生物细胞分子
X基团是极性的,常见的有胆碱、乙醇胺、丝氨酸等。
3. 磷脂和糖脂只有2条或1条疏水性尾部,其余都是亲水的,因此磷脂和糖脂很容易形成油与水的分界膜。
脂类的主要作用有以下三点:
1.脂肪是贮存的能源物质:脂肪是高度还原的能源物质,含氧很少,因此相同质量的脂肪和糖相比氧化释放的能量很多,可达糖的两倍以上,并且由于脂肪疏水,因此可以大量贮存,但脂肪作为能源物质的缺点也是明显的,因为疏水,所以脂肪的动员速度比亲水的糖要慢。脂肪主要的贮存部位是皮下、大网膜、肠系膜和脏器周围,贮存量可达15~20kg,足以维持一个人一个月的能量需要。
2.磷脂是生物膜的结构基础:磷脂是脂肪的一条脂肪酸链被含磷酸基的短链取代的产物,因为这条磷酸基链的存在,使磷脂的亲水性比脂肪的大,能够自发形成磷脂双分子层膜。生物膜的骨架就是磷脂双分子层,再加上一系列的蛋白质和多糖就构成生物膜。生物膜在细胞中是广泛存在的,因此,一个细胞的膜表面积很大。膜分隔细胞的空间使不同类的化学反应可以在不同的区间完成而不互相干扰,很多化学反应在膜的表面上进行。神经元细胞由于树突轴突的存在,细胞膜面积十分巨大,因此神经组织是体内含磷脂最丰富的组织。
3.胆固醇的衍生物是重要的生物活性物质:胆固醇可在肝脏转化为胆汁酸排入小肠,胆汁酸可以乳化脂类食物而加速脂类食物的消化;7-脱氢胆固醇可在皮肤中(日光照射下)转化为维生素D3,然后在肝脏和肾脏的作用下形成1,25-(OH)2-D3,通过促进肠道和肾脏对钙磷的吸收使骨骼牙齿得以生长发育;胆固醇可在肾上腺皮质转化为肾上腺皮质激素和性激素;胆固醇可在性腺转化为性激素。另外,不饱和脂肪酸也是体内其他一些激素或活性物质的代谢前体,胆固醇也作为生物膜的结构成分出现。
脂类物质是贮存的能源物质、生物膜的结构成分和体内一些生理活性物质的代谢前体。
生物体体内的物质是多种多样的,但可以从大的功能上划分为三大类,即结构物质、能源物质和活性物质(功能物质)。
一、结构物质
结构物质是生物体各种结构的基础,它们构成生物膜、细胞质骨架、各种细胞器、细胞核等结构,这些结构是细胞执行各种生命活动的场所。
(一)生物膜系统
生物膜系统包括细胞质膜(外周膜)、细胞质内各种细胞器包膜(如线粒体膜、叶绿体膜、内质网膜、溶酶体膜、高尔基体膜、过氧化物酶体膜)及核膜等。与真核细胞相比,原核细胞的内膜系统不很丰富,只有少量的膜结构,例如某些细菌的间,蓝绿藻中进行光合作用的类囊体膜的。
生物膜结构是细胞结构的基本形式,它对细胞内很多生物大分子的有序反应和区域化提供了必须的结构基础,从而使各个细胞器和亚细胞结构既各自有恒定、动态的内环境,又相互联系,相互制约,从而使整个细胞活动有条不紊、协调一致地进行。
生物膜系统主要由类脂、蛋白质和糖类3类分子构成,还有水、金属离子等。
1.类脂有磷脂、胆固醇,膜的主体成分是磷脂。糖类与脂类复合构成糖脂,通常存在于膜的外表面,神经组织是含类脂比例最大的组织,尤以神经元为甚,因为神经元是多突起的细胞,膜/质比例很大。
膜的骨架是磷脂双分子层。磷脂分子是一端亲水一端疏水的分子,它们通过疏水端粘合、亲水端指向外侧构成双分子层。膜的外侧是亲水的,膜中间是疏水的。膜内的磷脂分子位置是流动的,并不具有固定的位置,因此生物膜的物理状态是介于液态和固态之间的一种状态,既有类似于固体的相对稳定形状,又具有液态分子的流动性。正因为此,膜上的所有分子都具有流动性。
2.膜蛋白。根据粗略计算,细胞中大约20%~25%的蛋白质是与膜结构相连的蛋白质,膜蛋白可根据它们在膜上的定位分为膜周边蛋白质(表面蛋白)和膜内在蛋白质(镶嵌蛋白质),这些蛋白质有些是酶,有些是支撑细胞外形的支撑蛋白,有些是受体,有些是离子通道。
3.在生物膜中,糖类的含量较少,其中多数分布在质膜上,约占质膜的2%~10%,内膜的含量相对较少。糖类在膜上通常与蛋白质和脂质复合,在质膜的外侧形成一层多糖,即所谓的“糖被”,这在细胞膜尤其明显。糖被与细胞识别、信息分子传递等相关,例如ABO血型物质、一些激素和活性物质(干扰素、霍乱菌素、促甲状腺素、破伤风素、某些药物等)的受体。
(二)细胞壁
植物细胞和细菌都存在细胞壁,动物细胞缺乏细胞壁。细胞壁的主要成分是多糖。
(三)细胞溶胶(细胞质基质、细胞浆)及核基质
细胞溶胶的成分复杂,含结构物质、功能物质和能源物质,其中起主要支撑定型作用的物质是蛋白质。
(四)细胞间质
细胞间质的主要成分是蛋白质和多糖,在结缔组织尤为明显。
机体的结构物质还有皮肤的角质层、肌腱、肌肉纤维、毛发、角、甲等,这些结构的主体成分都是蛋白质。
二、能源物质
前已述及,体内的能源物质有糖、脂肪和蛋白质,其中糖类和脂肪是主要的能源物质,蛋白质亦可作为能源物质使用,但蛋白质的主要功能是活性物质(功能物质)和结构物质。
三、功能物质或活性物质
此类物质从化学组成上种类繁多,有蛋白质、脂类、糖类、核酸、维生素及其他化学物质,但可分为以下几种类型。
(一)功能蛋白
诸如红细胞中的血红蛋白、肌肉细胞中的肌球蛋白和肌动蛋白、细胞间质的胶原蛋白和弹性蛋白、贮铁蛋白、血浆中的转运蛋白、膜上的转运蛋白等,这些蛋白质有些既是功能蛋白又是结构蛋白。
(二)酶-生物催化剂
其化学本质是蛋白质,即具有催化能力的蛋白质。广泛分布于各种细胞中,现已鉴定出4000多种酶,而且每年都有新酶被发现。生物机体是一个复杂的化学系统,细胞内绝大多数的化学反应都依赖酶的催化。
(三)细胞间信息物质
这类物质携带信息从而使机体细胞进行联络和沟通,调节机体生命活动。有激素、神经递质、细胞因子等。从化学组成上分为3类,蛋白质及肽类、氨基酸类(氨基酸衍生物)、胆固醇类(甾醇类),某些细胞间信息物质还含有糖。
从产生细胞到靶细胞的传输距离上划分,细胞间信息物质分为远距离信息物质(激素)、旁细胞分泌的信息物质(细胞因子)和作用于自身细胞的自分泌信息物质(细胞因子)。
(四)细胞内信息物质
担当细胞内信息传递的任务,这些物质有核苷酸类(如cAMP、cGMP)、糖类(如磷酸肌醇)、无机离子(如Ca2+)等。
(五)DNA和RNA
DNA和RNA是遗传信息的载体,通过复制与细胞分裂将遗传信息传递至子细胞和子代,通过表达途径产生蛋白质和酶,全面调控细胞的新陈代谢。
需要注意的是,很多物质的功能不是单一的,而具有多种功能。例如细胞膜上的受体蛋白,它既是细胞膜的结构蛋白,又是功能蛋白,在细胞破解死亡后可作为其他细胞的能源物质;肌肉中的肌球蛋白和肌动蛋白既是结构蛋白,又是功能蛋白,在长期饥饿时,肌肉中的一部分蛋白质被动员,而被当作能源物质利用;同样,酶是生物催化剂,蛋白质及氨基酸类激素是信息物质,它们降解后,也作为能源物质被利用。
无机化合物简称无机物,指除碳氢化合物及其衍生物以外的一切元素及其化合物,如水、食盐、硫酸等。绝大多数的无机物可以归入氧化物、酸、碱和盐4大类。生物体中的无机物主要有水及一些无机离子,如Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO-3、SO42-、HPO42-等。
有机物是有机化合物的简称,所有的有机物都含有碳元素。但是并非所有含碳的化合物都是有机化合物,比如CO,CO2。除了碳元素外有机物还可能含有其他几种元素。如H、N、S等。虽然组成有机物的元素就那么几种(碳最重要),但到现在人类却已经发现了超过1000万中有机物。而它们的特性更是千变万化。因此,有机化学是化学中一个相当重要的研究范畴。
有机物即碳氢化合物(烃)及其衍生物,简称有机物。除水和一些无机盐外,生物体的组成成分几乎全是有机物,如淀粉、蔗糖、油脂、蛋白质、核酸以及各种色素。过去误以为只有动植物(有机体)能产生有机物,故取名“有机”。现在不仅许多天然产物可以用人工方法合成,而且可以从动植物、煤、石油、天然气等分离或改造加工制成多种工农业生产





