化學

腺苷三磷酸（Adenosine triphosphate）

2010/09/29
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腺苷三磷酸（Adenosine triphosphate）
國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

腺苷-5’-三磷酸（ATP，如圖1）為一多功能核苷酸，在細胞中作為輔酶。ATP在細胞內負責為代謝反應輸送化學能，常被稱為是細胞內能量傳遞的「貨幣分子單位」。ATP是由光磷酸化（photophosphorylation）和細胞呼吸作用產生；在許多細胞反應中，包括生物合成、運動與細胞分裂，ATP被酶及結構蛋白質利用。一分子的ATP含有三個磷酸根，而且是由無機磷酸根和腺苷二磷酸（ADP）或腺苷一磷酸（AMP）經ATP合成反應製成。利用ATP作為能源的代謝反應，將其轉變回前驅物。因此，ATP在生物體內不斷回收，對人體而言，每天約有與體重相當的ATP反覆變換。

圖1 ATP

科學家相信粒線體是由古代真核寄主細胞擄獲的細菌演化而來，粒線體以ADP與無機磷酸根為反應物，經由氧化磷酸化反應，再生ATP。在激酶（kinase）催化的訊息傳遞（signal transduction）途徑中，利用ATP作為受質，使蛋白質和脂質磷酸化；而且腺苷酸環酶（adenylate cyclase）利用ATP製造第二傳訊分子環狀AMP。細胞以ATP與AMP之間的比例判定有多少能量可用，並操控生產與消耗ATP的代謝途徑。除了在能量代謝與傳訊方面的角色外，在DNA複製與轉錄的過程中，ATP也受聚合酶催化，併入核酸中。

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遺傳密碼

2010/09/29
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遺傳密碼 (Genetic code)
國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

遺傳密碼是一系列的規則，活細胞根據這些規則將編譯在遺傳物質（DNA 或傳訊RNA 順序）的資訊轉譯成蛋白質的胺基酸順序。遺傳密碼定義參核苷酸順序（又稱密碼子）與胺基酸之間的對應關係。核酸順序中的三碼的密碼子通常明確指向特定的胺基酸（不過在某些情況，不同位置的同一組密碼子會對應至兩個截然不同的胺基酸，依每一個位置前後核苷酸順序而決定對應至何種胺基酸）。因為絕大多數基因是以同一套精確的密碼編譯（參看RNA密碼子表），這一套特殊密碼被稱為典範密碼、標準密碼或遺傳密碼，不過，事實上仍有其他密碼。因此，典範密碼並非一體通用。例如，對人類而言，在粒線體合成的蛋白質並不遵守典範密碼。

RNA密碼子表

本表標出64組密碼子及其對應之胺基酸，傳訊RNA的方向性為5’到3’

註：密碼子AUG一方面是甲硫胺酸的密碼，同時也當作起始點，由傳訊RNA密碼區的第一個AUG開始轉譯為蛋白質。

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基因（Gene）

2010/09/29
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基因（Gene）
國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

基因是遺傳的基本單位，所有生命體均依賴基因傳遞遺傳訊息。基因中貯存了建構並維持生物細胞的訊息，並把遺傳性狀傳遞給下一代。口語上關於「基因」不正確的用法實際上可能指涉的是等位基因（allele），基因是基本指令，一段核酸（DNA或對某些病毒而言為RNA）順序，然而等位基因是那道指令中的一個變數。

基因的概念隨著遺傳學而逐漸演變，最早是孟德爾注意到生物獨特的性狀是遺傳自親代，遺傳學因而誕生。負責規範生物性狀的物質被稱為基因，但在1940年代科學界發現DNA為遺傳物質之前，人類對遺傳訊息的傳遞方式並不清楚。所有生命體都有許多基因，對應於許多生物性狀，有些生物性狀顯而易見，如眼睛的顏色或手腳的數目；有些生物性狀則不明顯，如血型、罹患某些特殊疾病的風險或與生理運作有關的數千種生化反應。

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蠟（Wax）

2010/09/29
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蠟（Wax）
國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

蠟通常指蜂蠟或有類似性質的其他物質。依狹義的定義，蜂蠟是指蜜蜂分泌的物質，其用途為建構蜂窩。依廣義的定義，此一名詞泛指與蜂蠟類似的物質，此類物質具有下列性質：
1. 在常溫有可塑性。
2. 熔點高於45℃（此為蠟與脂質、脂肪的區別）
3. 熔化時有較低的黏性（此點與大多數塑膠不同）
4. 難溶於水
5. 疏水性

蠟可能是動、植物的天然分泌物，或天然石油經人工純化而得，也可能完全由化學合成。除了蜂蠟之外，棕櫚蠟（植物上表皮的蠟）和石蠟（石油蠟）都是日常生活中經常接觸的天然蠟。耳垢是人耳中的油性物質，也是一種蠟。有些人工合成的物質如矽蠟，因具有類似的性質，也被歸類為蠟或具有蠟的性質。

蠟的化學
蠟是脂質的一種，就化學成分而言，可能含有各種長鏈的烷、酯、聚酯，及脂肪酸與一級醇生成的酯。蠟不是甘油（1,2,3-丙三醇）與三個脂肪酸生成的三酸甘油酯，此為蠟與脂肪的差異。因為含有酯，棕櫚蠟具有高熔點及高硬度，除了酯之外，植物表皮的蠟混合了被取代的長鏈脂肪烴，包含烷、脂肪酸、一級和二級醇、二元醇、酮和醛。石蠟是許多烴的混合物，通常是烷及一系列鏈長不同的同系物。

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尿嘧啶（Uracil）

2010/09/29
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尿嘧啶（Uracil）
國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

尿嘧啶（如圖1）是常見且天然存在的嘧啶衍生物。最早發現於1900年，由酵母核素（nuclein，即為核酸）水解分離而得，可存在於牛的胸腺和脾臟、腓魚的精液和小麥芽中。尿嘧啶為平面、不飽和的化合物，可吸收光線。

圖1 尿嘧啶

性質
尿嘧啶存在於RNA中，與腺嘌呤形成鹼基對，在DNA轉錄反應中，取代胸嘧啶。尿嘧啶甲基化後，產生胸嘧啶，以保護DNA，並提高DNA複製之效率。尿嘧啶以氫鍵與腺嘌呤配對，因為它含有氧和氮等電負度大的原子，是氫鍵接受者，而且可形成兩個氫鍵。尿嘧啶也可以與核糖結合，形成核糖核苷──尿苷（如圖2）。若有一個磷酸根連接在尿苷上，就形成尿苷5’-單磷酸。

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輔因子（生化學）（Cofactor（Biochemistry））

2010/09/29
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輔因子（生化學）（Cofactor（Biochemistry））
國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

輔因子是連結在蛋白質上的非蛋白質化合物，若無輔因子，此蛋白質將不具生物活性。這些蛋白質是普通的酶，而輔因子可視為「協助分子」，可協助生化反應之進行。輔因子可依其與酵素連結的緊密程度加以分類，連結鬆弛的輔因子稱為輔酶，連結緊密的輔因子稱為輔基（prosthetic group）。有些文献將輔因子限制為必要且可加速催化反應的無機物質。缺少輔因子而失去活性的酶稱為缺輔基酶或酶蛋白（apoenzyme），具有輔因子完整的酶則稱為全酶（holoenzyme）。

某些酶或酶的錯合物需要數個輔因子，丙酮酸去氫酶（pyruvate dehydrogenase）就是個好例子。丙酮酸去氫酶錯合物需要五個有機輔因子與一個金屬離子：連結鬆弛的焦磷酸噻胺（thiamine pyrophosphate，縮寫為TPP）、以共價鍵連結的脂醯胺（lipoamide）和黃素腺雙核苷酸（flavin adenine dinucleotide，縮寫為FAD）、輔受質（cosubstrate）菸鹼醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，縮寫為NAD+）、輔酶A（簡寫為CoA）與金屬離子（Mg2+）。丙酮酸去氫酶（E1）是丙酮酸去氫酶錯合物中第一個成分酶，丙酮酸去氫酶錯合物可經由名為丙酮酸去羧的反應，將丙酮酸根轉換成乙醯-CoA。接下來乙醯-CoA可參與檸檬酸循環，進行細胞呼吸，因此丙酮酸去氫酶可將醣解代謝途徑聯結至檸檬酸循理，並經由NADH釋放能量。

有機輔因子通常是維生素或由維生素製成，許多有機輔因子的結構中含核苷酸腺苷單磷酸（adenosine monophosphate，縮寫為AMP），如ATP、酺酶A、FAD和NAD+，此一共同結構顯示可能有共同的演化起源，在「RNA世界」假說中，腺苷單磷酸被認定是核糖核酸酵素（ribozyme）的一部分。「RNA世界」是一種假說，認為有一個古老世界，其生命是以核糖核酸（RNA）為基礎，不像現代世界的生命是以去氧核糖核酸（DNA）及蛋白質為基礎。在那個世界中，RNA可維持有細胞的生命，也可以維持比細胞更早出現的生命，RNA不但可像DNA一樣貯存訊息，也像蛋白質一樣可作為酶。

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鳥苷三磷酸（Guanosine triphosphate）

2010/09/29
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鳥苷三磷酸（Guanosine triphosphate）
國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

鳥苷-5’-三磷酸（GTP，如圖1）是嘌呤核苷酸的一種，在轉錄過程中，可作為合成RNA的受質。

圖1 鳥苷三磷酸

轉錄又稱RNA合成，其過程會製造與DNA序列相對應的RNA副本。RNA與DNA都是核酸，二者以核苷酸中的鹼基對作為互補語言，有正確的酶存在時，可交互轉換。在轉錄過程中，RNA聚合酶讀取DNA順序後，產生互補、反向平行（antiparallel）的一股RNA。只要原來的DNA中有胸腺嘧啶（T），轉錄產生的RNA副本一定出現尿嘧啶（U），這點與DNA複製非常不同。

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脂質（Lipid）

2010/09/29
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脂質（Lipid）
國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

脂質是某一類的天然分子之總稱，其中包含脂肪（fat）、蠟、固醇（sterol）、脂溶性維生素（如維生素A、D、E及K）、單酸甘油酯（monoglyceride）、雙酸甘油酯（diglyceride）、磷脂（phospholipid）等。脂質在生物體的主要功能包括貯存能量、建構細胞膜的成分與重要的信號分子。

脂質可以廣義定義為疏水性或均具親水性與疏水性的兩親媒性（amphiphilic）小分子，某些脂質因為具有兩親媒性，因此能形成如囊泡（vesicle）、微脂體（liposome），或在水溶液環境下形成膜。生物體的脂質完全或部分源自兩種截然不同的生物次單元或建構單元：酮醯基（ketoacyl）與異戊二烯（isoprene）。由此觀點切入，脂質可區分為八種類別：脂肪醯（fatty acyl）、甘油脂（glycerolipid）、甘油磷脂（glycerophospholipid）、神經脂質（sphingolipid）、醣脂質（saccharolipid）、聚酮（polyketide）（由酮醯次單元縮合聚合而成）、固醇脂質和3-甲基-2-丁烯-1-醇脂質（由異戊二烯次單元縮合聚合而成）。

雖然「脂質」一詞往往被當成脂肪的同義詞，不過脂肪事實上只是脂質中的一類，又稱為三酸甘油酯。脂質也包含像脂肪酸和其衍生物（包含三酸甘油酯、雙酸甘油酯、單酸甘油酯和磷脂）等分子，以及其他固醇類──包括如膽固醇等代謝物。雖然人類和其他哺乳類動物都經由各種生物合成途徑分解並合成脂質，但有些必需脂質無法由體內合成，而必須由食物中獲得。

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咖啡因（Caffeine）

2010/09/29
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咖啡因（Caffeine）
臺北市立第一女子高級中學二年級張凱涵/台北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

咖啡是人們時常享用的飲料之一，在路上隨處可見人手一杯，但是關於咖啡中含有的咖啡因，我們又了解多少呢？

簡介
咖啡因的系統名稱是1,3,7-三甲基,-2,6-二氧嘌呤（1,3,7-trimethyl-2,6-dioxopurine），是一種中樞神經的興奮劑。咖啡因是一種植物鹼，就來源而論是從植物萃取的化學物質，其普遍存在於咖啡豆、茶葉及可可豆中。咖啡因在水中的溶解度相當高，100℃下為67克/100克水，因而可以用熱水從茶葉中萃取咖啡因。咖啡中的咖啡因含量會因咖啡樹的品種或咖啡的製作方法而有所不同，一般來說一杯150毫升的咖啡大概含有100毫克的咖啡因，巧克力、茶和可樂中則含有較少量的咖啡因。

歷史
大約九世紀的人們觀察到，山羊吃了咖啡樹的果實之後會亢奮，從而發現嚼食咖啡樹的果實和樹葉等能有提神效果，但直到很多年以後人們才知道，用熱水沖泡這種植物能夠增加提神效果。

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血清白蛋白

2010/09/27
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血清白蛋白 (Serum Albumin)
臺北市立第一女子高級中學二年級林怡萱/臺北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師修改/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

血清白蛋白的生理機制

血清白蛋白（serum albumin）常簡稱為白蛋白（albumin），是人類和哺乳類動物血漿中含量最豐富的血漿蛋白（plasma protein）；也是存在於血漿中水溶性很高的球狀蛋白質，可以製備成濃度達30％的溶液。白蛋白對於維持滲透壓是必要的，大約提供75－80%的血漿總膠體滲透壓。而滲透壓則是使血管內和身體組織間的體液正常分布所需要的。白蛋白在血液中也具有運輸功能，許多物質如脂肪酸、膽紅素、類固醇荷爾蒙、金屬離子、磺胺藥、青黴素G、雙香豆素、阿斯匹林等藥物都能與白蛋白結合，增加親水性而便於運輸。

人血清白蛋白的濃度

人血清白蛋白（Human serum albumin）的分子是單獨存在於血液血漿中；在血中的濃度大約是30~50克/公升，幾乎占了血漿中所有蛋白質成分的一半量。分子量是67 kDa。決定人血清白蛋白結構的基因位於人體的4號染色體，有16,961核苷酸長。若是此基因發生突變，人體中就會產生異常的白蛋白。

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