相互作用 440

一、多核苷酸的螺旋一卷曲转换 441

二、核酸的缩合与包装 443

第十章 生物大分子的构象转换 449

一、多肽链的螺旋一卷曲转换过程 450

第一节 多肽链的螺旋一卷曲转换 450

二、简单线性链构象平衡的分配函数 455

三、螺旋一卷曲转换的拉链式模型 457

五、理论模型与实验结果的比较 460

四、含有两个以上螺旋区的链之转换过程 461

六、氨基酸的螺旋参数 465

第二节 蛋白质的可逆折叠 466

一、蛋白质变性过程的两个状态模型 467

二、中间态的可能性及其寻觅途径 472

三、蛋自质折叠的研究现状 483

第三节 核酸的结构转换 484

一、单链核酸的结构和稳定性 484

二、单链和双链的平衡 493

一、微观平衡常数和宏观平衡常数 511

第十一章 平衡配体反应与生物活性调节 511

第一节 相同独立部位的配体平衡反应 511

二、参数v的计算 513

三、Scatchard曲线 517

第二节 协同性相互作用与氧和血红蛋白的结合 518

一、Scatchard曲线变弯的一般性理论 519

二、相互作用能和统计效应 520

三、半经验处理方法：Hill常数 521

四、氧与血红蛋白的结合 525

第三节 两种不同配体的结合与偶联自由能 530

一、偶联自由能 531

二、偶联自由能对结合配体分布的影响 533

三、在生物系统中发现的偶联自由能 535

一、均匀点阵分子的统计特征 536

第四节 大配体与似点阵链的相互作用 536

二、配体结合特性的计算 537

三、统计效应引起的Scatchard曲线的非线性 539

四、一个真实系统中的某些结果 540

五、两种以上大配体结合到点阵分子上 541

六、有限长点阵的边缘效应 542

七、配体与配体间存在相互作用 543

第五节 别构酶的MWC模型 545

一、别构酶的MWC模型的推导 545

二、θF～α曲线的S形特征 549

三、参数L和c对配体结合特性的影响 550

四、MWC模型的状态函数θR 552

五、别构活化剂和别构抑制剂的异位效应 553

六、MWC模型的扩展和局限性 556

七、MWC模型的实验检验 558

第十二章 酶作用机理的物理分析 561

第一节 催化剂的本质 561

第二节 酶反应的动力学 567

一、稳态动力学 567

二、弛豫态动力学 572

第三节 酶反应热力学 579

第四节 酶反应的化学机理 583

第五节 酶的构象性质 595

第六节 介质pH对酶的作用 601

第七节 酶活性的物理机理 607

一、酶—作用物复合物中的涨落能量是否变为活化能 607

二、球蛋白的弹性振动与酶作用机理 608

三、酶的作用是提供了一种反应介质的机理 610

四、电子—构象相互作用理论 612