功能组

官能团是什么。一些在生物分子中的关键官能团。

介绍

完全由碳原子和氢原子组成的碳氢化合物，是非常好的燃烧燃料（这些燃料包括丙烷、丁烷和大部分商用汽油）。但是你能只用燃烧燃料来制造一个活的有机体吗？大概不会。事实上，大多数大的生物分子含有许多种类的原子，而不仅仅是碳和氢。这些额外的原子具有碳氢化合物中不常见的功能。

官能团

生物大分子通常由碳骨架（由碳和氢原子组成）和其他一些原子组成，包括氧、氮或硫。通常，这些额外的原子出现在官能团的背景下。官能团是一种化学基序或原子模式，无论在其中发现的确切分子是什么，都显示出一致的“功能”（性质和反应性）。生物分子可以包含许多不同类型和官能团组合，生物分子的一组特殊官能团将影响其许多性质，包括其结构、溶解性和反应性。

生物分子中一些最重要的官能团如下表所示。根据官能团的电荷和极性特征，官能团可分为疏水性官能团和亲水性官能团。下面唯一的疏水基团是非极性的甲基。表中其余六个官能团均具有不同程度的亲水性。

强亲水性基团的一个例子是羧基（COOH），它可以充当酸并失去质子以形成带负电荷的羧酸根离子（COO

^{-}

）。羧基通常存在于氨基酸、脂肪酸和其他生物分子中。较不亲水性基团的一个例子是羰基（C=O），一个不带电但有极性（包含部分正电荷和部分负电荷）的官能团。羰基存在于许多不同的生物分子中，包括蛋白质、肽和碳水化合物。

生物学中常见的官能团

官能团	结构	特性
羟基		极性
甲基		非极性
羰基		极性
羧基		在大多数生物系统的酸碱度下带电（形成 R-COO $^{-}$ ‍）。由于羧基可以释放H $^{+}$ ‍到溶液中，所以它们被认为是酸性的。
氨基		在大多数生物系统的酸碱度下带电（形成R-NH $_{3}^{+}$ ‍）。由于氨基可以从溶液中除去H $^{+}$ ‍它们被认为是碱性的。
磷酸盐		在大多数生物系统的酸碱度下带电（形成 R-OPO $_{3}^{2}$ ‍ $^{-}$ ‍）。由于磷酸基可以释放H $^{+}$ ‍到溶液中，因此它们被认为是酸性的。
巯基		极性

表修改自: OpenStax 生物学.

在上表中, 字母 R 用于表示功能基团所附着的分子的其余部分。例如, R 可能是乙基 (CH

_{2}

_{3}

) 组, 在这种情况下, 表中的第一个条目将对应于乙醇。但 R 也可以代表一个更大的分子的大部分, 如蛋白质。字母 R 用于整个生物学和化学, 以简化化学结构, 并突出一个分子的最重要的部分 (通常是官能团!)。

引用

本文由下文修改而来 “Carbon,” by OpenStax College, Biology (CC BY 3.0).在以下网址免费下载原文 http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.85:8/Biology.

修改后的文章是根据 CC BY-NC-SA 4.0 许可证获得许可的。

其他参考文献：

Hardinger, Steve. (2015). Functional group. In Illustrated Glossary of Organic Chemistry. Retrieved from http://www.chem.ucla.edu/harding/IGOC/F/functional_group.html.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). The chemical context of life. In Campbell Biology (10th ed., pp. 28-43). San Francisco, CA: Pearson.

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