有机分子

(0:00:00)
虽然我们不喜欢这么想，但我们，就像宇宙中的其他一切，由能量组成或不是由能量组成，我们是由分子组成的。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。所以他们认为我们是“有机分子”，而像灰尘、空气这样的东西是由金属构成的，它们是无机的，我们是特殊的。哦!事实证明我们不是。我们仍然要遵循和无机分子一样的规则。但是我们还是被这个命名法困住了所以我们还是在讨论有机化学和无机化学。我们也会得到一些奇怪的任意定义，比如二氧化碳气体，尽管里面有碳，但它被认为是无机分子。因为事实证明，所有这些有机分子，它们背后最基本的东西是，它们是由碳构成的。这是因为碳可以形成这些长链或环使得有机分子具有极大的多样性。

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，他们会提出问题，另一方面是因为它们的性质是生物学中许多基本性质或事物的基础，比如蛋白质，特异性或膜功能。

我将从最简单的有机分子，碳水化合物开始，然后继续讲脂肪和脂质。第三，我会讲一讲蛋白质，这是一个很重要的话题最后讲完核酸。

在我讲解这些有机分子群的时候，我会先提到一些常见的例子，让你们对我所讲的内容有一个大致的了解。

(0:02:00)
然后我将介绍单体，这些基本的组成单元可以连接在一起形成更大的分子，称为聚合物。最后，我将介绍一下每一类有机分子的主要功能。

从碳水化合物开始，你可能已经有希望提到一些常见的碳水化合物的例子。这些物质包括葡萄糖、果糖、乳糖、纤维素和淀粉。你可能会注意到它们中的很多都以ose这个词结尾。这是一个可以帮助你顺利通过AP生物考试的小技巧。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。我们来看一下单体，它们是构成其余碳水化合物的基本组成部分。碳水化合物的单体被称为单糖，其中mono表示一个，saccha表示糖。这意味着一个糖，或者单糖。

碳水化合物的单糖通常是由3到8个碳原子组成的基团和一堆氢连在一起，还有OH基团，也就是羟基。我们可以在这里看到一个例子，核糖是一个五碳糖，葡萄糖是一个六碳糖。现在这些五碳或六碳糖，通常不仅可以在这些所谓的直链中，而且它们可以操纵并连接形成环状结构。我们来看看葡萄糖发生了什么。

所以你可以看到葡萄糖有6个碳原子，是线性的或者说是直链的，或者说是形成了这个环状结构，六边形。所以如果你在看AP-Bio的选择题你看到这个六边形，或者五边形的五碳糖，你知道它是单糖，一种碳水化合物。所以这是一个很大的线索，只要寻找这些形成长链的多个六边形。

(0:04:00)
当你试图形成一个双糖的时候就是把两个双糖放在一起。这里我们看到葡萄糖加葡萄糖形成蔗糖，一种双糖。你知道'di'的意思是两个，二糖，两个糖放在一起。葡萄糖加上果糖，形成蔗糖。现在你会注意到，为了让它们结合，我们需要去掉一个氢氧根，一个是OH，另一个是氢，这样就形成了水。剩下这个氧形成了这两个之间的键。因为我们要除去水来做这个，这叫做脱水合成。所以这是把东西放在一起，'de'去除，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谈到过虱子，意思是分裂或破裂。水解是，如果我们把这个倒过来，我们把这两个分开，消耗一点水。

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来进行水解。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，因为单糖在小肠中很容易被吸收，而双糖太大，无法通过小肠壁。所以如果你没有这种酶来分解乳糖，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酶，乳糖酶。所以，一个可怜的家伙只想吃一些冰淇淋，后来他就有了问题，因为他没有吸收乳糖，而是生活在他大肠里的所有小动物都说“嗯，好吃!”’然后他们开始进城，他开始有问题了。

(0:06:00)
现在如果我们把它们放在一起会怎样呢?把一大堆分子放在一起。在数学中，poly的意思是很多，比如多边形。把一大堆糖放在一起就叫做多糖。现在，几种常见的多糖包括淀粉，淀粉是由一组葡萄糖连接在一起制成的。还有一种叫做纤维素，也是由一堆葡萄糖结合而成。不同之处在于葡萄糖是如何结合在一起的。注意到CH2OH总是在平面上方吗?这里它是交替的，左右交替。我们能分解淀粉。 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?它是一些细菌和一些被称为原生生物的单细胞生物。你可能意识到有很多东西吃纤维素，吃木头。这些是什么生物?它们就像牛和白蚁。他们怎么从中获得营养呢?在它们的肠道内，它们实际上有这些细菌或原生生物的菌落，这些细菌或原生生物为它们分解纤维素并分享从中产生的葡萄糖。

(0:08:00)
现在，多糖的另一个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被用来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形成了植物细胞的结构外细胞壁，而几丁质被用来制造真菌的细胞壁。它也被用来制造壳，就像我说的节肢动物的壳，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，还是我们早上吃麦片时喜欢的甜美的蔗糖。

碳水化合物并不是唯一的能量储存分子，显然脂肪在其中起着重要作用。脂质是一个很大的群体，包括我们可能知道的甘油三酯，它是脂肪。我们都很熟悉，有些人有点太熟悉了。睾酮是一种类固醇激素，从青春期开始就一直在扰乱你的身体。不太熟悉的磷脂。不幸的是，作为一个群体，脂肪和脂质不像碳水化合物和单糖或蛋白质和氨基酸那样有一个共同的单体。不幸的是，它们聚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。他们都是被拒绝的。那是因为它们不溶于水。它们被称为疏水分子，那是因为它们没有能力形成氢键。 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.

你看这个三碳分子，这是一个叫做甘油的分子。甘油三酯，你可以听到“糖”和磷脂共享这个碳-碳-碳链。

(0:10:00)
在甘油三酯中，脂肪附着在甘油的每个碳上，你会得到这些长链的碳和氢。这些被称为脂肪酸。与磷脂不同的是，你会在这里看到弯曲的脂肪酸。但是在第三个碳上，不是脂肪酸，而是连着一个磷酸离子。现在，注意它们是如何排列的这条弯弯曲曲的线代表了其中一条碳链。注意这个是弯曲的，这是因为这是饱和脂肪酸，而这是不饱和脂肪酸。

你可能见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。你只需要知道这个是如何弯曲的，这是顺式脂肪酸，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，因为这些反式脂肪酸像这些家伙一样保持在一条直线上。它们很容易使血液中的甘油三酯堆积起来阻塞它们。当顺式脂肪酸弯曲时，它们不能形成团块。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组或结构组是类固醇分子。它们有很多不同的东西附着在上面但是，所有的类固醇都有这个1 2 3 4环结构。不管外面附着的是什么，让它每个都不一样。在你的身体里，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。我们总是说胆固醇不好。

(0:12:00)
高水平的胆固醇是不好的但是如果你的饮食中没有一定水平的胆固醇，你就不能产生睾丸激素，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健康。

那么脂肪和脂质的功能是什么呢?它们的范围很广。它们包括甘油三酯的能量储存，脂肪。但是脂肪不仅仅是储存能量。它还提供绝缘。防止热量流失和大脑中的电绝缘是由一种叫做髓磷脂的特殊脂肪提供的。它们还有助于保护和缓冲震动，无论是derriè里的脂肪还是眼睛后面的脂肪垫。这样当你慢跑的时候眼球就不会弹来弹去了。当然还有我之前提到的类固醇激素睾酮和雌激素，它们在你体内形成信号化合物。然后我之前提到的磷脂，它们形成细胞膜。 And it's their chemical behavior that gives the cell membrane a lot of its properties.

你可能在AP考试中看到的最后一种脂肪是蜡。我的意思是，因为蜡是疏水性的，它们阻止水穿过它们。这就是为什么我们的耳朵里有蜡来帮助防止耳膜干燥，或者植物会有蜡状的角质层。这是一个要记住的词，在这篇关于叶结构的文章中得到额外的一点。蜡质角质层防止水分在叶子表面流失。

因此，虽然碳水化合物和脂肪很擅长储存能量，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?有角蛋白。构成指甲或头发的物质。有一些酶，比如我们之前提到的乳糖酶，淀粉酶。有肌凝蛋白。它是肌肉中发现的两种主要收缩蛋白之一。

(0:14:00)
这些是一些常见的蛋白质或者另一种你可能会在AP考试中看到的蛋白质，是白蛋白，也就是蛋清蛋白。那么蛋白质的基本组成部分或单体是什么呢?有一种结构叫做氨基酸。我们来看一种氨基酸。

所有的氨基酸，大约有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，而不是这里的2个。另一端是羧基，根据pH值，羧基也可能失去氢。

在碳下面，你会发现一个单独的氢。然后在这里你会找到20个不同的r群中的一个。我不会让你们把它们都看一遍，你们可以很容易地在课本上找到它们。让我们快速看一下不同的r基团。正是r基使得每个氨基酸独一无二。我经常把氨基酸想象成火车车厢。有箱式车厢，平车，客车，餐车。但是所有的火车车厢都有一个共同的结构轴距，车轴等等。这有点像氨基羧基，碳和氢。

每节火车车厢的独特之处在于，它的顶部是一组碳，这是一节客车，或者如果它是一个大的平面平台，上面有一些绑带，这是一节平面车厢。正是这些r基使得每一个都是唯一的。

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。肽是氨基酸的旧称。你会从下一个氨基酸的氨基上扯下一个氢。通过这样做，我们抽出了水，现在我们把两个氨基酸连接在一起了。他们把把两个氨基酸连接在一起的键，一个的氨基和另一个的羧基之间的键，叫做肽键。

(0:16:00)
再一次，因为氨基酸的旧名称是肽，这也是为什么氨基酸链是一个基团这些都连接在一起，有时被称为多肽。

现在，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。记住那些R基团变化很大，它们有不同的化学性质。有些带负电，有些带正电。有些是非极性或疏水的R基团。所以它们开始形成这些非常复杂的团块。

最初，当科学家们第一次研究这个问题时，他们只是无法理解它。这有点像我把一本《指环王》的书递给幼儿园。所以我要做的是，我要带你们了解不同层次的结构，因为一开始，科学家们唯一能弄清楚的是，组成蛋白质的氨基酸链中的不同氨基酸。除此之外，他们什么也想不出来。就像《指环王》上的幼儿园一样，他只知道字母的顺序。如果你问他这是关于什么的?不知道。让我们快速看一段YouTube上的视频，让我们了解蛋白质的四层结构。

这是我在YouTube上提到的视频。我们把它弄大一点，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。它在每一个之间建立了一个肽键。现在我们暂停一下。

这个氨基酸序列这些都是真正的氨基酸名称的缩写。如果我按照顺序把每个氨基酸都记下来，这就是所谓的一级结构，或者说一级结构。这是最简单的。这又像幼儿园里说的，“第一个字母是T，下一个字母是H，然后是E，然后是一个空格。”同样，它并没有告诉你蛋白质能做什么但它确实告诉了你一些信息。

(0:18:00)
如果我们让它继续，让我们继续，重新开始这个视频。你会看到氨基酸的r基团开始相互作用，它们开始弯曲，并且在空间中占据很大一部分。让我们暂停一下。这被称为二级结构。

二级结构是怎么回事?相互作用是什么?我看到这部分链，和这部分链平行，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群都是负的和正的。”它们会开始相互缠绕，形成一个螺旋。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，照片又缠绕起来了同样，他并不真正了解他正在阅读的书的宏大主题，但他可以从小的部分看出发生了什么。

我们再来看看第三层或者说蛋白质的三级结构。这是阿尔法螺旋，这被称为贝塔褶纸。这种平行的连锁反应。现在你可以看到这里的一些线代表了氢键，还有其他形式的键帮助它保持形状。我们暂停一下，三级结构。

三级或第三级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?如果你读过《至尊魔戒》，你就知道发生了什么。这是一个高中生可以用小说做的事情。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。只有经过几年或几十年的努力，他们才能弄清楚蛋白质的三维或三级形状。

(0:20:00)
然而，现在有了现代计算机，这种工作可以很快完成。它可能只需要几个月，甚至更快，而不是一年或十年。

现在有很多蛋白质，就是这样。你已经知道了它的三维形状，这就告诉了你它能容纳什么样的分子，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条链。现在，一些蛋白质是由多个链组成的。这里我们可以看到它们进来了。在结束之前让我们暂停一下。我们可以看到黄色的碳链要和蓝色的碳链匹配，红色的碳链要和蓝色的碳链匹配。如果我再看看《指环王》，它不是一部小说。实际上是三部曲。 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.

再一次，蛋白质有四层结构。这是一级结构，这是氨基酸链从头到尾的序列。当你在张力下放松时，你会发现有些部分会螺旋，有些部分会弯曲，这就是三级结构。当你最终放开链时，它会把自己包裹成一些复杂的形状，这就是三级结构。如果这条链碰巧和其他多肽或氨基酸链放在一起，这就是所谓的四级结构。

现在你知道蛋白质是如何组合在一起的了。它们的一些功能是什么?实际上，直接问他们不做什么要容易得多。一些蛋白质组成了我之前提到过的酶，乳糖酶，淀粉酶光合作用中有一种非常重要的酶叫做RuBisCo酶或者核酮糖或者二磷酸羧化酶。

(0:22:00)
它们构成了结构上的东西就像我提到的头发是由角蛋白组成的。它们构成细胞骨架的重要组成部分。它们形成蛋白质激素，其中一些信号在你的各种细胞之间使用。它们在细胞膜上形成通道，让物质进出细胞。它们形成抗体来帮助你的免疫系统。它们形成受体蛋白，也嵌在细胞膜上，帮助你的细胞相互沟通。这让你们对蛋白质的功能范围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令人难以置信的复杂蛋白质的呢?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，当然还有RNA和ATP。核酸的单体是称为核苷酸的分子。让我们来看一看。

所有的核苷酸都有共同的结构。它们有一个磷酸基团连着一个中心的五碳糖。然后这里有某种含氮或携带氮的碱。这个五碳糖在DNA中可以是脱氧核糖，在RNA中可以是核糖。

在另一集里，我更深入地探讨了DNA的结构。我建议你们看一下如果你们不太清楚的话。但我想确保我们复习一下它的基础知识。我之前提到的含氮碱有四种。如果你仔细看DNA，你会发现这四种是胸腺嘧啶，胞嘧啶。你们注意到每一个都只有一个环，而腺嘌呤和鸟嘌呤是双环结构。这些被称为嘌呤这些被称为嘧啶。

DNA和RNA的碱基基本相同。唯一的区别是，它们使用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”。如果你们没听清，这意味着尿嘧啶在RNA中这是正确答案。

(0:24:00)
现在要再次加入核苷酸，你要进行脱水合成过程。会发生的是，最终会形成长链。你要做的就是从糖的角上扯下一个羟基，然后把它和一个氢连在一起你从下一个核苷酸的磷酸基上扯下一个氢。所以你会开始形成一条长链糖和磷酸盐组成主干氮基像这样伸出来。对于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。对于DNA，你实际上形成了第二条链。注意到五边形现在是向下的，这叫做反平行。在一篇关于DNA结构的AP生物学论文中提到这一点，你就会得到另一分。

你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，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。

所以它总是从A到T，从G到c，记住这一点，你很容易得到DNA结构。那么核酸的功能是什么呢?希望每个人都知道DNA保存着你的遗传信息而RNA帮助传递基因，或者遗传能力。但是很多人忘记的一件事是ATP，细胞的能量货币也是核苷酸。有什么不同?它只是有三个磷酸而不是其他核苷酸中正常的磷酸。

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。

(0:26:00)
这是你用来记住的，比如，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，你在你的车。你要做的是，把这些不同的类别想象到一个不同的位置，当你研究它们的时候，转过身去看那个区域，想象它们在那里。然后在考试的时候，你所能做的就是转过头看看。现在确保你没有把你的位置记在同伴或同桌的纸上，因为你的老师可能不喜欢这样。

所以你要做的是，看这里，想想那些碳水化合物在哪里那些储存能量的结构分子是由单糖组成的它们连接在一起形成双糖，或者更长的链，叫做多糖。挨着它们的是有机分子的疏水排斥基团，称为脂肪和脂质。它们包括甘油和脂肪酸组成的甘油三酯和磷脂，它们涉及到在膜中生成脂肪或磷脂。或者类固醇核心脂肪，用于制造蜡和激素。

这里是蛋白质。记住，蛋白质的结构是非常复杂的，当你把氨基酸单体连接在一起，形成长链时，链的简单结构被称为一级结构。当你让它开始卷起来的时候，二级结构它是三维的形状，它的三级结构。如果一个实际的蛋白质是由多条链组成的，那么这些多条链如何组合在一起就被称为它的四级结构。这些蛋白质，它们形成酶，形成膜通道和激素。它们在细胞里制造各种各样的东西。

最后一类是核酸;dna和RNA。当然，你还记得，它们是由核苷酸连接在一起的DNA需要两条链来形成双螺旋结构。

(0:28:00)
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，这样你就可以把时间花在做你真正想做的事情上，比如看《绝望主妇》。