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8-2 生物體中的大分子 澱粉與纖維素 蛋白質 核酸
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生物體中的大分子 醣類、蛋白質、DNA 及 RNA 等都是生物體中的大分子。
它們彼此關係密切，無論是生物體內的組織、新陳代謝，或生命的繁延，都與這些分子息息相關。
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澱粉與纖維素 醣類是由碳、氫、氧三種元素所組成的化合物。 其化學式大多可以Cm(H2O)n來表示，故又稱為碳水化合物。
醣類結構中通常含有多個羥基且具醛基或酮基，屬於多羥基醛醣或多羥基酮醣，例如葡萄糖為具有五個羥基的醛醣。
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葡萄糖 葡萄糖在水中存在直鏈狀及環狀兩種平衡結構式，且環狀結構分子約占 99%。
葡萄糖具還原性，可與多侖試劑產生銀鏡反應，或與斐林試液反應產生氧化亞銅沉澱。 此一特性常被利用來檢驗水溶液中的葡萄糖及其他還原醣。
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葡萄糖的結構
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~ 想一想 ~ α-葡萄糖與β-葡萄糖是否為結構異構物？ 解：
否，結構異構物必須是分子中原子的排列方式不同。α-葡萄糖與β-葡萄糖原子的排列方式相同，但在空間位向不同，彼此互為立體異構物，非結構異構物。
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澱粉與纖維素 澱粉與纖維素是由葡萄糖經縮合聚合而得的同元聚合物，其通式為(C6H10O5)n。
澱粉是以α-葡萄糖單體聚合而成，纖維素則由β-葡萄糖單體聚合而成，且兩者因聚合度不同所以不為異構物。 n C6H12O6 → (C6H10O5)n ＋ n H2O
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澱粉可經由植物光合作用生成，貯存於植物的種子、根及塊莖中。
澱粉在適當條件下可經澱粉酶(amylase) 或稀酸作用水解產生糊精、麥芽糖及葡萄糖。
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纖維素為植物細胞壁的主要成分，植物體內約有50%的碳是以纖維素存在。
例如棉花幾乎是純的纖維素。 纖維素不能被人類消化道中的酶所消化，但可促進腸道蠕動。 纖維素可作為燃料、衣服、傢俱及造紙等材料。
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澱粉與纖維素均為不具還原性的多醣，無法直接與多侖試劑或斐林試液反應。
在熱稀硫酸作用下，澱粉或纖維素 會發生水解反應產生葡萄糖，因此 可與多侖試劑或斐林試液反應。 澱粉溶液與碘反應產生藍黑色的 錯合物，而纖維素與碘則無反 應產生。
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玉米中澱粉與纖維素結構
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例題 8-6 下列有關澱粉和纖維素之敘述，何者正確？ (A)澱粉遇碘化鉀溶液可呈藍色 (B)澱粉與纖維素兩者為同分異構物
(C)澱粉以稀酸水解後可得葡萄糖 (D)澱粉及纖維素均可與多侖試劑或斐林試液 反應 (E)纖維素在人體中極易水解成葡萄糖。
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例題 8-6 解 [解]：(C) (A)澱粉液遇I2才會呈藍色。 (B)澱粉與纖維素兩者聚合度不同，不為同分異構物。
(D)澱粉及纖維素為不具還原性的多醣，不能與多侖試劑或斐林試液反應。 (E)人體內不具有分解纖維素的酶，所以不易發生水解。
![例題 8-6 解 [解]：(C) (A)澱粉液遇I2才會呈藍色。 (B)澱粉與纖維素兩者聚合度不同，不為同分異構物。](http://slidesplayer.com/slide/15143721/91/images/13/%E4%BE%8B%E9%A1%8C+8-6+%E8%A7%A3+%5B%E8%A7%A3%5D%EF%BC%9A%28C%29+%28A%29%E6%BE%B1%E7%B2%89%E6%B6%B2%E9%81%87I2%E6%89%8D%E6%9C%83%E5%91%88%E8%97%8D%E8%89%B2%E3%80%82+%28B%29%E6%BE%B1%E7%B2%89%E8%88%87%E7%BA%96%E7%B6%AD%E7%B4%A0%E5%85%A9%E8%80%85%E8%81%9A%E5%90%88%E5%BA%A6%E4%B8%8D%E5%90%8C%EF%BC%8C%E4%B8%8D%E7%82%BA%E5%90%8C%E5%88%86%E7%95%B0%E6%A7%8B%E7%89%A9%E3%80%82.jpg "(D)澱粉及纖維素為不具還原性的多醣，不能與多侖試劑或斐林試液反應。 (E)人體內不具有分解纖維素的酶，所以不易發生水解。")
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練習 8-6 下列有關葡萄糖、澱粉及纖維素的敘述，何者正確？ (A)葡萄糖結構中含有五個羥基 (B)葡萄糖具還原性 (C)纖維素是同元聚合物
(D)澱粉與纖維素兩者都屬於縮合聚合物 (E)纖維素在熱稀硫酸中作用，會發生水解反 應，所生成的產物，可與多侖試劑或斐林 試液反應。
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練習 8-6 解 [解]：(A)(B)(C)(D)(E) (A)(B)葡萄糖為含有五個羥基的醛醣，具還原 性。
縮合聚合而成的同元聚合物。 (E)纖維素在熱稀硫酸作用，會發生水解反應， 生成葡萄糖，可與多侖試劑或斐林試液反應。
![練習 8-6 解 [解]：(A)(B)(C)(D)(E) (A)(B)葡萄糖為含有五個羥基的醛醣，具還原 性。](http://slidesplayer.com/slide/15143721/91/images/15/%E7%B7%B4%E7%BF%92+8-6+%E8%A7%A3+%5B%E8%A7%A3%5D%EF%BC%9A%28A%29%28B%29%28C%29%28D%29%28E%29+%28A%29%28B%29%E8%91%A1%E8%90%84%E7%B3%96%E7%82%BA%E5%90%AB%E6%9C%89%E4%BA%94%E5%80%8B%E7%BE%A5%E5%9F%BA%E7%9A%84%E9%86%9B%E9%86%A3%EF%BC%8C%E5%85%B7%E9%82%84%E5%8E%9F+%E6%80%A7%E3%80%82.jpg "縮合聚合而成的同元聚合物。 (E)纖維素在熱稀硫酸作用，會發生水解反應， 生成葡萄糖，可與多侖試劑或斐林試液反應。")
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蛋白質 蛋白質是生物體內非常重要的物質。 是組織或器官例如肌肉、皮膚及毛髮等的組成分子外，也是酵素的主要成分。
組成蛋白質的基本單位是α-胺基酸。
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α-胺基酸 以碳原子為中心。 在其延伸的四個鍵結分別接上氫原子、胺基(－NH2)、羧基(－COOH)及側鏈R。
因胺基位於羧基旁的第一個碳上（α碳 ），故稱為α-胺基酸。
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在水中的胺基酸因其胺基可接受一個質子而帶正電荷。
羧基則失去一個質子形成帶負電荷的酸根，使胺基酸同時具有含正負電荷的官能基，故胺基酸為兩性物質。
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醯胺鍵 胺基酸彼此間的羧基及胺基可藉由脫水反 應結合形成醯胺鍵（ ） 醯胺鍵又稱為肽鍵(peptide bond)。
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兩個胺基酸分子脫去一分子水所形成的分子稱為二肽(dipeptide)。
三個胺基酸分子脫去二分子的水，則形成三肽 (tripeptide) 。 由許多胺基酸藉由肽鍵結合成的分子，稱為多肽(polypeptide)。
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二肽 貼心小提醒 1.請確認您的電腦安裝了最新的Adobe flash 與shockwave
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多肽的形成
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多肽與蛋白質 胺基酸數目少於100個稱為多肽，其分子量低於10000。 分子量高於10000則泛稱為蛋白質。
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~ 想一想 ~ 甘胺酸(glycine) 為最簡單的α-胺基酸，其結構式如下所示 如將甘胺酸放置於pH＝1及pH＝13 溶液中，將
各以何種形式存在？
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~ 想一想 ~ 解：
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~ 想一想 ~ 三個不同α-胺基酸分子，進行縮合反應後，可以形成多少種不同的三肽？ 解：
共6種。假設三個α-胺基酸分子代號分別為A、B及C，則縮合反應後可形成三肽分別為ABC、ACB、BAC、BCA、CAB及CBA。
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蛋白質結構中不同肽鍵上的N－H與C＝O之間會形成氫鍵。
藉此蛋白質可維持其特定的立體結構。 例如毛皮、蹄角和羽毛等螺旋結構或是蠶 絲、皮膚等褶板結構。
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螺旋結構與摺板結構 貼心小提醒 1.請確認您的電腦安裝了最新的Adobe flash 與shockwave
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變性 當蛋白質分子內的氫鍵被破壞時，蛋白質因而失去其特定的立體結構稱之為變性。
除了高溫會使蛋白質變性外，在水溶液中的蛋白質也會因 pH 值變化或是在溶液中加入酒精、電解質等因素，而造成蛋白質的變性。
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酵素 酵素又稱為酶 (enzyme)。 主要是由蛋白質所組成，是生物體內反應的催化劑。
酶利用其活化部位 (active site) 有選擇性的與受質 (substrate) 結合，並有效的降低反應的活化能來催化反應的進行。
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受質特異性 高度的受質特異性(substrate specificity)讓酶只會催化某些特定的受質進行反應。 貼心小提醒
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麥芽糖酶只能催化麥芽糖的水解，乳糖酶只能催化乳糖的水解，對於其他異構物的反應則非常低或全無反應。
酶的活性通常會隨環境的溫度、pH 值等因素而變。
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~ 想一想 ~ 酶是否可增加反應的產率？ 解： 否，酶為催化劑，只增加反應的速率，不會增加產物的量。
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例題 8-7 下列有關蛋白質之敘述，何者正確？ (A)以α-胺基酸為單體的縮合聚合物 (B)兩個α-胺基酸縮合反應可得二肽
下列有關蛋白質之敘述，何者正確？ (A)以α-胺基酸為單體的縮合聚合物 (B)兩個α-胺基酸縮合反應可得二肽 (C)為高分子量共價網狀固體 (D)高溫下會失去其原有的物性或化性 (E)蛋白質可維持螺旋結構是因為蛋白質分子間 產生氫鍵。
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例題 8-7 解 [解]：(A)(B)(D) (A)蛋白質為α-胺基酸經脫水縮合聚合而成。
(C)蛋白質非共價網狀固體。 (D)高溫下蛋白質的分子內氫鍵會被破壞，而失去其原有的物性或化性，而使蛋白質變性。 (E)維持蛋白質的螺旋結構者是分子內氫鍵。
![例題 8-7 解 [解]：(A)(B)(D) (A)蛋白質為α-胺基酸經脫水縮合聚合而成。](http://slidesplayer.com/slide/15143721/91/images/35/%E4%BE%8B%E9%A1%8C+8-7+%E8%A7%A3+%5B%E8%A7%A3%5D%EF%BC%9A%28A%29%28B%29%28D%29+%28A%29%E8%9B%8B%E7%99%BD%E8%B3%AA%E7%82%BA%CE%B1-%E8%83%BA%E5%9F%BA%E9%85%B8%E7%B6%93%E8%84%AB%E6%B0%B4%E7%B8%AE%E5%90%88%E8%81%9A%E5%90%88%E8%80%8C%E6%88%90%E3%80%82.jpg "(C)蛋白質非共價網狀固體。 (D)高溫下蛋白質的分子內氫鍵會被破壞，而失去其原有的物性或化性，而使蛋白質變性。 (E)維持蛋白質的螺旋結構者是分子內氫鍵。")
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練習 8-7 下列有關生物體內酵素（酶）的敘述，何者正確？ (A)酵素主要是由蛋白質組成 (B)酵素之任何部位均可與特定之受質作用
(C)酵素可降低其催化反應的活化能 (D)溫度愈高酵素催化反應的速率愈快 (E)乳糖與麥芽糖為同分異構物，所以乳糖酶也 可以分解麥芽糖。
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練習 8-7 解 [解]：(A)(C) (B)酵素僅有特定部位可與受質作用。 (C)酵素扮演催化劑功能，可降低反應的活化能。
(D)酵素催化反應必須在特定的溫度下。 (E)乳糖酶只可分解乳糖。
![練習 8-7 解 [解]：(A)(C) (B)酵素僅有特定部位可與受質作用。 (C)酵素扮演催化劑功能，可降低反應的活化能。](http://slidesplayer.com/slide/15143721/91/images/37/%E7%B7%B4%E7%BF%92+8-7+%E8%A7%A3+%5B%E8%A7%A3%5D%EF%BC%9A%28A%29%28C%29+%28B%29%E9%85%B5%E7%B4%A0%E5%83%85%E6%9C%89%E7%89%B9%E5%AE%9A%E9%83%A8%E4%BD%8D%E5%8F%AF%E8%88%87%E5%8F%97%E8%B3%AA%E4%BD%9C%E7%94%A8%E3%80%82+%28C%29%E9%85%B5%E7%B4%A0%E6%89%AE%E6%BC%94%E5%82%AC%E5%8C%96%E5%8A%91%E5%8A%9F%E8%83%BD%EF%BC%8C%E5%8F%AF%E9%99%8D%E4%BD%8E%E5%8F%8D%E6%87%89%E7%9A%84%E6%B4%BB%E5%8C%96%E8%83%BD%E3%80%82.jpg "(D)酵素催化反應必須在特定的溫度下。 (E)乳糖酶只可分解乳糖。")
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核酸 核酸是以核苷酸為單體所結合而成的巨大分子。
生物體內的核酸可分成去氧核糖核酸 (deoxyribonucleic acid，DNA) 與核糖核酸 (ribonucleic acid，RNA) 。 每個核苷酸單體中，包含五碳醣、含氮鹼基及磷酸等三個部分，其中五碳醣為去氧核糖或核糖。
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核苷 核苷酸若失去磷酸而只有五碳醣及含氮鹼基則稱為核苷。 形成DNA的核苷酸單體其所含的五碳醣為去氧核糖。
含氮鹼基有四種分別是： 腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)與胸腺嘧啶(T)。
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核苷酸結構示意圖
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DNA、RNA的五碳醣及含氮鹼基
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至於 RNA 的五碳醣則為核糖，也具有四種不同的含氮鹼基。
其中腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)與DNA 相同。 尿嘧啶(U)取代胸腺嘧啶(T)成為RNA第四種含氮鹼基。 我們常以 A、T、C、G、 U 等來代表核苷酸。
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DNA或RNA上核苷酸排列的次序，即稱為 DNA或RNA的序列。
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DNA 1953年，美國生物學家華生及英國分子生物學家克立克，提出 DNA 的雙螺旋結構。
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長鏈內側是由互補配對的含氮鹼基形成梯級，其中腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶(T)可配對形成兩個氫鍵。
鳥嘌呤(G)與胞嘧啶(C)則可形成三個氫鍵。 嘌呤與嘧啶間的氫鍵引力能使DNA分子更加穩定。
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DNA結構式意圖
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RNA RNA 一般為單股結構。 其含氮鹼基間的規則為A與U相對應，G與 C相對應。
RNA 的主要功能是將DNA的遺傳訊息，經由轉錄及轉譯的過程，最後合成蛋白質。
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例題 8-8 下列有關DNA相關概念的敘述，哪些選項正確？ (A)核酸結構中含有硫酸根 (B)核酸結構中含有環狀的葡萄糖
(C)為縮合聚合而成 (D)其雙股螺旋結構中具有氫鍵 (E)DNA與RNA各有四種含氮鹼基，其中有 三種相同。
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例題 8-8 解 [解]：(C)(D)(E) (A)(B)每個核苷酸單體中，包含五碳醣、含氮鹼基及磷酸等三個部分，葡萄糖不為五碳醣。
(D)DNA其雙股螺旋結構中，含氮鹼基A 與T 相 對應，G 與C 相對應，彼此具有氫鍵引力。 (E)DNA與RNA皆具有四種含氮鹼基，除了胸腺嘧啶(T)與尿嘧啶(U)不同外，有三種含氮鹼基一樣。
![例題 8-8 解 [解]：(C)(D)(E) (A)(B)每個核苷酸單體中，包含五碳醣、含氮鹼基及磷酸等三個部分，葡萄糖不為五碳醣。](http://slidesplayer.com/slide/15143721/91/images/49/%E4%BE%8B%E9%A1%8C+8-8+%E8%A7%A3+%5B%E8%A7%A3%5D%EF%BC%9A%28C%29%28D%29%28E%29+%28A%29%28B%29%E6%AF%8F%E5%80%8B%E6%A0%B8%E8%8B%B7%E9%85%B8%E5%96%AE%E9%AB%94%E4%B8%AD%EF%BC%8C%E5%8C%85%E5%90%AB%E4%BA%94%E7%A2%B3%E9%86%A3%E3%80%81%E5%90%AB%E6%B0%AE%E9%B9%BC%E5%9F%BA%E5%8F%8A%E7%A3%B7%E9%85%B8%E7%AD%89%E4%B8%89%E5%80%8B%E9%83%A8%E5%88%86%EF%BC%8C%E8%91%A1%E8%90%84%E7%B3%96%E4%B8%8D%E7%82%BA%E4%BA%94%E7%A2%B3%E9%86%A3%E3%80%82.jpg "(D)DNA其雙股螺旋結構中，含氮鹼基A 與T 相. 對應，G 與C 相對應，彼此具有氫鍵引力。 (E)DNA與RNA皆具有四種含氮鹼基，除了胸腺嘧啶(T)與尿嘧啶(U)不同外，有三種含氮鹼基一樣。")
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練習 8-8 圖8-30為分析某一DNA片段的結果，得知其形成一聚核苷酸長鏈含氮鹼基序列為AACGTTCA，請寫出此DNA雙股螺旋中，另一聚核苷酸長鏈含氮鹼基序列為何？
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練習 8-8 解 [解]：空格中由左而右為TTGCAAGT DNA雙股螺旋結構，其中腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶
![練習 8-8 解 [解]：空格中由左而右為TTGCAAGT DNA雙股螺旋結構，其中腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶](http://slidesplayer.com/slide/15143721/91/images/51/%E7%B7%B4%E7%BF%92+8-8+%E8%A7%A3+%5B%E8%A7%A3%5D%EF%BC%9A%E7%A9%BA%E6%A0%BC%E4%B8%AD%E7%94%B1%E5%B7%A6%E8%80%8C%E5%8F%B3%E7%82%BATTGCAAGT+DNA%E9%9B%99%E8%82%A1%E8%9E%BA%E6%97%8B%E7%B5%90%E6%A7%8B%EF%BC%8C%E5%85%B6%E4%B8%AD%E8%85%BA%E5%98%8C%E5%91%A4%28A%29%E8%88%87%E8%83%B8%E8%85%BA%E5%98%A7%E5%95%B6.jpg "練習 8-8 解 [解]：空格中由左而右為TTGCAAGT DNA雙股螺旋結構，其中腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶")
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8-3 先進材料
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