高中生物 04 组成细胞的分子 - 细胞中的无机物

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细胞中的水

水的含量：水是细胞中含量最多的化合物，在细胞鲜重中含量一般为60% - 90%。不同生物的含水量不同，如水生生物的含水量高于陆生生物；同一生物在不同的生长发育时期含水量也不同，如幼儿时期的含水量高于成年时期。

水的存在形式：

自由水：以游离的形式存在，可以自由流动。其作用有：

细胞内的良好溶剂，许多物质溶解在水中，细胞内的许多化学反应也都需要有水的参与，如光合作用、呼吸作用等。

参与细胞内的化学反应，如作为反应物参与水解反应等。

为细胞提供液体环境，如细胞内的各种生化反应都需要在水溶液中进行。

运输营养物质和代谢废物，如血液中的水可以运输氧气、二氧化碳、葡萄糖等物质。

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部分。它赋予各种组织、器官一定的形状、硬度和弹性，如心肌细胞中结合水的含量相对较高，使其具有较强的韧性和弹性，有利于心脏有节律地收缩和舒张。

自由水与结合水的关系：自由水和结合水在一定条件下可以相互转化。当细胞代谢旺盛时，自由水含量相对升高，结合水含量相对降低，此时细胞的抗逆性减弱；反之，当细胞抗逆性增强时，如在干旱、寒冷等不良环境条件下，结合水含量相对升高，自由水含量相对降低，以增强细胞的抗逆性。

细胞中的无机盐

无机盐的含量和存在形式：无机盐在细胞中含量很少，仅占细胞鲜重的1% - 1.5%。大多数无机盐以离子的形式存在，如Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Cl⁻、SO₄²⁻、PO₄³⁻等。

无机盐的生理功能：

构成细胞中的某些复杂化合物：

如Mg²⁺是叶绿素的组成成分，缺Mg²⁺时，植物无法合成叶绿素，导致叶片发黄。

Fe²⁺是血红蛋白的组成成分，缺Fe²⁺会导致缺铁性贫血。

Ca²⁺是动物骨骼和牙齿的重要组成成分，老年人缺钙容易发生骨质疏松症。

维持细胞和生物体的生命活动：

如血钙过低会引起抽搐，血钙过高会导致肌无力。

血钾含量过低会导致心律失常等症状。

维持细胞的酸碱平衡：

如血浆中的HCO₃⁻、HPO₄²⁻等缓冲物质，可以调节血浆pH的相对稳定，使其维持在7.35 - 7.45之间。当酸性或碱性物质进入血浆时，缓冲物质会与之反应，从而维持血浆pH的稳定。

细胞内液和细胞外液中的各种离子也对维持细胞的酸碱平衡起着重要作用。

维持细胞的渗透压：

细胞内的K⁺等主要离子对于维持细胞内液的渗透压起重要作用，细胞外的Na⁺等主要离子对于维持细胞外液的渗透压起重要作用。

当细胞外液渗透压升高时，细胞失水皱缩；当细胞外液渗透压降低时，细胞吸水膨胀甚至涨破。例如，将红细胞置于高渗溶液中，红细胞会失水皱缩；置于低渗溶液中，红细胞会吸水膨胀甚至破裂。

水和无机盐的相互关系及与生命活动的联系

相互关系：水和无机盐在细胞中相互作用，共同维持细胞的正常结构和功能。例如，细胞中的结合水与某些无机盐离子结合，使细胞具有一定的形态和结构；自由水作为溶剂，参与许多与无机盐相关的生理过程，如离子的运输等。

与生命活动的联系：水和无机盐的含量和比例与细胞的代谢活动密切相关。当细胞代谢旺盛时，需要消耗大量的自由水来参与化学反应和物质运输，同时对某些无机盐的需求量也会增加，以满足酶等生物大分子的活性需要。相反，在一些特殊的生理状态或环境条件下，细胞会通过调节水和无机盐的含量及存在形式来适应环境变化，保证生命活动的正常进行。例如，在炎热的夏季，人体会通过出汗排出大量的水分和无机盐，此时需要及时补充水分和适量的盐分，以维持体内水盐平衡和正常的生理功能。