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)幾種有機分子的幫助。這些有機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?，是通過取代功能基團(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＠纾瑸榧∪馓峁┭鯕獾募〖t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。運輸?shù)鞍椎睦佑醒灏椎鞍?運輸血紅蛋白和脂肪酸)、通道蛋白和運輸?shù)鞍住?/p>

運動蛋白： 這些蛋白質(zhì)參與肌肉的收縮和放松(肌肉運動)。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。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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