第 四 章 · 选择性必修第三册

生物大分子

生命是化学的最高杰作:葡萄糖小分子串成淀粉储存能量,氨基酸缩合成蛋白质执行功能,核苷酸搭成 DNA 存储遗传——缩聚反应(脱水成键)是它们共同的建筑语法。

4.1 糖类

要点不是都甜,不一定 C:H₂O

单糖:葡萄糖 C₆H₁₂O₆(还原糖:银镜/新制 Cu(OH)₂ 反应———CHO 所致)、果糖(同分异构体)、核糖/脱氧核糖(五碳糖)。
二糖(水解成两分子单糖):蔗糖(非还原糖)= 葡萄糖 + 果糖;麦芽糖 = 2 葡萄糖(还原糖)。
多糖:淀粉(遇碘变蓝,水解最终得葡萄糖);纤维素(人体不能水解,促进肠道蠕动)。
糖类通式看似 Cₙ(H₂O)ₘ 但不都符合(脱氧核糖);甲醛 HCHO 符合却不是糖——"碳水化合物"是历史误称。

4.2 蛋白质

要点氨基酸 → 二肽 → 蛋白质

氨基酸(两性分子):同时含 —NH₂(碱性)与 —COOH(酸性),如甘氨酸 H₂N—CH₂—COOH、丙氨酸。
缩合成肽:一个氨基酸的 —COOH 与另一个的 —NH₂ 脱水形成肽键 —CO—NH—;n 个氨基酸缩去 (n−1) 个水形成链。
蛋白质结构层次:一级(氨基酸序列)→ 二级(α螺旋/β折叠)→ 三级/四级(空间构象)——结构决定功能。
盐析 vs 变性:盐析(浓轻金属盐溶液,可逆,用于提纯);变性(加热/强酸/重金属盐/紫外线,不可逆——酒精消毒、高温灭菌、重金属中毒的原理)。
显色反应:遇浓硝酸变黄(含苯环结构,"皮肤沾硝酸变黄")。
🔬 故事:中国首次人工合成结晶牛胰岛素
1965 年 9 月 17 日,上海生物化学研究所的玻璃器皿中出现了一簇乳白色晶体——世界上第一次人工全合成具有生物活性的蛋白质(结晶牛胰岛素)。由 51 个氨基酸组成的 A、B 两条链,中国科学家用了六年多、二百多步合成与衔接。向全世界宣告:生命的"密码分子"可以由人手写出。这项工作始于基础化学(多肽固相合成的前身),成于集体攻关——是新中国科学史上的里程碑。

实验蛋白质性质实验模拟(盐析/变性/显色)

4.3 核酸

要点DNA 与 RNA

核苷酸 = 磷酸 + 五碳糖 + 含氮碱基;核酸 = 核苷酸缩聚(磷酸二酯键)成链。
DNA:脱氧核糖 + A/T/G/C 四种碱基,双螺旋(Watson-Crick,1953):两条链氢键配对(A=T 两根、G≡C 三根)——半保留复制的分子基础。
RNA:核糖 + A/U/G/C(无 T),多为单链,参与蛋白质合成(mRNA/tRNA/rRNA)。
DNA 水解最终产物:脱氧核苷酸(磷酸+脱氧核糖+碱基)——层层水解到最小单元。
🔬 故事:DNA 双螺旋与 25 岁的沃森
1953 年,25 岁的美国博士后沃森与 37 岁的克里克在剑桥用铁皮、纸板和金属架搭出了 DNA 双螺旋模型——他们没有做关键实验(X 射线衍射照片 51 号来自富兰克林),但第一个把"碱基互补配对"想通:A 永远对着 T、G 对着 C,双链一拆开就能各自当模板复制。这篇 900 词的论文改写了生命科学,1962 年同获诺贝尔奖。而贡献衍射照片的富兰克林 1958 年因癌症早逝,与诺奖无缘——科学史上令人唏嘘的一页。

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