生物體內分子

---

引言

活細胞包含重要的化學物質，包括水和多種稱為生物分子的碳基有機化合物。生物分子是由活生物體產生的有機化合物。這些生物分子主要由碳、氫、氧、磷和硫組成。

生物分子的分類

生物分子可以根據其分子量分為小分子和大分子。小分子是低分子量的分子，例如單糖、氨基酸、核苷酸、脂肪酸等。這些小分子作為單體聚合形成大分子。大分子包括碳水化合物、蛋白質和核酸。

生物分子的型別

碳水化合物

碳水化合物是多羥基醛（醛糖）或酮（酮糖），或經水解可產生醛糖或酮糖的化合物。碳水化合物進一步分為：

• 單糖——簡單的糖，由一個多羥基醛或多羥基酮單元組成。
• 單糖的一般化學式為C_nH_2nO_n。
• 所有己糖和戊糖在水溶液中都以環狀結構存在，作為半縮醛或半縮酮。

單糖的例子包括葡萄糖（醛己糖）、果糖（酮戊糖）和半乳糖（醛己糖）。

• 二糖——當兩個單糖單元透過脫水反應連線時形成，在它們之間產生O-糖苷鍵。
  例子：蔗糖（葡萄糖+果糖）、麥芽糖（葡萄糖+葡萄糖）和乳糖（半乳糖+葡萄糖）。
• 多糖——數百到數千個單糖單元。它們可以是同多糖（如糖原、纖維素、幾丁質等）或雜多糖。

碳水化合物的功能

• 簡單糖如葡萄糖的分解是主要的能量來源，可用於驅動細胞反應。

• 它們也作為其他細胞物質合成的前體。

• 儲存多糖（糖原和澱粉）可以隨後分解以滿足細胞的能量需求。

• 結構多糖（纖維素、肽聚糖等）透過形成細胞的結構成分來提供機械穩定性。

• 多糖參與細胞訊號傳導活動。

• 碳水化合物也是重要的膳食成分。

蛋白質

蛋白質包含重複的氨基酸單元，這些單元透過一個氨基酸的氨基和另一個氨基酸的羧基之間的肽鍵連線在一起。22種氨基酸以不同的順序組合，產生各種各樣的蛋白質。

蛋白質的結構在以下四個水平上描述：

• 一級結構——這是構成多肽分子的氨基酸序列，由DNA上攜帶的遺傳密碼指定。

• 二級結構——多肽鏈主鏈氨基酸的區域性空間排列。
  最常見的二級結構是：

• α-螺旋，當多肽鏈透過-CO和-NH基團之間的氫鍵扭曲成螺旋構象時形成，以及

• β-摺疊片，當多肽鏈的兩個或多個片段或幾個多肽鏈並排排列時形成。

• 三級結構——由多肽的側鏈之間的相互作用產生，導致多肽鏈摺疊成球狀結構域。

• 四級結構——指的是多聚體蛋白質的組成多肽鏈的排列，這些多肽鏈透過共價鍵和非共價鍵結合在一起。

蛋白質的功能

• 結構蛋白（角蛋白、膠原蛋白等）為身體和細胞提供支撐和形狀。

• 催化蛋白（即酶）對細胞中發生的所有生物反應都至關重要。

• 以及調節代謝過程。

• 運輸物質穿過細胞膜（例如水通道蛋白）以及穿過身體（例如血紅蛋白）。

• 激素蛋白在細胞之間傳遞資訊並調節代謝過程。

• 防禦蛋白如免疫球蛋白對於保護身體免受病原體疾病至關重要。

• 收縮蛋白（肌動蛋白和肌球蛋白）促進肌肉運動以及細胞間的運動。

核酸

核酸是稱為核苷酸的單元的聚合物。因此，它們也稱為多核苷酸。

• 核酸有兩種：雙鏈分子稱為脫氧核糖核酸 (DNA)，以及單鏈分子稱為核糖核酸 (RNA)。

• DNA或RNA分子中的每個單體包含：

• 一個含氮鹼基（也稱為核鹼基），可能是嘌呤（腺嘌呤和鳥嘌呤）或嘧啶（胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶）的衍生物。

• 一個核糖（DNA中的脫氧核糖，RNA中的核糖）。

• 一個磷酸基團。

• 這些單體核苷酸透過磷酸二酯鍵連線在一起，形成多核苷酸。

• DNA以雙螺旋分子的形式存在，由兩條彼此反向平行的多核苷酸鏈組成。相比之下，RNA是單鏈分子。

核酸的功能

• 核酸攜帶以三聯體密碼形式編碼的遺傳資訊，存在於其結構中核苷酸的特定序列中。遺傳資訊被轉化為執行體內各種代謝功能的特異性蛋白質。

• 核酸也用於進行指紋分析。

脂類

這是一組多種多樣的有機化合物，不溶於水。它們的疏水性是由於它們的結構——脂類主要包含烴鏈。

根據其結構特徵，脂類可以有不同的型別：

• 脂肪酸——最簡單的脂類，含有長鏈烴（通常為12-24個碳原子）。它們可以是不飽和的或飽和的。

• 三醯甘油——三種脂肪酸和甘油的三酯。

• 磷脂——一種兩親性脂類，由兩個疏水的脂肪酸尾部和一個親水的“頭部”組成，酯化到磷酸基團。

• 糖脂——含有透過糖苷鍵連線的糖基的脂類。

• 脂蛋白——這些是脂蛋白複合物，包括LDL和HDL。

脂類的功能

• 三醯甘油是重要的儲存能量形式。
• 磷脂是所有生物細胞膜的結構成分。
• 類固醇充當激素，即雌激素和睪酮。
• 它們也充當色素、訊號分子、輔因子、洗滌劑等。

結論

• 生物分子是存在於活生物體中的有機化合物，有四種類型：碳水化合物、蛋白質、核酸和脂類。

• 碳水化合物是多羥基醛或酮分子。根據單體單元的數量，它們分為單糖、二糖或多糖。

• 蛋白質是由稱為氨基酸的重複單元組成的多肽分子。它們作為酶、激素、免疫球蛋白和轉運蛋白，也具有結構功能。

• 核酸是核苷酸的聚合物。它們有兩種：DNA和RNA。它們攜帶遺傳資訊。

• 脂類是疏水性烴分子，作為能量來源、激素、生物膜的結構成分等。

常見問題

Q1. 最簡單的單糖有哪些？

答：最簡單的單糖是三碳糖（3C糖），如二羥丙酮和甘油醛。

Q2. 雜多糖的一些例子是什麼？

答：硫痠軟骨素、硫酸角質素、肝素、透明質酸等。

Q3. 為什麼RNA不存在雙螺旋結構？

答：RNA在其結構中含有核糖，在2’位含有羥基。因此，與另一個核苷酸形成鍵會導致空間位阻和分子的不穩定性。

Q4. 脂肪和油有什麼區別？

答：在室溫下，脂肪以固體形式存在，並含有大量的飽和脂肪酸，而油在室溫下以液體形式存在，並含有更多的不飽和脂肪酸。

Q5. 哺乳動物中最豐富的蛋白質是什麼？

答：膠原蛋白。