有机分子

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虽然我们不喜欢这么想，但我们，就像宇宙中的其他事物一样，由能量组成或不由能量组成，我们都是由分子组成的。科学家们很久以前就意识到这一点，但仍然认为我们是特别的。所以他们认为我们有“有机分子”，而像泥土、空气这样的东西是由金属构成的，这些都是无机的，我们是特殊的。哦!事实证明我们不是。我们仍然要遵循与所有无机分子相同的规则。但是我们还是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。我们还得到了一些奇怪的任意定义，比如二氧化碳气体，尽管它含有碳，但它被宣布为无机分子。因为事实证明，所有这些有机分子，它们背后的基本成分，都是由碳构成的。这是因为碳可以形成这些长链或这些环，这给了有机分子很大的多样性。

所以在AP生物考试中，你真的需要了解有机分子。一方面是因为他们会问问题，另一方面是因为他们的特性是生物学中很多基本特性的基础，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讲，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时，我将以一些常见的例子开始，让你们了解我所讲的内容。

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然后我将描述单体，它们是可以结合在一起形成称为聚合物的大分子的基本组成部分。最后我将介绍一下有机分子中每一组分子的主要功能。

从碳水化合物开始，你可能已经提到了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，淀粉。你可能会注意到，很多单词都以“ose”结尾。这是你可以用来假装通过AP生物学考试的一个技巧。因为如果你看到以“ose”结尾的东西，那么它就是碳水化合物。你甚至不需要知道它是什么。如果你看到直链淀粉，它是一种碳水化合物。那么让我们来看看单体，它们是用来构成其余碳水化合物的基本组成部分。碳水化合物的单体叫做单糖，其中mono的意思是一，saccha的意思是糖。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个碳原子和一堆氢结合在一起，还有OH基团，或者叫做羟基。我们可以看到核糖是五碳糖，葡萄糖是六碳糖。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，而且它们可以移动并结合形成环结构。让我们来看看葡萄糖发生了什么。

你可以看到葡萄糖有一个6个碳的基团和一个线性或直链的形式，或者形成这个环结构，六边形。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，你就知道它是单糖，碳水化合物。这是一个很大的线索，只要寻找这些长链组成的多个六边形就可以了。

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当你想要形成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和葡萄糖形成蔗糖，一种双糖。你知道'di'的意思是两个，两个糖，两个糖放在一起。葡萄糖加上果糖，形成蔗糖。现在你会注意到要让它们结合，我们需要抽出一个氢氧根，一个抽出一个氢氧根，另一个抽出一个氢，就形成了水。然后剩下这个氧在这两个原子之间形成键。因为我们要去除水分来完成这个过程，这被称为脱水合成。这就是把东西放在一起，“de”去除，水-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，把这两个分子分开，得到1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，我们会形成一种叫做乳糖的分子。你可能听说过。乳糖是牛奶中常见的一种糖。同样，你需要一种酶来打破它，因为单糖可以很容易地在小肠中被吸收，而双糖太大了，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的人，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，后来他出现了问题，因为他没有吸收乳糖，所有生活在他大肠里的小动物他们说，哦，美味!’然后他们开始进城，他开始出现问题。

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现在如果我们把它们放在一起呢。把一大堆分子聚在一起。在数学里，poly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，它是由一组葡萄糖结合在一起。还有一种叫做纤维素，也是由一堆葡萄糖结合在一起形成的。不同之处在于葡萄糖是如何结合在一起的。注意到这个CH2OH基团总是在平面上?这里是左右交替。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.

谁有它?它是由一些细菌和一些叫做原生生物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?它们就像牛和白蚁一样。它们如何从中获得营养呢?在它们的肠道里，实际上有这些细菌或原生生物的菌落，它们为自己分解纤维素，分享从中产生的葡萄糖。

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另一个多糖的例子是一种叫做甲壳素的特殊多糖，它只在真菌和节肢动物中用于组成它们的外骨骼外壳。这就引出了碳水化合物的主要功能之一。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，而几丁质则用来制造真菌的细胞壁。它也被用来制作节肢动物的外壳，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着重要角色。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，有些人有点太熟悉了。比如睾酮，这是一种类固醇激素，从青春期开始就在折磨你的身体。对于不太熟悉的磷脂。不幸的是，作为一个整体，脂肪和脂类没有一个共同的单体，不像碳水化合物有单糖，蛋白质有氨基酸。不幸的是，它们被归到一起不是因为某种共同的结构，而是因为一种共同的行为。他们都是被拒绝的人。这是因为它们不容易溶于水。它们被称为疏水性，那是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3个碳分子，这个分子叫甘油。甘油三酯，你可以听到glyc和磷脂共享这个碳碳碳链。

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现在在甘油三酯中，脂肪连接在甘油的每个碳上，你会有这些长链的碳上有氢。这些被称为脂肪酸。与磷脂相比，你会看到这里有摆动的脂肪酸。但是在第三个碳上，不是脂肪酸，而是一个磷酸离子。现在，注意到每一条碳链是怎么排列的这条摆动的线代表其中一条碳链。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。你所需要知道的就是这个是如何弯曲的，这是一个顺式脂肪酸，很好。如果是这些甘油三酯中的一个，如果这里有一个弯曲的，因为这些反式脂肪酸像这些一样保持在一条直线上。它们很容易在你的血液中产生大量的甘油三酯堵塞它们。当顺式脂肪酸弯曲时，它们不能形成均匀的团块。顺式脂肪酸是有益的，因为它们可以帮助大块脂肪分解成小块脂肪。有点健康问题。

脂肪和脂质的另一大群或结构群是类固醇分子。它们上面有很多不同的东西但是，所有的类固醇都有这个1,2,3,4环结构。无论外面附着的是什么，都要使它与下一个不同。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。

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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和雌激素以及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。但是脂肪不仅仅是储存能量。它还提供绝缘。既能防止大脑中的热量流失，也能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休克，无论是你derrière中的脂肪还是你眼睛后面的脂肪垫。这样当你慢跑的时候眼球就不会乱蹦乱跳。当然，还有我之前提到的类固醇激素睾酮和雌激素，在你体内形成信号化合物。然后那些我之前提到的磷脂，它们形成细胞膜。 And it's their chemical behavior that gives the cell membrane a lot of its properties.

AP考试中提到的最后一种脂肪，就是蜡。我的意思是，因为蜡是疏水的，它们阻止了水的移动。这就是为什么我们的耳朵里有蜡，以帮助防止耳膜干燥，或者植物会有蜡质角质层。这个词要记住，这样才能在文章中提到关于叶结构的一点。蜡质角质层防止叶子表面的水分流失。

所以，虽然碳水化合物和脂肪非常擅长储存能量，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。你们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，比如我们之前提到的乳糖酶，淀粉酶。这是肌凝蛋白。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。让我们来看看一种氨基酸。

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。在一端，有一个氨基。在一些教科书中，根据溶液的pH值，你可能会看到3个氢，而不是这里的2个。在另一端是羧基，根据pH值不同，羧基也可能失去氢。

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个不同的r基团中的一个。我不会让你们都看一遍，课本上很容易就能找到。但是让我们快速看一下不同的r基。正是r基使每个氨基酸独一无二。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，车腋等等。这有点像氨基羧基上的碳和氢。

每一节车厢的独特之处在于，它的顶部是一组碳，那是一节客车，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。正是这些r基团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去掉一个羟基。肽是氨基酸的旧称。你会从下一个氨基酸的氨基上夺走一个氢。通过这个过程，我们抽出了一个水，现在我们把两个氨基酸连在了一起。他们把把两个氨基酸结合在一起的键，一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基之间的键，叫做肽键。

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因为氨基酸的旧名字是多肽，这也是为什么氨基酸链是一个基团这些都连在一起，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。记住这些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。所以它们都开始形成这些非常复杂的纠缠在一起的质量。

最初当科学家们第一次研究这个时，他们无法理解它。这有点像我把一本《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，组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。就像幼儿园对着《指环王》的书一样，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上说过的视频。我们把它画大一点，这样更容易看清楚。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了肽键。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。如果我按顺序说出每个氨基酸，这就是所谓的一级结构或一级结构。这是最简单的。这就像幼儿园里说的，“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，它们开始弯曲并在空间中形成巨大的部分。让我们暂停一下。这被称为二级结构。

二级结构是发生了什么?相互作用是什么?我看到这段链，和那边的这段链平行，还有这里和这里。然后这个面积开始螺旋上升。经过一番艰苦的工作，科学家们开始发现，“好吧，我们知道这里所有的区域，所有的r基都是负的和正的。”它们会开始相互卷曲，形成一个螺旋。这就是所谓的二级结构。

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，照片又缠绕起来了他也不知道他所读的书的大主题，但他能看出小章节里发生了什么。

让我们重新开始，我们来看看蛋白质的第三层或三级结构。这是螺旋，叫做折片。这是平行的涟漪效应。现在你可以看到这里的一些线代表氢键，以及其他形式的键，这些键有助于保持它的形状。我们先暂停一下，三级结构。

第三级结构是蛋白质的三维形状。这有点像小说里的情节?如果你读过《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发生了什么。科学家们花了很多很多时间才弄明白。只有经过几年或几十年的努力，他们才能弄清楚蛋白质的3D或三级形状。

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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，这告诉你它适合什么样的分子，它如何与其他物质相互作用。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个链。有些蛋白质是由多条链组成的。这里我们看到它们进来了。在播放到最后之前让我们暂停一下。我们可以看到黄色的链要和蓝色的相匹配，红色的链要和蓝色的相匹配。如果我再去看《指环王》，那不是一部小说。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.

同样，蛋白质有四层结构。这是一级结构，也就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三级结构。当你最终放开这个链时，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链或氨基酸链放在一起，这就是所谓的第四结构。

现在你知道蛋白质是如何组合的了。它们的功能是什么?其实问他们不做什么要简单得多。有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酶核酮糖或二磷酸羧化酶。

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它们组成结构上的东西就像我提到的头发是由角蛋白构成的。它们是细胞骨架的重要组成部分。它们形成蛋白质激素，这是在你的各个细胞之间使用的一些信号。它们在细胞膜上形成通道，允许物质进出细胞。它们形成抗体来帮助免疫系统。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?这就是核酸的用武之地。现在你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着中心的五碳糖。然后它们在这里有某种含氮或载氮碱。这个五碳糖在DNA中可以是脱氧核糖，或者RNA中的核糖。

在另一集里，我更深入地研究了DNA的结构。如果你不太清楚的话，我建议你看一下。但我想确保我们已经讲过了它的基础知识。我之前提到的氮碱有四种。如果你仔细观察DNA，你会发现四种类型是胸腺嘧啶，胞嘧啶。你们注意到每个都只有一个环，而腺嘌呤和鸟嘌呤是双环结构。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，它们使用一种叫做尿嘧啶的分子，而不是RNA中的胸腺嘧啶。你怎么记得的?只要想想，“你是对的”。如果你没注意到，这意味着尿嘧啶在RNA中这是正确答案。

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现在要再次加入核苷酸，你要进行脱水合成过程。最终会形成长链。你要做的就是从糖的一角勾出一个羟基，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上扯下来的。所以你会开始形成一条长链糖和磷酸盐构成了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。注意五边形现在是向下的，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个，你就能再得一分。

你们会看到腺嘌呤和胸腺嘧啶之间，有两个氢键。而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，你就又多了一分。

所以总是从A到T，从G到c，记住这一点，你可以很好地研究DNA结构。核酸的功能是什么呢?希望每个人都知道DNA是遗传信息的持有者RNA有助于遗传的传递，或者说是遗传能力。但有一件事很多人都忘记了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。这是一个记忆技巧，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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它是你用来记忆的，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，你在你的车里。你要做的，就是把这些不同的分类想象成不同的位置，当你研究它们的时候，转向那个区域，想象它们就在那里。然后在测试时，你所能做的就是转身看。现在要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，想想这些碳水化合物在哪里那些储存能量的结构分子由单糖组成，结合成双糖，或者更长的链，叫做多糖。在它们旁边的是有机分子的疏水排斥群，称为脂肪和脂类。这些包括甘油三酸酯和磷脂甘油和脂肪酸组成了它们，这涉及到在膜中产生脂肪或磷脂。或者是类固醇核心脂肪，用于制造蜡和激素等物质。

这里是蛋白质。记住，蛋白质的结构非常复杂，你把叫做氨基酸的单个单体连在一起形成长链，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，这个二级结构它是三维的，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组合在一起的就叫做它的四元结构。这些蛋白质会形成酶，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。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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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情，比如看《绝望的主妇》。