磷脂是「細胞膜」主要素材 Phospholipids Are thr Main Structural Components of Cell Membranes

探索生命《生物學》7

《如詩般 寧靜》

1.   有一種脂類稱為磷脂phospholipids，它的結構是脂肪分子的其中1個脂肪酸被磷酸取代。常見的磷脂分子，由1個甘油glycerol，2個脂肪酸和1個磷酸原子群所組成，並且磷酸分子與含氮的原子群連接。

2.   磷脂分子中，磷酸與甘油連接的位置，本來是脂肪分子的脂肪酸與甘油連接的位置。因為磷酸容易解離釋出氫離子（帶正電的氫原子核/質子），因此磷酸會有一個氧原子因為失去質子變成得帶負電。

3.   而磷酸所連接的含氮原子群，因為氮原子會吸引氫離子（帶正電的氫原子核）變得帶正電極性。簡單地說，磷脂分子頭端的磷酸與含氮的原子群是具有強烈極性的，因此磷脂分子能溶於水。

4.   然而，磷脂分子的尾端是2個長長的脂肪酸碳氫鍊，脂肪酸的酸基COOH與甘油的氫氧基OH脫水後連接，整條碳氫鍊都沒有極性，無水溶性（疏水性）。

5.   磷脂被戲稱為「精神分裂症分子 schizophrenic molecules」因為它具有二種性格－分子的其中一端能溶解於水中，另一端卻不行。這個不尋常的特質使磷脂非常適合做為「細胞膜」的主要素材。

6.   細胞膜主要由二層磷脂組成，這二層磷脂的排列方式是極性端（親水性）暴露在表層，非極性（疏水性）的碳氫鍊埋在內裡，碳氫鍊伸展的方向與與周遭水份的方向相反（水在外、碳氫鍊往內延伸）。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》；圖片來源：Chemistryland.com、Tutorvista.com、Glencoe.mcgraw-hill、Avonapbio.pbworks.com

路易‧德布羅意Louise de Broglie

化學原理啟迪299

1.     原本大家以為光是波，後來發現光有特殊的物質性質；這個關係倒過來也是對的嗎？物質是不是也可假設有波的性質呢？

《Richard Clayderman - Ballade Pour Adeline》

2.     1923年一位年輕的物理學家路易‧德布羅意Louise de Broglie回答這個問題，他演繹出一個粒子的波長與量子數的關係：

λ＝h/mv

這個方程式稱為德布羅意方程式。λ波長；h是普朗克常數；m是質量；v是速率。

3.     【例題】比較1顆電子（質量＝9.11×10^－31kg）以1.0×10⁷m/s速度移動的波長，與1顆球（質量＝0.10kg）以35m/s移動的波長。

4.     【解題】我們利用公式λ＝h/mv尋找波長

普朗克常數h＝6.626×10^－34Js 或6.626×10^－34 kg m²/s

因為1J=11kgm²/s

5.     電子e的波長

λe

＝(6.626×10^－34kgm²)/[(9.11×10^－31kg)(1.0×10⁷m/s)]

＝7.3×10^－11m

6.     球b的波長

λb

＝(6.626×10^－34kgm²)/[(0.10kg)(35m/s)]

＝1.9×10^－34m

7.     特別留意，球的波長非常地短，而電子的波長，剛好與晶體結構物質中各原子彼此的距離一致。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》   

徐弘毅：

1.   德布羅意認為，任何物體只要在「運動」就會展現「波的形式」。所以不管是原子核、電子、光子、皮球、輪胎……，只要處於運動狀態，就會產生「波動」。

2.   德布羅意發現，任何物體完整轉一圈的能量h（普朗克常數），除以物體的質量m與速率v，就會得到這個物體轉一圈的距離（波長λ），不僅是量子可以透過這個方式找到波長，物質也可以透過這個方式找到波長；

3.   這顯示物質跟量子一樣具有波的性質，「波」是物質與量子的共通性，我們見到的所有物質，都是由一團一團的「波」所組成的。

4.   每一種物質的性質不同，產生的波也會不同，舉例來說，每一種金屬板都需要用特定頻率（閥值）以上的光波，才能啟動金屬板發電。

5.   同樣的物質，加不同的「溫度」也會產生不同的波；舉例來說，普朗克的黑體實驗，用不同溫度加熱金屬物質，產生的最大能量波長都不同。

6.   德布羅意認為，所有的「物質」都是「能量」，所以「能量」與能量之間是可以轉換的。

7.   食物放在微波爐裡面，能量大小不同的微波，會讓食物產生不同的溫度變化；如果波太強，產生的溫度太高，那就會破壞食物裡頭的化學鍵，讓物質的性質改變（食物變熟或燒焦），這就是能量的波，永久改變了食物的波。

脂肪的主要功能是儲存能量 Fats Are Used Primarily to Store Energy

探索生命《生物學》6

1.   最為人熟知的脂類是中性、無極性的脂肪fats。對活的有機體來說，脂肪最重要的功能是(1)儲存能量，此外它也提供(2)隔熱、(3)軟墊與(3)保護身體各部位的功能。

《Tchaikowsky - Nutcracker Ballet: Dance of the Mirlitons》

2.   同樣單位的重量下，脂肪分子的能量是碳水化合物的二倍，這也是為什麼攝取高熱量的食物能夠滿足身體對能量的需要（當然也可能過量攝取）。過多脂肪以「脂肪球」或「脂肪細胞」的形式儲存於身體中，經常導致身體過胖。

3.   每一脂肪分子由二種化合物架構而成：一、醇類alcohol，稱為甘油glycerol 。二、3個脂肪酸fatty acids。甘油Glycerol（又稱為glycerin）的骨架是3個相連的碳，每個碳連接1個氫氧基。

4.   「脂肪酸」與「醇」透過縮合反應結合成脂肪。甘油的3個「氫氧基OH」與脂肪酸的3個「酸基COOH」縮合（脫水）成1個脂肪分子。因此脂肪常常被稱為三酸甘油酯triglycerides。 

5.   各種脂肪彼此的差異來自於它們結合的脂肪酸。飽和性脂肪，包含油酥shortening、奶油butter和動物油lard……等等，由飽和脂肪酸構成，這些飽和脂肪酸的碳氫直鍊上沒有「碳＝碳」雙鍵。

6.   不飽和脂肪包含玉米油corn oil、橄欖油olive與各種蔬菜油……等等，都是由不飽和脂肪酸構成，它們的碳氫鍊至少有1個「碳＝碳」雙鍵。 

7.   在室溫下，不飽和脂肪酸構成的脂肪通常是液態的，飽和脂肪是固態的。動物油通常是飽和脂肪，蔬菜油通常是不飽和脂肪。

8.   人造奶油乳馬林margarines是對植物油的脂肪分子碳氫鍊增加足夠的氫原子，直到它們在室溫下呈現固態；乳馬林混合飽和與不飽和脂肪。

9.   因為脂肪透過縮合反應合成，它們就像碳水化合物，能夠透過水解反應打斷化合物的化學鍵，還原到原本的二個構成分子：脂肪酸和甘油。消化系統就是這樣把食物水解成小分子。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》；維基、Indiana.edu、Green-planet-solar-energy.com、Wikispaces.psu.edu