生物大分子的类型

16生物学通报2010年第45卷第1期

生物大分子的类型

石振华

（1河北师范大学生命科学学院

1

周悦寒

050016

2

常彦忠

1

河北石家庄2河北石家庄二中河北石家庄050001）

编者按在新课程的推进过程中一线教师遇到多方面、全新的问题和困惑，既有因学科跨度

较大，对课程内容的理解和掌握所产生的疑问，也有关于课程结构、教学理念、教学策略和教学方法等方面的问题，为了落实新课程标准，及时、快速回答大家所关心的问题，本刊从2010年起特开设“课程在线”栏目，我们将组织系列稿件，对一线教师的疑问进行解答，以期拓宽教师的知识面，提高教师驾驭教学的能力，为教师的专业发展和促进新课程的推进提供学术支持。

摘要关键词

生物大分子是细胞的基本结构和功能单位，也是研究生命现象中的物质基础。生物生物小分子

生物大分子

分子量

生物功能

体内的分子组成如何？哪些分子才算生物大分子？这些大分子有没有分子量的下限？

中国图书分类号：Q501

文献标识码：A

义语，但是通常将分子量小于10000的称为多肽。按照20种标准氨基酸残基的平均分子量为

什么是生物大分子(biomacromolecules)？有的教科书认为生物大分子包括核酸、蛋白质、糖类和脂质等4类物质，而有的教科书上只提到核酸、蛋白质和糖类等3类物质。那么究竟如何界定生物大分子的涵义呢？

大分子（Macromolecule）这一术语最先是由德国化学家、诺贝尔奖获得者HermannStaudinger在

110计算，以50个氨基酸残基组成的肽链称为蛋

白质的话，在蛋白质水平上，生物大分子的最小分子量也要在5500以上。也有人认为，生物大分子指的是作为内主要活性成分的各种达到上万或更多的，这样看来，至少要由100个氨基酸残基组成的蛋白质才可以称为生物大分子，如果将分子量大于10000的多肽称为蛋白质，那么从蛋白质水平上来看，10000就是生物大分子分子量的下限。

核苷酸（或脱氧核苷酸）是构成核酸（或脱氧核酸）的建筑模块，细胞内的核酸主要分为两类，即核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸（DNA）。如以大肠杆菌为例，其细胞内只有一种DNA链，由几百万个核苷酸组成。而RNA种类多达3000种以上，其分子量差异很大。那么这些核酸分子是不是都可以称为生物大分子呢？同蛋白质一样，有人认为由50个以下的核苷酸组成的核酸称为寡聚核酸（oligonucleotide），多于50个核苷酸组成的核酸称为多聚核酸（polynucleotide），核酸也可以称作是多聚核苷酸的同义语，如果核苷酸的平均分子量以300计算，作为生物大分子的核酸的最小分子量也应当为15000。这里要强调的是小RNA分子，如微小RNA（microRNA）分子，简称miRNA和小干扰RNA(smallinterferingRNA)，简称siRNA，前者是广泛存在于植物、动物、细菌和真菌中的一类非编码的自身基因组产物RNA的统称，后者是

1920年首先提出的，专指超过1000个原子组成

的化合物称为大分子［3］。不同的学科中，对大分子的理解也存在差异，根据国际理论与应用化学联合会（InternationalUnionofPureandAppliedChe－

mistry，IUPAC）推荐的定义，大分子通常是指单个

分子通过聚合作用而形成的高分子量的化合物。

生物大分子包括，核酸（多核苷酸）、蛋白质（多肽）、碳水化合物（葡聚糖或多糖）和脂类等，由分子量小于500的单体通过聚合作用形成的大分子。此外，有些分子量很大的环状分子如血红素、叶绿素和维生素B12等也统称为生物大分子。

氨基酸是多肽或蛋白质的建筑模块，有人认为由2～10个氨基酸残基组成的肽链称为寡聚肽（oligopeptides），由10～100个氨基酸组成的肽链叫做多肽（polypeptides），超过100个氨基酸组成的肽链称为蛋白质［2］，当然，多数蛋白质是由一条以上的肽链组成。但也有人认为小于50个氨基酸残基以下的肽链称为寡聚肽，大于50个氨基酸以上的肽链称为蛋白质［1］。所以从某种意义上来说，尽管蛋白质有时可以看做是多聚氨基酸即多肽的同

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指通过病毒感染或转基因途径进入细胞中的非自身基因组编码的RNA，这些小RNA的长度不等，但大都在20~30个核苷酸之间，尽管这些小RNA具有重要的生理活性和作用，但都不应当称为生物大分子，只能归类于寡聚核酸。

糖类是自然界中分布最广、含量最为丰富的一类有机化合物，单糖是构成多聚糖（Polysaccha-

来的概念性定义。对于蛋白质、核酸，多糖以及脂质等不同的生物大分子，人们对其分子量的下限均没有，而且也很难设定一个统一的标准。况且，同样是蛋白质、核酸或多糖，其中也存在很多具有重要生物活性和生物学功能的小分子寡聚体。同时，不少生物大分子是由蛋白质、糖类或脂类形成的，诸如糖蛋白、脂蛋白或糖脂等化合物，且核酸本身就含有核糖或脱氧核糖，这些也都可能是造成人们对生物大分子的定义有不同的理解。

主要参考文献

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rides）的建筑模块，而多糖也是自然界中分子结构

十分复杂，种类繁多的生物大分子。和人类生活密切相关的多糖包括淀粉、糖元、纤维素等，由于组成多聚糖的单糖的种类不同，多聚糖又分为同聚多糖（Homopolysaccharides）和杂聚多糖（heteropo－

lysaccharides），前者是指由同一种类型的单糖组成

如淀粉和纤维素，后者则是指由2种或2种以上的不同类型的单糖组成如粘多糖。有人将2~6个单糖组成的多聚糖称为寡聚糖（oligosaccharides），也有人将2~10个单糖组成的多聚糖称为寡聚糖，寡聚糖的分子量通常在300~2000之间。尽管多聚糖的分子量也很高，如直链淀粉的分子量约为

1.0×10~2.0×10之间，但是通常还是不能像蛋白

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质一样准确地确定其分子量，这是因为多聚糖链的合成是没有模板的，且在合成过程中没有特异性的起始位点和终止位点。这样看来，把多糖作为生物大分子，要明确给出其分子量的上限和下限就显得十分困难了，但是若将超过10个以上单糖组成的多聚糖称为多糖，那么在糖水平上，作为生物大分子的下限分子量应当是2000。

脂类是脂肪和类脂的总称，也是结构和组成十分复杂的生物大分子，为细胞生物膜的建筑模块。组成脂类的单体分子不像组成蛋白质、核酸和多聚糖的单体分子那样简单，但大部分的脂类都包含一个极性（亲水）头部和1～23个非极性（疏水）的脂肪酸尾部，一般来说脂肪酸多为14～24个的偶数碳链，除此之外还有一些不含脂肪酸的脂类如萜类和固醇类等。与百万级分子量的蛋白质、核酸或多聚糖相比，一些脂类的分子量较小，通常将分子量在750~1500范围内的脂类不归为生物大分子行列，这样看来，在脂类水平上，生物大分子的分子量下限应为1500。由于多数脂类的分子量小于这个数值，而且不形成大分子化合物，因此有些教科书中不把脂类列入生物大分子之内。

由此可见，生物大分子是人们用于区别化学高分子，以及体内分子量相对较小的有机分子而提出

（E－mail:[email protected]）

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大熊猫基因组精细图绘制完成

12月13日,Nature刊登了由深圳华大基因研究院领衔,

中国科学院昆明动物研究所、中国科学院动物研究所、成都大熊猫繁育研究基地和中国保护大熊猫研究中心参与的合作研究成果《大熊猫基因组》。这是科学家第1次全面掌握大熊猫的基因资源,对其在分子水平上的保护具有重要意义。

该研究的基因组样品取自北京奥运会吉祥物的动物代表大熊猫“晶晶”。结果显示,大熊猫有染色体21对，基因组大小2.4G,重复序列含量36％,基因2万多个。经过二倍体测序,证明大熊猫基因组仍然具备很高的杂合率,从而推断具有较高的遗传多态性。经过对同源基因的分析发现，大熊猫不喜欢吃肉主要是因为基因T1R1失活，使大熊猫无法感觉到肉的鲜味，其本身并没有能够消化竹子纤维的基因，消化竹子纤维主要靠胃肠道细菌群。在已经进行全基因组测序的物种中，大熊猫基因组与狗的基因组最接近；数据分析结果同时还进一步支持了多数科学家所持的“大熊猫是熊科的一个亚种”这种观点，证明了熊科内部各类群的分类情况。该研究成果将从基因组学的层面为大熊猫这种濒危物种的保护、疾病的监控及其人工繁殖提供科学依据，并为保护我国其他一级保护动物提供范例。

摘自《科学时报》2009年12月16日