Biology 版 (精华区)

发信人: rainy (DEC), 信区: Biology
标  题: 缩合作用与葡萄糖
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年08月24日08:15:04 星期五), 站内信件


                     聚合物与塑料
                
    当我们考虑像血红素和奎宁这样的物质的分子时，其复杂程度连
现代化学家也必须费尽心机才能应付得了。要合成这类化合物，需要
那么多的步骤和方法，如不借助某种活机体，几乎不敢期望将它们大
量地生产出来（化学家除外）。然而，我们也不必因此而妄自菲薄。
就复杂程度而言，即使是活组织本身也已达到了极限。在自然界，很
少有比血红素和奎宁更为复杂的分子。

    当然，自然界中存在有由几十万甚至几百万个原子组成的天然物
质，但它们并不是真正的单个分子，也就是说，并不是一个整体。更
确切地说，这些大分子是由许多单元构成的，就像是由一颗颗珠子串
成的项链。活组织往往是首先合成一些小的、相当简单的化合物，然
后仅仅是将这些单元串连成一条条长链。正如我们将要看到的，这种
事情化学家们也能做到。


                     缩合作用与葡萄糖


    在活组织中，小分子的这种结合（缩合作用），通常要在每一个
接合点上完全失去2个氢原子和1个氧原子（结合在一起形成1个水分
子）。这种过程是可逆的（在身体中和在试管中都如此）：加水可以
使链中的各单元脱钩并彼此分开。缩合作用的这种逆过程称之为水解
作用——源于希腊语，意为“通过水而松开”。在试管中，这些长链
的水解过程可用各种不同的方法来加速。最常见的加速方法是在混合
物中加进一定量的酸。

    对大分子化学结构的首次研究可追溯到1812年，那一年，俄国化
学家克希霍夫发现，淀粉加酸煮沸能生成一种与葡萄糖（从葡萄中提
取的糖）性质相同的糖。1819年，法国化学家布拉孔诺通过煮沸各种
植物产物如木屑、亚麻和树皮——它们都含有一种叫做纤维素的化合
物——也得到了葡萄糖。人们很容易猜想到，无论是淀粉还是纤维素，
都是由葡萄糖单元构成的，至于淀粉和纤维素的分子结构的细节，则
还有待于对葡萄糖的分子结构的进一步认识。最初，由于结构式尚未
出现，人们只知道葡萄糖的经验式是C6H12O6。这种比例关系表明，6
个碳原子中的每一个都连接着1个水分子H2O）。因此，葡萄糖以及结
构与之相似的化合物被称为碳水化合物。

    葡萄糖的结构式是德国化学家基利阿尼于1886年研究出来的。他
证明，葡萄糖分子的6个碳原子构成一条直链，彼此分离的氢原子和
氢氧根就连接在这个链上。在葡萄糖分子中，任何地方都没有完整的
水分子组合。

    在以后大约10年的时间里，德国化学家E．费歇尔对葡萄糖进行
了详细研究，并研究出了碳原子周围的氢氧根的精确排列方式，其中
有4个氢氧根是不对称的。这些氢氧根有16种可能的排列方式，因此
有16种可能的性质不同的旋光异构体。的确，化学家们已经研制出了
所有这16种异构体，然而只有少数几种真正在自然界中存在。

    下面是葡萄糖和其他两种常见的果糖和半乳糖的结构式：

       

    这些是能够充分展示分子不对称性的最简单的结构。但实际上，
分子为非平面的环状、每个环由5个（有时是4个）碳原子和1个氧原
子组成。

    正是由于对这些糖的旋光性的研究上,E.费歇尔才建议将旋光化
合物分为L系和D系两大类。由于为碳水化合物化学奠定了坚实的基础，
他获得了1902年的诺贝尔化学奖。

    化学家们一旦知道了简单糖类的结构，要想知道简单糖类以何种
方式构成更为复杂的化合物就比较容易了。例如，l个葡萄糖分子和1
个果糖分子可以缩合成蔗糖——我们餐桌上的食糖。葡萄糖与半乳糖
相结合形成乳糖，在自然界中，乳糖仅存在于乳汁中。

    没有理由认为缩合不能无限制地进行下去。事实上，淀粉和纤维
素的情况就是如此。这两种物质都是由葡萄糖单元按一定图式缩合而
成的长链构成的。

    缩合图式的细节是很重要的，因为尽管这两种化合物都由相同的
单元构成，但二者却有着深刻的差异。

    这种或那种形态的淀粉构成了人类食物的主要成分，而纤维素则
全然不适于食用。由于化学家们的苦心钻研，终于弄清楚了缩合图式
的差异，它与下面的情况有些类似：假设葡萄糖分子可以正着看（用
u表示）或倒着看（用n表示），那么，淀粉分子可以看成是由葡萄糖
分子按“……uuuuuuuuu……”的图式缩合而成的，而纤维素则按
“……unununununun……”的图式构成。人体的消化液具有使淀粉的
un键合进行水解的能力，使淀粉水解成我们可以吸收而获得能量的葡
萄糖。而同样的消化液却对纤维素的un键合无能为力，因此，我们所
食用的纤维素都是穿肠而过，最后排出体外。

    尽管没有一种高等动物能够消化纤维素，但有些微生物，例如寄
生在反刍动物和白蚁肠道中的微生物，却能做到这一点。多亏了这些
不显眼的助手，使我们受益匪浅的牛才能靠吃草而生存，使我们狼狈
不堪的白蚁靠吃木头而活命。这类微生物能大量地将纤维素转化为葡
萄糖，它们消耗掉自己所需要的一份，而将多余的供给寄主。这些微
生物提供加工过的食物，而寄主则提供原料和住所。两种生物之间这
种互惠的合作方式称之为共生现象（源自希腊语，意为“共同生活”）。



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