The Structure and Function of Large Biological Molecules

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1 The Structure and Function of Large Biological Molecules
Chapter 5 The Structure and Function of Large Biological Molecules

2 一. 聚合物原理 聚合物(Polymer) : 以共價鍵相連單體所構成的長分子。 單體(Monomers) : 聚合物中的小分子單位。
縮合反應(Condensation reaction) : 單體連結反應，過程 中需要時去水分子以完成新的鍵結，故又稱脫水反應 (Dehydration reaction)。 水解(Hydrolysis) : 藉由水分子打斷聚合物分子間的鍵結， 為縮合的逆向反應。 酵素(Enzymes) : 加速細胞內化學反應的特殊蛋白。

3 二. 醣類(carbohydrates) 碳數: Mono- 單醣(Monosaccharides) : 醣類最小單位。 Di-
Tri- Tetra- Penta- Hexa- Hepta- Octa- Nona- Deca- 單醣(Monosaccharides) : 醣類最小單位。 雙醣(Disaccharides) : 兩個單糖脫水形成糖苷 鍵(glycosidic linkage)組 合而成。 多醣(Polysaccharides) : 大分子的儲存(storage) 性醣類。 化學平衡有利於環狀的 形成。

4 醛糖 酮糖 The number of  carbons in the carbon skeleton
Dihydroxyacetone 二氫基丙酮 Ribulose核酮糖 Fructose 果糖 Glyceraldehyde 甘油醛 Ribose核糖 Glucose 葡萄糖 Galactose半乳糖 Hexoses (C6H12O6) Pentoses (C5H10O5) Trioses (C3H6O3) 醛糖 酮糖 The number of  carbons in the carbon skeleton (with hydroxyl group (-OH) in each C except one) Location of “Carbonyl group” 幾何異構物 結構異構物 單醣種類(羧基、含碳數)

5 乳糖(lactose) : 由葡萄糖與半乳糖縮合而成。 蔗糖(sucrose) : 由葡萄糖和果糖縮合而成。
麥芽糖(maltose) : 由兩個葡萄糖縮合而成。 Maltose 麥芽糖 Glucose 雙醣種類

6 肝醣(glycogen) : 動物性多醣體，組成類似澱粉但分支成 度高。
澱粉(starch) : 植物性多醣體，葡萄糖單體由1碳→4碳串 聯而成螺旋狀(helical)，內含直鏈與支鏈，以顆粒的形式 儲存於質粒體(plastids)中。 纖維素(cellulose) : 構成植物細胞壁的主要成分，與澱粉 組成相似但核苷鍵不同，鍵結為直鏈狀(straight)。 幾丁質(chitin) : 構成節肢動物外骨骼、真菌細胞壁的成分， 類似纖維素的結構但其單體多了氮附加物。 多醣種類

7  Glucose  Glucose (a)  and  glucose ring structures
The two interconvertible forms of flucose differ in the placement of the hydroxyl group (blue) attached to the no. 1 Carbon.  Glucose  Glucose (b) Starch: 1–4 linkage of  glucose monomers (b) Cellulose: 1–4 linkage of  glucose monomers Same position Opposite position 澱粉與纖維素((1碳→4碳+3碳→6碳)。)的差異

8 三. 酯質(Lipids) 脂肪(Fats) : 由一個甘油分子與三個脂肪酸縮合而成，依 其碳原子間雙鍵有無可分為飽和與不飽和兩種。 非極性
Fatty acid (palmitic acid) Glycerol 非極性

9 磷脂質(phospholipids) : 由一個甘油分子與兩個脂肪酸縮 合而成，第三個羥基連著一個磷酸基，是形成細胞膜的主 要成分。
(b) Space-filling model (a) Structural formula Fatty acids Choline 膽鹼 Phosphate 磷酸 Glycerol 甘油 Hydrophobic tails Hydrophilic head

10 類固醇(steroids) : 碳骨架由4個相連的碳環形成，膽固醇 (cholesterol)為組成其他類固醇的前驅物。

11 四. 蛋白質(Proteins) 由數百個成列的20多種胺基酸構成，在生物體內可幫助支 持、儲存、運輸、傳遞訊息、運動、防禦等重要機能，占 生物內乾質的50%以上。

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13 變性(Denaturation) : 受到環境物理或化學變化，導致蛋 白質失去其原本結構，進而失去其生物活性。
復性(Renaturation) : 當環境因子恢復後，蛋白質可能會 回復其結構。 伴護蛋白(Chaperonins) : 協助蛋白質摺疊的分子。 X光晶體會圖技術(X-ray crystallography) : 利用X光繞射， 分析電子密度而得到分子結構的方法。

14 1. 酵素性蛋白(enzymes proteins) : 選擇性的加速化學反應(消化)。
2. 防禦蛋白(defense proteins) : 抵禦病毒與細菌(抗體)。 3. 儲藏性蛋白(storage proteins) : 胺基酸的儲存(酪蛋白)。 4. 運輸蛋白(transport proteins) : 運送所需物質(血紅素)。

15 5. 激素蛋白(hormonal proteins) : 幫助生物活性之調節(內分泌)。
6. 受體蛋白(receptor proteins) : 幫助細胞對化學性刺激給與反應(神經)。 7. 收縮蛋白(contractile proteins) : 運動(肌動蛋白)。 8. 結構蛋白(structural proteins) : 支撐作用(膠原蛋白、角質蛋白)

16 蛋白質結構(球、纖維蛋白) 1. 一級結構(primary structure) : 多肽鏈所構成之長鏈狀 結構。。 2. 二級結構(secondary structure) : 受到R支鏈影響導致疏 水性作用、雙硫鍵形成、氫鍵、凡得瓦力等特性。 3. 三級結構(tertiary structure) : 由單一條多肽鏈摺疊形 成，依其結構可分為螺旋結構、摺板結構 4. 四級結構(quaternary structure) : 兩條或兩條以上不同 的多肽次單元組成(三級結構混組)。

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18 五.核酸(Nucleic acids) 核苷酸所構成之聚合物。
去氧核醣核酸(Deoxyribonucleic acid) : 內含基因複製的 指令，2號碳連接一顆氫原子。 核醣核酸(Ribonucleic acid) : 主要功用是製造蛋白質，2 號碳連接氫氧基。

19 核苷酸(Nucleotide) : 分別以含氮鹼基、五碳糖、磷酸基 組成。

20 嘧啶類(Pyrimidines) : 由碳原子組成之六員環結構 (cytosine, thymine, and uracil) C,T,U
嘌呤類(Purines) : 由碳原子組成之六員環+五員環結構 (adenine and guanine) A,G

21 轉錄 轉譯

22 DNA複製過程 : C和G、A和T會形成氫鍵。
DNA轉錄為RNA的過程 : C和G會形成氫鍵，然而因為RNA沒有 T，所以A會轉錄為U，但T還是可以轉錄為A。 (例 : 一段DNA如果是ATTGAC，轉錄的mRNA就會是UAACUG) mRNA訊息作用 : 攜帶DNA的基因原始密碼 tRNA轉運作用 : 對比相對應的密碼子連接胺基酸。 rRNA轉譯作用 :是一種具有催化能力的核糖酶，但其單獨存在 時不能發揮作用，僅在與多種核糖體蛋白質共同構成核糖體後 才能執行其功能。