人體由大約 30 萬億個細(xì)胞組成，這些細(xì)胞共同完成生命的基本功能。細(xì)胞能夠執(zhí)行這些維持生命的任務(wù)，離不開細(xì)胞內(nèi)幾種有機(jī)分子的幫助。這些有機(jī)分子被稱為生物大分子。生物大分子的大小和結(jié)構(gòu)多種多樣，參與了許多不同的生命功能。生物大分子由超過 25 種天然元素組成，其中主要是碳、氫、氧、磷和硫。

碳化合物在形成生物大分子的過程中發(fā)揮著重要作用。碳可以與其他元素共價結(jié)合，形成許多不同的化合物。有些生物大分子被認(rèn)為是碳?xì)浠衔锏难苌铮峭ㄟ^取代功能基團(tuán)(如醇、胺、醛、酮和羧基)中的氫原子而形成的。

下面列出了這些小單體聚合后形成的小型生物大分子和大分子，為薩塞克斯大學(xué)生物化學(xué)和新陳代謝課程做好預(yù)習(xí)。

一、碳水化合物

碳水化合物是健康飲食的重要組成部分。它們提供做功所需的能量。用科學(xué)術(shù)語來說，它們是多羥基醛或多羥基酮，碳水化合物是地球上最豐富的生物大分子。

碳水化合物的種類及其功能

根據(jù)水解后形成的產(chǎn)物數(shù)量，碳水化合物可分為三類。

單糖：由一個單位的多羥基醛或酮組成。單糖是完全溶于水的無色結(jié)晶固體,參與人體能量的產(chǎn)生。 例如葡萄糖、果糖、核糖和阿拉伯糖。

1.二糖：下面列出了二糖及其單體單元和功能。

2.多糖：由兩個以上的單糖單位組成。它們也被稱為聚糖。它們分為兩種類型：

(1)同源多糖：它們只由一種糖單位組成。

a.結(jié)構(gòu)多糖：為細(xì)胞、器官和生物體提供機(jī)械穩(wěn)定性。例如甲殼素和纖維素。甲殼素參與構(gòu)建真菌的細(xì)胞壁，而纖維素則是反芻動物食物的重要成分。

b.貯存多糖：它們是碳水化合物的貯存器，可在人體需要時釋放單糖。例如淀粉、糖原。 淀粉可為植物儲存能量。在動物體內(nèi)，淀粉通過淀粉酶(存在于唾液中)的催化作用來滿足能量需求。糖原是動物、細(xì)菌和真菌的多糖食物儲備。

(2)雜多糖：含有兩種或兩種以上不同類型的糖單位。其中包括糖胺聚糖，如透明質(zhì)酸、硫酸天門冬酰胺、硫酸角蛋白和軟蛋白。這些多糖具有不同的功能。例如，肝素是一種抗凝劑(防止血液凝固，也被稱為血液稀釋劑)，透明質(zhì)酸是一種減震劑和潤滑劑，而肽聚糖或金霉素則存在于細(xì)菌的細(xì)胞壁中。

二、蛋白質(zhì)

1.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)是由氨基酸殘基組成的無支鏈聚合物。根據(jù)氨基酸的位置和功能，約有 22 種氨基酸參與蛋白質(zhì)的合成。蛋白質(zhì)按其結(jié)構(gòu)組織可分為四類：

一級結(jié)構(gòu)：這是通過氨基酸之間形成肽鍵而形成的。

二級結(jié)構(gòu)：這是多肽中的折疊結(jié)構(gòu)，由多肽骨架中的酰胺氫和羰基氧之間形成氫鍵而形成，包括α-螺旋和β-片層等結(jié)構(gòu)。

三級結(jié)構(gòu)：這是由組成蛋白質(zhì)的氨基酸的 R 基或側(cè)鏈相互作用形成的三維構(gòu)象。促成這種結(jié)構(gòu)形成的鍵包括疏水相互作用、靜電作用、氫鍵和范德華相互作用力。

四元結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)在兩條或兩條以上的多肽鏈之間形成。每條多肽鏈稱為一個亞基。相同或不同的多肽鏈之間可以形成四元結(jié)構(gòu)。形成這些結(jié)構(gòu)的鍵包括疏水鍵、靜電鍵、氫鍵和共價交聯(lián)。

2.蛋白質(zhì)的功能

蛋白質(zhì)是生物體的重要組成部分。它們幾乎參與了細(xì)胞的所有過程。它們參與 DNA 復(fù)制、細(xì)胞信號、催化新陳代謝反應(yīng)、構(gòu)建細(xì)胞和組織結(jié)構(gòu)以及將分子從一個地方運(yùn)輸?shù)搅硪粋€地方等過程。

以下是根據(jù)功能特性分類的八類蛋白質(zhì)。

結(jié)構(gòu)蛋白：它們是纖維狀、堅韌、不溶于水的蛋白質(zhì)。它們是結(jié)締組織、骨骼、肌腱、軟骨、指甲、頭發(fā)和角的結(jié)構(gòu)成分。結(jié)構(gòu)蛋白的例子有膠原蛋白、彈性蛋白和角蛋白。

酶：酶是共軛球蛋白，也被稱為生物催化劑。它們通過降低活化能催化新陳代謝反應(yīng)，從而提高反應(yīng)速度。蛋白質(zhì)酶的一些例子包括 DNA 聚合酶、溶菌酶、氮酶和脂肪酶。

激素：激素是由氨基酸長鏈結(jié)合在一起的長多肽。 它們在調(diào)節(jié)人體生理過程中發(fā)揮著重要作用，包括生殖、生長發(fā)育、電解質(zhì)平衡、睡眠等。

呼吸色素：這些是球狀蛋白質(zhì)色素，通?？扇苡谒?。例如，為肌肉提供氧氣的肌紅蛋白和通過血液將血液輸送到所有組織和器官的血紅蛋白。

運(yùn)輸?shù)鞍祝核鼈兪羌?xì)胞膜的結(jié)構(gòu)成分。它們在質(zhì)膜上形成通道，在細(xì)胞內(nèi)傳遞選擇性分子。其中一些還存在于動物的血液和淋巴中。運(yùn)輸?shù)鞍椎睦佑醒灏椎鞍?運(yùn)輸血紅蛋白和脂肪酸)、通道蛋白和運(yùn)輸?shù)鞍住?/p>

運(yùn)動蛋白： 這些蛋白質(zhì)參與肌肉的收縮和放松(肌肉運(yùn)動)。它們包括肌動蛋白、肌球蛋白、驅(qū)動蛋白和動力蛋白。

儲存蛋白：這些蛋白質(zhì)是細(xì)胞儲存氨基酸和金屬離子的倉庫。它們存在于雞蛋、種子和豆類中。鐵蛋白、卵清蛋白和酪蛋白就是儲存蛋白的例子。

毒素：這些蛋白質(zhì)通常由細(xì)菌產(chǎn)生。它們包括白喉毒素、假單胞菌外毒素和核糖體失活蛋白等。它們通過產(chǎn)生細(xì)胞毒性幫助細(xì)菌攻擊和殺死宿主生物。

三、核酸

核酸是存在于細(xì)胞和病毒中的大分子，參與遺傳信息的儲存和傳遞。核酸最早是由弗里德里希-米舍爾(Friedrich Miesher)在白細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)的[1]。隨后的研究表明，核酸是堿性蛋白質(zhì)和一種含磷有機(jī)酸的混合物。

從結(jié)構(gòu)上講，核酸是核苷酸(或多核苷酸)的聚合物，是核苷酸的磷酸酯。

含氮堿基：它們是雜環(huán)、平面和芳香分子。它們分為兩類：嘌呤和嘧啶。嘌呤包括腺嘌呤和鳥嘌呤，存在于 DNA 和 RNA 中。嘧啶包括胸腺嘧啶(僅存在于 DNA 中)、胞嘧啶(存在于 DNA 和 RNA 中)和尿嘧啶(僅存在于 RNA 中)。

五碳糖：核糖(僅存在于 RNA 中)和脫氧核糖(存在于 DNA 中)。這些糖以 D-立體異構(gòu)構(gòu)型存在于核酸中。

磷酸離子：這是參與核苷酸聚合的磷酸基團(tuán)。磷酸二酯鍵連接兩個或多個核苷酸，形成多核苷酸

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