有机分子

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虽然我们不喜欢想那么多，但我们，就像这个宇宙中的其他事物一样，由能量构成或不由能量构成，我们是由分子构成的。科学家们很久以前就意识到了这一点，但仍然认为我们是特别的。所以他们认为我们有“有机分子”，而污垢、空气等物质是由金属构成的，这些是无机物，我们很特别。哦!事实证明我们不是。我们仍然要遵循和无机分子相同的规则。但是我们仍然被这个命名法困住了所以我们仍然在讨论有机化学和无机化学。我们也得到了一些奇怪的武断的定义，比如二氧化碳气体，尽管它里面有碳，但它只是一种无机分子。因为事实证明，所有这些有机分子，它们背后的基本成分，是由碳构成的。这是因为碳可以形成这些长链或环给了有机分子极大的多样性。

所以在AP生物考试中，你们真的需要了解有机分子。一方面是因为，他们会就此提出问题另一方面是因为它们的特性是生物学中许多基本特性的基础比如蛋白质，特异性或膜功能。

我将从最简单的有机分子开始，碳水化合物然后继续讲脂肪和脂类。第三，我会讲蛋白质，这是非常重要的话题最后讲核酸。

当我讲解这些有机分子组时，我将从一些常见的例子开始，给你们一个我所谈论的背景。

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然后我会描述单体，它们是基本的组成部分，可以连接在一起形成更大的分子，称为聚合物。最后，我将介绍每一组有机分子的一些主要功能。

从碳水化合物开始，你们可能已经提到了一些常见的碳水化合物例子。包括葡萄糖，果糖，乳糖，纤维素，淀粉。你可能会注意到，它们中的很多都以“ose”结尾。这是你可以用来在AP生物考试的某些部分作假的窍门之一。因为如果你看到以ose结尾的东西，那它就是碳水化合物。你甚至不需要知道它是什么。如果你看到直链淀粉这个词，它是一种碳水化合物。让我们来看看单体，它们是构成其余碳水化合物的基本组成部分。碳水化合物的单体称为单糖，其中mono的意思是一个，saccha的意思是糖。这意味着一种糖，或者单糖。

碳水化合物的单糖通常是由3到8个碳和一堆氢连在一起，还有氢氧基，或者叫做羟基。我们可以在这里看到核糖的例子它是一个五碳糖，葡萄糖是一个六碳糖。这些五碳或六碳糖，通常不仅在这些所谓的直链中，它们还可以移动并连接成环状结构。让我们来看看葡萄糖发生了什么。

所以你可以看到葡萄糖有一个6个碳的基团它是线性或直链结构，或者形成这个六边形的环结构。如果你在看AP-Bio的多项选择题你看到这个六边形，或者五边形的五碳糖，你就知道它是单糖，碳水化合物。这是一条很重要的线索，只要看看这些由长链组成的多个六边形。

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当你想要形成一个双糖时就是把两个糖放在一起。这里我们看到葡萄糖加上葡萄糖形成蔗糖，一种双糖。你知道'di'的意思是两个，二糖，两个糖放在一起。葡萄糖加果糖，形成蔗糖。现在你会注意到，为了让它们结合，我们需要脱去一个氢氧根，一个是氢氧根，另一个是氢氧根，这样就形成了水。剩下这个氧在这两个原子之间形成键。因为我们要去除水来做这个，这叫做脱水合成。所以这就是把东西放在一起，“脱除”，加水，脱水合成。

你能猜到如果我们把它拆开会发生什么吗?你明白了，hydro的意思是水。你可能还记得在其他视频中我讲过虱子的意思是分裂或破裂。水解是如果我们倒着来，把这两个分开，消耗一个水。

我们所有人，你我，每个人，每个人，都有一种酶可以打破这个键进行水解。还有一些其他的糖，如果我们把葡萄糖和果糖放在一起，如果我们把它和一种叫做半乳糖的单糖放在一起，我们就会形成一个叫做乳糖的分子。你可能听说过。乳糖是牛奶中常见的一种糖。你需要一种酶来打破它，因为单糖很容易在小肠中被吸收，而双糖太大，无法通过小肠壁。所以如果你没有分解乳糖的酶，乳糖就会进入你的大肠。你可能听说过乳糖不耐症患者，这意味着他们缺乏分解乳糖所需的乳糖酶。所以，一个可怜的家伙只想吃一些冰淇淋，然后他就出现了问题，因为他没有吸收乳糖糖，所有生活在他大肠里的小动物都说，哦，美味!’他们开始进城，他开始出现问题。

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现在如果我们把它们放在一起。把一大堆分子放在一起。在数学中，多边形的意思是很多，比如多边形。一大堆糖放在一起叫做多糖。现在，一些常见的多糖包括淀粉，淀粉是由一组葡萄糖结合而成的。还有一种叫做纤维素，它也是由一堆葡萄糖结合在一起形成的。区别就在于葡萄糖是如何结合在一起的。注意到CH2OH基团总是在平面上吗?这里左右交替。我们可以分解淀粉。 So if I sit here... my body can break down the starches that make up things like apples or potatoes, because I've got an enzyme called amylase. The proper name for starch is amylose. But to break cellulose, I would need a different enzyme. And it turns out almost nothing on this planet has the enzyme to break apart cellulose. So if I sat here and try to do this, instead of getting yummy nutrition, I get splinters in places I don't want splinters.

它在谁那里?它是由一些细菌和一些叫做原生菌的单细胞生物组成的。你可能意识到有很多东西吃纤维素，吃木头。那些生物是什么?它们是像牛和白蚁一样的东西。它们怎么从中获得营养呢?在它们的肠道里，实际上有这些细菌或原生菌的菌落为它们分解纤维素并分享从中产生的葡萄糖。

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现在，另一个多糖的例子是一种叫做几丁质的特殊多糖，它只在真菌和节肢动物中用于构成它们的外骨骼外壳。这就引出了碳水化合物的一个主要功能。碳水化合物用于许多纤维素结构。我前面提到的纤维素构成了植物细胞的结构外细胞壁，而几丁质则用来制造真菌的细胞壁。它也被用来制造节肢动物的外壳，比如龙虾或虫子。碳水化合物的另一个主要功能是储存能量，无论是淀粉还是更简单的糖葡萄糖还是我们早上喜欢在麦片里吃的甜甜的蔗糖。

碳水化合物并不是唯一的能量储存分子，显然脂肪在其中扮演了重要角色。脂类是一个很大的群体，包括我们知道的甘油三酯，也就是脂肪。我们都很熟悉，有些人可能太熟悉了。比如睾丸素，这是一种类固醇激素，从青春期开始就一直在折磨你的身体。到不太熟悉的磷脂。不幸的是，作为一个群体，脂肪和脂类不像碳水化合物和单糖或蛋白质和氨基酸一样有共同的单体。不幸的是，它们之所以被组合在一起，不是因为某种共同的结构，而是因为一种共同的行为。他们都是失败者。这是因为它们不能很好地溶解在水中。它们被称为疏水的，因为它们没有氢键的能力。 Let's take a look first at one of the two major groups which are the triglycerides and phospholipids and they will have a common structure that we can see here.

你看这个有三个碳的分子，这个分子叫做甘油。甘油三酯，你可以听到" glyc "磷脂共享这个碳-碳-碳链。

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在甘油三酯中，脂肪连在甘油的每个碳上，有长长的碳链上面有氢。这些被称为脂肪酸。与磷脂相比，你会看到这里摆动的脂肪酸。但是第三个碳上，不是脂肪酸，而是连着一个磷酸离子。现在，注意这些是如何排列的这条小曲线代表了其中一条碳链。注意这个是如何弯曲的，这是因为这是饱和脂肪酸，而这是不饱和脂肪酸。

你可能看到过食品标签上必须列出饱和脂肪和不饱和脂肪。不饱和脂肪有两种。有反式脂肪酸和顺式脂肪酸。你所需要知道的就是看这个是如何弯曲的，这是一个顺式脂肪酸，很好。如果是这些甘油三酯中的一种，如果这里有一个弯曲的，因为反式脂肪酸保持像这些一样的直线。它们很容易在你的血液中产生大量的甘油三酯堵塞血液。当顺式脂肪酸弯曲时，它们不能形成巨大的团块。所以顺式脂肪酸是有益的因为它们可以帮助将大块脂肪分解成小块脂肪。有点健康问题

脂肪和脂类的另一大基团或结构基团是类固醇分子。它们有很多不同的东西连接在上面但是所有的类固醇都有这个1 2 3 4环的结构。无论它外面附着的是什么，都使它与下一个不同。在你的体内，所有的类固醇激素都是由你从饮食中的胆固醇中获得的类固醇核心产生的。我们总说胆固醇不好。

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高水平的胆固醇是不好的但如果你的饮食中没有一定水平的胆固醇，你就不能产生睾丸素，雌激素和其他所有你需要的类固醇激素来维持体内平衡和保持健康。

那么脂肪和脂类的功能是什么呢?它们的范围很广。它们的范围很明显，从甘油三酯的能量储存，脂肪。但是脂肪的作用不仅仅是储存能量。它还提供绝缘。既防止热量流失，又防止大脑中由一种叫做髓磷脂的特殊脂肪提供的电绝缘。它们还有助于保护和缓冲冲击，无论是你derrière的脂肪还是你眼睛后面的脂肪垫。这样当你慢跑时，眼球就不会弹来弹去。当然还有类固醇激素睾酮和雌激素我之前提到过，在你体内形成信号化合物。然后是我之前提到的磷脂，它们形成细胞膜。 And it's their chemical behavior that gives the cell membrane a lot of its properties.

你可能会在AP考试中看到的最后一种脂肪，就是蜡。我的意思是，因为蜡是疏水的，它们阻止水通过它们。这就是为什么我们的耳朵里有耳垢，以帮助防止我们的耳膜干燥，否则植物会有一个蜡质角质层。这是一个需要记住的单词，可以帮助我们理解文章中关于叶结构的额外观点。蜡质角质层防止叶片表面水分流失。

所以，虽然碳水化合物和脂肪非常善于储存能量，它们构成了细胞的一些重要结构部分，但蛋白质才是细胞真正的工作力量。你可能听说过哪些蛋白质?这里有角蛋白。构成指甲或头发的物质。有一种酶，像我们之前提到的乳糖酶，淀粉酶。肌凝蛋白。它是肌肉中发现的两种主要蛋白质之一。

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这些是一些常见的蛋白质或者另一种你们可能会在AP考试中看到的蛋白质，就是蛋白，也就是蛋白。那么蛋白质的基本组成单元或单体是什么呢?有一种结构叫做氨基酸。让我们来看看一个氨基酸。

所有的氨基酸大概有20种，都有一个共同的结构。它们有一个中心碳通常被称为碳。一端是一个氨基。在一些教科书中，根据溶液的pH值，你可能会看到3个氢原子而不是这里的2个。另一端是羧基，根据pH值的不同，羧基可能会失去这个氢。

在碳下面，你会发现一个单独的氢。然后在上面这里你会找到20个可能的r群中的一个。我不会让你们看所有的，你们可以在课本上很容易找到。让我们快速浏览一下不同的r组。正是r基团使得每个氨基酸都是独一无二的。我经常把氨基酸想象成火车车厢。有包厢车，平板车，客车，餐车。但是所有的火车车厢都有一个共同的结构轴距，轴腋等等。这有点像氨基羧基和碳，它是氢。

每节车厢的独特之处在于，它的顶部是什么不管它是一组碳原子，那是一节乘用车或者如果它是一个有固定装置的大平站台那就是一节平车厢。就是这些r基团使得每个基团都是唯一的。

要把它们连在一起，就像把火车车厢连在一起一样，你要做的就是从一个肽或氨基酸的羧基上取下一个羟基。肽是氨基酸的旧名。你会从下一个氨基酸的氨基上拿走一个氢。通过这样做，我们得到了一个水，现在我们把两个氨基酸连在了一起。他们把把两个氨基酸连在一起的键，一个的氨基和另一个的羧基之间的键，叫做缩氨酸键。

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再一次，因为氨基酸的旧名字是肽，这也是为什么一个氨基酸链，也就是所有这些连接在一起的基团，有时被称为多肽。

当科学家们第一次开始研究蛋白质时，他们遇到了一个问题。记住，R基团是非常可变的，它们有不同的化学性质。有些带负电，有些带正电。它们中的一些是非极性的或疏水的R基团。所以它们都开始形成这些非常复杂的纠缠在一起的质量。

最初，当科学家们刚开始研究这个的时候，他们就是搞不懂。这有点像我把《指环王》的书交给幼儿园。所以我要做的是，我要带你们走过不同层次的结构，因为最初，科学家们唯一能弄清楚的是，构成蛋白质的链上的不同氨基酸。除此之外，他们什么也想不出来。就像在幼儿园看《指环王》的时候一样，他只知道字母的顺序。如果你问他是关于什么的?不知道。让我们快速看一段YouTube上的视频，它带我们看了蛋白质结构的四层。

这是我在YouTube上说的那个视频。让我们把它做大一点，这样更容易看到。所有这些小球，都是氨基酸。让我们把它们放在一起，这就是核糖体的作用。它在每个分子之间建立一个缩氨酸键。现在让我们暂停一下。

这个氨基酸序列这些都是真正氨基酸名称的缩写。如果我按顺序列出每个氨基酸，这就是所谓的一级结构或一级结构。这是最简单的。就像那个幼儿园的孩子说的，“第一个字母是T，下一个字母是H，然后是E，然后是空格。”还是那句话，它没有告诉你蛋白质能做什么但它确实告诉了你一些信息。

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如果我们让它继续，让我们继续，重新开始视频。你会看到氨基酸的r基团开始相互作用，它们开始弯曲并且在空间中占很大一部分。我们在这里暂停一下。这叫做二级结构。

第二个结构是发生了什么?相互作用是什么?我看到这段碳链，和那边的这段碳链平行，还有这里和这里。然后这个区域开始螺旋上升。经过一番努力，科学家们开始能够弄清楚，“好吧，我们知道这里所有的区域，所有的r基团都是负的和正的。”它们会开始互相卷曲，形成螺旋。这被称为二级或第二级结构。

这有点像，如果一个三年级的学生读《指环王》。他可能会说，看这一章，他们在打架哦，这很酷，然后在这一章，照片又卷起来了他也不知道他所读的书的整体主题，但他能看出小章节的内容。

让我们再来看看第三层蛋白质的第三层结构。这是螺旋，叫做折片。平行的涟漪效应。现在你可以看到这里的一些线代表氢键，和其他形式的键帮助它保持它的形状。让我们暂停一下，第三结构。

第三层或第三层结构是蛋白质的三维形状。这有点像小说里到底发生了什么?如果你看过《魔戒联盟》你就知道发生了什么。这是一个高中生用一本小说就能做到的。他们可以很好地了解书中的内容。这花了很多科学家很多时间才弄明白。只有在投入数年或数十年的努力之后，他们才能弄清楚蛋白质的3D或三级形状。

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然而，如今有了现代计算机，这种工作可以很快完成。而不是一年或十年，它可能只需短短几个月，甚至更快。

有了很多蛋白质，就这样了。你已经算出了它的三维形状，这告诉你它适合什么样的分子，它是如何与其他物质相互作用的。但有些蛋白质实际上是由不止一条氨基酸链组成的。我们仍然可以看到这是链。有些蛋白质是由多条链组成的。这里我们看到的是进来的。让我们在它结束之前快速暂停一下。我们可以看到黄色的链必须和这个蓝色的链相匹配，红色的链必须在这里。如果我再去看《指环王》，那不是一部小说。其实是三部曲。 And if you just read Fellowship of the Rings, and you thought, "That's it? You know what's the heck, they are just going off in different directions. What's up with that?" You need to know how those Fellowship of the rings fit in amongst the other two books for you to really understand what's going on.

再次强调，蛋白质有四层结构。这是初级结构，这是氨基酸链从头到尾的序列。当你在张力中放松时，你会发现有些部分会螺旋其他部分会弯曲这就是第三层次的结构。当你最终放开链的时候，它会把自己包裹成某种复杂的形状，这就是三级结构。如果这个链碰巧和其他多肽或氨基酸链连在一起，这就是所谓的四元结构。

现在你知道蛋白质是如何组合的了。它们的一些功能是什么?其实直接问他们不做什么要容易得多。一些蛋白质显然构成了我之前提到的酶，乳糖酶，淀粉酶在光合作用中有一种非常重要的酶叫做RuBisCo酶或核酮糖或二磷酸羧化酶。

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它们组成结构，就像我提到的头发是由角蛋白组成的。它们是细胞骨架的重要组成部分。它们形成蛋白质激素，一些信号在你的不同细胞之间使用。它们在细胞膜上形成通道，允许物质进出细胞。它们会形成抗体来帮助你的免疫系统。它们形成受体蛋白，也嵌入在细胞膜中，帮助细胞之间的交流。这让你们对蛋白质的功能有了一个大致的了解。

那么，你的细胞是如何知道如何构建这些极其复杂的蛋白质的呢?这就是核酸发挥作用的地方。你们可能听说过一些核酸，比如DNA，但也有RNA和ATP。核酸的单体是一种叫做核苷酸的分子。让我们来看看。

所有核苷酸都有一个共同的结构。它们有一个磷酸基连在中间的五碳糖上。然后它们有某种含氮或携带氮的碱在这里。这五个碳糖在DNA中可以是脱氧核糖，也可以是RNA中的核糖。

在另一集里，我更深入地研究了DNA的结构。如果你们不清楚的话，我建议你们看一下。但我想确保我们已经讲过了它的基本知识。我之前提到的含氮碱有四种。如果你看一下DNA，你会看到四种类型是胸腺嘧啶，胞嘧啶。你们注意到它们都只有一个环，而腺嘌呤和鸟嘌呤它们是双环结构。这些叫做嘌呤这些叫做嘧啶。

DNA和RNA的碱基基本相同。唯一不同的是，它们使用的是一种叫做尿嘧啶的分子，而不是RNA中的胸腺嘧啶。你是怎么记得的?只要想“你是对的”。如果你错过了，这意味着尿嘧啶在RNA中这是正确答案。

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现在要再次连接核苷酸，要进行脱水合成过程。结果是，你会形成长长的链。你要做的就是从糖的角落里取出一个羟基，然后把它和一个氢连在一起这个氢是从下一个核苷酸的磷酸基上取下来的。所以你会开始形成一条长链糖和磷酸盐构成它的主干氮基像这样伸出来。RNA就是这样。

RNA一般是单链分子。但是DNA，你们肯定听说过双螺旋结构。有了DNA，你实际上形成了第二条链。注意到五边形是如何向下的，这叫做反平行。在AP生物学的一篇关于DNA结构的文章中提到这一点，你就会得到另一分。

你们会看到腺嘌呤和胸腺嘧啶之间，有两个氢键。而在鸟嘌呤和胞嘧啶之间，这些虚线是它们之间形成的三个氢键。如果你还记得的话，A和T之间有两个氢键，鸟嘌呤和胞嘧啶之间有三个氢键，你就得到了另一个点。

所以总是从A到T，从G到c，记住这一点，你就可以很好地研究DNA结构。那么核酸的功能是什么呢?每个人都希望知道DNA是遗传信息的持有者RNA帮助遗传的传递，或遗传能力。但是有一件事很多人忘记了ATP，细胞的能量货币也是一种核苷酸。有什么不同?它只是有三个磷酸基而不是其他核苷酸中的正常磷酸基。

这里有一个记忆技巧，可以帮助你学习这四种不同的有机分子。这是一种记忆技巧，你也可以用它来帮助学习任何种类的分类知识。它利用了你以前的记忆，你一直在使用的记忆。

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它是你用来记住的，例如，你把车停在哪里了?很少有人会拿出抽认卡死记硬背。不。你只是走进商场，一个小时后，你走出来，你就在你的车旁。你要做的是，在不同的位置想象这些不同的类别当你研究它们的时候，转向那个区域，想象它们就在那里。在考试的时候，你能做的就是转身看。现在确保你没有在你的搭档或同桌的纸上记住你的位置，因为你的老师可能不喜欢这样。

所以你要做的是，看这里，想想碳水化合物在哪里这些能量储存和结构分子由单糖组成连接成双糖，甚至更长的链称为多糖。在它们旁边的是有机分子的疏水排斥组称为脂肪和脂类。记住，这包括甘油三酯和磷脂用于甘油和脂肪酸的组成，这涉及到在膜中制造脂肪或磷脂。或者是用于制造蜡和激素的类固醇核心脂肪。

在这里，我们有蛋白质。记住，蛋白质的结构非常复杂，你把单个的单体叫做氨基酸，连接在一起形成长链，链的简单结构叫做一级结构。当你让它稍微卷起来的时候，那个二级结构它是三维的形状，它的三级结构。如果一个蛋白质是由多条链组成的，那么这些多条链是如何连接在一起的就叫做它的四元结构。这些蛋白质，它们形成酶，它们形成膜通道和激素。它们在细胞中制造各种各样的东西。

最后一类是核酸;dna和RNA。你们当然记得，它们是由核苷酸链连接在一起的DNA需要两条链才能形成双螺旋。

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你使用这些技巧，你就能更好地把这些东西组合在一起。记住，重要的不是你学习有多努力，而是你学习有多聪明。你把时间花在提高效率上，这让你有时间做你真正想做的事，比如看《绝望的主妇》。