生物分子
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生物分子（biomolecule，biological molecule）是自然存在於生物體中的分子的總稱[1]，包括大分子（例如蛋白質，碳水化合物，脂質和核酸）以及小分子（例如代謝產物，次級代謝物和天然產物）。
大多數生物分子都為有機化合物，含有碳和氫，多數含氮、氧、磷和硫，偶爾也有其他元素出現，但較少見，參見生物無機化學。
生物分子的類型
[編輯]存在多種生物分子，包括：
| 生物單體 | 生物低聚物 | 生物聚合物 | 聚合過程 | 單體之間的共價鍵名稱 |
|---|---|---|---|---|
| 氨基酸 | 寡肽 | 肽, 蛋白質 (血紅蛋白...) | 縮聚反應 | 肽鍵 |
| 單醣 | 寡醣 | 多糖 (纖維素...) | 縮聚反應 | 糖苷鍵 |
| 異戊二烯 | 萜烯 | 多萜烯: 順式-1,4-聚異戊二烯天然橡膠，和反式-1,4-聚異戊二烯戊糖（gutta-percha） | 加成聚合 | |
| 核苷酸 | 寡核苷酸 | 多核苷酸, 核酸（DNA、RNA） | 磷酸二酯鍵 |
核苷和核苷酸
[編輯]核苷是通過將核鹼基連接到核糖或去氧核糖環而形成的分子。 這些的實例包括胞苷（C），尿苷（U），腺苷（A），鳥苷（G），胸苷（T），和肌苷（I）。
核苷可以被細胞中的特定激酶磷酸化，產生核苷酸。 DNA和RNA都是聚合物，由長鏈線性分子組成，所述長分子線性分子由來自單核苷酸的重複結構單元或單體的聚合酶組裝。DNA使用去氧核苷酸C，G，A和T，而RNA使用核糖核苷酸（在戊糖環上具有額外的羥基（OH）基團）C，G，A和U。修飾的鹼基是相當常見的（例如在基環上具有甲基基團)， 如在核糖體RNA或轉移RNA中發現的那樣，或用於在複製後區分新DNA和舊鏈DNA[2]。
DNA和RNA結構
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去氧核糖核酸(DNA)結構由眾所周知的雙螺旋支配，由華森-克里克(Watson-Crick)鹼基對C與G和A與T形成。這被稱為B型DNA，並且絕大多數是最有利和最常見的DNA狀態; 其高度特異性和穩定的鹼基對是可靠的傳遞信息儲存的基礎。DNA有時可以作為單鏈（通常需要通過單鏈結合蛋白穩定）或作為A-DNA型或Z-DNA型螺旋來發生，偶爾也會出現在更複雜的3D結構中，例如DNA複製期間霍利迪交叉(Holliday junctions)連接處的交叉。
糖類
[編輯]單糖是最簡單的糖類形式，只有一種簡單的糖。 它們的結構中基本上含有醛或酮基團[3]。單糖的實例是己糖，葡萄糖，果糖，丙醣，丁糖，庚糖，半乳糖，戊糖，核糖，和去氧核糖。 消耗的果糖和葡萄糖具有不同的胃排空率，差異吸收並具有不同的代謝命運，為2種不同的糖類提供了多種機會來差異地影響食物攝入[3]。大多數糖類最終為細胞呼吸提供燃料。
雙糖是被兩種單糖或兩種單一的單糖通過除去水形成鍵時形成的。 它們可以通過用稀酸煮沸或與適當的酶反應而水解得到它們的糖精結構單元。雙糖的實例包括蔗糖，麥芽糖，和乳糖。
多糖是聚合的單糖或複合碳水化合物。 它們有多種單糖。 實例是澱粉，纖維素和糖原。 它們通常很大並且通常具有複雜的分支連接。 由於它們的尺寸較大，多糖不是水溶性的，但是它們的許多羥基在暴露於水時會單獨水合，而一些多糖在水中加熱時會形成厚的膠體分散體。[4]較短的多糖，含有3-10個單體，被稱為寡醣(低聚糖)[4]。 一種熒光指示劑 - 位移分子印跡傳感器已經被開發用於區分糖類。 它成功地區分了三個品牌的橙汁飲料[5]。 所得傳感膜的熒光強度的變化與糖濃度直接相關[6]。
木質素
[編輯]木質素是一種複雜的多酚大分子，主要由β-O4-芳基鍵組成。 在纖維素之後，木質素是第二豐富的生物聚合物，並且是大多數植物的主要結構組分之一。 它含有衍生自對香豆醇(p-Coumaryl alcohol)，松柏醇和芥子醇的亞基[7]，在生物分子中是不尋常的，因為它是外消旋混合物。 缺乏光學活性是由於木質素的聚合，其通過自由基偶聯反應發生，其中在手性中心不優選任一構型。
脂類
[編輯]脂類（油脂）主要是脂肪酸酯，並且是生物膜的基本構件。 另一種生物學作用是能量儲存（例如，三酸甘油酯）。 大多數脂質由極性或親水性頭部（通常為甘油）和一至三個非極性或疏水性脂肪酸尾部組成，因此它們是兩親性的。 脂肪酸由未支化的碳原子鏈組成，其通過僅有單鍵（飽和脂肪酸）或通過既有單鍵又有雙鍵（不飽和脂肪酸）連接。 鏈通常是14-24個碳基團，但它總是偶數。
對於存在於生物膜中的脂質，親水性頭部是來自以下三類中的一種：
其他脂質包括前列腺素和白三烯，它們都是由花生四烯酸合成的20-碳脂肪酰基單元。 它們也被稱為脂肪酸。
氨基酸
[編輯]氨基酸既含有胺又含有羧酸官能團。 （在生物化學中，術語氨基酸被使用於當提及氨基酸和羧酸鹽官能團與相同碳連接的那些氨基酸時，加上實際上不是氨基酸的脯氨酸）。
有時在蛋白質中觀察到修飾的氨基酸;這通常是翻譯後酶促修飾（蛋白質合成）的結果。例如，激酶對絲氨酸的磷酸化和磷酸酶的去磷酸化是細胞周期中的重要控制機制。在某些生物體中，已知只有兩種不同於標準二十種的氨基酸在翻譯過程中被摻入蛋白質中：
除了用於蛋白質合成的那些之外，其他生物學上重要的氨基酸包括肉毒鹼（用於細胞內的脂類轉運），鳥氨酸，GABA，和牛磺酸。
蛋白質結構
[編輯]形成蛋白質的特定系列氨基酸被稱為蛋白質一級結構(Protein primary structure)。 該序列由個體的遺傳構成決定。 它規定了沿線性多肽「骨架」的側鏈基團的順序。
蛋白具有兩種類型的由沿着主鏈氫鍵的特定模式定義的局部結構的良好分類，頻繁出現的元素組成：α螺旋和β摺疊。 它們的數量和排列稱為蛋白質二級結構(Protein secondary structure)。
參見
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參考資料
[編輯]- ^ Oxford Dictionary of Biochemistry and Molecular Biology, Oxford University Press, 2006, p. 76.
- ^ Slabaugh, Michael R. & Seager, Spencer L. Organic and Biochemistry for Today 6th. Pacific Grove: Brooks Cole. 2007. ISBN 0-495-11280-1.
- ^ 3.0 3.1 Peng, Bo & Yu Qin. Fructose and Satiety. Journal of Nutrition. June 2009: 6137–42.
- ^ Pigman, W.; D. Horton. The Carbohydrates 1A. San Diego: Academic Press. 1972: 3. ISBN 978-0-12-395934-8.
- ^ Jin, Tan; Wang He-Fang & Yan Xiu-Ping. Discrimination of Saccharides with a Fluorescent Molecular Imprinting Sensor Array Based on Phenylboronic Acid Functionalized Mesoporous Silica. Anal. Chem. 2009, 81 (13): 5273–80. PMID 19507843. doi:10.1021/ac900484x.
- ^ Bo Peng & Yu Qin. Lipophilic Polymer Membrane Optical Sensor with a Synthetic Receptor for Saccharide Detection. Anal. Chem. 2008, 80 (15): 6137–41. PMID 18593197. doi:10.1021/ac800946p.
- ^ K. Freudenberg; A.C. Nash (編). Constitution and Biosynthesis of Lignin. Berlin: Springer-Verlag. 1968.