细胞的分子组成.doc

细胞的分子组成 一切生物体都是由细胞组成的，粗略地估计在一个典型细胞中约有1000多种不同的分子，其中除了水和无机盐外，主要是单糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸等有机小分子和多糖、脂质、蛋白质和核酸等生物大分子。表3-1列出了细菌的基本化学组成。细胞的性质取决于组成细胞的各种分子，各种分子的组成与代谢是生物体生长，繁殖，完成复杂的生理功能的重要基础。因此在讨论细胞的结构与功能之前，先介绍一下细胞中的分子组成。 表3-1细菌细胞大致的化学组成 (引自Alberts等,1998) 第一节 细胞中的小分子物质 细胞中的各种分子大约有50多种元素组成，其中主要是C、H、N、和O，其次是Na、g、P、S、Cl、K、Ca、Fe、等。这12种元素约占细胞总重量的99.9%，细胞中的小分子物质包括水、无机盐和有机小分子。 水和无机盐 在细胞中水是含量最丰富的，约占细胞总量70%，细胞内大部分反应是在水环境中进行的。每个水分子中两个氢原子经共价键与氧原子连接，这两个键的极性很强。两个氢原子有正电荷的优势，而氧原子有负电荷的优势（图3-1）。含有极性键的物质能与水形成氢键，则容易溶于水（图3-2a）。细胞中的糖、DNA、RNA与大部分蛋白质带有正电荷或负电荷，能与水结合而溶于水。而疏水性分子不带电荷，与水不易形成氢键，则不溶于水（图3-2b）。所有的细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，在脂质分子中有一个亲水的头部和疏水的尾部，当它们在水溶液中，亲水头部面向水，疏水的尾部避开水分子，且与其他疏水分子聚集，形成脂双层，脂双层的结构是膜脂类分子与水作用的结果。 图3-1 水分子中电子呈不对称分布，形成分子的极性 图3-2a 丙酮含有极性键，易溶于水 图3-2b 甲基丙烷是疏水分子，不与水形成氢键，不溶于水 无机盐在细胞中均以离子状态存在。阳离子有Na+、K+、Ca2+、Fe2+、Mg2+等，阴离子有Cl-、So42-、Po43-、HCO3-等，它们占细胞重量的1%以下，这些无机离子在参与细胞代谢反应，维持细胞内外液的渗透压和pH、以及组成具有一定功能的结合蛋白质等方面起着重要的作用。 有机小分子 细胞中的有机小分子，分子量为100至1000，它们约为细胞内有机物总量的10%，主要的有机小分子有4类：单糖（monosaccharide）、脂肪酸（fatty acid）、氨基酸（amino acid）和核苷酸（nucleotide）。 1. 单糖 单糖是组成多糖的基本单位。大多数单糖只由碳、氢、氧三种元素组成，分子通式为（CH2O）n。在有些单糖中，如葡萄糖、半乳糖、甘露糖，它们的化学式均为C6H12O6，但是结构不同（图3-3），这些单糖称为异构体。另外各种单糖可以有两种存在形式，即D型 和L型，它们互为镜像，称为光学异构体。单糖中以葡萄糖（glucose）和核糖（ribose）为最主要。葡萄糖是机体生命活动重要供能物质，葡萄糖经一系列代谢反应，分解成更小分子CO2和H2O并释放出能量，核糖是核苷酸的组成成分，组成核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸。 图3-3 化学式（C6H12O6） 的异构体 2. 脂肪酸 体内大部分脂肪酸存在于三酰甘油、磷脂、糖脂等脂质中，但也有少数脂肪酸以游离形式存在于组织与细胞中。脂肪酸分子通式为CH3（CH2）nCOOH。从脂肪酸分子结构可见它包括两个部分：一部分为长的烃链，是疏水性的，化学性质不活泼；另一部分是有一个羧基COOH，高亲水性，化学性质活泼。脂肪酸通过羧基与其他分子形成共价连接。脂肪酸按其烃链中是否含有双键可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸（图3-4），饱和脂肪酸如18碳的软脂酸，20碳的硬脂酸，它们的烃链中没有双键。不饱和脂肪酸如亚油酸，亚麻酸和花生四烯酸。它们的烃链中含有1个或多个双键。亚油酸，亚麻酸对人体是必不可少的，但人体不能合成，必须由膳食提供，因此被称为必需脂肪酸(essential fatty acid)。在人体不饱和脂肪酸中二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）能从亚油酸转变生成，EPA与DHA在视网膜和大脑皮层中代谢活跃。由花生四烯酸转变生成的前列腺素、白三烯、凝血恶烷，它们都是含20个碳原子不饱和脂肪酸的衍生物，都属于信号分子，是体内的局部激素，具有参与机体的炎症、免疫、凝血等广泛生理功能。 图3-4 常见的脂肪酸 氨基酸 氨基酸是组成蛋白质的基本单位。在各种生物体中发现的氨基酸有180多种，但参与组成蛋白质的氨基酸只有20种。这20种氨基酸都有一个α羧基（-COOH），一个α