結構生物化學/化學
化學是研究物質的組成、結構和性質的學科。這包括研究在經歷各種化學反應時觀察到的變化，或理解複雜大分子的基本結構。它提供了對構成這個世界上一切事物的原子、分子、晶體的理解，同時融入了能量和熵的概念。
化學始終與其他科學相互關聯，例如天文學、物理學、材料科學和生物學。在生物化學方面，它努力找到對生物形式和功能的化學解釋。化學表明，所有形式的生命透過不同生物體之間各種化學途徑的相似性而具有共同的起源。例如，所有活細胞都具有氨基酸、碳水化合物、脂類和核酸等常見分子，這些分子在每個細胞中都執行相同的功能。
自然界主要由四種元素組成：氫 (H)、氧 (O)、氮 (N) 和碳 (C)。它們加起來佔所有活細胞的 99% 以上。這些元素是最輕的原子，能夠形成最多四個穩定且牢固的鍵。還有一些其他元素對生物體也很重要，例如鈉 (Na)、鉀 (K)、鈣 (Ca) 和硫 (S)。這些被稱為微量元素，通常需要幫助特定蛋白質發揮作用。[1]
有機化學是研究主要由碳和氫原子組成的化學化合物的結構、性質、合成和反應的學科。它是解釋在最基本層面上發生在細胞中的許多相互作用的支柱科學。從化學的角度來看，大多數生物化學涉及生物體中存在的相互作用的有機分子以及它們如何在細胞水平上以靈活的方式被利用。分子內鍵的排列決定了其整體形狀、構象以及分子在細胞中執行特定功能的能力。生物化學中特別感興趣的有機化合物是碳水化合物、核酸和蛋白質。
碳與其他必需元素不同，因為它具有形成四個穩定的共價鍵以及穩定的雙鍵和三鍵的能力。碳可以與其他碳鍵合形成長鏈，這些長鏈可以有或沒有分支或環狀結構，從而允許形成具有不同形狀、尺寸和組成的無限數量的分子。用其他元素或官能團取代氫會賦予有機分子不同的性質，例如極性。
生物化學是立體特異性的，這意味著分子的 3-D 取向很重要，只有特定的排列才會正確地相互作用。立體異構體是指具有相同化學鍵但具有不同空間排列的分子。它們看起來可能非常相似，但除非破壞任何共價鍵，否則它們不能是相同的分子。
有很多地方可能會有不同的空間構型。一個分子可以有一個手性中心，這意味著一個原子（通常是碳）與四個不同的取代基相連。這四個可以以任何它們想要的方式圍繞碳排列，但如果排列不完全相同，那麼它們就是立體異構體。一個例子是如果分子是它自己的映象。無論你如何旋轉分子，它都永遠不會與它的原始形式重疊。這種特定的立體特異性被稱為對映異構體。如果它們不是彼此的映象，則被稱為非對映異構體。
另一種方法是具有雙鍵。雙鍵與單鍵不同，雙鍵是剛性的，不能自由旋轉。圍繞鍵的四個取代基可以形成反式，其中兩個最高等級的取代基位於鍵的相對側，或順式，其中最高等級的取代基位於鍵的同側，關係。這被稱為幾何異構體或順反異構體。
雖然對映異構體具有幾乎相同的化學性質，但在生物系統中，只有特定的取向才能產生預期的效果。在自然界中，手性化合物通常只以一種取向存在。例如，在碳水化合物中，倒數第二個碳始終具有“D”取向，氨基酸的手性碳始終處於“L”取向。酶可以區分對映異構體，因此必須具有正確的構型。
生物化學領域還涵蓋了水的特殊性質。由於所有生物體都有與水溶液相互作用的細胞，因此水的性質對於生物化學反應發生的環境至關重要。分子的結構決定了它是親水還是疏水。它在水中的相互作用決定了這些分子如何在細胞中發揮作用，一個例子是細胞膜中的脂質雙層，以及它的化學性質如何決定它在細胞中的功能（在這種情況下，它充當細胞中的屏障）。水還具有獨特的功能，例如高沸點和熔點。它的液態形式也比固態形式密度更大，這使得海洋生物得以生存。水在生物化學方面的一個重要特徵是它能夠形成氫鍵。
- ↑ 生物化學原理，作者：萊寧格