第1单元 生命的分子
细胞中大部分是水,但它所含有的其他部分则大多是以碳为基础的分子。碳在形成大的、复杂的、多种多样分子的能力方面是****的,这些分子是生命的功能所必需的。碳化合物的研究称为有机化学。
碳化学
为什么碳原子在作为分子的组分方面如此**呢?记得吗,原子形成键的能力与填满其外层所必须共用的电子数目有关。碳原子的外层有4个电子,而这一层可以有8个电子(图1-1)。碳与其他原子形成4个共价键以共用电子填满其外层。所以每个碳都起着—个交叉点的作用,每个有机分子都可从这一点向多达4个方向分开。因为碳原子可以利用一个或多个键与其他的碳原子连接,所以能形成无数种碳骨架,其大小和分支形式各不相同。有机分子中的碳原子也可以利用它的一个或多个键与其他元素组合,*常见的是氢、氧和氮。
就化学组成而言,*简单的有机化合物是烃,仅含有碳和氢原子的有机分子。*简单的烃是甲烷,其中1个碳原子与4个氢原子形成键(图1-2)。甲烷是天然气中*多的一种烃,生活在泥沼和食草动物(如牛)消化道中的细菌也产生甲烷。大的烃则为我们在汽车和其他机器燃烧的汽油中的主要分子。烃也是体内的重要能量,脂肪分子中的高能部分就具有烃的结构。
每一种类型的有机分子都有其独特的三维形状。注意图1-2,碳的4个键指向一个假想的四面体(由4个三角形组成的)的4个角。这种几何图形存在于每个碳的“交叉点”上,此处有4个共价键,因此比甲烷大的有机分子就可能有非常精巧的形状。在生物学中重复出现的一个主题是:体内的分子如何根据其状态互相识别。仅举一个例子,就是脑细胞用以彼此进行“通话”的信号分子(图1-3)。
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