
【化】 biomacromolecule
生物大分子(Biomacromolecules)是生命體中最基礎的複雜有機化合物,由數千至數百萬個原子通過共價鍵連接構成,分子量通常在10⁴至10⁹道爾頓範圍内。根據《英漢生物化學詞典》定義,其主要包含蛋白質、核酸、多糖和脂類四大類,分别對應不同的生物學功能:
蛋白質(Proteins)
由氨基酸通過肽鍵連接形成的多聚體,執行催化(酶)、結構支持(膠原蛋白)、信號傳遞(激素)等功能。根據國際生物化學與分子生物學聯盟(IUBMB)分類,人類已發現超過2萬種功能性蛋白。
核酸(Nucleic Acids)
包括DNA和RNA,由核苷酸通過磷酸二酯鍵連接,負責遺傳信息存儲與傳遞。2023年《自然》期刊研究指出,單個人類細胞DNA總長度可達2米,壓縮比超過10⁴倍。
多糖(Polysaccharides)
由單糖分子脫水縮合形成,如植物細胞壁的纖維素和動物體内的糖原。中國科學院高分子材料實驗室數據顯示,澱粉分子可含30萬個葡萄糖單元。
脂類(Lipids)
疏水性分子如磷脂構成生物膜基本骨架,三酰甘油則是主要儲能形式。美國國立衛生研究院(NIH)實驗證實,細胞膜中脂質占比達40-80%。
這些分子的三維結構遵循“結構決定功能”原則,例如DNA雙螺旋通過堿基配對實現複制,而蛋白質的α螺旋和β折疊與其催化活性直接相關。1953年Watson和Crick提出的DNA模型,為現代分子生物學奠定了基石。
生物大分子是生物體内具有重要功能且分子量較大的有機化合物,通常由多個小分子單體通過共價鍵聚合而成。它們是生命活動的基礎,主要包括以下四類:
1. 蛋白質 由20種氨基酸通過肽鍵連接形成,分子量可達數萬至數百萬。具有四級結構(一級氨基酸序列→二級α螺旋/β折疊→三級空間構象→四級多亞基組裝),功能多樣:如酶催化化學反應(如消化酶)、結構支持(膠原蛋白)、運輸物質(血紅蛋白)等。
2. 核酸 包括DNA和RNA,由核苷酸單體聚合而成。DNA(脫氧核糖核酸)通過堿基互補配對形成雙螺旋結構,存儲遺傳信息;RNA(核糖核酸)參與蛋白質合成(如mRNA傳遞遺傳信息、tRNA轉運氨基酸)。
3. 多糖 由單糖通過糖苷鍵連接,分為:
4. 脂質(特殊類) 嚴格來說不屬于大分子(分子量較小),但常被歸入讨論。包括:
共同特性:
生物大分子之間還存在相互作用(如糖蛋白參與細胞識别),并通過代謝網絡共同維持生命系統的運轉。理解這些分子對研究疾病機制(如蛋白質錯誤折疊導緻的阿爾茨海默病)、基因工程(DNA重組技術)等領域至關重要。
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