淺議組成細胞有機物的構成元素和單體

郎梓薦

摘要：主要研究組成細胞的有機物的構成元素和單體，介紹了細胞有機物種類功能和元素組成，并對課本中幾個有疑問的知識點進行了分析。

關鍵詞：組成細胞有機物；構成元素；單體

糖類是生物體內主要能源物質，動物細胞中，糖原、蛋白質是生命活動主體承擔者，核酸是遺傳信息攜帶者，其中DNA分布于細胞核，RNA分布于細胞質，脫氧核糖核苷酸與核糖核苷酸結構上的不同主要體現在五碳糖、堿基等方面，DNA和RNA空間結構上的差異也非常顯著，DNA是特殊的雙螺旋結構，RNA是單鏈結構，C、O、H、N是細胞有機物至少構成元素。

一、細胞有機物種類和功能

細胞內糖類、脂質以及核酸等幾種化合物都有C、H、O三種元素，這幾種化合物之間的區別主要體現在N、P、S等元素中。多糖只有C、H、O三種元素，是葡萄糖等單體構成的復合結構，脂質有C、H、O、N、S、P等多種元素，構成單位為甘油和脂肪酸，蛋白質構成基本元素為C、H、O、N，構成單體為氨基酸，核酸構成單體為脫氧核苷酸和核糖核苷酸。常見有機物中，葡萄糖、纖維素、淀粉以及糖原都屬于糖類，其中葡萄糖是細胞能源物質，纖維素是細胞壁的核心成分，淀粉是植物細胞內的儲能物質，糖原和脂肪是人和動物內的儲能物質，核酸是病毒、生物的遺傳物質、翻譯模板，ATP是細胞內直接能源物質，磷脂是生物膜的主要結構，蛋白質是細胞內最活躍的成分，參與酶催化、受體識別、載體運輸、抗體免疫等多種重要生命活動。

二、細胞化合物元素組成

在解答各種元素組成類題目時，關鍵在于不同化合物元素的共性和特殊性，細胞內元素大部分存在于各種化合物中，構成細胞的化合物有有機物和無機物兩種，無機物主要包括鹽和水，有機化合物則有蛋白質、核酸、脂質、糖類等幾種，組成細胞的化合物中水含量最高，細胞干重中蛋白質含量最高。要注意并非所有細胞的化合物含量和組成都完全相同，不同生物種類細胞、相同生物種類不同功能部位細胞的化合物組成都有很大差異，但是化合物種類一般相同。構成生命的物質基礎有化學元素和化合物兩種形式，其中化學元素包括基本元素、大量元素、微量元素三類，和非生物界表現出相同的統一性和多樣性，化合物則有無機物和有機物兩類，化合物只有根據一定的規律和方式有機組織起來，才能夠表現出生命現象，構成生命。

三、基本氨基酸/多糖

至今為止在各種生命體中檢測發現的氨基酸種類總數已經超過180種，但是各種蛋白質以及氨基酸的水解產物中常見的基本氨基酸只有20種，其中有19種氨基酸和1種亞氨基酸，也稱脯氨酸。除了上述20種基本氨基酸，一些蛋白質中還有一些不常見氨基酸，這些不常見氨基酸都是常見氨基酸在已經合成的肽鏈上經專一酶催化和化學修飾生成的。其中相對比較常見的有膠原蛋白5-羥賴氨酸和4-羥脯胺酸等，不常見蛋白質氨基酸共用10多種。學習過程中我們知道，多糖是葡萄糖脫水縮合產物，我們在學習這句話時容易產生誤解，多糖有純多糖和雜多糖兩種，區分依據為是由單體或多種單糖單位組成，純多糖中，淀粉、纖維素、糖原以及右旋糖酐單體均為葡萄糖，幾丁質殼多糖單體為N-乙酰葡萄糖胺，雜多糖單體成分則相對復雜，例如果膠單體有乳糖、鼠李糖和阿拉伯糖等。

四、蛋白質中的其他元素

在學習“生命活動的主要承擔者-蛋白質”一節時，書中并沒有對蛋白質元素組成進行直接討論，老師在講解時也沒有明確提及，但是在進行“噬菌體侵染細菌的實驗”學習過程中，卻需要了解蛋白質中元素組成相關知識，例如要知道蛋白質中含有S元素。蛋白質以氨基酸為基本組成單位，氨基酸由C、H、O、N四種基本化學元素足夠，20種常見氨基酸中，半胱氨酸、甲硫氨酸均含有S元素，由這兩種基本氨基酸構成的蛋白質中自然含有S元素。但是一些蛋白質中也含有Fe、Cu等其他元素，這是因為蛋白質內部有肽鏈亞單位，蛋白質四級結構層次中，亞單位之間可以連接其他一些元素，例如組成甲狀腺球蛋白的甲狀腺素四碘甲腺原氨酸、三碘甲腺原氨酸中就有I元素，而血紅蛋白、肌紅蛋白中有Fe元素，銅藍蛋白中含Cu元素，部分蛋白質甚至含有P元素，不常見蛋白質氨基酸中，有一些是氨基酸殘基-OH或者其他基團的可逆性磷酸化形成的，故含有P元素，如磷酸絲氨酸等。

五、脂質的元素組成

學習教材可知，脂質是C、H、O組成的，但是部分脂質也還有P和N。這種現象和脂質分類有關，脂質是一類根據溶解性質定義的特殊生物分子，并非以化學元素組成為劃分標準，因此化學組成可能存在較大的變化，脂質的分類也比較困難。根據化學組成分類，脂質有單純脂、復合脂、衍生脂三類，此外還包括取代烴、甾類等其他脂質。學習過程中經常涉及到的脂肪、磷脂、固醇均屬于上述三類脂質，脂肪，也即甘油三酯是高級脂肪酸的甘油酯，固醇是環戊烷多氫菲基本結構脂質包括膽固醇、維生素D2、維生素D3以及睪酮等，磷脂又可以根據醇成分差異分為甘油磷脂、硝氨醇磷脂兩種。除了幾種基本堿基，核酸中還還有一些稀有堿基，含量較少，種類極多，其中大部分都是常見堿基的甲基化產物，在這些稀有堿基中，4-硫尿嘧啶、2-硫尿嘧啶中都含有SBINGIN元素，RNA中稀有堿基的含量更高，接近10%左右。

結語：

組成細胞有機物的構成元素中，最基本元素為C、H、O、N，基本元素為C、H、O、N、S、P，大量元素為C、H、O、N、S、P、K、Ca、Mg，此外還有各種微量元素，除基本元素之外的其他元素往往作為蛋白質、糖類、脂質中的各種功能基團，在各種生命活動中扮演重要角色。

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