Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Biological molecules · ⁨מולקולות ביולוגיות⁩

A-Level Biology · ⁨ביולוגיה A-Level⁩ · Topic 2 · ⁨נושא 2⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
19:33

מולקולות ביולוגיות

נניח שיש לכם דוגמת מזון לא ידועה. איך תגדו מה היא מכילה? הביולוגיה מציעה טריק מדהים: הוסיפו את הכימיקל המתאים, והצבע יסביר לכם…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

2.1

Testing for biological molecules · ⁨בדיקה לחומרים ביולוגיים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. describe and carry out the Benedict’s test for reducing sugars, the iodine test for starch, the emulsion test for lipids and the biuret test for proteins
  2. describe and carry out a semi-quantitative Benedict’s test on a reducing sugar solution by standardising the test and using the results (time to first colour change or comparison to colour standards) to estimate the concentration
  3. describe and carry out a test to identify the presence of non-reducing sugars, using acid hydrolysis and Benedict’s solution
עברית
  1. תאר ובצע את בדיקת בנדיקט לסוכרים מחלצים, את בדיקת יוד לעמילן, את בדיקת האמולסיה לליפידים ואת בדיקת ביורט לחלבונים
  2. תאר ובצע בדיקת בנדיקט סמי-כמותית על תמיסת סוכר מחלץ על ידי סטנדרטיזציה של הבדיקה ושימוש בתוצאות (זמן לעריכת שינוי צבע ראשונה או השוואה לסטנדרטים) כדי להעריך את הריכוז
  3. תאר ובצע בדיקה לזיהוי נוכחות סוכרים לא-מחלצים, באמצעות הידרוליזה חומצית ותמיסת בנדיקט

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Living things are built from four main kinds of large molecule 分子: carbohydrates 碳水化合物, lipids 脂质, proteins 蛋白质 and nucleic acids 核酸. You can use simple chemical tests to find out which kinds are present in a sample.

Test What it finds Method Positive result
Benedict's test reducing sugar 还原糖 add Benedict's solution and heat in a water bath blue changes to green, yellow, orange, then brick-red precipitate 沉淀
iodine test starch 淀粉 add orange-brown iodine 碘 solution colour changes to blue-black
emulsion test lipid mix sample with ethanol, then pour into water a white, cloudy emulsion 乳浊液 forms
biuret 双缩脲 test protein add biuret solution at room temperature blue changes to purple

Semi-quantitative Benedict's test

The normal Benedict's test only tells you "yes or no". A semi-quantitative 半定量 test gives a rough amount. First you standardise 标准化 the test: you run it on solutions of known concentration 浓度 and record the result for each. Then you can estimate an unknown by either:

  • the time to the first colour change (more sugar changes colour faster), or
  • comparing the final colour to your set of colour standards.

Testing for non-reducing sugars

Some sugars, such as sucrose, are non-reducing sugar 非还原糖: they give a negative Benedict's test. To detect them:

  1. Do a normal Benedict's test first. It stays blue (no reducing sugar).
  2. Take a fresh sample and add dilute hydrochloric acid 盐酸, then heat. This acid hydrolysis breaks the sugar into smaller reducing sugars.
  3. Cool, then neutralise 中和 the acid with sodium hydrogencarbonate.
  4. Now do the Benedict's test again. A brick-red colour shows a non-reducing sugar was present.

Worked example. A solution gives a negative Benedict's test. It is then boiled with dilute hydrochloric acid, neutralised with sodium hydrogencarbonate, and re-tested with Benedict's - now it turns brick-red. What was present, and why is each step needed? The first negative result rules out a reducing sugar. Boiling with acid hydrolyses the glycosidic bond, splitting a non-reducing sugar such as sucrose into its reducing monosaccharides. The neutralising step is essential because Benedict's only works in alkaline conditions - skip it and the test fails even when sugar is present. The positive re-test therefore shows a non-reducing sugar was there all along. Quote the first, negative test as part of the answer: without it, the final red colour cannot tell a non-reducing sugar from a reducing one.

עברית

בעלי חיים בנויים מארבעה סוגים עיקריים של מולקולות גדולות: פחמימות, ליפידים, חלבונים וחומרים גנטיים. ניתן להשתמש בבדיקות כימיות פשוטות כדי לקבוע אילו סוגים נמצאים בדגימה.

שורה של צינורות מבחן הצבעים משתנים מכחול דרך ירוק כתום ועד אדום לבנים
בדיקת בנדיקט: הכחול הופך לירוק, לאחר מכן כתום, ולאחר מכן אדום לבנים כאשר כמות הסוכר המפחית גדולה יותר.
מבחן מה הוא מזהה שיטה תוצאה חיובית
מבחן בנדיקט סוכר מחלץ הוספת תמיסת בנדיקט וחימום במי אמבט השינוי מצבע כחול לירוק, צהוב, כתום, ולאחר מכן משקע אדום-אדמדם
מבחן יוד עמילן הוספת תמיסת יוד כתומה-חומה שינוי צבע לכחול-שחור
מבחן אמולסיה ליפידים ערבוב הדוגמה עם אתנול, ולאז ריקון לתוך מים נוצרת אמולסיה לבנה ועכורה
מבחן ביורט חלבונים הוספת תמיסת ביורט בטמפרטורת החדר שינוי צבע מכחול לסגול

מבחן בנדיקט סמי-כמותי

המבחן הרגיל של בנדיקט מספק רק תשובה "כן או לא". מבחן סמי-כמותי מעניק הערכה לגודל המופיע. קודם יש לתקן את המבחן: לבצע אותו על פתרונות בעלי ריכוז ידוע ולרשום את התוצאה עבור כל אחד. לאחר מכן ניתן להעריך דוגמה לא ידועה באמצעות אחת משתי הדרכים הבאות:

  • הזמן עד לשינוי הצבע הראשון (כמות סוכר גבוהה יותר משנה צבע מהר יותר), או
  • השוואת הצבע הסופי לערכת תקני הצבע שלך.

בדיקת נוכחות סוכרים לא-מחלצים

חלק מהסוכרים, כמו סוכרוז, הם סוכר לא-מחלץ: הם נותנים תוצאה שלילית במבחן בנדיקט. כדי לזהות אותם:

  1. בצע מבחן בנדיקט רגיל תחילה. הצבע נותר כחול (אין סוכר מחלץ).
  2. קח דוגמה טריות והוסף חומצה הידרוכלורית מעודנת, ולאחר מכן חמם. ההידרוליזה החומצית זו שוברת את הסוכר לסוכרים מחלצים קטנים יותר.
  3. קרר, ולאחר מכן נטרל את החומצה עם נתרן הידרוגנפוספט.
  4. כעת בצע את מבחן בנדיקט שוב. צבע אדום-אדמדם מצביע על כך שהיו נוכחים סוכרים לא-מחלצים.
תרשים זרימה ארבעה שלבים: מבחן בנדיקט ראשון נותר כחול, ולאחר מכן חומצה וחימום מבצעים הידרוליזה לסוכר, החומצה מוטראלית, ומבחן בנדיקט שני הופך לאדום-אדמדם
בדיקת נוכחות סוכר לא-מחלץ: להידרוליז אותו עם חומצה תחילה, ולאחר מכן מבחן בנדיקט השני הופך לאדום

דוגמה מופת. פתרון נותן תוצאה שלילית במבחן בנדיקט. הוא מוזר עם חומצה הידרוכלורית מעודנת, מוטראל עם נתרן הידרוגנפוספט, ומובדק שוב עם בנדיקט - הפעם הוא הופך לאדום-אדמדם. מה היה נוכח, ולמה נדרשת כל שלב? התוצאה השלילית הראשונה שוללת סוכר מחלץ. הזרחה עם חומצה מבצעת הידרוליזה לקשר הגליקוזידי, ומפרדת סוכר לא-מחלץ כמו סוכרוז למonosaccharides מחלצים שלו. שלב הניטרול הכרחי כי בנדיקט עובד רק בתנאים בסיסיים - אם מתעברים עליו, המבחן נכשל גם כאשר סוכר נוכח. לכן, תוצאת המבחן החיובית מאשרת שסוכר לא-מחלץ היה נוכח לאורך כל הדרך. ציין את המבחן הראשון, השלילי, כחלק מתשובה: ללא זאת, צבע האדום הסופי אינו יכול להבדיל בין סוכר לא-מחלץ לסוכר מחלץ.

Explore · ⁨חקור⁩

Testing for a non-reducing sugar · ⁨מבחן לסוכר לא-מחזיר⁩

Step through the trick: a non-reducing sugar stays blue, so you hydrolyse it with acid, neutralise, then re-test. · ⁨צעד אחר צעד בשיטה: סוכר לא-מחזיר נשאר כחול, לכן מתפרקים אותו בחומצה, ממליחים, ואז בודקים שוב.⁩

2.2

Carbohydrates · ⁨פחמימות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. describe and draw the ring forms of α-glucose and β-glucose
  2. define the terms monomer, polymer, macromolecule, monosaccharide, disaccharide and polysaccharide
  3. state the role of covalent bonds in joining smaller molecules together to form polymers
  4. state that glucose, fructose and maltose are reducing sugars and that sucrose is a non-reducing sugar
  5. describe the formation of a glycosidic bond by condensation, with reference to disaccharides, including sucrose, and polysaccharides
  6. describe the breakage of a glycosidic bond in polysaccharides and disaccharides by hydrolysis, with reference to the non-reducing sugar test
  7. describe the molecular structure of the polysaccharides starch (amylose and amylopectin) and glycogen and relate their structures to their functions in living organisms
  8. describe the molecular structure of the polysaccharide cellulose and outline how the arrangement of cellulose molecules contributes to the function of plant cell walls
  9. state that triglycerides are non-polar hydrophobic molecules and describe the molecular structure of triglycerides with reference to fatty acids (saturated and unsaturated), glycerol and the formation of ester bonds
  10. relate the molecular structure of triglycerides to their functions in living organisms
  11. describe the molecular structure of phospholipids with reference to their hydrophilic (polar) phosphate heads and hydrophobic (non-polar) fatty acid tails
עברית
  1. תאר ושרטט את צורות הטבעת של אלפא-גלוקוז וביטא-גלוקוז
  2. הגדר את המונחים מונומר, פולימר, מקרומולקולה, מונוסכריד, דיסכריד ופוליסכריד
  3. ציין את תפקודם של קשרים קוולנטיים בחיבור מולקולות קטנות יחד ליצירת פולימרים
  4. ציין כי גלוקוז, פרוקטוז ומלטוז הם סוכרים מחלצים וכי סוכרוז הוא סוכר לא-מחלץ
  5. תאר את יצירת קשר גליקוזידי באמצעות התכנסות, בהתייחס לדיסכרידים, כולל סוכרוז, ולפוליסכרידים
  6. תאר שבירת קשר גליקוזידי בפוליסכרידים ובדיסכרידים באמצעות הידרוליזה, בהתייחס לבדיקת הסוכר הלא-מחלץ
  7. תאר את המבנה המולקולרי של הפוליסכרידים עמילן (אמילוז ואמילופקטין) וגליקוגן וקשר בין המבנים שלהם לתפקידם באורגניזמים חיים
  8. תאר את המבנה המולקולרי של הפוליסכריד צלולוז וסקור כיצד סידור מולקולות הצלולוז תורם לתפקיד קירות התא בצמחים
  9. ציין כי טריגליצרידים הם מולקולות הידרופוביות לא-קוטביות ותאר את המבנה המולקולרי שלהן בהתייחס לחומצות שומן (רווי ובלתי-רווי), גליצרול ויצירת קשרי אסטר
  10. קשר בין המבנה המולקולרי של טריגליצרידים לתפקידם באורגניזמים חיים
  11. תאר את המבנה המולקולרי של פוספוליפידים בהתייחס לראשי פוספט הידרופיליים (קוטביים) וזנבות חומצות שומן הידרופוביים (לא-קוטביים)

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Monomers, polymers and macromolecules

  • a monomer 单体 is a small molecule that is a single unit.
  • a polymer 聚合物 is a long molecule made of many monomers joined together.
  • a macromolecule 大分子 is any very large molecule.

Sugars come in three sizes:

  • a monosaccharide 单糖 is a single sugar unit, such as glucose 葡萄糖 and fructose.
  • a disaccharide 二糖 is two units joined, such as maltose and sucrose.
  • a polysaccharide 多糖 is many units joined into a polymer.

Glucose, fructose 果糖 and maltose 麦芽糖 are reducing sugars. Sucrose 蔗糖 is a non-reducing sugar.

Two ring forms of glucose

Glucose has six carbon atoms and forms a ring. There are two ring forms. They differ only at carbon 1:

  • in α-glucose, the –OH group on carbon 1 points down, below the ring.
  • in β-glucose, the –OH group on carbon 1 points up, above the ring.

This small difference decides which polysaccharide the glucose can build.

Joining and breaking sugars

Monomers are joined by strong covalent bonds 共价键. When two sugars join, a glycosidic bond 糖苷键 forms between them. This happens by condensation 缩合: a molecule of water is removed each time a bond forms.

The reverse is hydrolysis 水解: a water molecule is added to break a glycosidic bond. This is why the non-reducing sugar test needs acid and heat — they hydrolyse sucrose into glucose and fructose.

Storage polysaccharides: starch and glycogen

Starch is the energy 能量 store in plants. It is made of two polymers of α-glucose:

  • amylose 直链淀粉 — a long, unbranched chain that coils into a spiral.
  • amylopectin 支链淀粉 — a chain with many side branches.

Glycogen 糖原 is the energy store in animals. It is like amylopectin but has even more branches, so it can be broken down quickly when energy is needed.

These stores suit their job well: they are compact, they are insoluble 不溶 (so they do not leave the cell), and they do not change the water potential 水势 of the cell (so they do not pull water in by osmosis 渗透). The many branches give many ends, so glucose can be added or removed fast.

Cellulose

Cellulose 纤维素 is made of β-glucose. Because of the β form, every other glucose is flipped over, so the chains are long and straight. Many straight chains lie side by side and are held together by hydrogen bonds 氢键 into strong bundles called microfibrils 微纤丝. These give the plant cell wall 细胞壁 its strength and stop the cell bursting.

עברית

מונומרים, פולימרים ומקרומולקולות

  • מונומר הוא מולקולה קטנה המהווה יחידה בודדת.
  • פולימר הוא מולקולה ארוכה הנוצרת מכמה מונומרים המחוברים זה לזה.
  • מקרומולקולה היא כל מולקולה גדולה מאוד.

סוכרים מגיעים בשלושה גדלים:

  • מונו-סכריד הוא יחידת סוכר בודדת, כמו גלוקוז ופרוקטוז.
  • די-סכריד שתי יחידות המחוברות זו לזו, כמו maltose (מלטוז) וsucrose (סוכרוז).
  • פולי-סכריד הוא הרבה יחידות המחוברות לפולימר.

גלוקוז, פרוקטוז ו-מלטוז הם סוכרים מיישרים. סוכרוז הוא סוכר לא-מייצר.

שתי צורות טבעת של גלוקוז

לגלוקוז יש שישה אטומי פחמן והוא יוצר טבעת. ישנן שתי צורות טבעת. הן נבדקות רק באטום הפחמן 1:

  • ב-α-גלוקוז, קבוצת ה–OH על הפחמן 1 מצביעה למטה, מתחת לטבעת.
  • ב-β-גלוקוז, קבוצת ה–OH על הפחמן 1 מצביעה למעלה, מעל הטבעת.

ההבדל הקטן הזה קובע איזה פולי-סכריד הגלוקוז יכול לבנות.

שתי תרשימי טבעת פשוטים של גלוקוז זה לצד זה; בגלוקוז אלפא ההידרוקסיל על הפחמן 1 מצביע למטה, בגלוקוז בטא הוא מצביע למעלה
שתי צורות הטבעת נבדקות רק באטום הפחמן 1: ה–OH מצביע למטה ב-α, למעלה ב-β

חיבור ושבירת סוכרים

מונומרים מחוברים על ידי קשרים קוולנטיים חזקים. כאשר שני סוכרים נמצאים ביחד, נוצר ביניהם קשר גליקוזידי. תהליך זה מתרחש באמצעות התכווצות: כל פעם שנוצר קשר, מולקולת מים נשלפת.

התהליך ההפוך הוא הידרוליזה: מולקולת מים מוסיפה כדי לשבור קשר גליקוזידי. סיבה זו היא מדוע מבחן הסוכר הלא-מייצר דורש חומצה וחום — הם מבצעים הידרוליזה של סוכרוז לגלוקוז ולפרוקטוז.

שני מונומרים המתחברים באמצעות תגובת קונדנסציה ליצירת פולימר הקשור בקשר גליקוזידי, עם שחרור מים; התגובה ההפוכה היא הידרולזה הכוללת הוספת מים
התכווצות משלפת מים לחיבור מונומרים; הידרוליזה מוסיפה מים לשבירתם

פוליסכרידים לאגירה: עמילן וגליקוגן

עמילן הוא מאגר האנרגיה בצמחים. הוא מורכב משני פולימרים של α-גלוקוז:

  • אמילוז — שרשרת ארוכה וללא ветвление (בלתי מעורעת) המתגלגלת לספירלה.
  • אמילופקטין — שרשרת עם הרבה ענפים צדדיים.

גליקוגן הוא מאגר האנרגיה בבעלי חיים. הוא דומה לאמילופקטין אך בעל עוד יותר ענפים, כך שהוא ניתן לפירוק מהיר כאשר נדרש אנרגיה.

מאגרים אלו מתאימים היטב למשימתם: הם קומפקטיים, הם בלתי מסיסים (וכך אינם עוברים החוצה מהתא), והם אינם משנים את ה-פוטנציאל המים בתא (וכך אינם גורמים לכניסת מים על ידי אוסמוזה). הענפים הרבים מספקים סוף רב, כך שגלוקוז יכול להיוסף או להיפטר ממנו במהירות.

גרגרי עמילן עגולים רבים הנראים מתחת למיקרוסקופ, מצופים בחומצה יודית בצבע חום, עם קו סקאלה המראה 0.1 מ"מ
גרגרי עמילן אמיתיים בתוך תפוח אדמה, מצופים על ידי יוד. כל גרעין הוא אריזת צפופה ובלתי מסיסה של אמילוז ואמילופקטין — שימו לב לקנה מידה: הגדולים ביותר הם בקוטר של כ-0.1 מ"מ בלבד

תאית

תאית מורכבת מ-β-גלוקוז. בשל הצורה ה-β, כל גלוקוז שני מתהפך, כך שהשרשראות הן ארוכות וישרות. שרשראות ישרות רבות נמצאות ליד אחת את השנייה ומחוברות על ידי קשרי מימן לחבילות חזקות הנקראות מיקרופיבריליות. אלו מעניקות לקיר התא צמחי את חוזקו ומונעות מהתא להתפוצץ.

ארבעה פולימרים של גלוקוז בהשוואה: אמילוז הוא שרשרת מגולגלת, אמילופקטין הוא מעורע, גליקוגן הוא בעל ענפים צפופים יותר, ותאית היא שרשראות ישרות המונחות ליד אחת את השנייה *הצורה מתאימה למשימה: אמילוז מתגלגל ואמילופקטין/גליקוגן מעורעים (למערכות אגירה קומפקטיות), בעוד ששרשראות תאית ישרות נעטפות סיבים חזקים

Explore · ⁨חקור⁩

Condensation and hydrolysis · ⁨התכנסות והידרוליזה⁩

Step through how two sugars join. Condensation removes one water to make the bond; hydrolysis is the reverse — adding water splits it again. · ⁨צעד אחר צעד איך שני סוכרים מתחברים. התכנסות מסירה מולקולת מים אחת ליצירת הקשר; הידרוליזה היא ההפך — הוספת מים מפצלת אותו שוב.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
starch/stɑːtʃ/ עמילן
iodine/ˈaɪədiːn/ יוד
emulsion/ɪˈmʌlʃn/ תמיסת חלב
biuret/ˈbɪjuːrət/ ביורט
semi-quantitative/ˈsemi ˈkwɒntɪteɪtɪv/ מחצית-כמותי
standardise/ˈstændədaɪz/ תקן
concentration/ˌkɒnsənˈtreɪʃn/ ריכוז
non-reducing sugar/nɒn rɪˈdjuːsɪŋ ˈʃʊɡə/ סוכר לא מחזר
hydrochloric acid/ˌhaɪdrəˈklɔːrɪk ˈæsɪd/ חומצת הידרוכלורית
neutralise/ˈnjuːtrəlaɪz/ נטרול
monomer/ˈmɒnəʊmə/ מונומר
polymer/ˈpɒlɪmə/ פולימר
macromolecule/ˈmækrəmɒlɪkjuːl/ מקרומולקולה
monosaccharide/ˈmɒnəʊsækɑːraɪd/ מונוסכריד
glucose/ˈɡluːkəʊs/ גלוקוז
disaccharide/ˌdɪsəkˈhɑːraɪd/ דיסכריד
polysaccharide/ˌpɒlɪˈsækɑːraɪd/ פוליסכריד
fructose/ˈfrʌktəʊs/ פרוקטוז
maltose/ˈmɒltəʊs/ מלטוז
sucrose/ˈsuːkrəʊs/ סוכרוז
covalent bond/ˈkəʊvələnt bɒnd/ קשר קוולנטי
glycosidic bond/ˌɡlaɪkəˈsɪdɪk bɒnd/ קשר גליקוסידיות
condensation/kɒndenˈseɪʃn/ קונדנסציה
hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ הידרוליזה
energy/ˈenədʒi/ אנרגיה
amylose/ˈæmɪləʊs/ אמילוז
amylopectin/ˈæmɪləʊpktɪn/ אמילופקטין
glycogen/ˈɡlaɪkədʒn/ גליקוגן
insoluble/ɪnˈsɒljuːbl/ בלתי מסיס
water potential/ˈwɔːtə pəˈtenʃl/ פוטנציאל מים
osmosis/ɒzˈməʊsɪs/ אוסמוזה
cellulose/ˈseljuːləʊs/ צלולוזין
2.2

Lipids · ⁨ליפידים⁩

English

Triglycerides

A triglyceride 甘油三酯 is the main fat or oil. It is non-polar 非极性 and hydrophobic 疏水 (it does not mix with water). It is made from one glycerol 甘油 molecule joined to three fatty acids 脂肪酸 by ester bonds 酯键. Each ester bond forms by condensation, so three water molecules are removed.

Fatty acids are of two kinds:

  • saturated 饱和 — no carbon–carbon double bonds 双键; these fats are usually solid.
  • unsaturated 不饱和 — one or more double bonds; these oils are usually liquid.

Triglycerides make a good long-term energy store: they release about twice as much energy per gram as carbohydrates, they are insoluble, and they store little extra mass because they hold no water. Under the skin they also give insulation 隔热 and protect the organs.

Phospholipids

A phospholipid 磷脂 is like a triglyceride, but one fatty acid is replaced by a phosphate 磷酸 group. This gives the molecule two ends with different behaviour:

  • a hydrophilic 亲水 ("water-loving") polar 极性 phosphate head.
  • two hydrophobic ("water-fearing") fatty acid tails.

This split personality is why phospholipids form the membranes around cells.

עברית

טריגליצרידים

טריגליצריד הוא השמן או השומן העיקרי. הוא לא מקוטב והידרופובי (אינו מתערבב עם מים). הוא מורכב ממולקולה אחת של גליצרול מחוברת לשלושה חומצות שומן באמצעות קשרי אסטר. כל קשר אסטר נוצר באמצעות תגובת התייבשות, כך שנשלפים שלושה מולקולות מים.

טריגליסריד: שלד גליצרול בצד שמאל מחובר לשלוש שרשראות חומצות שומן על ידי קשרי אסטר; שתי שרשראות ישרות (רווי) ואחת בעלת כיפוף (לא רווי)
גליצרול אחד ועם שלוש זנבי חומצות שומן; זנב ישר הוא רווי, זנב מכופף הוא לא רווי

חומצות שומן הן משני סוגים:

  • רוויות — אין להן קשרים כפולים פחמן-פחמן; שומנים אלו הם בדרך כלל מוצקים.
  • לא רוויות — יש להן קשר כפול אחד או יותר; שמנים אלו הם בדרך כלל נוזליים.

טריגליצרידים מהווים מאגר אנרגיה ארוך טווח טוב: הם משחררים פי שתי אנרגיה לערך בכל גרם בהשוואה לפחמימות, הם בלתי מסיסים במים, ואינם מעמיסים מסה נוספת רבה משום שהם אינם מכילים מים. מתחת לעור הם גם מספקים בידוד תרמי ומגנים על האיברים.

פוספוליפידים

פוספוליפיד דומה לטריגליצריד, אך חומצה שומנית אחת מחולפת על ידי קבוצת פוספט. הדבר נותן למולקולה שני קצוות עם התנהגות שונה:

  • ראש קוטבי (פולארי) של פוספט הידרופילי ("אהוב מים").
  • שני זנבות חומצות שומן הידרופוביים ("חושדי מים").

המאפיין הכפול הזה הוא הסיבה לכך שפוספוליפידים יוצרים את הממברנות סביב התאים.

פוספוליפיד יחיד שנוקד כראש עם שני זנבות, והרבה מהם מסודרים בשכבה כפולה כאשר הראשים פונים למים משני הצדדים והזנבות נפגשים באמצע
הראשים ההידרופיליים פונים למים; הזנבות ההידרופוביים נסתרים בפנים ויוצרים שכבה כפולה
Explore · ⁨חקור⁩

Building a triglyceride · ⁨בניית טריגליצרید⁩

Watch one glycerol join three fatty acids. Each ester bond forms by condensation, removing one water — three bonds, three waters. · ⁨צפו איך גליצרול אחד מצטרף לשלושה חומצות שומן. כל קשר אסטרי מתעשה על ידי תגובת התייבשות, הנפרדת ממנו מולקולת מים אחת – שלושה קשרים, שלושה מולקולות מים.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
molecule/ˈmɒlɪkjuːl/ מולקולה
carbohydrate/ˌkɑːbəʊˈhaɪdreɪt/ פחמימה
lipid/ˈlɪpɪd/ ליפיד
triglyceride/ˈtrɪɡlɪsəraɪd/ טריגליצריד
non-polar/nɒn ˈpəʊlə/ לא פולרי
hydrophobic/ˌhaɪdrəˈfəʊbɪk/ הידרופובי
glycerol/ˈɡlɪsərɒl/ גליצרול
fatty acid/ˈfæti ˈæsɪd/ חומצה שומנית
ester bond/ˈestə bɒnd/ קשר אסטר
saturated/ˈsætʃəreɪtɪd/ רוויה
double bond/ˈdʌbl bɒnd/ קשר כפול
unsaturated/ʌnˈsætʃəreɪtɪd/ לא רוויה
insulation/ˌɪnsjuːˈleɪʃn/ בידוד
phospholipid/ˈfɒsfəlɪpɪd/ פוספוליפיד
phosphate/ˈfɒsfeɪt/ פוספט
hydrophilic/ˌhaɪdrəˈfɪlɪk/ הידרופילי
polar/ˈpəʊlə/ קוטבי
2.3

Proteins · ⁨חלבונים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. describe and draw the general structure of an amino acid and the formation and breakage of a peptide bond
  2. explain the meaning of the terms primary structure, secondary structure, tertiary structure and quaternary structure of proteins
  3. describe the types of interaction that hold protein molecules in shape: • hydrophobic interactions • hydrogen bonding • ionic bonding • covalent bonding, including disulfide bonds
  4. state that globular proteins are generally soluble and have physiological roles and fibrous proteins are generally insoluble and have structural roles
  5. describe the structure of a molecule of haemoglobin as an example of a globular protein, including the formation of its quaternary structure from two alpha (α) chains (α–globin), two beta (β) chains (β–globin) and a haem group
  6. relate the structure of haemoglobin to its function, including the importance of iron in the haem group
  7. describe the structure of a molecule of collagen as an example of a fibrous protein, and the arrangement of collagen molecules to form collagen fibres
  8. relate the structures of collagen molecules and collagen fibres to their function
עברית
  1. תאר ושרטט את המבנה הכללי של חומצה אמינו ואת יצירת ושבירת קשר פפטידי
  2. הסבר את המשמעות של המונחים מבנה ראשוני, מבנה משני, מבנה טרטי ומבנה רביעי של חלבונים
  3. תאר את סוגי האינטראקציה המחזיקים את מולקולות החלבון בצורתן: • אינטראקציות הידrofוביות • קישור מימן • קישור יוני • קישור קוולנטי, כולל קשרי דיסולפיד
  4. ציין שחלבונים גלובולריים הם לרוב מסיסים ומשמש תפקידים פזיולוגיים, ואילו חלבונים סיביים הם לרוב לא מסיסים ומשמש תפקידים מבניים
  5. תאר את מבנה מולקולת המוגלובין כדוגמה לחלבון גלובולרי, כולל היווצרות המבנה הרביעי שלו משתי שרשראות אלפא (α) (אלפא-גלובין), שתי שרשראות בטה (β) (בטה-גלובין) וקבוצת האם
  6. הקשר בין המבנה של המוגלובין לבין הפונקציה שלו, כולל החשיבות של ברזל בקבוצת האם
  7. תאר את מבנה מולקולת קולגן כדוגמה לחלבון סיבי, והסדר המולקולות של קולגן ליצירת סיבי קולגן
  8. הקשר בין מבני מולקולות הקולגן וסיבי הקולגן לפונקציה שלהם

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Amino acids and the peptide bond

Proteins are polymers of amino acids 氨基酸. Every amino acid has the same general structure around a central carbon atom: an amino group 氨基 (–NH₂), a carboxyl group 羧基 (–COOH), a hydrogen atom, and a variable side chain 侧链 (the R group). The R group is different in each amino acid.

Two amino acids join by condensation. The bond formed between the amino group of one and the carboxyl group of the next is a peptide bond 肽键, and a water molecule is removed. Many amino acids joined this way make a polypeptide 多肽. Adding water (hydrolysis) breaks a peptide bond.

Four levels of protein structure

Level What it means
primary structure 一级结构 the order of amino acids in the chain
secondary structure 二级结构 local shapes — the α-helix 螺旋 and the β-pleated sheet 折叠片 — held by hydrogen bonds
tertiary structure 三级结构 the whole chain folded into a precise 3-D shape
quaternary structure 四级结构 two or more polypeptide chains joined into one protein

The folded shape is held together by four kinds of interaction between R groups:

  • hydrophobic interactions 疏水作用 (non-polar R groups cluster away from water).
  • hydrogen bonding.
  • ionic bonds 离子键 (between charged R groups).
  • covalent bonding, including strong disulfide bonds 二硫键.

Globular and fibrous proteins

  • globular proteins 球状蛋白质 fold into a rounded shape, are usually soluble 可溶, and do jobs in the body (for example enzymes and haemoglobin).
  • fibrous proteins 纤维状蛋白质 form long strands, are usually insoluble, and give structure and support (for example collagen).

Haemoglobin — a globular protein

Haemoglobin 血红蛋白 carries oxygen 氧气 in red blood cells. It has a quaternary structure made of four polypeptide chains: two alpha (α-globin) chains and two beta (β-globin) chains. Each chain holds a haem group 血红素. At the centre of each haem group is an iron 铁 atom, and this is where one oxygen molecule binds. Four chains mean one haemoglobin molecule can carry four oxygen molecules.

Collagen — a fibrous protein

Collagen 胶原蛋白 gives strength to skin, tendons 肌腱, bone and blood vessel walls. One collagen molecule is three polypeptide chains wound tightly around each other in a triple strand, held by hydrogen bonds. Many of these molecules lie side by side, slightly staggered, and are cross-linked into thick fibres 纤维. The staggered, cross-linked arrangement makes collagen very strong when pulled.

עברית

חומצות אמינו וקשר הפפטידי

חלבונים הם פולימרים של חומצות אמינו. לכל חומצה אמינו אותה מבנה כללי סביב אטום פחמן מרכזי: קבוצת אמינו (–NH₂), קבוצת קרבוקסיל (–COOH), אטום מימן, ושרשרת צד משתנה (להקראת R). ה-R שונה בכל חומצה אמינו.

שתי חומצות אמינו מתחברות באמצעות תגובת עיבוי. הקשר שנוצר בין קבוצת האמינו של אחת לקבוצת הקרבוקסיל של הבאה הוא קשר פפטידי, ומולקולת מים משתחררת. חיבור של הרבה חומצות אמינו בצורה זו יוצר פוליפפטיד. הוספת מים (הידרוליזה) שוברת קשר פפטידי.

המבנה הכללי של חומצה אמינו עם פחמן מרכזי הקשור לקבוצת אמינו, קבוצת קרבוקסיל, מימן ושרשרת צד R; למטה, שתי חומצות אמינו מתחברות בקשר פפטידי ומשחררות מים
לכל חומצה אמינו יש קבוצת אמינו, קבוצת קרבוקסיל וקבוצת R; שתי חומצות אמינו מתחברות בקשר פפטידי

ארבע רמות של מבנה החלבון

רמה משמעות
מבנה ראשוני הסדר של חומצות האמינו בשרשרת
מבנה משני צורות מקומיות — ה-אלפא-הליקס וה-גיליון המקופל בטא — הנשמרות על ידי קשרי מימן
מבנה משולש כל השרשרת מתקפלת לצורה מדויקת בת 3-מימדית
מבנה רביעי שתי או יותר שרשראות פוליפפטיד המתחברות לחלבון אחד
ארבעה לוחות המציגים את רמות המבנה של חלבונים: שרשרת חרוזים (ראשונית), אלפא-הלוקס ובלק-שטח (משנייה), צורה מתקפלת (תרצית) וכמה שרשראות מתקפלות יחד (רביעית)
הארבע רמות: מבנה ראשוני → משני → תרצי → רביעי

הצורה המתקפלת מושתמרת על ידי ארבעה סוגי אינטראקציות בין קבוצות R:

  • אינטראקציות הידרופוביות (קבוצות R לא-קוטביות מצטברות הרחק מהמים).
  • קישור מימן.
  • קשרים יוניים (בין קבוצות R טעונות).
  • קישור קוולנטי, כולל קשרי דיסולפידי חזקים.

חלבונים גלובולריים וסיביים

  • חלבונים גלובולריים מתקפלים לצורה עגולה, הם בדרך כלל מתמוסים, ומבצעים פונקציות בגוף (למשל אנזימים והמוגלובין).
  • חלבונים סיביים יוצרים סיבים ארוכים, הם בדרך כלל לא מתמוסים, ומספקים מבנה ותמיכה (למשל קולגן).

המוגלובין — חלבון גלובולי

המוגלובין מעביר חמצן בתוך תאי הדם האדומים. יש לו מבנה רביעי המורכב מארבע שרשראות פוליפפטידיות: שתי שרשראות אלפא (אלפא-גלובין) ושתי שרשראות בטא (בטא-גלובין). כל שרשרת מכילה קבוצת הלם. במרכז כל קבוצת הלם נמצא אטום ברזל, ובמקום זה נקשרת מולקולת חמצן אחת. ארבע שרשראות פירושו שמולקולת המוגלובין אחת יכולה לשאת ארבע מולקולות חמצן.

מודל של מולקולת המוגלובין אחת: שתי שרשראות אדומות ושתי שרשראות כחולות מתלהבות ללוקסים, כל שרשרת מכילה קבוצת הלם ירוקה
מולקולת המוגלובין האמיתית, שנוקבה מתוך נתוני קרינת ایکס. ספרו אותם: שתי שרשראות אלפא (אדומות), שתי שרשראות בטא (כחולות), ואחת קבוצת הלם ירוקה בשליטה בכל אחת — כלומר ארבע מולקולות חמצן בסך הכל

קולגן — חלבון סיבי

קולגן מעניק חוזק לעור, ** guest tendons**, עצם ולחליפת כלי הדם. מולקולת קולגן אחת היא שלושה שרשראות פוליפפטידיות הנעטפות בחוזקה זו על זו בשרשרת משולשת, המושתמרות על ידי קשרים מימניים. מספר רב של מולקולות אלו מונחות זה לצד זה, מעט זזות, ומקושרות בצורה צולבת לסיבים עבים. הסידור הזז והמקושר בצורה צולבת גורם לקולגן להיות חזק מאוד כאשר נמשך.

Explore · ⁨חקור⁩

The four levels of protein structure · ⁨ארבע רמות המבנה של חלבון⁩

Build a protein up one level at a time: sequence → local shapes → a folded 3-D shape → several chains joined. · ⁨בנה חלבון שלב אחר שלב: רצף → צורות מקומיות → צורה מתקפלת ⟨3⟩-D → מספר שרשראות מחוברות.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
protein/ˈprəʊtiːn/ חלבון
nucleic acid/njuːˈklɪɪk ˈæsɪd/ חומצה גנטית
reducing sugar/rɪˈdjuːsɪŋ ˈʃʊɡə/ סוכר מייצר
precipitate/prɪˈsɪpɪteɪt/ משקע
amino acid/əˈmiːnəʊ ˈæsɪd/ חומצה אמינית
amino group/əˈmiːnəʊ ɡruːp/ קבוצת אמינו
carboxyl group/ˈkɑːbəksɪl ɡruːp/ קבוצת קربوكسی
side chain/saɪd tʃeɪn/ שרשרת צד
peptide bond/ˈpeptaɪd bɒnd/ קשר פפטידי
polypeptide/ˌpɒlɪˈpeptaɪd/ פוליפפטיד
primary structure/ˈpraɪməri ˈstrʌktʃə/ מבנה ראשוני
secondary structure/ˈsekəndəri ˈstrʌktʃə/ מבנה משני
helix/ˈhiːlɪks/ אלפא-הליקס
pleated sheet/ˈpliːtɪd ʃiːt/ לוח קמור
tertiary structure/ˈtɜːʃjəri ˈstrʌktʃə/ מבנה תרטיי
quaternary structure/kwəˈtɜːnəri ˈstrʌktʃə/ מבנה רביעי
hydrophobic interactions/ˌhaɪdrəˈfəʊbɪk ˌɪntəˈrækʃnz/ אינטראקציות הידrofוביות
ionic bond/aɪˈɒnɪk bɒnd/ קשר יוני
disulfide bond/ˈdaɪsəlfaɪd bɒnd/ קשר דיסולפידי
globular protein/ˈɡlɒbjʊlə ˈprəʊtiːn/ חלבון גלובולרי
soluble/ˈsɒljuːbl/ מסיס
fibrous protein/ˈfɪbrəs ˈprəʊtiːn/ חלבון סיבי
haemoglobin/ˌhiːməˈɡləʊbɪn/ המוגלובין
oxygen/ˈɒksɪdʒn/ חמצן
haem group/hiːm ɡruːp/ קבוצת האם
iron/ˈaɪən/ ברזל
collagen/ˈkɒlədʒn/ קולגן
tendon/ˈtendn/ 肌腱 (גיד)
fibre/ˈfaɪbə/ סיבים תזונתיים
solvent/ˈsɒlvənt/ ממיס
specific heat capacity/spəˈsɪfɪk hiːt kəˈpæsɪti/ קיבוע חום ספציפי
latent heat of vaporisation/ˈleɪtənt hiːt ɒv ˌveɪpəraɪˈzeɪʃn/ חום אידוי נסתר
evaporate/ɪˈvæpəreɪt/ להכין
2.4

Water · ⁨מים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. explain how hydrogen bonding occurs between water molecules and relate the properties of water to its roles in living organisms, limited to solvent action, high specific heat capacity and latent heat of vaporisation
עברית
  1. הסבר כיצד מתרחש קישור מימן בין מולקולות מים והקשר בין תכונות המים לתפקידיהם באורגניזמים חיים, בהגבלה של פעולת ממס, קיבוע חום ספציפי גבוה וחום אידוי נסתר

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Water is a small molecule, but its two O–H bonds are polar: the oxygen end is slightly negative and the hydrogen ends are slightly positive. So one water molecule attracts its neighbours, forming weak hydrogen bonds between them. These hydrogen bonds explain water's useful properties:

  • solvent action — water is a good solvent 溶剂, so many substances dissolve in it. This lets reactions happen and lets substances be carried around the body.
  • high specific heat capacity 比热容 — water needs a lot of energy to warm up, so its temperature stays steady. This protects living things from quick temperature changes.
  • latent heat of vaporisation 汽化潜热 — water needs a lot of energy to evaporate 蒸发. So when water evaporates (for example as sweat dries), it carries away a lot of heat and cools the body.
עברית

מים הם מולקולה קטנה, אך שני הקשרים O–H שלה הם קוטביים: הצד של החמצן הוא מעט שלילי וצדדי ההידרוגן הם מעט חיוביים. כך שמולקולת מים אחת מושכת את שכנותיה, ויוצרת ביניהן קשרים מימניים חלשים. קשרים מימניים אלו מסבירים את התכונות המועילות של המים:

  • פעולת ממס — מים הם ממס טוב, ולכן חומses רבות מתמוסים בהם. זאת מאפשרת תגובות להתרחש ומאפשרת לחומses להעברת בגוף.
  • קיבולת חום ספציפית גבוהה — מים דורשים הרבה אנרגיה להתחמם, ולכן הטמפרטורה שלהם נשארת יציבה. זה מגן על בעלי חיים מפני שינויי טמפרטורה מהירים.
  • חום אידוי — למים נדרשת כמות רבה של אנרגיה כדי להתאדות. לכן, כאשר מים מתאדים (למשל כשזיעה מתייבשת), הם נושאים עמם כמות גדולה של חום ומקררים את הגוף.

שלושה מולקולות מים, כל אחת עם חמצן טעון מעט בחלקו השלילי והידרוגנים טעונים מעט בחלקו החיובי; קשרי מימן מקווקעים מחברים את ההידרוגן של מולקולה אחת לחמצן של המולקולה הבאה *מים הם קוטביים (חמצן δ−, הידרוגנים δ+), ולכן המולקולות שלהן נמשכות זו לזו באמצעות קשרי מימן — זהו הסיבה לכל התכונות הנ"ל

Explore · ⁨חקור⁩

Why water is polar · ⁨למה המים מקוטבים⁩

Tap each part. Oxygen pulls the shared electrons closer, so it is slightly negative and the hydrogens slightly positive — and these opposite charges form hydrogen bonds. · ⁨לחץ על כל חלק. החמצן מושך את האלקטרונים המשותפים קרוב יותר, ולכן הוא מעט שלילי והמימן מעט חיובי — ומטענים מנוגדים אלו יוצרים קשרי מימן.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
hydrogen bond/ˈhaɪdrədʒn bɒnd/ קשר מימן
microfibril/ˈmaɪkrəʊfɪbrəl/ מיקרופריבל
cell wall/sel wɔːl/ דופן תא
2.4

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

English
  • Learn each food test as reagent + positive result + colour change (Benedict's → brick-red; iodine → blue-black; biuret → purple; emulsion → white).
  • Benedict's detects reducing sugars; for a non-reducing sugar you must hydrolyse with acid first, then re-test.
  • Name the bond precisely: glycosidic (carbohydrates), ester (lipids), peptide (proteins) — all made by condensation (water removed).
  • Link structure to function: cellulose (straight chains, H-bonds → strong), glycogen/starch (branched/coiled → compact store).
  • For proteins, name the bond at each level: primary (peptide), secondary (hydrogen), tertiary (R-group interactions), quaternary.
עברית
  • ללמוד כל מבחן מזון כתרכובת תגובה + תוצאה חיובית + שינוי צבע (בנדיקט → לבני-אדום; יוד → כחול-שחור; ביואורט → סגול; אמולסיה → לבן).
  • בנדיקט זיהוי סוכרים מחדשים; עבור סוכר לא-מחדש יש לפרק חומצית תחילה, ולאחר מכן לבצע בדיקה מחודשת.
  • לקרוא לקשר במדויק: גליקוזידי (פחמימות), אסטרי (ליפידים), פפטידי (חלבונים) — כולם נוצרים באמצעות התכנסות (הסרת מים).
  • לקשר מבנה לפונקציה: תאית (שרשראות ישרות, קשרי H → חזק), גליקוגן/עמילן (מסועפים/סלולים → אחסון דחוס).
  • עבור חלבונים, לקרוא לקשר בכל רמה: ראשונית (פפטידי), משנית (מימן), משולשית (אינטראקציות K-קבוצה), רביעית.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in A-Level Biology · ⁨ביולוגיה A-Level⁩ · ⁨נושאים נוספים בA-Level Biology · ⁨ביולוגיה A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP