基础有机化学和大分子
Chapter 1 Biochemistry（对应Campbell 2-5）
想学好生物没点化学基础是不可能的。这一章里的内容比较简单。建议大家还是报一下AP Chem 虽然没有有机部分但是学完了之后还是会对生物有一定帮助。有机部分看Campbell Biology和Lehninger Principles of Biochemistry 就可以基本满足像BBO的要求了。
Atomic structure 原子结构
原子作为咱们小学就已熟悉的老朋友还是挺好记的。
只需要记得：
Atom原子=proton质子+neutron中子+electron电子
其中
Neutron是neutral的，不正不负
Proton是带正电荷的
Electron是带负电荷的
Proton和neutron抱在一块儿组成原子核，electron在外头乱飘。
电子很重要
Electron configuration（电子的排布）决定了一个atom如何发生反应。
如果一个原子内的电子全部在最低的energy level，这个原子便被称作处于基态（ground state）。这时电子应在距离原子核较近的位置移动。
同理，当原子被注入了能量后，其中的电子会来到一个更高的energy level，这时这个原子便被称为处于激发态（excited state）
这里有几个固定的距离，叫做electron shell。决定原子的chemical behavior的是最外层的电子叫Valence electron， 同理那一层也叫valence shell。
中子数量
所谓的同位素就是isotope。同一个元素，不同数量的中子数量。我们常看见的元素周期表里的元素底下标的原子质量是取自然中所有同位素的加权平均。
放射性同位素
Radioactive isotope中有许多具有极大用途，这里就不举啥例子了。
而Radioactive isotopes 是会decay的。他们以一个特定的，被称为half-life的速率衰退，也就是常说的半衰期。
Half-life的用途很多，像是什么倒推物品年代啥的。
Bonding 键
AP生物就主要focus在俩键上面。一个是ionic bond, 一个是covalent bond
Ionic bond离子键
简单点理解就是俩原子给予和获得电子形成。
给予电子的原子少了带负电荷的电子变成了离子，其中正电荷与负电荷的比例大了，也就意味着整个离子就变正了。
An atom that loses an electron becomes a cation, a positive ion
同理获得电子的原子多了带负电荷的电子变成了离子，其中正电荷与负电荷的比例小了，也就意味着整个离子就变负了。
An atom that gains an electron becomes an anion, a negative ion
Covalent bond 共价键
简单点说就是俩原子共用一组电子形成。
出现共价键的时候就会形成molecule 分子。
这俩原子共享一对电子就是single covalent bond（-）, 两对电子就是double covalent bond（=），三对则是triple covalent bond（≡）。至于四对AP生物不考，我也不清楚有没有（小声）...
极性与非极性共价键
然而，这共享原子也是会不平均的。电子可能会向一侧倾斜。这时，这个covalent bond 则被称为polar bond 极性共价键。
像CO2 里，碳元素与氧元素则是极性共价键
同理，如果正好平均分配则被称为non-polar bond 非极性共价键。
Diatomic molecule中则常会出现，比如H2或者O2里面
Polar and non-polar molecules 极性与非极性分子
和共价键的判断方法有些许相似。
Polar molecule极性分子
其中，极性分子中的正负电荷不以它的几何中心对称。简单点说就是形成一头正一头负。
比如H2O里 V字型的结构一端是O另一端是俩H，两头的正负电荷分配不均就出现了极性。
Non-polar molecule非极性分子
与polar molecule相反，列如CO2中几何结构是linear的，两头各一个O中间一个C，正负电荷与几何中心对称就是非极性的。
Hydrophobic & hydrophilic 疏水与亲水性
这个只要记牢哪个亲水哪个疏水就OK了。
Hydrophobic 是疏水，因为分开来就是 hydro（水）phobic（恨），也就是讨厌水。
这种特性的物质常溶于lipid而不能溶于水。
Hydrophilic是亲水
这种特性的物质能溶于水。
Properties of water水分子的特性
1. Highly polar
2. 两个水分子间由一方的氧原子与另一方的氢原子形成hydrogen bond
3. High specific heat高比热容
4. 蒸发时带走大量热量
5. 因为highly polar所以可以溶解一切polar & ionic substances
6. 强的表面张力
7. 固态的密度大于液态
pH 酸碱性
问一下在读的各位，为什么pH的P是小写？
p在这里指的是-log。H则是指氢离子浓度（H+）、
也就是说pH可以写成-log(H+). concentration 越高pH也就越低。至于pKa和什么共轭酸，titration之类的AP化学会学到
Isomer 同分异构体
AP Chem没有， 但是很好记。其实就是同样的molecular formula但是组成的形状不一样的结构。要牢牢记得在生物里structure determines function。
AP生物大致分了三种：
Structural：atom arrangement 不一样
Cis-trans：spatial arrangement不一样 （Cis指的是顺式，同种配位体在同侧；Trans是反式，同种配位体在对角位置）
Enantiomers：镜像
Organic compound & Macromolecule有机化合物与大分子
先要认识几个常见的基团
羟基hydroxyl group (-OH)
碳基Carbonyl group (>C=O)
羧基Carboxyl group (-COOH)
氨基Amino group (-NH2)
巯基Sulfhydryl group (-SH)
磷酸基Phosphate group (-OPO32-)
甲基Methyl group (-CH3)
乙酰基 Acetyl group (-COCH3)
合成与分解聚合物
合成靠的是condensation（缩合反应）一个脱去羟基一个脱去氢形成polymer+H2O
分解靠的是hydrolysis（水解）与脱水缩合相反
碳水化合物 Carbohydrate
CnH2O 燃烧任何1克的碳水化合物都会释放4卡路里
单糖 monosaccharide C6H12O6
二糖 disaccharide C6H12O6 + C6H12O6 = C12H22O11 + H2O
多糖 Polysaccharide
二糖和多糖都是以一个或多个单糖脱水缩合加起来变成的。
后面amino acid之间的肽键就是通过氨基与羧基之间脱水缩合形成的
多糖的作用：储存与结构支撑
能量储存：Starch淀粉（植物）& glycogen糖原（动物）
结构支撑：Cellulose纤维素（植物）& chitin几丁质（节肢动物）
脂 Lipid
Hydrophobic molecule
大部分由non polar 的C-H键组成，少数为polar bond
Fats（triacylglycerol三酰甘油）非聚合物的大分子（因为聚合物是由连接重复的化学单元来构建脂质并没有此特点）
由一个glycerol（丙三醇）+3个fatty acid（脂肪酸）组成
其中glycerol的羟基脱去一个H，fatty acid的羧基脱去一个OH形成Ester linkage（酯键）
这里的连接是典型的酯化反应esterification（缩合反应的一种，特指无机含氧酸与醇的反应），酸（fatty acid）脱羟基（OH），醇（glycerol）脱氢（H）
Saturated & unsaturated fatty acid 饱和与不饱和脂肪酸
饱和分子结构是直的，室温下为固态
不饱和分子结构通常是弯的，室温下通常是液态
其中区别就在于 饱和脂肪酸的碳上是连着一H和另一个C，但是在不饱和脂肪酸中形成了一个碳碳双键C=C。
为什么说通常呢？因为不饱和脂肪酸的碳碳双键有顺式Cis和反式trans两种isomers。
大多数不饱和脂肪酸是顺式Cis的碳碳双键，就出现了结构上的弯折，降低了分子间作用力（van der Waals force），使得不饱和脂肪酸熔点降低，也就出现了室温下为液态的特征。
所谓反式脂肪酸就是指反式不饱和脂肪酸，是具有反式trans碳碳双键的。因此它和饱和脂肪酸一样都是直的，所以熔点也高于室温，常温下呈固态。
磷脂Phospholipids
Glycerol丙三醇有三个羟基hydroxyl group。
在脂质里连接的是三个fatty acid，但是在磷脂里两个是链接fatty acid的，还有一个连接的是磷酸基phosphate group。
磷酸基顶上还会连一个带电的或者极性的小分子，glycerol和这个小分子一块儿形成一个亲水端hydrophilic head，另一边的fatty acid形成疏水端 hydrophobic tail。
细胞膜就是由这一些磷脂构成。它们会形成两排，把疏水端朝内，亲水端朝外。这样就形成了phospholipid bilayer, 也就是细胞膜的主要结构。之后讲细胞结构的时候会具体描述。
类固醇Steroids
由四个环稠合在一块儿构成。
其中是17个碳形成3个6碳的环乙烷cyclohexane和一个5碳的环戊烷cyclopentane稠合（几个环共边）形成主体。具体细节就不提了，AP生物不会考的。
蛋白质 protein
蛋白质就是由Amino acid氨基酸作为基本单位组成的大分子。
氨基酸由三个部分组成，一个氨基amino group,一个羧基carboxyl group和一个side chain（R group）
氨基酸有很多种，人体内有20种，每种的区别只出现在R group里。
R group的分类大致为：
氨基酸分为两个端，N端和C端。N terminus代表amino end，C terminus代表carboxyl end。在mRNA转译到多肽链的时候被拼成一串，由上一个氨基酸的C端和下一个的N端相连，因此拼上去的顺序是N到C。这里也是由脱水缩合相连。具体咋装上去在后面Gene expression会讲。
蛋白质的折叠
1. 脱水缩合完了之后你就获得了一条多肽链（polypeptide chain）也就是蛋白质的Primary structure
2. 因为polypeptide chain里的氧有partial negative charge， 氢有partial positive charge，它们之间形成了微弱的hydrogen bonds，也就使得多肽链折叠成螺旋形（αhelix）和片状（βplead sheet）也就是蛋白质的Secondary structure
3. 氨基酸上的R group之间出现的interaction使得αhelix和βplead sheet连接形成了蛋白质的Tertiary structure
举个例子：两个non polar（hydrophobic）的R group之间会因为van der Waals interaction连在一块儿。Cysteine monomers(半胱氨酸单体)中的sulfhydryl groups 巯基（-SH）之间形成的disulfide bridges 二硫键（-S-S-）会对这个结构加固。
4. 最后，由多个多肽链折叠成的三级结构拼接起来形成蛋白质的Quaternary structure
一定一定要记得生物里的结构决定了功能 structure determines the function
因此，遇上高温，强酸，强碱，重金属盐等都会破坏蛋白质的结构，造成denaturation。
核酸 nucleic acid （Polynucleotide）
做核酸做麻了。核酸分两种，DNA deoxyribonucleic acid和RNA ribonucleic acid。众所周知DNA的结构是sugar phosphate backbone + nitrogenous base连一块儿。
Sugar phosphate backbone是由戊糖（pentose）和phosphate group构成。
戊糖有五个碳，从顶上的氧开始顺时针数就是1-4号碳，1号碳上连接的是nitrogenous base，5号碳支棱出去伸在外面，通过酯化反应连着一个磷酸基phosphate group （-OPO32-）。
DNA中的2号碳上连的羟基hydroxyl group（-OH）被拿掉了一个O，所以叫脱氧核糖酸。没被拿掉就是RNA
Nitrogenous base分为两种，purines嘌呤和pyrimidines嘧啶
嘌呤是一个五元和六元的稠杂环，Adenine(A) 和 Guanine(G)
嘧啶是六元的杂环，Cytosine (C), Thymine (T DNA中) 和 Uracil(U RNA中)
这俩玩意加一块儿就是nucleotide monomer核苷酸单体。一串核苷酸单体连一块儿就是一条polynucleotide。
因为每个单体之间是在上一个的3号碳的羟基hydroxyl group和下一个的5号碳上的磷酸基phosphate group进行酯化反应形成磷酸二酯键phosphodiester bond（因为磷酸基同时和两个羟基相连所以叫二酯键），所以polynucleotide的两端分别叫5 prime end和3 prime end。
DNA polymerase DNA聚合酶只会往前一个的3号碳上装下一个，所以DNA的增长顺序是由5端到3端。这是和安装时三磷酸脱氧核苷酸dNTP带来成键能量有关，具体细节后面会在DNA 复制的地方提到。
而我们熟知的DNA结构也就呼之欲出了，两条互补的（一样的）polynucleotide，double helix结构保证稳定，antiparallel反向平行（一条polynuleotide3到5，另一条5到3）
RNA中mRNA，pre-mRNA，tRNA，rRNA，miRNA，siRNA的具体结构放到后续的gene expression里详细解读
