生物大分子“水解”和“分解”的辨析

趙 斐 路小娜

（1.陜西師范大學(xué) 陜西西安 710100；2.陜西省西安中學(xué) 陜西西安 710100）

一、問題的提出

人教版高中生物學(xué)教材必修一第2章——《組成細(xì)胞的分子》介紹了組成細(xì)胞的幾種主要化學(xué)元素和化合物。化合物包括水、無機(jī)鹽等無機(jī)物，有機(jī)物包括蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)和核酸等。其中，蛋白質(zhì)、核酸和多糖三種有機(jī)物分別是以氨基酸、核苷酸和單糖為基本單位組成的多聚體，相對(duì)而言，分子質(zhì)量很大，因此把他們稱之為生物大分子。在闡明單體和生物大分子之間的關(guān)系是，教材上有的說是水解，有的說是分解。如此一來，很多學(xué)生甚至老師都分不清楚分解和水解的關(guān)系，一些試題中也在水解和分解的區(qū)別上出考點(diǎn)，這給老師和學(xué)生都帶來了很大的困擾。

二、生物學(xué)教材上關(guān)于生物大分子分解和水解的表述

人教版生物教材P22頁的思考與討論題的第2題中提到：進(jìn)入人體消化道的蛋白質(zhì)食物要經(jīng)過消化酶的作用，“分解”為氨基酸，然后才能被人體吸收。P24頁的課后練習(xí)題中的第一題判斷題是：蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物是氨基酸。P28頁中關(guān)于核苷酸的表述是：核酸“水解”后得到許多核苷酸，實(shí)驗(yàn)證明，核苷酸是核酸的基本組成單位。在第4節(jié)中關(guān)于單糖、二糖和多糖的定義（P30-31），單糖是不能水解的糖；二糖是可以水解為兩分子單糖的糖；在關(guān)于多糖的描述中說：“淀粉不易溶于水，人們食用的淀粉必須經(jīng)過消化分解成葡萄糖，才能被細(xì)胞利用”、“食物中的淀粉水解后變成葡萄糖”、“人和動(dòng)物學(xué)業(yè)紅的葡萄糖低于正常含量是，糖原便分解產(chǎn)生葡萄糖及時(shí)補(bǔ)充”。在“細(xì)胞呼吸”一節(jié)中，提到有機(jī)物經(jīng)過氧化分解后釋放能量用于合成ATP等。教材中關(guān)于生物大分子的水解還是分解的問題，并沒有統(tǒng)一的規(guī)定。由此引起了很多的爭議。

三、水解和分解的辨析

1.分解和水解的含義

分解反應(yīng)是常見四大基本化學(xué)反應(yīng)類型之一，由一種物質(zhì)反應(yīng)生成兩種或兩種以上新物質(zhì)的反應(yīng)叫分解反應(yīng)。可以簡單理解為“一變多”。也就是說，分解反應(yīng)就是一種的物質(zhì)經(jīng)過分解反應(yīng)以后，生成了多種不同的物質(zhì)。水解反應(yīng)是一種化工單元過程，是利用水將物質(zhì)分解形成新的物質(zhì)的過程。其本質(zhì)在于將某種物質(zhì)的一個(gè)化學(xué)鍵利用水電離出來的氫離子和氫氧根離子。

2.水解和分解的關(guān)系

從水解和分解的概念可以看出，二者既有一定的聯(lián)系，也有一些區(qū)別。二者在對(duì)一種化學(xué)反應(yīng)的定義上具有差異性和共同點(diǎn)。首先，二者在反應(yīng)物的規(guī)定上有差別。水解是利用水將一種物質(zhì)變成新物質(zhì)的過程，所以水解反應(yīng)的底物有兩種，其一必須是水，分解反應(yīng)的底物則是一種物質(zhì)。其次，兩種反應(yīng)的產(chǎn)物有區(qū)別，分解反應(yīng)的產(chǎn)物是兩種或兩種以上不同的物質(zhì)，水解則沒有說明產(chǎn)物種類問題。二者也有一定的聯(lián)系。不論是水解反應(yīng)還是分解反應(yīng)，都是將原物質(zhì)通過化學(xué)反應(yīng)變成新物質(zhì)。

3.生物大分子的水解和分解

人教版高中生物教材必修一中，涉及到的生物大分子主要是蛋白質(zhì)、核酸和多糖。這些大分子都是有單體聚合而成，嚴(yán)格意義上的水解和分解反應(yīng)都能發(fā)生，但是水解和分解的最終產(chǎn)物有差異，因此，在對(duì)某些反應(yīng)的定義上，還是應(yīng)該嚴(yán)格區(qū)分，不能將二者混淆。書文列舉了很多教材中涉及到的水解和分解反應(yīng)，很多時(shí)候?qū)χ鴥煞N反應(yīng)都沒有嚴(yán)格區(qū)分，筆者認(rèn)為，蛋白質(zhì)等生物大分子進(jìn)行的是分解反應(yīng)還是水解反應(yīng)，主要取決于其產(chǎn)物。

以蛋白質(zhì)為例，蛋白質(zhì)是典型的生物大分子，生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)是由20種常見的氨基酸通過脫水縮合的過程聚合而成，起反應(yīng)機(jī)理是氨基酸的氨基脫掉一分子氫，羧基脫掉一分子羥基，形成一分子水，形成肽鍵。蛋白質(zhì)在酶的催化作用下反應(yīng)，產(chǎn)物首先是氨基酸，肽鍵斷裂，利用一分子水，產(chǎn)生各種氨基酸。這個(gè)過程明顯屬于水解反應(yīng)，所以教材P22頁的思考與討論題的第2題的表述：“進(jìn)入人體消化道的蛋白質(zhì)食物要經(jīng)過消化酶的作用，‘分解’為氨基酸，然后才能被人體吸收”是錯(cuò)誤的，蛋白質(zhì)變?yōu)榘被岬倪^程是典型水解反應(yīng)。如果蛋白質(zhì)作為能源物質(zhì)供能，會(huì)經(jīng)過一系列的反應(yīng)過程，最終將其徹底（或不徹底）氧化分解成二氧化碳和尿素等物質(zhì)，同時(shí)釋放出能量，用于合成ATP，這才屬于分解反應(yīng)。但是蛋白質(zhì)供能過程首先是水解為氨基酸，氨基酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸彼岬那绑w物質(zhì)，參與“葡萄糖—丙氨酸循環(huán)”，再經(jīng)過糖異生作用轉(zhuǎn)化成葡萄糖糖，最后被氧化分解放能[1]。糖類作為主要的能源物質(zhì)，淀粉、糖原等多糖先經(jīng)過水解反應(yīng)，變成單糖，才能被細(xì)胞吸收利用，單糖在細(xì)胞內(nèi)被氧化分解供能。核酸也是如此，核酸的基本單位是核苷酸，核苷酸的降解過程也是先進(jìn)性水解反應(yīng)，才能進(jìn)一步分解。

四、結(jié)論及建議

蛋白質(zhì)、核酸、多糖等多聚體是由單體經(jīng)過脫水縮合聚合而成的大分子，這些大分子經(jīng)過酶促反應(yīng)變成單體，這些反應(yīng)都屬于水解反應(yīng)，而非分解反應(yīng)。食物中的蛋白質(zhì)水解為氨基酸才能被吸收和利用；多糖是能被水解為多個(gè)單糖的糖，被水解后才能被細(xì)胞吸收和利用，進(jìn)一步氧化分解供能。教材中關(guān)于生物大分子水解和分解代謝的表述必須加以辨別，核心概念是中學(xué)生物教學(xué)的重要內(nèi)容，對(duì)核心概念精準(zhǔn)無誤的解讀是提高教學(xué)水平的基本前提。

[1]李廣義,劉艷華.制麥過程蛋白質(zhì)分解的探討[J].民營科技,2008（01）：35.