高中生物 03 组成细胞的分子 - 细胞中的元素和化合物

陈一男个人学习网站 - 生物基础

细胞中的元素

种类：组成细胞的元素常见的有20多种，根据含量可分为大量元素和微量元素。

大量元素：含量占生物体总重量万分之一以上的元素，包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。

微量元素：含量很少，但对生物体的生命活动必不可少，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。

含量：在细胞鲜重中，含量最多的元素是O，其次是C、H、N；在细胞干重中，含量最多的元素是C，其次是O、N、H。

存在形式：大多以化合物的形式存在，如蛋白质、核酸、糖类、脂质等，少数以离子形式存在，如K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl⁻、SO₄²⁻等。

作用：

构成细胞结构：如C是构成细胞中有机物的基本骨架元素，N是构成蛋白质和核酸等的重要元素，P是构成核酸、磷脂等的重要元素。

参与细胞代谢：许多元素参与细胞内的各种化学反应，如Mg²⁺是叶绿素的组成成分，Fe²⁺是血红蛋白的组成成分，它们在光合作用和氧气运输等过程中发挥重要作用。

细胞中的化合物

无机化合物：

水：

含量：细胞中含量最多的化合物，在细胞鲜重中含量一般为60% - 90%。

存在形式：分为自由水和结合水。自由水以游离的形式存在，可以自由流动，是细胞内良好的溶剂，参与许多化学反应，运输营养物质和代谢废物等；结合水与细胞内的其他物质相结合，是细胞结构的重要组成成分。

相互转化：自由水和结合水在一定条件下可以相互转化，如当细胞代谢增强时，自由水含量相对升高，结合水含量相对降低；反之，当细胞抗逆性增强时，结合水含量相对升高，自由水含量相对降低。

无机盐：

含量：细胞中含量很少，仅占细胞鲜重的1% - 1.5%。

存在形式：大多数以离子形式存在，如K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Cl⁻、SO₄²⁻、PO₄³⁻等。

生理功能：维持细胞和生物体的生命活动，如血钙过低会引起抽搐；维持细胞的酸碱平衡，如血浆中的HCO₃⁻、HPO₄²⁻等；构成细胞中的某些复杂化合物，如Mg²⁺是叶绿素的组成成分，Fe²⁺是血红蛋白的组成成分等。

有机化合物：

糖类：

组成元素：C、H、O，多数糖类分子中氢原子和氧原子之比是2:1，因而糖类又称为“碳水化合物”。

种类：根据水解情况可分为单糖、二糖和多糖。单糖是不能再水解的糖，如葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖和脱氧核糖等；二糖是由两分子单糖脱水缩合而成的糖，如蔗糖、麦芽糖和乳糖等；多糖是由许多葡萄糖分子脱水缩合而成的糖，如淀粉、纤维素和糖原等。

功能：糖类是细胞的主要能源物质，如葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质；淀粉是植物细胞中储存能量的物质，糖原是动物细胞中储存能量的物质；纤维素是植物细胞壁的主要成分，参与细胞结构的组成。

脂质：

组成元素：主要由C、H、O三种元素组成，有些脂质还含有N、P等元素。

种类：常见的脂质有脂肪、磷脂和固醇等。脂肪是细胞内良好的储能物质，还具有保温、缓冲和减压等作用；磷脂是构成细胞膜和细胞器膜等生物膜的重要成分；固醇包括胆固醇、性激素和维生素D等，胆固醇是构成动物细胞膜的重要成分，在人体内还参与血液中脂质的运输，性激素能促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成，维生素D能有效地促进人和动物肠道对钙和磷的吸收。

蛋白质：

组成元素：主要由C、H、O、N四种元素组成，有些蛋白质还含有S、Fe等元素。

基本单位：氨基酸，约有20种，其结构通式为，不同氨基酸的区别在于R基不同。

结构层次：氨基酸通过脱水缩合形成肽链，一条或几条肽链盘曲折叠形成具有一定空间结构的蛋白质。蛋白质的结构具有多样性，其原因包括氨基酸的种类、数目、排列顺序不同以及肽链的盘曲折叠方式及其形成的空间结构不同。

功能：蛋白质是生命活动的主要承担者，具有多种重要功能，如催化作用（酶）、运输作用（如血红蛋白运输氧气）、调节作用（如胰岛素调节血糖浓度）、免疫作用（如抗体）、结构蛋白（如肌肉中的肌动蛋白和肌球蛋白）等。

核酸：

组成元素：C、H、O、N、P。

基本单位：核苷酸，由一分子磷酸、一分子五碳糖和一分子含氮碱基组成。根据五碳糖的不同，可将核苷酸分为脱氧核苷酸和核糖核苷酸。

种类：核酸分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。DNA主要存在于细胞核中，是细胞生物的遗传物质，在遗传信息的储存、传递和表达中起重要作用；RNA主要存在于细胞质中，在遗传信息的传递和表达中发挥重要作用，如mRNA是翻译的模板，tRNA是运输氨基酸的工具，rRNA是核糖体的组成成分。