核心：分子

IB 生物学高级水平· 主题 C：相互作用与相互依存· 5 分钟阅读

1. 生物大分子的主要类别★★☆☆☆⏱ 15 min

📘 定义

大分子

由生物体产生的大型有机分子，分为四大核心类别。大多数是由重复单体亚基构成的聚合物，脂质是例外。

例:

蛋白质血红蛋白是由氨基酸单体构成的大分子。

所有生物大分子都是有机物，即都含有碳元素，不同类别的分子还含有其他额外元素。每一类分子都有独特的结构和核心生物功能：

碳水化合物：由 C、H、O 组成，比例约为 1:2:1，功能为能量储存和结构支撑
脂质：非极性疏水分子，功能为能量储存、膜结构构成和信号传导
蛋白质：由氨基酸构成的聚合物，功能包括催化、运输、结构支撑和信号传导
核酸：由核苷酸构成的聚合物，功能为储存和传递遗传信息

📐 例题

将下列分子分类到四大核心生物分子类别中：葡萄糖、血红蛋白、胆固醇、DNA

1
步骤 1：回忆每个类别的定义特征。
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步骤 2：葡萄糖是单糖，因此属于碳水化合物。
3
步骤 3：血红蛋白是由氨基酸单体构成的结合氧分子，因此属于蛋白质。
4
步骤 4：胆固醇是调节膜流动性的疏水性类固醇，因此属于脂质。
5
步骤 5：DNA 是储存遗传信息的核苷酸聚合物，因此属于核酸。

Exam tip:

IB 考题经常考察脂质不是真正聚合物这一知识点——一定要记住这个区别。

2. 缩合与水解反应★★★☆☆⏱ 20 min

📘 定义

缩合反应

将两个较小亚基共价连接形成更大分子的合成代谢反应，每形成一个键就释放一分子水。

例:

两个葡萄糖分子缩合形成麦芽糖，释放一分子 $H_{2} O$ 分子。

水解是相反的分解代谢反应，它通过向化学键添加水分子来断裂两个亚基之间的共价键。水解发生在消化过程中，此时大型大分子被分解为可被吸收的单体。

📐 例题

写出由两个氨基酸形成二肽的反应，注明反应类型和形成的新键名称。

1
步骤 1：连接两个氨基酸的反应是缩合反应。
2
步骤 2：第一个氨基酸的羧基（ $- C O O H$ ）与第二个氨基酸的氨基（ $- N H_{2}$ ）发生反应。
3
步骤 3：羧基上的 $- O H$ 与氨基上的 $- H$ 结合释放 $H_{2} O$ ，在碳和氮之间留下一个共价键。
4
$H_2N-CHR-COOH + H_2N-CHR'-COOH \rightarrow H_2N-CHR-CO-NH-CHR'-COOH + H_2O$
5
步骤 4：形成的新共价键称为肽键。

3. 常见官能团★★★☆☆⏱ 15 min

官能团是赋予生物分子独特化学性质的特定原子基团。它们决定了所在分子的极性、酸碱性和反应活性。

官能团	分子式	常见位置	关键特性
羟基	$- O H$	碳水化合物、脂质	极性
羧基	$- C O O H$	氨基酸、脂肪酸	酸性
氨基	$- N H_{2}$	氨基酸、核酸	碱性
磷酸基	$- P O_{4}^{3 -}$	核酸、ATP、磷脂	极性、带负电荷
甲基	$- C H_{3}$	脂质、修饰碱基	非极性

📐 例题

哪个官能团赋予氨基酸酸性？

1
步骤 1：酸性分子会向溶液中释放 $H^{+}$ 离子。
2
步骤 2：羧基（ $- C O O H$ ）容易解离释放 $H^{+}$ ，形成 $- C O O^{-}$ ，因此呈酸性。
3
步骤 3：氨基呈碱性，会接受 $H^{+}$ 带正电。
4
结论：羧基是氨基酸酸性的来源。

4. 结构决定功能★★★★☆⏱ 20 min

这是生物学的核心统一主题，在 IB 生物学考试中反复出现。单体线性序列（一级结构）的任何改变都会改变大分子的整体三维形状，通常会改变或破坏其功能。

📐 例题

解释磷脂的结构为何使其适合构成细胞膜

1
步骤 1：回忆磷脂结构：一个亲水（喜水）磷酸头部，两个疏水（厌水）脂肪酸尾部。
2
步骤 2：当处于水相（水性）环境中时，磷脂会自发排列形成双分子层。
3
步骤 3：亲水头部朝外，与膜两侧的水相互作用，而疏水尾部朝内，远离水。
4
步骤 4：这种双分子层形成了半透性屏障，控制物质进出细胞，这就是细胞膜的核心功能。

5. 常见陷阱

错误做法:

声称脂质是由重复脂肪酸单体构成的聚合物

原因:

脂质不是由相同重复单体构成的，因此和碳水化合物、蛋白质、核酸不同，脂质不是真正的聚合物

正确做法:

说明脂质是一类疏水性大分子，不是真正的聚合物

错误做法:

混淆缩合和水解，认为缩合会断裂聚合物

原因:

学生经常忘记缩合释放水来构建新键，而水解利用水来断裂键

正确做法:

记住：缩合构建聚合物（释放水），水解断裂聚合物（消耗水）

错误做法:

声称只有碳水化合物含有碳、氢、氧

原因:

所有生物大分子都是有机物，因此都含有 C、H、O；蛋白质额外含有氮，核酸额外含有氮和磷

正确做法:

记住所有大分子都含有 C、H、O，蛋白质和核酸含有额外元素

错误做法:

认为所有碳水化合物都只发挥能量储存功能

原因:

许多碳水化合物都有重要的结构功能，这在考试中经常被考察

正确做法:

记住碳水化合物既有能量储存功能（淀粉、糖原），也有结构功能（纤维素、几丁质）

6. 速查表

分子类别	亚基	关键键型	核心功能
碳水化合物	单糖	糖苷键	能量储存、结构支撑
脂质	脂肪酸 + 甘油	酯键	能量储存、细胞膜
蛋白质	氨基酸	肽键	功能多样（催化、结构）
核酸	核苷酸	磷酸二酯键	储存遗传信息

真题中的出现

AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。

2022 · Paper 1
缩合与水解对比选择题
2023 · Paper 2
分子结构与功能简答题
2024 · Paper 1
官能团识别选择题

深入阅读

syllabusIB 生物学 HL 2025 教学大纲主题 C 章节参考

下一步

理解核心生物分子是 IB 生物学 HL 所有后续主题的基础。这个子主题为接下来对每一类生物分子的详细探究打好了基础，掌握这些基础知识会让酶动力学、细胞膜运输、DNA 复制和蛋白质合成等复杂主题更容易理解。这里介绍的结构决定功能的核心主题贯穿主题 C 的所有主题，因此在学习更具体的内容之前掌握这个概念非常重要。