醣類、蛋白質、油脂與核酸：高中必修化學必懂的四大生物分子
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醣類、蛋白質、油脂與核酸是生物體中重要的有機物。它們的組成、結構與功能各不相同，也具有不同的化學性質。掌握四大類生物分子的特徵，能幫助我們理解生活中的化學現象與常見考題。
一、醣類
1. 醣類的組成
醣類由碳、氫、氧三種元素組成，早期醣類的通式為 (C_m(H_2O)_n)，又被稱為碳水化合物。
2. 醣類的分類
(1) 單醣（C₆H₁₂O₆）
單醣不能再水解成更簡單的醣，例如葡萄糖、果糖、半乳糖。
葡萄糖：人體血液中所含的葡萄糖又稱為血糖，血糖過高會引起糖尿病。
果糖：醣類中甜度最高的糖。
半乳糖：是嬰兒成長及腦部發育的重要營養成分。
葡萄糖與果糖可經發酵作用製成酒精。
(2) 雙醣（C₁₂H₂₂O₁₁）
雙醣水解可得二分子的單醣，例如蔗糖、麥芽糖、乳糖。
[C_{12}H_{22}O_{11}+H_2O\rightarrow C_6H_{12}O_6+C_6H_{12}O_6]
蔗糖由一分子葡萄糖及一分子果糖脫水形成。
麥芽糖由二分子葡萄糖脫水形成。
乳糖由一分子半乳糖及一分子葡萄糖脫水形成。
(3) 寡醣
由 3～10 個單醣分子結合而成的醣類。
寡醣不像蔗糖會被口腔細菌分解產生酸性物質，因此不會造成蛀牙。
每克產生熱量比蔗糖低，已被使用在許多健康食品中。
(4) 多醣（((C_6H_{10}O_5)_n)）
多醣為聚合物，水解可產生很多單醣分子，例如澱粉、纖維素、肝醣。
澱粉：在稀酸或酵素的催化下，澱粉可經由一系列水解變成糊精、麥芽糖，最後變成葡萄糖；葡萄糖可經由發酵變成酒精及二氧化碳。
纖維素：地球上最多的有機化合物，不能被我們消化道中的酵素消化，但能協助腸胃蠕動，增進胃的健康。
肝醣：又稱為動物澱粉，由葡萄糖脫水聚合而成的聚合物，主要存於肝臟及肌肉中。
3. 同分異構物
分子式相同而結構不同的化合物，稱為同分異構物。
單醣中，葡萄糖與果糖分子式均為 C₆H₁₂O₆，互為同分異構物。
雙醣中，蔗糖與麥芽糖分子式均為 C₁₂H₂₂O₁₁，亦為同分異構物。
但多醣 ([(C_6H_{10}O_5)_n]) 因為是聚合物，n 值不同，故分子式不同，非同分異構物。
範例 1：醣類的化學性質
題目：
醣類是人體三大營養素之一，下列有關醣類的敘述，哪些正確？（應選 3 項）
(A) 葡萄糖和果糖是同分異構物
(B) 澱粉是由單醣縮合脫水聚合而成
(C) 蔗糖和麥芽糖具有相同的分子式
(D) 葡萄糖和果糖具有相同化學性質
(E) 澱粉和纖維素是由不同的單醣所組成的
解答：A、B、C
解析：
(C) 葡萄糖和果糖是不同的物質，故化性、物性不同。
(E) 兩者皆由相同單醣（葡萄糖）組成。
範例 2：葡萄糖的敘述
題目：
下列關於葡萄糖的敘述，哪些正確？（應選 2 項）
(A) 生物體中葡萄糖的氧化是放熱反應
(B) 果糖與葡萄糖的分子式不同，但是碳、氫、氧的原子數均相同
(C) 葡萄糖是碳原子與水分子結合成的化合物，所以稱為碳水化合物
(D) 葡萄糖是單醣，蔗糖是雙醣，所以葡萄糖的分子量是蔗糖的一半
(E) 分子式為 C₆H₁₂O₆
解答：A、E
解析：
(B) 分子式相同。
(C) 碳與水無法生成葡萄糖。
(D) 蔗糖分子量為 342，而葡萄糖為 180。
二、蛋白質
1. 定義
蛋白質是構成動物細胞的主要物質，由胺基酸聚合而成。除了含有 C、H、O、N 等元素外，有些蛋白質亦含有硫（S）元素。
2. 特性
食物中的蛋白質必須經過消化分解成胺基酸，才能合成人體所需的蛋白質。
生物體中的酶（即酵素）大多是由蛋白質形成。
每克的蛋白質可提供約 4 千卡的熱量，略高於醣的 3.70 千卡，但比脂肪的 9 千卡低。
蛋白質的結構十分複雜，並非簡單的直鏈形，為 α-螺旋及 β-摺板兩種結構。
3. 蛋白質的變性
蛋白質受熱、紫外光照射下、與酒精、酸、鹼及重金屬等反應會使蛋白質凝結沉澱，使其性質改變，失去原有的活性，是一種不可逆的變化。
4. 蛋白質的檢驗
濃硝酸與蛋白質反應或與人體皮膚接觸會呈黃色。
範例 3：蛋白質的性質
題目：
下列有關蛋白質的敘述，何者錯誤？
(A) 構成蛋白質分子的基本單位是胺基酸
(B) 蛋白質可被人體直接吸收利用
(C) 澱粉酶是體內的催化劑，也是一種蛋白質
(D) 每克的蛋白質提供的熱量略高於醣
(E) 蛋白質與硝酸共熱呈黃色
解答：B
解析：
蛋白質分解成胺基酸後，才能被人體吸收利用。
三、油脂
1. 定義
油脂由一分子甘油（三丙三醇）與三分子脂肪酸結合而成的化合物，又稱為三酸甘油酯。
2. 分類
(1) 油
脂肪酸的碳鏈為不飽和（含有雙鍵），常溫下為液體。植物性的脂類，如花生油、芝麻油。
(2) 脂肪
脂肪酸的碳鏈為飽和（全為單鍵），常溫下為固體。動物性的脂類，如豬油、牛油。
3. 皂化反應
(1) 反應通式
油脂＋NaOH（KOH）(\xrightarrow{\Delta}) 甘油＋脂肪酸鈉鹽（肥皂）
(2) 皂化的意義
皂化本身為油脂在鹼中的水解作用，即為酯化的逆反應。肥皂中的 R₁、R₂、R₃ 結構會有所不同，故肥皂為混合物。
(3) 肥皂的製造
經鹽析後，肥皂（浮在飽和食鹽水上）與甘油分離，最後加工成為市售的肥皂。
範例 4：油脂的性質
題目：
下列有關油脂的敘述，何者錯誤？
(A) 動物性脂肪多由不飽和脂肪酸所組成，故常溫常壓下為固體
(B) 植物性的油，如花生油，常溫下為液態
(C) 油脂為混合物，沒有固定熔點
(D) 油脂的密度小於水，故可浮於水面
(E) 油脂又稱三酸甘油酯
解答：A
解析：
動物性脂肪多由飽和脂肪酸所組成。
四、核酸
1. 定義
以核苷酸（nucleotide）為單位所組合成的聚合物。
2. 分類
可分為去氧核糖核酸（DNA）與核糖核酸（RNA）。
3. DNA 與 RNA 的比較
性質 | DNA（deoxyribonucleic acid） | RNA（ribonucleic acid） |
組成核醣 | 去氧核糖（C₅H₁₀O₄） | 核糖（C₅H₁₀O₅） |
鹼基 | 腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）與鳥嘌呤（G） | 腺嘌呤（A）、尿嘧啶（U）、胞嘧啶（C）與鳥嘌呤（G） |
結構 | 雙股螺旋 | 單股螺旋 |
功能 | 存在細胞核內，儲存、複製和傳遞遺傳信息 | 遺傳密碼可經轉錄及轉譯合成蛋白質 |
範例 5：DNA 的敘述
題目：
下列有關 DNA 的敘述，哪些選項正確？（應選 3 項）
(A) 與 RNA 同為核苷酸的聚合物
(B) 又稱核糖核酸
(C) 為生命體最重要的遺傳訊息儲存者
(D) 多為雙股螺旋的結構
(E) 與 RNA 互為同分異構物
解答：A、C、D
解析：
(B) DNA 稱為去氧核糖核酸；(E) 兩者分子式不同。
莫斯利提醒：四大生物分子的考試關鍵
醣類：掌握單醣、雙醣、寡醣與多醣的分類，以及葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖的關係。
蛋白質：基本單位是胺基酸，食物中的蛋白質需分解成胺基酸才能被人體吸收利用；變性會使蛋白質失去原有活性。
油脂：由甘油與脂肪酸形成，皂化反應可製得甘油與脂肪酸鹽（肥皂）。
核酸：DNA 與 RNA 都是由核苷酸組成的聚合物，但核糖、鹼基、結構與功能有所不同。
考題常見比較：分清楚分子式相同但結構不同的同分異構物，以及由許多單位組成、分子式會隨聚合程度改變的聚合物。
莫斯利自然科學｜高中必修化學，從生物分子的組成、結構到性質比較，建立完整的化學知識架構。