人体活性能贮藏在何处?
----电子在生命中扮演的角色
我们的身体是由以蛋白质分子为主的许多生物大分子构成的，那么可以自由流动的活性能贮藏在什么地方呢？
一、电子传递着生物大分子的活性 50年代，法国的普尔曼夫妇用量子力学理论研究生物大分子的电子结构的运动，建立了量子生物化学，这就是通常所说的量子生物学。 人体中多原子分子分为两类：一类是非共轭分子，电子轨道局域在一二个原子周围；另一类是共轭分子，具有非局域的电子轨道。嘌呤和嘧啶是共轭分子，共轭分子中除了σ电子形成分子的刚性骨架外，还有一些在σ骨架上流动的Л电子。它们是非局域的，Л电子对生物大分子的生化性质起着十分重要的作用。由于电子在整个分子中运动，它的坐标不确定性大。根据量子力学中的测不准关系，它的动量不确定性就小，因而体系的允许动量值减小，能量降低。这部分降低的能量叫共振能，这是一个起稳定作用的因素。其次，由Л电子能级的计算，可得出最高满分子轨道和最低空分子轨道的能量。这些能量可提供电子在两个分子中转移的信息，能级间的电子跃迁可释放和吸收能量。除了与能量有关的信息外，由Л电子波函数的计算可得到电子在共轭分子中分布信息。由此可得出分子的电荷、偶极矩等性质；这些对于研究分子的二级和高级结构都是十分重要的。此外，从应用的角度讲，某些芳香族碳氢化合物具有强致癌性也可从量子生物学的角度予以说明。这可能是因为电荷从DNA流向化合物的某些位点所致。DNA的糖一磷酸链是不导电的，但碱基中Л电子的流动有可能通过隧道效应跑到相邻碱基中去，使得DNA具有半导体性。Л电子是电子在生物活性中扮演的第一个角色。
二、生命中的电子能量传递链
当我们细心考察生命运动的化学基础时，便会发现新陈代谢总是伴随着一连串的氧化-还原反应，伴随着电子从一个分子到另一个分子的转移。例如氧化作用就是电子对从被燃烧的分子向氧的转移，并在这一过程中释放燃烧热能。光合作用过程中，电子从水逐步传递到辅酶Ⅱ，使它还原并释放出氧等等。让我们看一看周期表的前几行和满壳层相比，左边元素电子多一些，右边电子少一些，因此左边元素倾向于给出电子，而右边元素则倾向于获取电子。前者电子具有较高的能量水平，后者电子则处于较低的能级上，当这两种原子相互作用，前者把电子传递给后者并释放能量，驱动生命就是造一份的能量。H只有一个很容易给出的电子，因而位于特别高的能量水平上。生物学中的电子受体要在右边去找，具有多变的特性而使它无法胜任这个角色，所以最佳选择应是F邻居一氧。生命过程就是围绕着电子从H到0的逐步转移。电子传递链棗这是电子在生命活动中扮演的第二个角色。
三、电子激发链调节着生命大分子的构象
那么蛋白质传递能量的机制是什么呢？在分子凝聚态中，能量的转移并不一定需要直接的电子迁移，只需要电子由激发态跳回到基态，释放出来的能量传递给相邻的原子，使后者电子从基态跃迁到激发态。接着第二个原子跳回到基态，把释放的能量传递给第三个原子，使它的电子激发起来……，于是形成了一幅电子激发态的迁移的图画。这种运动形式叫激子。但是激子的运动是不稳定的，激发能很快地变成热而耗散掉。为使电子激发状态能稳定地传播，必须和分子的构象变化联系起来，依靠构象变化使激子的运动稳定化。
这种运动形式叫孤子或孤波。孤子是构象变化和电子激发的耦合。多分子系统中这种受电子跃迁影响的构象运动集体模式可称为构象子。构象子在其它地方还可能找到，例如膜磷脂系统中有可能观察到构象子。另外，关于链式分子中的能量传输，由于序列是非均匀的，构象振动一般只能局域于某一位点邻近，可把它们看作局域声子。但由于相邻位点的电偶极作用或其它作用，它们也可传递。这种局域声子激发沿链传输提供了一种以一系列循序衔接的构象变化为特征的能量转移机制。和构象变化耦合在一起的各种电子激发的运动，这是电子在生物活性中扮演的又一角色。
四、活性能贮藏在分子构象与前沿电子中
我们曾经讲过，弱力是生命活动的基本力，弱键是活性能的贮藏所。因为弱键是容易变化的，生物体的平均热能就可以改变它；而强键则是稳固的、不易变化的。但这决不是说共价键在生命活动中不重要，相反，新陈代谢的每一步总伴随着某些化学基团从一个分子到另一个分子的转移，并伴随着一些强键的破裂和另一些强键的生成。那么这些反应是如何实现的呢？靠酶的催化。酶的本质就在于它的能加速生成或裂解一个特异的共价键。由于酶的催化，那些通常条件下根本不可能实现的反应都能在生物体内高效率地进行。
为什么酶具有这样高的催化能力？这和酶的形状变化关系极大，当底物接近酶时，酶的形状发生诱导变化，使两者靠得很近，像锁和钥匙的关系一样。或者更确切地说，酶和底物的关系好比手套和手，手套是柔性的，形状会随手而变，两者紧密接触，配合默契。一些实验告诉我们，酶的活性位点往往都处于它的柔性部位。酶的失活总是伴着这些部位的构象变化。由此可见，酶的催化功能和两个因素有关。一是分子构象的因素；二是电子运动的因素，因为被催化的反应和任何化学反应一样，总和电子运动有关。酶的催化机理应该从构象－电子两种运动的关联中去找。 分子构象和生物化学反应中的前沿电子是生命活动中最重要的两类贮能之处 |
人体活性能贮藏在何处?
----电子在生命中扮演的角色
我们的身体是由以蛋白质分子为主的许多生物大分子构成的，那么可以自由流动的活性能贮藏在什么地方呢？
一、电子传递着生物大分子的活性 50年代，法国的普尔曼夫妇用量子力学理论研究生物大分子的电子结构的运动，建立了量子生物化学，这就是通常所说的量子生物学。 人体中多原子分子分为两类：一类是非共轭分子，电子轨道局域在一二个原子周围；另一类是共轭分子，具有非局域的电子轨道。嘌呤和嘧啶是共轭分子，共轭分子中除了σ电子形成分子的刚性骨架外，还有一些在σ骨架上流动的Л电子。它们是非局域的，Л电子对生物大分子的生化性质起着十分重要的作用。由于电子在整个分子中运动，它的坐标不确定性大。根据量子力学中的测不准关系，它的动量不确定性就小，因而体系的允许动量值减小，能量降低。这部分降低的能量叫共振能，这是一个起稳定作用的因素。其次，由Л电子能级的计算，可得出最高满分子轨道和最低空分子轨道的能量。这些能量可提供电子在两个分子中转移的信息，能级间的电子跃迁可释放和吸收能量。除了与能量有关的信息外，由Л电子波函数的计算可得到电子在共轭分子中分布信息。由此可得出分子的电荷、偶极矩等性质；这些对于研究分子的二级和高级结构都是十分重要的。此外，从应用的角度讲，某些芳香族碳氢化合物具有强致癌性也可从量子生物学的角度予以说明。这可能是因为电荷从DNA流向化合物的某些位点所致。DNA的糖一磷酸链是不导电的，但碱基中Л电子的流动有可能通过隧道效应跑到相邻碱基中去，使得DNA具有半导体性。Л电子是电子在生物活性中扮演的第一个角色。
二、生命中的电子能量传递链
当我们细心考察生命运动的化学基础时，便会发现新陈代谢总是伴随着一连串的氧化-还原反应，伴随着电子从一个分子到另一个分子的转移。例如氧化作用就是电子对从被燃烧的分子向氧的转移，并在这一过程中释放燃烧热能。光合作用过程中，电子从水逐步传递到辅酶Ⅱ，使它还原并释放出氧等等。让我们看一看周期表的前几行和满壳层相比，左边元素电子多一些，右边电子少一些，因此左边元素倾向于给出电子，而右边元素则倾向于获取电子。前者电子具有较高的能量水平，后者电子则处于较低的能级上，当这两种原子相互作用，前者把电子传递给后者并释放能量，驱动生命就是造一份的能量。H只有一个很容易给出的电子，因而位于特别高的能量水平上。生物学中的电子受体要在右边去找，具有多变的特性而使它无法胜任这个角色，所以最佳选择应是F邻居一氧。生命过程就是围绕着电子从H到0的逐步转移。电子传递链棗这是电子在生命活动中扮演的第二个角色。
三、电子激发链调节着生命大分子的构象
那么蛋白质传递能量的机制是什么呢？在分子凝聚态中，能量的转移并不一定需要直接的电子迁移，只需要电子由激发态跳回到基态，释放出来的能量传递给相邻的原子，使后者电子从基态跃迁到激发态。接着第二个原子跳回到基态，把释放的能量传递给第三个原子，使它的电子激发起来……，于是形成了一幅电子激发态的迁移的图画。这种运动形式叫激子。但是激子的运动是不稳定的，激发能很快地变成热而耗散掉。为使电子激发状态能稳定地传播，必须和分子的构象变化联系起来，依靠构象变化使激子的运动稳定化。
这种运动形式叫孤子或孤波。孤子是构象变化和电子激发的耦合。多分子系统中这种受电子跃迁影响的构象运动集体模式可称为构象子。构象子在其它地方还可能找到，例如膜磷脂系统中有可能观察到构象子。另外，关于链式分子中的能量传输，由于序列是非均匀的，构象振动一般只能局域于某一位点邻近，可把它们看作局域声子。但由于相邻位点的电偶极作用或其它作用，它们也可传递。这种局域声子激发沿链传输提供了一种以一系列循序衔接的构象变化为特征的能量转移机制。和构象变化耦合在一起的各种电子激发的运动，这是电子在生物活性中扮演的又一角色。
四、活性能贮藏在分子构象与前沿电子中
我们曾经讲过，弱力是生命活动的基本力，弱键是活性能的贮藏所。因为弱键是容易变化的，生物体的平均热能就可以改变它；而强键则是稳固的、不易变化的。但这决不是说共价键在生命活动中不重要，相反，新陈代谢的每一步总伴随着某些化学基团从一个分子到另一个分子的转移，并伴随着一些强键的破裂和另一些强键的生成。那么这些反应是如何实现的呢？靠酶的催化。酶的本质就在于它的能加速生成或裂解一个特异的共价键。由于酶的催化，那些通常条件下根本不可能实现的反应都能在生物体内高效率地进行。
为什么酶具有这样高的催化能力？这和酶的形状变化关系极大，当底物接近酶时，酶的形状发生诱导变化，使两者靠得很近，像锁和钥匙的关系一样。或者更确切地说，酶和底物的关系好比手套和手，手套是柔性的，形状会随手而变，两者紧密接触，配合默契。一些实验告诉我们，酶的活性位点往往都处于它的柔性部位。酶的失活总是伴着这些部位的构象变化。由此可见，酶的催化功能和两个因素有关。一是分子构象的因素；二是电子运动的因素，因为被催化的反应和任何化学反应一样，总和电子运动有关。酶的催化机理应该从构象－电子两种运动的关联中去找。 分子构象和生物化学反应中的前沿电子是生命活动中最重要的两类贮能之处。 |
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