生物物理学提纲2015
《生物物理学》课程教学大纲
课程编号：030428Z1课程名称：生物物理学英文名称：Biophysics学时与学分: 24/1.5先修课程要求：物理学、生物化学、细胞生物学、物理化学、分子生物学适应专业：生物技术参考教材：《生物物理学》，丘冠英，彭银祥主编，武汉大学出版社，2000年版。
《生物物理学:能量信息生命》，菲利普·纳尔逊(作者), 黎明(译者), 戴陆如(译者)，上海科学技术出版社，第1版(2006年12月1日)；《生物物理学》，展永(编者) ，科学出版社，第1版(2011年8月1日)；《生物物理学》，袁观宇(作者, 编者)，科学出版社，第1版(2006年4月1日) 《生物物理学》，赵南明主编，高等教育出版社，2000年版课程简介：运用原子物理、核物理、统计物理乃至量子力学从细胞膜、蛋白质、核酸、超分子结构到单细胞和生物有机体，在各个层次上讲授可能的因果关系和物理本质。
主要内容包括分子生物物理学、细胞生物物理学、辐射生物物理学、神经生物物理学以及感觉生物物理学等。
培养学生熟练掌握多种生物学水平上生物物理测量技术和方法的基本原理。
课程教学大纲：一、课程在培养方案中的地位、目的和任务本课程以物理学原理和数学方法学为基础，运用原子物理、核物理、统计物理乃至量子力学从细胞膜、蛋白质、核酸、超分子结构到单细胞和生物有机体，在各个层次上讲授可能的因果关系和物理本质。
运用分子物理学和物理化学概念和方法学分析有关生物分子的结构、能量、动力学和相互作用，生物膜的物理特性。
本课程的任务是使学生学习必要的生物物理学方面的基本知识，了解生物物理多个研究领域的研究内容和方法，拓宽学生的知识面，为今后继续深造和工作打下基础。
二、课程的基本要求要求学生较好地运用物理学和数学的观点和方法论进行多个层次和水平上探索生命现象及其规律性，培养学生在分子和细胞水平上研究和解释复杂生命现象各种机理的基本方法，同时希望学生对多种生物学水平上生物物理测量技术和方法的基本原理有一定的了解。
生物物理学Ⅰ大纲
生物物理学ⅠBiophysics Ⅰ32 学时（其中，讲授： 32 学时；实验：0学时；实习： 0 学时）； 2 学分一、课程简介生物物理学是生物学与物理学交叉而产生的一门新兴学科。
近年来生物物理学的发展非常迅速，影响越来越广泛。
生物物理学已成为生物学专业研究生的一门必修课程。
生物物理学的教学目的在于向学生介绍生物物理学的发展过程、研究内容、基本理论和研究方法，为从事科学研究和承担技术工作打下基础。
掌握生物物理学的主要内容，学会用用生物物理学的原理、方法思考问题；通过这门课程的学习可以提高学生运用生物学和物理学交叉学科思考问题的能力；也可以使学生了解生物物理研究的多个分支方向，从而开阔视野，为丰富自己的研究方向奠定基础。
本门实验课讲授的内容为：分子生物物理、膜生物物理、神经生物物理、理论生物物理、生物物理学研究方法。
二、预修课程及适用专业选修该课需要先修的相关课程为：生物化学，物理学等本课程适用于生物物理专业。
三、课程内容及学时分配第一章绪论（4学时）生物物理学的定义及范围生物物理的发展过程生物物理学的研究状况第二章分子生物物理（8学时）分子生物物理学的物理学基础分子生物物理学的生物学基础生物大分子结构研究-x射线衍射晶体学蛋白质折叠第三章膜生物物理（8学时）生物膜的基础生物膜结构和性质脂质与蛋白质相互作用生物膜的功能第四章神经生物物理（4学时）神经生物学的基础神经细胞的信号传递神经系统的功能视觉、听觉、嗅觉及学习、记忆第五章理论生物物理（4学时）生物信息学概论生物信息数据库生物信息数据的检索与分析生物信息学若干问题第六章生物物理学研究方法（4学时）NMR的主要原理及3DNMR在结构研究中的应用。
四、教学方式及要求教学方式以教师讲解为主，学生互动为辅。
课程要求：学生要完成实验设计中要求的所有操作及测量，然后进行数据处理及结果分析和讨论并撰写实验报告。
五、考核办法本课程有期终考试，成绩评定主要由期终考试成绩和论文报告构成。
生物物理学 第1章
氨基酸结构通式
天然氨基酸均为L-氨基酸
除甘氨酸外，所有天然氨 基酸都具有旋光性。
氨基酸在水溶液及结晶状 态时都以兼性离子 氨基酸所带有的正、负电 荷数目恰好相同，此时溶 液的pH称为该氨基酸的等 电点，以pI表示。
氨基酸的分类
根据R的结构不同：脂肪族氨基酸、芳香 族氨基酸、杂环族氨基酸、杂环亚氨基 酸 根据侧链R的极性：非极性和极性氨基酸。 非极性氨基酸有Gly、Ala、Val、Leu、 Ile、Met、Phe、Try、Pro等， 极性氨基酸: Ser、Thr、Cys、Tyr、 Gln、Asn、His、Lys、Arg等。
国际纯粹与应用生物物理学联合会（简称IUPAB） 我国已于1982年参加了这个组织。从国际生物物理学 会成立到现在，虽然只有30多年的历史， 生物物理学作为一门独立学科的发展是十分迅速的。 美、英、俄、日等许多国家在高等学校中设有生物物 理专业， 有的设在物理系内，有的设在生物系内，也有的设在 工程技术类的院校。目前发达国家均投入很大的力量 致力于这门学科的研究工作。
蛋白质结构
蛋白质的空间构象-一级结构
蛋白质是由各种氨基酸通过 肽键--CO--NH-(peptidebond)连接而成的多 肽链， 组成蛋白质分子的各多肽链 常以二硫键相互连接，形成 特定的结构。 蛋白质分子中的肽链的数目、 多肽链之间连接方式和部位、 二硫键的数目和位置及氨基 酸的数目、种类和顺序，称 为蛋白质的一级结构 (primary structure)。
N.威纳关于生物控制论的论点；前者用热力学和量子力 学理论解释生命的本质引进了“负熵”概念，试图从一 些新的途径来说明有机体的物质结构、生命活动的维持 和延续、生物的遗传与变异等问题（见耗散结构和生物 有序）。后者认为生物的控制过程，包含着信息的接收、 变换、贮存和处理。 他们论述了生命物质同样是物质世界的一个组成部分， 既有它的特殊运动规律，也应该遵循物质运动的共同的 一般规律。这就沟通了生物学和物理学两个领域。现已 在生物的各个层次，以量子力学和统计力学的概念和方 法进行微观和宏观的系统分析。
生物物理学提纲 2015
如何发生荧光淬灭效应：荧光强度对温度变化敏感，温度降低时，溶液的黏度增 大，荧光分子与溶剂分子的碰撞减少。温度增加，外转换去活的几率增加。温度 过高时，会造成荧光淬灭。溶液的浓度较低时，荧光强度与荧光物质的浓度成正 比，当达到一定浓度后就不再有这种关系，浓度过大时发生荧光淬灭。
荧光寿命：荧光寿命τF 分子处于激发态的平均时间。如果荧光衰减符合指数衰 减规律，荧光寿命就是发光强度衰减到 e-1 时所需时间。
隧道效应：粒子可以穿过比它的能量更高的势垒，这个现象称为隧道效应。
荧光弛豫过程：光进入物质时，部分能量被吸收。吸收外来光子后被激发到激发 态的分子具有较高的能量不稳定，可以通过不同途径释放能量回到基态，该过程 为弛豫过程。 光的力学效应：在物体上的力等于光引起的单位时间内物体动量的改变，并由此 引起物体的位移和速度的变化，称之为光的力学效应。 光压：由于光辐射对物体产生的力通常称之为光的辐射压力，简称光压。 光镊原理：又称为单光束梯度力光阱(single-beam optical gradient force trap)，是利用光与物质间动量传递的力学效应而形成的三维势阱来捕获和操纵 微粒的技术。 纳米技术：指在 1-100nm 尺度范围内研究和应用原子、分子的结构特征及其相互 作用的高新技术，它是基础科学和工程技术相结合的产物。 公式解析
简述 Q：光谱分析中可获得什么信息？各种信息表达的内容是什么？ A: 谱线位置：反映波长或频率的信息，代表某种吸收或发射基团的特征跃迁，据此 辨认基团或化合物的存在。
谱线强度：强度与吸收或发射基团的数目成正比，是定量分析的依据。
初中生物知识梳理提纲
初中生物知识梳理提纲一、生物基础知识1.生物的定义与特征2.生物的分类与命名3.生物的细胞结构与功能4.生物的新陈代谢5.生物的生长、发育与生殖6.生物的遗传与变异二、植物学知识1.植物的分类与结构2.植物的生长发育3.植物的生殖与繁殖4.植物的光合作用与呼吸作用5.植物的适应性与生态习性6.常见植物的识别与利用三、动物学知识1.动物的分类与结构2.动物的生长发育3.动物的生殖与繁殖4.动物的行为与适应性5.动物的循环系统、呼吸系统、消化系统、排泄系统、神经系统、内分泌系统的基本原理与功能6.常见动物的识别与利用四、微生物学知识1.微生物的分类与结构2.微生物的生长与繁殖3.微生物在自然界中的作用4.微生物与人类生活的关系5.常见微生物的识别与利用五、生态学知识1.生态系统的概念与结构2.生态因素与生物的适应性3.生物之间的相互关系4.生物与环境的关系5.人类活动对生态环境的影响6.生态环境保护与可持续发展六、生物技术知识1.生物技术的概念与发展2.常见的生物技术方法与应用3.生物制品与生物制药4.基因工程的基本原理与技术5.细胞工程的基本原理与技术6.生态工程的基本原理与技术七、健康与营养知识1.健康与生活方式2.人体营养的需要与食物来源3.营养失调与疾病4.常见疾病的预防与保健5.青春期生理与心理变化6.心理健康与心理调适八、生物伦理与法律知识1.生物伦理的基本原则与规范2.生物伦理在实际应用中的问题3.生物安全与生物武器4.生物多样性保护与人类利益的关系5.生物法律的基本内容与实施6.青少年在生物伦理与法律方面的责任与义务习题及方法：一、生物基础知识习题习题1：生物的基本特征有哪些？解题方法：回顾生物基础知识，列举生物的基本特征，如生命活动需要营养、呼吸、排泄、对外界刺激作出反应、生长和繁殖、由细胞构成等。
答案：生物的基本特征有：生命活动需要营养、呼吸、排泄、对外界刺激作出反应、生长和繁殖、由细胞构成等。
生物物理学：1.第一章 生物物理学绪论
• 1944年的《医学物理》介绍生物物理内容 时，涉及面已相当广泛，包括听觉、色觉 、肌肉、神经、皮肤等的结构与功能（电 镜、荧光、X射线衍射、电、光电、电位、 温度调节等技术），并报道了应用电子回 旋加速器研究生物对象。
• 1943年E.薛定谔的讲演：“生命是什么”
• 用热力学和量子力学理论解释生命的本质引进了“ 负熵”概念，试图从一些新的途径来说明有机体的 物质结构、生命活动的维持和延续、生物的遗传 与变异等问题（见耗散结构和生物有序）。
2.生物物理学的学科意义
• 生物学
• 生物数学 生物物理学 生物化学 细胞生物 学 生理学 发育生物学
•
遗传学 放射生物学 分子生物学 生
物进化论 生态学 神经生物学
•
植物学 昆虫学 动物学 微生物学
病毒学 人类学 生物工程，心理学
• 在生物学方面被广泛认同甚至成为学科基础的主 要理论包括：达尔文提出的生物进化论；细胞学 说；孟德尔遗传学说；遗传密码和中心法则理论( 包括近年关于表观遗传和非编码RNA调控等重要 发展)；普列高津耗散结构理论（将生命看作自组 织化系统的理论）等。
• 细胞利用环境中饱和和不饱和脂肪酸与温度有关 。在15～20℃时利用油酸，而在20～25℃时则主 要利用亚油酸，从而提供了不同温度条件下控制 作物能量转换途径来提高作物的营养价值。70年 代末全球耗地为1.5×109公顷土地，其中盐碱地 占4×108公顷。能否利用某些好盐菌来改良土壤 ，尤其是具有视紫红质的好盐菌，借助它能将光
子样品。有时一种技术的出现将使生物物理问题的研究大 大改观。如 X射线衍射技术导致了分子生物物理学的出现 。因此虽然技术本身并不一定就代表生物物理，但它对生 物物理学的发展是非常关键的。
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一、生物大分子结构(一)蛋白质1.氨基酸：α-氨基酸，L型（除甘氨酸）2.肽键：一个氨基酸羧基和另一个氨基酸氨基脱水缩合形成的化学键1)性质：C-N键不能旋转；肽键平面（p-π共轭）2)肽平面：多肽链折叠为肽链主骨架的基本单元，包括两个碳原子和中间的一个肽键3.结构层次：1)一级结构：氨基酸序列2)高级结构：a)成因：肽平面；R基团空间位阻；规律性折叠；稳定高级结构作用力b)二级结构：多肽链借助氢键延一定方向排列成的具有周期性和规律性的结构单元i.α-螺旋（3.6aa/圈、r=0.23nm、螺距0.54nm、右手螺旋）；β-折叠；β-转角；无规卷曲）ii.稳定力：氢键c)超二级结构：两个或两个以上的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，排列为规则的，具有空间结构特征的组合体i.稳定力：氢键，范德华力，离子键，疏水作用力d)结构域：具有功能的单元，介于超二级结构与三级结构之间e)三级结构：一条多肽链所有原子的空间排布（疏水内核）f)四级结构：多条多肽链特点方式组装而成g)结构是功能的基础(二)核酸1.生物信息流与中心法则2.DNA1)作用力：碱基配对；碱基堆积；疏水作用；减小静电排斥3.核酸结构分级1)一级结构：核苷酸序列2)二级结构：核酸双链3)三级结构：超螺旋/其他高级结构4.RNA：易水解二、生物大分子内作用力(一)四种相互作用：引力；电磁；强；弱(二)蛋白质1.强相互作用：共价键（一级结构；二硫键烫发）2.弱相互作用：离子键；氢键（方向性；排他性）；疏水作用（熵增驱动）；范德华力(三)核酸1.染色体结构：1)40%DNA，60%蛋白2)组蛋白高度保守；修饰作用3)核小体：缠绕146bp4)高级结构：30nm纤维2.RNA1)单链核酸（紧凑结构；碱基互补；茎-环结构）2)tRNA（两条A螺旋呈直角；非常规：特殊碱基对、三碱基对、碱基-骨架作用）3)形成高级结构要素：2‘-OH；单链；多种二级；三级包括碱-碱与碱-骨三、生物大分子间相互作用(一)蛋白-核酸复合物1.功能：结构（组蛋白）；调节（转录因子）；催化（聚合酶）2.作用：静电（蛋白-磷酸骨架）；氢键（蛋白-链/碱）；疏水（蛋白疏水-碱基）3.特异性识别：核酸内切酶；大沟4.识别结构域：1)HTH：a)结构特点：20aa；两α之间120°；第二α为识别螺旋b)序列特点：疏水核心；9th aa多为Gly；shs转角；phs（极疏小）1stαc)识别：回文DNAd)Rep：i.氢键定位；ii.识别螺旋与DNA特异性作用；iii.DNA形变有助于蛋白紧密结合与亲和特异性2)Zinc Fingera)锌指结构i.含一个或多个被Cys或His螯合的锌离子ii.锌离子稳定蛋白三维结构iii.结合DNA，转录因子功能，结合RNA/蛋白iv.多种结构模式b)锌指蛋白i.α螺旋与DNA大沟结合ii.单个锌指结合DNA无特异性iii.连续锌指特异性结合DNA，增强与DNA亲和力iv.含有2-37个锌指c)一对一相互作用i.单一锌指识别DNA中连续3个碱基ii.两相邻锌指识别6-7个碱基iii.不同aa组别识别特定序列3)Leucine zippera)特点i.30aa，Leu每7个aa出现一次ii.两α螺旋平行结构iii.coiled-coil结构，3.5aa/圈，准确每两圈一次Leuiv.Leu间相互作用，形成疏水核心b)与DNA作用i.碱性区域与DNA大沟作用ii.特异性作用：氢键；疏水iii.非特作用：氢键4)HLH5)二聚现象(二)基因编辑1.定义：有目的性的对DNA核酸序列进行删除插入等操作2.传统方法：人工诱变；转化/转染；同源重组3.第一代技术：ZFN4.第二代技术：TALENs5.CRISPR/Cas9：成簇的、规律间隔的短回文序列四、蛋白质折叠(一)简介1.定义：蛋白质凭借相互作用在特定细胞环境下自我组装，形成有一定功能的结构过程2.Anfisen实验：1954；蛋白高级结构由一级结构决定；加入巯基乙醇，尿素再还原3.蛋白质折叠速率：？4.蛋白折叠问题：规律、稳定性、生物活性；热力学/动力学、体内/体外、理论/实验(二)第二遗传密码（第一问题：物理密码）1.定义：氨基酸序列与空间结构对应关系2.特点：1)简并性a)不同生物体内同功能蛋白质有aa差异，整体结构相同b)化学修饰影响侧链不影响总体c)定点突变说明个别甚至一段序列的替换不影响构象，生物活性2)多意性：同序列aa不同条件下空间结构不同3)全局性：3.意义：完善中心法则；蛋白质设计需要；理解蛋白质折叠疾病需要(三)折叠过程（第二问题：折叠动力）（未解之谜）1.框架模型（1982，P.S.Kim/R.L.Baldwin）一步步折叠，局部构象依赖于局部序列2.疏水塌缩模型：疏水片段先聚集3.扩散-碰撞-粘合机制：几个位点生成疏水簇，非特布朗运动扩碰粘成大结构4.成核-凝聚-生长模型：折叠晶核（特异性相互作用）扩大5.拼版模型：多条途径折叠；折叠快；影响小6.邹氏模型：边翻译边折叠，从一端开始(四)蛋白质结构预测1.CASP2.同源建模/片段拼接(五)体内折叠：蛋白质浓度极高(六)分子伴侣1.定义：保守蛋白质，识别肽链非天然构象，促进各功能域和整体的正确折叠2.为非自发折叠蛋白提供微环境(七)蛋白折叠病：疯牛病，库鲁病五、生物大分子其他物理性质(一)蛋白质1.胶体性质：扩散慢，粘度大，不透半透膜；水溶液中形成亲水颗粒，丁达尔现象2.蛋白质分子表面：胶核，胶粒（吸附层），胶团（扩散层）3.表面电势：PI取决于氨基酸与蛋白质三维结构4.盐溶，盐析六、分子生物物理技术(一)分离蛋白1.层析1)凝胶排阻层析（分子筛层析）：洗脱体积Ve=外水体积Vo+分配系数Kd*内水体积Vi2)离子交换层析3)疏水层析2.蛋白质电泳1)SDS-PAGE：浓缩胶原理，分子筛效应2)等电电泳3.结晶1)盐析2)气相扩散法(二)性质测定1.分子量：动态光散射2.热稳定性：Thermofluor(三)SPR（表面等离子体共振技术）1)等离子体：a)定义：密度相当高的自由正负电荷组成的气体b)金属=等离子体c)等离子体波：i.特征：高度局域消逝波；衰减传播；色散曲线在光右侧，同频率波矢量大于光ii.条件：存在表面等离子体；存在合适激发源；激发条件d)表面等离子体振动2)全反射a)定义：光从光密介质射入光疏介质，入射角到某一角度使折射角到90°，折射光消失，只剩下反射光b)消失波：全反射透入光疏介质一个波长深度c)衰减全内反射3)棱镜耦合：a)Kretschmann结构，otto结构b)共振角4)传感器a)原理：改变θ/λ，得介电常数εs/折射率n sb)Biacore传感器c)应用：识别生物分子；研究生物分子间作用5)优点a)无需标记待测物b)适用于浑浊，不透明或有色溶液c)实时连续监视反应的动态过程d)检测方便快捷e)应用范围广6)局限a)难以区别非特异性吸附b)对温度，样品组成等干扰敏感7)发展a)提高灵敏度b)与质谱联用c)高通量检测d)敏感器件、测量装置微型化(四)X射线衍射1.X射线的发现与性质1)发现a)时间：1895.11.8b)人物：伦琴c)实验：稀薄气体-X射线d)地位：19世纪末20世纪初物理学三大发现之一；标志着现代物理学的产生e)荣誉：第一届诺贝尔物理学奖2)探索：偏振：巴克拉（1905、1909）；衍射：劳厄（1912）3)衍射：原子间距与X射线波长同数量级4)电磁波特性：波长：0.01-100埃5)发生步骤：高速电子轰击阳极靶；同步辐射光源6)特性：a)物理：穿透；荧光；电离；热b)化学：感光；着色c)生物：细胞抑制，损坏，坏死i.确定性效应：不孕，功能障碍ii.随机性效应：肿瘤，遗传效应7)质与量a)质（硬度）：X射线穿透物体的能力：单个光子能量b)量：垂直X光束单位时间单位面积通过光子数2.X的吸收与医学成像1)X吸收：人体不同组织衰减系数与厚度差别2)人体切片——断层扫描CTa)提出方法：科马克，美国，1963b)制作成功：菲尔德，英国，19723)CT原理a)联立方程法（代数法求解）：i.常采用的有256×256、512×512等矩阵ii.本质：求解衰减系数的分布b)反投影法i.Randon定理：多方向投影重叠4)螺旋CT3.X射线晶体衍射1)X射线与物质相互作用：a)散射X射线：相干；非相干b)电子：反冲电子；俄歇电子；光电子c)荧光X射线d)衰减X射线e)热能2)X射线晶体衍射的出现：1912，小布拉格3)X射线的相干散射和衍射4)X射线晶体衍射的实验装置：X射线→晶体→探测器5)布拉格方程：2dsinθ=nλa)晶平面的衍射：晶平面的衍射＋晶胞内的衍射＋不同晶胞的衍射b)晶胞参数：晶胞的大小和形状，决定晶体的衍射方向，而原子在晶胞中的位置，则决定衍射光的强度c)解析大分子晶体结构的本质是获得电子(五)冷冻电子显微镜1.应用1)细胞超微结构成像2)电子断层三维现象：巨大分子，细胞器3)蛋白质电子晶体学：膜蛋白4)单颗粒三维重构学：大分子蛋白2.流程：制备样品；透射成像；图像处理；结构解析3.三维重构技术：1)衬度传递函数；中央截面定律2)多角度二维投影→傅里叶转换→三维傅里叶空间→三维重构4.断层扫描：1)随扫描角度增加清晰5.单颗粒冷冻电镜：1)电子/颗粒相互作用：a)入射电子散射；b)入射电子对固体的激发c)受激发电子在固体中的传播2)信噪比随次数提高(六)NMR1.历史1)X射线晶体学获得蛋白，1963；NMR获得蛋白，19852)发展史a)1952年Bloch和Purcell获得诺贝尔物理学奖（核磁共振观测方法）b)1992年Ernst获得诺贝尔化学奖（高分辨脉冲傅立叶变换核磁共振方法）c)2002年Wuthrich获得诺贝尔化学奖（核磁共振解析生物大分子结构）d)2003年Mansfield和Lauterbur获得诺贝尔生理与医学奖（核磁共振成像）2.原理：1)定义：自旋不为零的原子核，在外磁场的作用下核自旋能级发生赛曼分裂，共振吸收特定频率的射频辐射的物理过程2)条件：磁性核；静磁场；射频场；检测线圈a)质量数与原子序数均为偶数的原子没有NMR信号b)原子核自旋、原子核的磁矩c)分裂：分裂为2I+ l种能态d)吸收：射频辐射能量达到△ E3.仪器1)静磁场：a)MHz：1H在该静磁场下的共振频率b)超导磁体2)检测线圈：检测FID4.参数1)化学位移2)标量耦合：两磁性核通过核外电子发生的相互作用，大小为耦合常数3)NOE（核增强效应）：a)空间上相近的两个原子核，一个原子核饱和时，另一个信号增强b)增强程度与距离有关，可确定两原子核距离c)解析最主要的结构信息4)弛豫：激发的原子核和环境能量交换回到平衡态（FID/自由感应衰减信号）5.傅里叶变换：可以把FID时间信号转化为频率信号6.自动化结构计算方法(七)荧光1.原理：某些物质被一定波长光长光照射时，会被较短时间内发射比入射波长更长的光，成为荧光2.基态与激发态：激活/失活3.电子能级：1)激发（S0→S1/S2）（单重态）2)荧光（S1→S0）3)外转换（熄灭）4)磷光（T1→S0）5)振动弛豫4.磷光、荧光1)荧光：发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长2)磷光：发光速度很慢，光照停止后，可持续一段时间5.产生条件：1)吸收光子发生多重性不变的跃迁时所吸收的能量小于断裂其最弱的化学键所需要的能量2)结构中有荧光基团（含有不饱和键的基团）6.荧光与分子结构关系1)荧光助色团与荧光消色团2)增加稠合环可增强荧光3)提高分子的刚性可增强荧光4)激发态电子组态的影响5)重原子将导致荧光量子产率的降低7.荧光应用举例：1)萤光素酶报告基因：a)萤光素的氧化产生荧光i.萤光素酶：单体，61000ii.辅-底物：ATP，Mg2+iii.萤光素b)原理：i.构建一个将靶启动子的特定片段插入到荧光素酶表达序列前方的报告基因质粒ii.将要检测的转录因子表达质粒与报告基因质粒共转染293细胞或其它相关的细胞系iii.加入特定的荧光素酶底物，荧光素酶与底物反应，产生荧光，通过检测荧光的强度可以测定荧光素酶的活性，从而判断转录因子是否能与此靶启动子片段有作用2)GFPa)发现i.1962年下村修从水母中分离出GFP，并发现这种蛋白质在紫外光下呈亮绿色ii.马丁·沙尔菲向人们展示了绿色荧光蛋白作为发光的遗传标签的作用iii.钱永健完成的单点突变（S65T）显著提高了GFP的光谱性质，起荧光强度和光稳定性也大大增强，另外还利用GFP来追踪追踪多种生物细胞进行的生物反应b)优点i.不加任何底物，荧光性质稳定ii.分子量小，无细胞毒性iii.活细胞实时定位观察iv.突变蛋白改变荧光特性3)FRET（荧光共振能量转移）a)条件i.供体发射光谱与受体吸收光谱重叠ii.供体、受体荧光生色团适当方式排列iii.供体、受体足够接近b)举例：CFP（青色荧光蛋白）/YFP（黄色荧光蛋白）c)应用：检测蛋白质之间相互作用i.蛋白分子共定位ii.蛋白分子聚合体iii.转录机制iv.转换途径v.分子运动vi.蛋白折叠4)荧光显微镜a)分类：透射式/落射式5)激光扫描共聚焦荧光显微镜（LSCM）。
初二上册生物、物理复习提纲(人教版)
1、目前己知的动物大约有150万种，这些动物可以分为两大类：一类是脊椎动物，它们的体内有脊柱；另一类是无脊椎动物，它们的体内没有脊柱。
2、生物的多样性：1、种类的多样性；2、生活环境的多样性；3、00运动方式的多样性。
3、鱼之所以能在水里生活，两个特点是至关重要的：（1）能靠游泳老获取食物和防御敌害；（2）能在水中呼吸。
4、鱼可以在克服水中阻力的结构：流线形（梭子形）身体；身体表面分泌粘液。
5、鱼在游泳时，靠躯干部有尾部的左右摆动产生前进的动力，靠背鳍、胸鳍、腹鳍、臀鳍来保持平衡，靠尾鳍保持前进的方向。
6、在难以直接拿研究对象做实验时，有时用模型来做实验，即模仿实验对象制作模型，或者模仿实验的某些条件进行实验，这样的实验叫做模拟实验。
7、各种鳍在运动中起到辅助协调的作用。
8、鳃是鱼的呼吸器官。
9、鳃中含有丰富的毛细血管，因此鳃是鲜红色的。
10、鳃丝又多又细，是为了扩大与水接触的面积，有利于充分进行气体交换。
鳃不容易吸收空气中的氧，鱼离开水后，鳃丝相互覆盖，减小了与空气接触面积，不能从空气中得到足够的氧气，因此缺氧而死。
11、鱼鳃对水中呼吸至关重要的特点：鳃丝鲜红，含丰富毛细血管；鳃丝又多又细。
12、水从鱼口流入，从鳃盖后缘流出。
13、流出鱼鳃的水中，氧气减少了，二氧化碳增多了。
14、气体交换水中O2——鳃丝的毛细血管中鳃丝中Co2—水中15、鱼的主要特征：体表常常有鳞，用鳃呼吸，通过尾部的摆动和鳍的协调作用游泳。
16、有口无肛门，食物从口进入消化腔，消化后的食物残渣仍由口排出体外，这些动物称为腔肠动物。
17、身体柔软靠贝壳来保护身体的动物，称为软体动物。
18、体表长有质地较硬的甲的动物，叫做甲壳动物。
甲壳动物用鳃呼吸。
19、腔肠动物、软体动物、甲壳动物都是无脊椎动物。
20、水中各种生物都是水域生态系统的重要组成部分，它们之间通过食物链和食物网，形成紧密而复杂的联系，同时又都受水域环境的影响，其种类的变化和数量的消长都会影响到人类的生活。
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生物力学一.基本概念1生物力学：应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。
2应力：受力物体截面上（△A）内力（△F）的集度，即单位面积上的内力。
当△A趋于0时，为某一点的应力。
3应变：当材料在外力作用下发生形状的改变。
4应变率：应变的变化速率，即单位时间内增加或减少的应变；应变率是表征材料快速变形的一种度量，应变对时间的导数。
5本构方程：阐明应力、应变、应变率之间关系的方程式，它取决于物体的结构。
6生物力学研究基础：能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性的本构方程。
7生物力学研究类型：固体生物力学流体生物力学运动生物力学（传统）组织与器官力学生物动力学生物热力学（现代）8粘弹性：具有弹性固体的弹性和粘性液体的粘性9泊松比：当细长物体被拉长时，同时会发生横向线度的相对缩短。
实验表明横向的线应变与纵向线应变成正比，比例系数是材料的特征常数，称为泊松比。
10骨的弯曲与扭转：弯曲是连续变化的线应变的组合，扭转是连续变化的剪切应变的组合分布。
二．简答题1.简述生物力学的不同分类：固体生物力学流体生物力学运动生物力学（传统）组织与器官力学生物动力学生物热力学（现代）2.简述应力的不同类型：同截面垂直的称为正应力，同截面相切的称为切应力。
3.弹性体和粘性体的本构方程：对于拉伸和压缩：Eeτ=；对于剪切变形：tanG Gταγ==；对于体积变形：Kvτ=。
其中，τ为应力，E 、G 、K 分别为杨氏模量（弹性模量）、刚性模量（剪切模量）和体积模量；e ，tan α和v 分别为线应变、切应变和体应变。
粘性体的本构方程——牛顿粘度定律。
粘性是物体形变时，内部反抗形变的摩擦力的表现，应力与应变率的最简单关系是二者成正比，切应变率公式为：/d dt τηγηγ•==其中，η称为粘滞系数，简称粘度。
上式称为牛顿粘滞性定律。
4.粘弹性的特征表现：松弛性 滞后性 蠕变性5.骨受力（弯曲、扭转）应力-应变表现弯曲：显然，梁的内部应力很小。
骨骼的层状结构十分巧妙，最外层为韧性很好的骨膜，再向里为密质骨、疏质骨、骨髓腔，充分地发挥了骨组织的力学效能。
扭转：长度为l 的圆柱体在力矩作用下产生的扭转形变如图1。
扭转圆柱体剪切应变沿径向的分布及沿轴向的分布如图2.三．论述题（计算）1.解释如图所示的拉伸应力与应变的关系曲线点a 对应满足正比关系的最大应力，即正比极限。
ab 段应力和应变不再满足正比关系,但撤外力后材料仍能复原,过b 撤外力后不再复原,而成塑性形变,d 对应发生弹性形变的最大应力,称为弹性极限，c 断裂点,对应强度极限。
2.写出Maxwell 模型的应变率、Vogit 模型、Kelvin 模型的外力F 的推导过程及计算 MaxwellVogitKelvin3.骨受力现象及其相关计算θθτθθσ2sin 2sin ，cos cos 020S FS F S F S F ====，)0(0max S F ==θσmax0max 212)4( σπθτ===S F图2-6由于骨是粘弹性体,当受到过大拉力作用,易在干骨区出现断裂;且由上式分析形成垂直断面;受压损伤则多发生在蠕变区,主要由剪切形变起作用,因而受压损伤的断裂面为45°的斜面。
图2-7弯曲而产生的骨折将会发生特征的“Y”缺口，并易形成游离碎骨.由于骨的抗压强度大于抗张强度，骨折在拉伸一侧（即底侧）开始，下面形成 = 0的竖直断裂面，随着未断裂截面积的减小，应力增大，当受压部分达到抗压限度时，将沿着＝45°的两个斜截面分开。
放射生物物理现实中的辐射现象：天然辐射源：宇宙射线地下矿藏体内微量放射性元素人工辐射源：核反应堆带电粒子加速器医学放射源核武器电脑手机射线与物质的相互作用及效应（图表）防护材料（X射线、γ射线、β射线、中子）防X、γ射线选铅、铁、水泥、砖等。
高质量物质防β射线选铝、有机玻璃、塑料等低质量物质防种子选石蜡、硼酸和水等。
防护的基本原则：正当化原则最优化原则限值化原则外照射防护三要素：防护时间距离防护屏蔽防护放射性活度、吸收剂量、当量剂量、有效剂量的物理含义及其计算与DNA直接作用通过自由基与DNA作用纯物理过程物理、化学过程液态环境损伤专业术语的解释，如：ICRP、粒子注量、比铅当量等。
铅当量：用铅作为比较各种防护材料的屏蔽性能的标准,把具有一定厚度的某屏蔽材料对应相同屏蔽效果的铅层厚度,称为该屏蔽材料在该厚度下的铅当量,单位厚度防护材料的铅当量叫比铅当量.粒子注量：进入具有单位截面积小球的粒子数.ICRP：国际辐射防护委员会生物物理技术名词解释渗透压：用理想半透膜将纯溶剂和溶液隔开，发现溶剂透过半透膜向溶液作单方向渗透。
渗透的结果导致溶液一侧的液面上升，在半透膜两侧产生压强差，达到平衡时出现的压强差称为溶液的渗透压Π。
相对黏度：溶液黏度与溶剂黏度的比值溶剂溶液ηηη=r增比黏度：溶液黏度与溶剂黏度增加的相对值，反映溶质对溶液黏度的贡献。
溶剂溶剂溶液ηηηη-=sp比浓黏度：单位浓度的溶质对黏度的贡献。
C sp c ηη=特性黏度：溶液浓度无限稀释时的比浓黏度，其值与浓度无关。
它反映个别溶质分子对溶液黏度的贡献。
它只与溶质分子结构、大小及在溶液中形态有关。
[]C spC ηη0lim→=透光率：透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量的百分率。
0I I T =紫外可见光吸收光谱：利用物质的分子或离子对紫外和可见光的吸收所产生的紫外可见光谱及吸收程度对物质的组成、含量和结构进行分析、测定、推断的分析方法。
荧光光谱术：荧光光谱术是利用某些物质被一定波长的光照射所产生的、能够反映物质特性的荧光来进行物质的定性和定量分析的方法。
红外吸收光谱的指纹区：1300~650cm -1区域：吸收光谱较复杂，除单键的伸缩振动外，还有变形振动。
能反映分子结构 的细微变化——指纹区如何发生荧光淬灭效应：荧光强度对温度变化敏感，温度降低时，溶液的黏度增大，荧光分子与溶剂分子的碰撞减少。
温度增加，外转换去活的几率增加。
温度过高时，会造成荧光淬灭。
溶液的浓度较低时，荧光强度与荧光物质的浓度成正比，当达到一定浓度后就不再有这种关系，浓度过大时发生荧光淬灭。
荧光寿命：荧光寿命τF 分子处于激发态的平均时间。
如果荧光衰减符合指数衰减规律，荧光寿命就是发光强度衰减到e-1时所需时间。
隧道效应：粒子可以穿过比它的能量更高的势垒，这个现象称为隧道效应。
荧光弛豫过程：光进入物质时，部分能量被吸收。
吸收外来光子后被激发到激发态的分子具有较高的能量不稳定，可以通过不同途径释放能量回到基态，该过程为弛豫过程。
光的力学效应：在物体上的力等于光引起的单位时间内物体动量的改变，并由此引起物体的位移和速度的变化，称之为光的力学效应。
光压：由于光辐射对物体产生的力通常称之为光的辐射压力，简称光压。
光镊原理：又称为单光束梯度力光阱(single-beam optical gradient force trap)，是利用光与物质间动量传递的力学效应而形成的三维势阱来捕获和操纵微粒的技术。
纳米技术：指在1-100nm尺度范围内研究和应用原子、分子的结构特征及其相互作用的高新技术，它是基础科学和工程技术相结合的产物。
公式解析简述Q：光谱分析中可获得什么信息？各种信息表达的内容是什么？A:谱线位置：反映波长或频率的信息，代表某种吸收或发射基团的特征跃迁，据此辨认基团或化合物的存在。
谱线强度：强度与吸收或发射基团的数目成正比，是定量分析的依据。
谱线宽度：由发光物质激发态寿命和光源与观察者的相对运动状态决定。
通过宽度可以了解生物分子的运动学、动力学和相互作用的状况。
谱线结构：通过高分辨率仪器，可得到谱线的精细结构，能提供发光物质有关能级分布及基团间相互作用的信息。
Q：流体力学技术中哪些方法是测量分子量的独立方法？A：离心法（沉降平衡法）、渗透压法、黏度法Q：沉降平衡法和沉降速度法的异同点是什么？它们的优、缺点各是什么？方法相同点不同点优点缺点沉降速度法同属于离心法测定分子量的方法1离心场大于等于10^6g2行程上清液和浓度相等的坪区当分离带有不同S值的混合溶液是，沉降速度较快的分子在穿过沉降速度较慢的分子时会受到污染引起误差。
沉降平衡法1离心场约为10^4g2形成很大的浓度梯度，达到平衡。
不必测定扩散系数，可以从浓度的分布直接计算M值，是测定分子量的独立方法，也是现有测定大分子量的最准确的物理方法。
试验时间过长，对稳定性不高的体系的测定是不利的。
Q：沉降系数的意义是什么？A：每单位引力场生物大分子下沉的速度称为沉降系数，反映了每单位引力场生物大分子下沉的速度;应用于命名生物大分子。
Q：简述渗透压法中三个方法的要点？A：渗透平衡法：恒温下将渗透压计静置一段时间，自然达到平衡状态，记下两侧液面的高度差，减去毛细升高项，即为渗透压值。
优点：操作简单 缺点：试验时间过长升降中点法：将渗透压计中溶液液面升高，使其高于平衡值Δh 。
在趋向渗透平衡过程中液面不断下降，记录各个时间的液面高度，绘制下降曲线。
反过来绘制上升曲线。
将两条曲线上对应点连接起来，求其中点。
中点的连线趋于一水平线，该线所在的高度即为渗透平衡时的液柱高，将液柱高减去毛细校正项即得渗透压值。
速率终点法：在不同液面高度差或外加压强下测定溶液的透过速率dh/dt 。
描绘dh/dt---Δh 坐标图，用内插法求出dh/dt=0时的Δh 值，得到渗透压。
该方法不需要等待渗透平衡，测量迅速。
Q ：荧光测量的主要参数：荧光量子产额和荧光强度的意义？A ：荧光测量的主要参数：量子产额φg ：物质发射的荧光量子数与吸收量子数之比荧光强度：表示荧光的相对强弱。
Q ：影响荧光强度的主要因素有哪些？A:其中：K ：决定于该仪器的仪器常数I 0：激发光的强度ε：摩尔吸收系数φ0：荧光量子效率b ：样品池的厚度C ：样品的浓度)1(00bC e I K F εϕ--=bC e bC εε-≈-1bC I K F εϕ00=1. 溶液PH2.溶剂的极性与黏度3.温度的影响4.溶液的浓度5.激发光Q ：Stokes 效应与反Stokes 效应是什么？A ： 处于振动基态的分子在光子作用下，激发到较高的不稳定的能态（虚态）后又回到较低能级的振动激发态。
此时激发光能量大于散射光能量，产生拉曼散射的斯托克斯线，散射光频率小于入射光。
若光子与处于振动激发态（V 1）的分子相互作用，使分子激发到更高的不稳定能态后又回到振动基态（V 0）, 散射光的能量大于激发光，产生反斯托克斯散射，散射光频率大于入射光。
Q ：产生共振拉曼散射的条件是什么？A ：选择 的入射光的频率正好是将吸收光辐射的分子激发至基态以上的电子能级所需要的频率时，就会发生共振拉曼散射Q ：简述磁共振原理，并说明它与电子自旋共振的差异？A ：NMR基本原理：是利用一定频率的电磁波照射处于磁场中的原子核，原子核在电磁的作用下发生磁共振，吸收电磁波的能量，随后又发射电磁波，即发出磁共振信号。