生物大分子的化学

共价键(covalent bond)

如果原子是人,共价键就好比两个人各自牢牢抓着同一根绳子的两端——共享它,而不是把它交出去。这种共享的握持,是生物学里最强的日常化学键,它造就了每一个生命分子坚固的骨架。

当两个原子共享一对电子、且每个原子各贡献一个时,就形成共价键。两个原子核都被这对共享电子吸引,而这份相互吸引把它们维系在一起。碳是伟大的“连接者”:它能一次形成四个共价键,从而搭出长链和环状结构——糖、脂肪、氨基酸,以及 DNA 碱基的骨架。共价键很强,要花很多能量才能打断,而且它有方向性,固定了原子之间的角度,因而也固定了一个分子的基本形状。它们不会在体温下随随便便形成或断裂;缔造或打断它们,是专门的酶的工作。

共价键之所以重要,是因为它划出了一个分子永久骨架与临时接触之间的界线。DNA 的糖-磷酸骨架、以及把蛋白质里氨基酸连起来的肽键,都是共价键——它们把聚合物维系成一条单一、稳定的链。相比之下,那条链如何折叠、两个分子如何彼此识别,则靠的是较弱、可来去自如的非共价相互作用。所以有一条有用的经验法则:共价键定义一个分子“是什么”;非共价作用定义它“此刻在做什么”。

连接两个氨基酸的肽键是共价键,稳定到一条蛋白质链能存在好几年;这就是为什么消化蛋白质需要主动切断这些键的酶,而不是把它泡在水里就行。

共价键定义一个分子“是什么”。

“强”不等于“打不断”。共价键在体温下很稳定,但在代谢中却经常被缔造和打断——总是借助降低能垒的酶,而绝非自发发生。

又称
shared-electron bondstrong chemical bond共价键共價鍵