生物分子

生物分子词汇表
单体 - 构成长链的单个亚基，称为聚合物 聚合物 - 由重复亚基（单体）组成的长链 单糖 - 碳水化合物的最小亚基（葡萄糖、半乳糖、果糖） 氨基酸 - 多肽的最小亚基；有20种不同的天然存在的氨基酸 核苷酸 - DNA和RNA的最小亚基 缩合反应 - 释放水分子的反应，在此过程中，从单体形成更大的分子（聚合物） 水解反应 - 使用水将更大的分子分解成其更小的替代部分，断裂化学键。

单体和聚合物

• 缩合反应
  • 将单体连接成更大的分子，释放水
  • 单糖 → 二糖 → 多糖：形成糖苷键
  • 氨基酸 → 多肽：肽键
  • 甘油 + 脂肪酸 → 甘油三酯：酯键

碳水化合物

• 由单糖（碳水化合物的单体）组成
• 常见的单糖 - 葡萄糖、半乳糖、果糖
• 二糖
  • 由两个单糖的缩合反应形成
  • 麦芽糖 → 葡萄糖 + 葡萄糖
  • 蔗糖 → 葡萄糖 + 果糖
  • 乳糖 → 葡萄糖 + 半乳糖

α-葡萄糖形式，最右侧碳上的 -OH 基团指向下方

葡萄糖

两种异构体

• α-葡萄糖：碳原子 1 上氢原子指向上方，羟基指向下方
• β-葡萄糖：碳原子 1 上氢原子和羟基翻转

β-葡萄糖，显示最右侧 -OH 基团指向上方

缩略词“ADDUD”和“BUDUD”可用于记忆 -OH 基团的指向方式。ADDUD - α-葡萄糖，下、下、上、下。BUDUD - β-葡萄糖，上、下、上、下。

多糖

• 由许多单糖缩合形成
  • 糖原 → α-葡萄糖缩合
  • 淀粉 → α-葡萄糖缩合
  • 纤维素 → β-葡萄糖缩合
• 糖原的结构
  • 动物体内的能量储存
  • 高度分支的结构，卷曲 - 所以紧凑
  • 无法从细胞中扩散出去，因此保留在需要的地方，直到需要能量

• 纤维素的结构
  • 无分支的线性链
  • 用于植物细胞壁 - 为植物提供刚性

    

    淀粉、糖原和纤维素的结构。可以看出分子堆积在一起的方式，所有纤维素分子都平行且紧密堆积在一起。淀粉和糖原分子具有更分支的结构，导致堆积不那么紧密

  • 纤维聚集在一起形成微纤维 - 氢键（大量的强度）
• 淀粉的结构
  • 形成颗粒 - 无法从形成它的细胞中移动出去 - 不必扩散很远，因此可以相当快地获得能量
  • 分支链，卷曲 - 紧凑

脂类

• 甘油三酯
  • 甘油 + 3 个脂肪酸尾部
  • 形成油、蜡、脂肪
  • 疏水性 - 不与水混合

甘油三酯的分子结构

• 磷脂
  • 形成细胞壁 - 磷脂双层
  • 磷酸盐 + 甘油 + 2 个脂肪酸尾部
  • 极性分子 - 磷酸头部是亲水的（喜水）// 脂肪酸尾部是疏水的（厌水）

磷脂的分子结构

• 脂肪酸
  • 饱和 - 所有碳原子都具有单键 - 具有可能的最大氢原子数量
  • 不饱和
    • 单不饱和 - 1 对碳原子具有双键；去除 2 个氢原子，导致链发生扭结
    • 多不饱和 - 1 对以上的碳原子具有双键；去除 2 个以上的氢原子，导致链发生多个扭结
    • 与不饱和脂肪酸相比，能量含量更低

多不饱和脂肪酸

蛋白质

• 由氨基酸组成

蛋白质（多肽）的单体 - 氨基酸的通用结构

• 胺基：NH2 羧基：COOH
• R 基团 - 使氨基酸独特的侧链
• 二肽 - 两个氨基酸缩合
• 多肽 - 许多氨基酸缩合

• 蛋白质可以由多个多肽链组成

蛋白质关键词
氨基酸 - 蛋白质是由其组成的单体 二肽 - 2 个氨基酸通过 1 个肽键连接在一起 多肽 - 许多氨基酸通过肽键连接在一起 一级结构]] - 蛋白质的第一个结构。氨基酸链 + 顺序 二级结构 - 蛋白质的第二个结构。α-螺旋和β-折叠 三级结构 - 蛋白质的第三个结构。α-螺旋和β-折叠折叠成 3D 结构 四级结构 - 将三级结构蛋白质连接在一起形成更大的分子 酶 - 一种能够催化分子分解/形成的蛋白质分子 诱导契合模型 - 理论表明，当底物附着时，酶的活性位点会略微改变形状 锁钥模型 - 理论表明，酶的活性位点是刚性的，并且永远不会改变形状

• 一级结构：氨基酸的顺序 - 多肽链

• 二级结构：α-螺旋或β-折叠 - 由 R 基团之间的氢键形成
• 三级结构：α-螺旋/β-折叠的进一步卷曲 - 更紧凑
• 四级结构：将多个三级结构多肽链连接在一起
• 氢键 - 在四级结构中将多肽链连接在一起
• 离子键 - 将氨基酸连接成多肽链
• 二硫键 - R 基团之间牢固的键，将 α-螺旋/β-折叠连接在一起

  

  蛋白质可以存在的四个结构

酶

• 降低它催化的反应的活化能
• 酶作用的锁钥模型
  • 底物完美地契合酶
  • 没有解释酶如何催化反应
• 酶作用的诱导契合模型
  • 酶活性位点略微改变形状，以允许底物与之结合
  • 活性位点对底物施加压力，导致键断裂
  • 反应被催化，导致产物被释放
• 酶只能让 1 个底物与之契合 - 淀粉酶只能催化淀粉水解

• 酶浓度 - 较高的浓度会导致底物更快地分解。随着底物浓度的降低，反应速率将达到平台期，因为碰撞发生的可能性降低了
• 底物浓度 - 较高的底物浓度意味着酶与底物发生碰撞的可能性更高。反应速率增加，直到一定程度。一旦所有酶的活性位点都有底物，反应就无法继续进行

  

  竞争性和非竞争性抑制剂

• 抑制剂浓度 - 较高浓度的竞争性抑制剂会导致反应减慢，因为更多的竞争性抑制剂会阻断活性位点。非竞争性抑制剂也会产生影响，但是它不取决于浓度，因为它们不会阻断活性位点

• pH - 超出酶的最佳 pH 值，活性位点会迅速变性。这会阻止反应被催化
• 温度 - 低于最佳温度，反应会减慢，因为引起碰撞的能量更少。高于最佳温度 - 反应停止 - 酶变性

  

  酶在不同温度下的活性

  

  酶在不同 pH 值下的活性

核酸

核酸词汇表
DNA – 脱氧核糖核酸；构成所有活细胞遗传物质的分子。双链结构 RNA – 核糖核酸；用于将遗传物质转移到核糖体的分子；包含（一些）病毒的整个基因组，但并非全部。单链结构 核苷酸 – 构成 DNA 和 RNA 的单个单体 碱基 – 胞嘧啶、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、尿嘧啶、腺嘌呤；互补于碱基，仅允许 (A,T/U)、(G,C) 结合在一起（通过氢键） 半保留复制 – 该理论指出，在 DNA 复制过程中，一条链是新的，一条链是旧的。确保细胞之间遗传的连续性，降低突变的可能性

DNA 的双螺旋结构

• 生物体的遗传物质
• 腺嘌呤（嘌呤）、胸腺嘧啶/尿嘧啶（嘧啶）、鸟嘌呤（嘌呤）、胞嘧啶（嘧啶）

  

  半保留复制：紫色链是原始链，橙色链是新链

• 半保留复制
  • DNA 解旋：DNA 解旋酶
  • 碱基对在解旋的链之间移动
  • DNA 聚合酶用于将新的碱基结合到旧链上
  • 形成 2 条 DNA 链，每条链都有 1 条旧链和 1 条新链
• 半保留复制的证明
  • DNA 复制，直到所有氮元素都是 ¹⁵N - 这更重，导致链在溶液中处于较低位置
  • 然后 DNA 在 ¹⁴N 中复制一代 - 这会创建一个杂合 DNA，其中 50% 为 ¹⁵N，50% 为 ¹⁴N
  • DNA 在 ¹⁴N 溶液中再复制一代 - 创建包含 25% ¹⁵N 和 75% ¹⁴N 的 DNA
  • 重复此过程，最终形成仅包含 ¹⁴N 的 DNA
  • 溶液可以进行离心，识别包含不同氮元素同位素的 DNA

ATP – 三磷酸腺苷

ATP，碱基（腺苷）用红色圈出

• 用于在细胞内转移能量
• 由以下部分构成：腺嘌呤、3 个磷酸基团、核糖
• $ATP+H_{2}O\rightarrow ADP+P_{i}$ – ATP 上的缩合反应，形成 ADP 和一个磷酸基团；断裂键释放能量
• 低活化能，因此很容易释放能量
• ATP 酶 - 催化 ATP 水解（ATP 分解为 ADP）的酶
• 光合磷酸化
• 光合作用：仅植物进行，利用光合成 ADP → ATP
• 氧化磷酸化
  • 利用呼吸合成 ADP → ATP；植物和动物
• 底物水平磷酸化
  • 当磷酸基团从供体转移时；植物和动物
  • ATP 的用途
  • 代谢过程 - 提供能量，从亚基构建分子
  • 运动 - 肌肉收缩需要能量
    • 主动运输 - 分子逆浓度梯度移动
    • 分泌 - ATP 需要形成溶酶体以包裹细胞产物
    • 分子活化 - ATP 水解中释放的无机磷酸可以磷酸化其他分子

水

水分子图，显示更负和更正的端通过氢键相互作用

• 对所有生物体至关重要
• 极性分子
  • 水分子之间的氢键需要大量能量才能断裂
  • 导致水具有高表面张力
• 溶剂
  • 由于水是极性的，其他极性分子能够溶解在其中
  • 离子化合物溶解时会被水分子包围
  • 允许气体溶解 - CO2、O2、NH3...
• 高比热容
  • 提高 1° 温度需要大量能量 - 这是由于氢键的强度
  • 这意味着水起缓冲作用，减少温度波动
• 高汽化潜热
  • 将水蒸发（成蒸汽）需要大量能量
  • 非常适合冷却生物体 - 出汗（动物）或蒸腾作用（植物）
• 分子之间的内聚力
  • 高表面张力意味着可以将水柱拉到容器（如木质部）中
• 代谢物
  • 用于缩合/水解反应，断裂/形成键

无机离子

• 存在于细胞质/体液中的溶液中
• 一些离子浓度高，另一些离子浓度低
• 每个离子都有特定的作用
  • 铁离子 血红蛋白
  • 钠离子 葡萄糖和氨基酸的协同运输
  • 磷酸根离子 DNA 和 ATP 的组成部分