浅谈高中生物学教材中的“酯”

刘 冲 申屠英辉

(浙江省宁波中学 315100)

在有机化学中，醇与羧酸或无机含氧酸能够发生酯化反应生成酯，形成的化学键称为酯键。根据参加反应的酸不同，酯可分为有机酸酯和无机酸酯。

1 有机酸酯

有机酸酯，又称羧酸酯，由醇和羧酸经酯化反应生成(图1)。教材中出现的有机酸酯多为脂质，例如，油脂、磷脂、植物蜡。

图1 羧酸和醇形成酯

1.1 油脂 油脂即甘油三酯，由甘油和脂肪酸两种基本结构单位组成。根据有机化学系统命名法，酯类物质以形成酯的酸和醇的名称命名，一般称为某酸某酯[1]。若有多个醇或酸分子参与形成酯，应在相应的醇或酸前面加上数目。

据此，甘油三酯实际上是三脂肪酸甘油酯。天然油脂大多为混合脂肪酸甘油酯，即参加酯化反应的3个脂肪酸不同。图2中，R1、R2、R3代表饱和烃链或不饱和烃链或两者的混合。若R1、R2、R3为不饱和烃链，则此甘油酯熔点较低，常温呈液态，称为油；若R1、R2、R3均为饱和烃链，则此甘油酯熔点较高，常温呈固态，称为脂。

图2 甘油三酯的合成

1.2 磷脂 磷脂是一类含有磷酸的脂质。机体中的磷脂主要有甘油磷脂和鞘磷脂两大类，而甘油磷脂含量最多，是细胞膜的重要组分，因此教材是以其为例来介绍的。甘油磷脂由甘油、脂肪酸和磷酸基团组成，甘油的3个羟基分别和2个脂肪酸、1个磷酸基团发生酯化反应。甘油磷脂的结构特点：由磷酸和与磷酸相连的取代基团(含氨碱或醇类)构成亲水头部，脂肪酸链构成疏水尾部(图3)。在生物膜中磷脂的亲水头部位于膜表面，疏水尾部位于膜内侧。

磷脂酶A1、磷脂酶A2、磷脂酶C和磷脂酶D均可水解甘油磷脂(分别作用于甘油磷脂的不同位置)。

图3 甘油磷脂的结构式

蛇毒以及蜂毒是磷脂酶A2的最好来源。因此，被毒蛇咬伤或毒蜂蜇后，会导致红细胞裂解而产生溶血，严重者危及生命[2]。

1.3 植物蜡 植物蜡的主要成分是由高级脂肪酸和高级一元醇经酯化反应生成的高级酯，其为高分子量热塑性固体，其疏水性比脂肪更强。因此，植物蜡具有防止叶片中水分过多蒸腾及微生物侵袭叶肉细胞的功能，对植物起保护作用[3]。另外，一些动物的表面也有蜡，例如，昆虫就有蜡保护其躯体，避免干燥。

1.4 乙酰胆碱 在生物体内，乙酰辅酶A在胆碱乙酰化酶的催化作用下，可与胆碱发生酯化反应生成乙酰胆碱。乙酰胆碱是脂溶性小分子，理论上来说，乙酰胆碱应以扩散的方式进出细胞，但在神经冲动传递过程中，突触前膜通过胞吐释放乙酰胆碱。如何理解这一现象呢？突触后膜要产生动作电位，需要大量乙酰胆碱在短时间内与后膜上的受体结合。当乙酰胆碱与其受体结合后，会改变受体构象，打开离子通道，使膜对Na+的通透性增加，从而引导突触后膜去极化。而只有胞吐这种量子化释放才能使突触前膜迅速释放大量乙酰胆碱，满足突触后膜的需要。此时胞吐对于细胞的意义已远非单纯的介导分子运输，而是给细胞排出物质提供了一种释放调节机制，使物质的运输与细胞的信号转导相耦联。2014年浙江省高考第1题考察了突触前膜释放乙酰胆碱的方式。

乙酰胆碱发挥完作用后，会迅速被乙酰胆碱酯酶水解。有机磷农药能抑制该酶的活性，因此其中毒症状为肌肉僵直。2014年上海市高考第17题考察了此知识点。

2 无机酸酯

无机酸酯是无机含氧酸中的羟基被烷氧基(-OR)取代所生成的化合物。教材中涉及的无机酸酯多为磷酸酯。

2.1 ATP ATP是adenosine triphosphate的缩写，浙科版教材称其为腺苷三磷酸。ATP由1个核糖、1个腺嘌呤、3个磷酸基团组成(图4)。核糖与其中一个磷酸基团之间形成酯键，根据有机化学系统命名法，ATP实际上是三磷酸腺苷酯，也可称为腺苷三磷酸或三磷酸腺苷。

图4 ATP的结构式

2.2 卡尔文循环中的三种有机物 卡尔文循环涉及五碳糖、三碳酸和三碳糖三种有机物，其实三者都是含有酯键的生物分子。根据有机化学系统命名法，五碳糖实际上是1,5-二磷酸核酮糖酯，三碳酸是3-磷酸甘油酸酯，三碳糖是3-磷酸甘油醛酯(图5)。

图5 卡尔文循环中三种有机物的结构式

2.3 核苷酸 核苷酸由核苷和磷酸经酯化反应生成。根据有机化学系统命名法，核苷酸实际上是磷酸核苷酯。具体来说，核苷中五碳糖的5′位的羟基与一分子磷酸酯化生成核苷酸，同时形成磷酸酯键，根据碳原子的位置，常表示为5′-磷酸酯键(图6)。

图6 腺嘌呤核糖核苷酸的结构式

2.4 磷酸二酯键 磷酸二酯键是在相邻的两个核苷酸相互连接成核苷酸链时形成的，其实质是一分子磷酸与相邻的两个五碳糖的羟基通过酯化反应形成的两个磷酸酯键而构成的连接键。其中一个磷酸酯键存在于核苷酸内部，常表示为5′-磷酸酯键；另一个磷酸酯键是由一个核苷酸中的磷酸与相邻的另一个核苷酸的五碳糖3′位的羟基发生酯化反应形成的，常表示为3′-磷酸酯键(图7)。因此，磷酸二酯键常表示为3′,5′-磷酸二酯键，该名称既表明磷酸酯键的数量，也表明酯键的位置。2014年江苏省高考第1题和2014年新课标Ⅱ卷第5题考察了磷酸二酯键的形成部位。

磷酸二酯键在合成DNA、RNA分子时形成，教材中提到的能催化形成磷酸二酯键的酶有DNA聚合酶、DNA连接酶、逆转录酶和RNA聚合酶；能催化断开磷酸二酯键的酶主要有限制性核酸内切酶、DNA酶、RNA酶，而这些酶的具体的作用位点均为3′-磷酸酯键[4]。2015年江苏省高考第33题的(1)中考察了DNA酶的作用位点——磷酸二酯键。

图7 相邻两个核苷酸之间形成磷酸二酯键