Monomers and Polymers of Organic Macromolecules
有机大分子的单体与聚合物
世间万物,皆有其本。有机大分子,于生命之基、生活之需,皆具至关重要之位。而欲明其理,需先探其单体与聚合物。
单体者,有机大分子之基元也。犹如砖石之于广厦,其虽微小,然聚而成宏构。以糖类论之,单糖为其单体。葡萄糖,此单糖之常者,具六个碳原子,其结构精巧,能相互连接。醛基、羟基之属,于葡萄糖分子之上,依特定之律,彼此作用。两葡萄糖分子相遇,经脱水缩合之妙,以糖苷键相连,遂成麦芽糖,此二糖者,亦可视作寡糖之一类。众多葡萄糖分子若有序聚合,或直链而延,或分支而展,遂成淀粉、纤维素等多糖。淀粉,植物储能之要物,颗粒之中,葡萄糖单体依螺旋之形排列,便于储存与分解。纤维素则为植物细胞壁之脊梁,葡萄糖单体以β -1,4 -糖苷键坚牢相连,构成长链,平行排列,借氢键稳固,致其具强韧性。
脂质之中,亦有单体聚合之妙。脂肪酸与甘油,乃脂质重要构成之基。脂肪酸,碳氢链之尾缀羧基。甘油,具三个羟基。一分子甘油与三分子脂肪酸,经酯化反应,羟基与羧基脱去一分子水,酯键生成,遂成甘油三酯,此为油脂之常形。饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸,因碳链双键之有无,致甘油三酯性质有别。饱和者,常温多为固态,如动物脂肪;不饱和者,常温常为液态,似植物油。磷脂者,亦由甘油、脂肪酸、磷酸及含氮碱基等单体构成,其一端亲水,一端疏水,于生物膜之形成,功不可没。
蛋白质之单体,氨基酸也。氨基酸具氨基与羧基,且连于同一碳原子,此碳原子尚连一氢原子与独特之侧链基团。侧链基团之异,使氨基酸种类丰富,常见者二十有一。氨基酸相聚,氨基与羧基脱水缩合,肽键生成,成肽链。肽链非直而僵,依氨基酸序列及侧链相互作用,盘旋折叠,成二级、三级乃至四级结构。以血红蛋白为例,由四条多肽链构成,各链皆含血红素辅基,此四级结构使血红蛋白具高效载氧之能。
核酸之单体为核苷酸。核苷酸由含氮碱基、五碳糖及磷酸构成。核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸,因五碳糖之别,分别为核糖核酸(RNA)与脱氧核糖核酸(DNA)之单体。含氮碱基有五,腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)与尿嘧啶(U)。DNA 中,脱氧核苷酸以磷酸二酯键相连,成两条反向平行之链,碱基互补配对,A 与 T,G 与 C,借氢键维系,盘旋成双螺旋之形。RNA 多为单链,依碱基互补配对转录 DNA 信息,于遗传信息之传递与表达,不可或缺。
有机大分子之单体与聚合物,以精妙之律聚合,于生命过程中各司其职。自细胞之构至机体之运,自遗传之秘至代谢之序,皆赖其成。明其理,探其奥,方可知生命之奇、自然之妙,于科学之途,迈进不已。
世间万物,皆有其本。有机大分子,于生命之基、生活之需,皆具至关重要之位。而欲明其理,需先探其单体与聚合物。
单体者,有机大分子之基元也。犹如砖石之于广厦,其虽微小,然聚而成宏构。以糖类论之,单糖为其单体。葡萄糖,此单糖之常者,具六个碳原子,其结构精巧,能相互连接。醛基、羟基之属,于葡萄糖分子之上,依特定之律,彼此作用。两葡萄糖分子相遇,经脱水缩合之妙,以糖苷键相连,遂成麦芽糖,此二糖者,亦可视作寡糖之一类。众多葡萄糖分子若有序聚合,或直链而延,或分支而展,遂成淀粉、纤维素等多糖。淀粉,植物储能之要物,颗粒之中,葡萄糖单体依螺旋之形排列,便于储存与分解。纤维素则为植物细胞壁之脊梁,葡萄糖单体以β -1,4 -糖苷键坚牢相连,构成长链,平行排列,借氢键稳固,致其具强韧性。
脂质之中,亦有单体聚合之妙。脂肪酸与甘油,乃脂质重要构成之基。脂肪酸,碳氢链之尾缀羧基。甘油,具三个羟基。一分子甘油与三分子脂肪酸,经酯化反应,羟基与羧基脱去一分子水,酯键生成,遂成甘油三酯,此为油脂之常形。饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸,因碳链双键之有无,致甘油三酯性质有别。饱和者,常温多为固态,如动物脂肪;不饱和者,常温常为液态,似植物油。磷脂者,亦由甘油、脂肪酸、磷酸及含氮碱基等单体构成,其一端亲水,一端疏水,于生物膜之形成,功不可没。
蛋白质之单体,氨基酸也。氨基酸具氨基与羧基,且连于同一碳原子,此碳原子尚连一氢原子与独特之侧链基团。侧链基团之异,使氨基酸种类丰富,常见者二十有一。氨基酸相聚,氨基与羧基脱水缩合,肽键生成,成肽链。肽链非直而僵,依氨基酸序列及侧链相互作用,盘旋折叠,成二级、三级乃至四级结构。以血红蛋白为例,由四条多肽链构成,各链皆含血红素辅基,此四级结构使血红蛋白具高效载氧之能。
核酸之单体为核苷酸。核苷酸由含氮碱基、五碳糖及磷酸构成。核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸,因五碳糖之别,分别为核糖核酸(RNA)与脱氧核糖核酸(DNA)之单体。含氮碱基有五,腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)与尿嘧啶(U)。DNA 中,脱氧核苷酸以磷酸二酯键相连,成两条反向平行之链,碱基互补配对,A 与 T,G 与 C,借氢键维系,盘旋成双螺旋之形。RNA 多为单链,依碱基互补配对转录 DNA 信息,于遗传信息之传递与表达,不可或缺。
有机大分子之单体与聚合物,以精妙之律聚合,于生命过程中各司其职。自细胞之构至机体之运,自遗传之秘至代谢之序,皆赖其成。明其理,探其奥,方可知生命之奇、自然之妙,于科学之途,迈进不已。
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