生物大分子，主要是指蛋白質(zhì)、核酸以及高相對(duì)分子量的碳?xì)浠衔铩Ｖ傅氖亲鳛樯矬w內(nèi)主要活性成分的各種分子量達(dá)到上萬(wàn)或更多的有機(jī)化合物。
圖片介紹
物質(zhì)介紹
大分子相對(duì)分子質(zhì)量在5000以上，甚至超過(guò)百萬(wàn)的生物學(xué)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、核酸、多糖等。它與生命活動(dòng)關(guān)系極為密切，由被認(rèn)為單體的簡(jiǎn)單分子單位所組成。在溶液中有形成凝膠的物質(zhì)。一般把相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)一萬(wàn)的化合物稱為大分子化合物或高分子化合物。它是由許多重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元組成，一般具有線狀結(jié)構(gòu)，有的具有枝狀結(jié)構(gòu)。許多具有重要生物作用的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)和核酸等均屬于這類化合物。大分子蛋白質(zhì)的基本組成單位或構(gòu)件分子（building-block?分子）是氨基酸（氨基?acid，AA）。。
高相對(duì)分子量的生物有機(jī)化合物（生物大分子）主要是指蛋白質(zhì)、核酸以及高相對(duì)分子量的碳?xì)浠衔?。與低相對(duì)分子量的生物有機(jī)化合物相比，高相對(duì)分子量的有機(jī)化合物具有更高級(jí)的物質(zhì)群。它們是由低相對(duì)分子量的有機(jī)化合物經(jīng)過(guò)聚合而成的多分子體系。從化學(xué)結(jié)構(gòu)而言，蛋白質(zhì)是由α-L-氨基酸脫水縮合而成的，核酸是由嘌呤和嘧啶堿基，與糖D-核糖或2-脫氧-D-核糖、磷酸脫水縮合而成，多糖是由單糖脫水縮合而成。由此可知，由低相對(duì)分子量的生物有機(jī)化合物變?yōu)楦呦鄬?duì)分子量的生物有機(jī)化合物的化學(xué)反應(yīng)都是脫水縮合反應(yīng)。
物質(zhì)形成
在原始地球條件下，有兩條路徑可以達(dá)到脫水縮合以形成有機(jī)高分子化合物：其一是通過(guò)加熱，將低相對(duì)分子量的構(gòu)成物質(zhì)加熱使之脫水而聚合；其二是利用存在于原始地球上的脫水劑來(lái)縮合。前者常常是在近于碘化鈉的火山環(huán)境中進(jìn)行，后者則可以在水的環(huán)境中進(jìn)行。
生物大分子都可以在生物體內(nèi)由簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)合成，也都可以在生物體內(nèi)經(jīng)過(guò)分解作用被分解為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，一般在合成的過(guò)程中消耗能量，分解的過(guò)程中釋放能量。
物質(zhì)概況
生物大分子是生物體的重要組成成份，不但有生物功能，而且分子量較大，其結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。在生物大分子中除主要的蛋白質(zhì)與核酸外，另外還有糖、脂類和它們相互結(jié)合的產(chǎn)物。如糖蛋白、脂蛋白、核蛋白等。它們的分子量往往比一般的無(wú)機(jī)鹽類大百倍或千倍以上。蛋白質(zhì)的分子量在一萬(wàn)至數(shù)萬(wàn)左右，核酸的分子量有的竟達(dá)上百萬(wàn)。這些生物大分子的復(fù)雜結(jié)構(gòu)決定了它們的特殊性質(zhì)，它們?cè)隗w內(nèi)的運(yùn)動(dòng)和變化體現(xiàn)著重要的生命功能。如進(jìn)行新陳代謝供給維持生命需要的能量與物質(zhì)、傳遞遺傳信息、控制胚胎分化、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)生免疫功能等等。
研究困難
人類對(duì)生物大分子的研究經(jīng)歷了近兩個(gè)世紀(jì)的漫長(zhǎng)歷史。由于生物大分子的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，又易受溫度、酸、堿的影響而變性，給研究工作帶來(lái)很大的困難。在20世紀(jì)末之前，主要研究工作是生物大分子物質(zhì)的提取、性質(zhì)、化學(xué)組成和初步的結(jié)構(gòu)分析等。
早期研究成果
19世紀(jì)30年代以來(lái)，當(dāng)細(xì)胞學(xué)說(shuō)建立的時(shí)候，有人已經(jīng)研究蛋白質(zhì)了。蛋白質(zhì)命名始于1836年，當(dāng)時(shí)著名的瑞典化學(xué)家柏爾采留斯(J．Berzelius)和正在研究雞蛋蛋白類化合物的荷蘭化學(xué)家穆爾德(G．J．Mulder)就提出用“蛋白質(zhì)”命名這類化合物。并且把它列為生命系統(tǒng)中最重要的物質(zhì)。到本世紀(jì)初，組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸已被發(fā)現(xiàn)了12種，1940年陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了其余的氨基酸。19世紀(jì)末，有機(jī)化學(xué)家們就開始探討蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。德國(guó)有機(jī)化學(xué)家費(fèi)舍爾(E．Fischer)與別人合作提出了氨基酸之間的肽鍵相連接而形成蛋白質(zhì)的論點(diǎn)，1907年費(fèi)舍爾又合成了一個(gè)由15個(gè)甘氨酸和3個(gè)亮氨酸組成的18個(gè)肽的長(zhǎng)鏈。同時(shí)英國(guó)晶體分析學(xué)派中的貝爾納(J．D．Bernal)和阿斯特伯理(W．T．Astbury)等曾用X射線衍射分析方法分析羊毛、頭發(fā)等蛋白的結(jié)構(gòu)，證明它們是折疊卷曲纖維狀物質(zhì)。隨著研究的逐步深入，科學(xué)家們搞清了蛋白質(zhì)是肌肉、血液、毛發(fā)等的主要成份，有多方面的功能。
核酸的發(fā)現(xiàn)
核酸的發(fā)現(xiàn)要比蛋白質(zhì)晚得多。1868年在德國(guó)工作的24歲的瑞士化學(xué)家米歇爾(F．Miescher)從病人傷口膿細(xì)胞中提取出當(dāng)時(shí)稱為“核質(zhì)”的物質(zhì)。這就是被后來(lái)公認(rèn)的核酸的最早發(fā)現(xiàn)。后來(lái)科賽爾(A．Kssel)及他的兩個(gè)學(xué)生瓊斯(W．Jones)和列文(P．A．Levene)弄清了核酸的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)，證實(shí)核酸是由許多核苷酸組成的大分子。核酸是由堿基、核糖和磷酸構(gòu)成。其中堿基有4種(腺瞟呤、鳥瞟呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶)，核糖有2種(即核糖與脫氧核糖)。據(jù)此核酸分成兩類：核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)。他們根據(jù)當(dāng)時(shí)比較粗糙的分析認(rèn)為，4種堿基在核酸中的量相等，從而錯(cuò)誤地推導(dǎo)出核酸的基本結(jié)構(gòu)是由4個(gè)含不同堿基的核苷酸連接成四核苷酸，以此為基礎(chǔ)聚合成核酸，這就是較著名的“四核苷酸假說(shuō)”。這個(gè)假說(shuō)從20年代后起統(tǒng)治了核酸結(jié)構(gòu)的研究大約20多年的時(shí)間，對(duì)認(rèn)識(shí)復(fù)雜的核酸結(jié)構(gòu)和功能起了相當(dāng)大的阻礙作用。核酸當(dāng)時(shí)雖然是在細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)的，但由于它的結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單，也就很難想象它能在異常復(fù)雜多變的遺傳現(xiàn)象中起什么作用。甚至有些科學(xué)家在當(dāng)時(shí)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)被闡明之后，認(rèn)為很可能是蛋白質(zhì)在遺傳中起主要作用。
酶的闡明
酶的闡明是1897年德國(guó)化學(xué)家布希納(E．Buchner)從磨碎的酵母細(xì)胞中提取出了能使酒精發(fā)酵的釀酶開始的。布希納研究表明，從活體內(nèi)提取出來(lái)的酶能同在活體內(nèi)一樣起作用。不但打擊了當(dāng)時(shí)流行的活力論，而且使生物化學(xué)的研究進(jìn)入了解細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)變化的階段。后來(lái)英國(guó)的生物化學(xué)家阿瑟·哈登(A．Harden)等對(duì)酒精發(fā)酵的具體化學(xué)步驟作了許多研究。到20年代大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，酵母使糖發(fā)酵產(chǎn)生乙醇同肌肉收縮時(shí)使糖變?yōu)?a href="/hebeideji/7290456389196906515.html">DL-乳酸這兩個(gè)過(guò)程基本上是一致的，又稱糖酵解作用。到30年代經(jīng)許多科學(xué)家的研究，最后由德國(guó)的生物化學(xué)家漢斯·克雷布斯(H．A．Krebs)綜合，提出了生物呼吸作用最后產(chǎn)生CO2和H2O及能量(ATP)的三羧酸循環(huán)。在此期間還有許多科學(xué)家研究了脂肪和氨基酸等的代謝以及糖、脂肪及蛋白質(zhì)在代謝中相互轉(zhuǎn)化和它們的生物合成等。這些過(guò)程均是在酶的催化下完成的。
參考資料 >