《陳閱增普通生物學(xué)》第三版-第一章-細(xì)胞的化學(xué)組成

第一部分細(xì)胞和生物大分子細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)和細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立：1665.英.胡克（R.Hooke）用顯微鏡觀察軟木片，發(fā)現(xiàn)蜂窩狀小室，命名為“細(xì)胞”。荷蘭.列文虎克（AntonivanLeeuwenhoek）首次發(fā)現(xiàn)活細(xì)胞。1833.布朗（R.Brown）指出細(xì)胞核是植物細(xì)胞的重要調(diào)節(jié)部分，最早認(rèn)識(shí)到活細(xì)胞結(jié)構(gòu)的作用。1835.F.迪雅爾丹（F.Dujardin）發(fā)現(xiàn)動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)含物，命名為“肉樣質(zhì)”。1838.德.施萊登（M.Schleiden）《論植物的發(fā)生》一文，指出細(xì)胞是一切植物結(jié)構(gòu)的基本單位，標(biāo)志細(xì)胞學(xué)說(shuō)形成。1839.德.施旺（T.Schwann）《顯微研究》，指出動(dòng)物和植物的基本單位都是細(xì)胞，進(jìn)一步補(bǔ)充了細(xì)胞學(xué)說(shuō)。（一般認(rèn)為施萊登和施旺共同提出了細(xì)胞學(xué)說(shuō)。）1858.德.微爾和（R.Virchow）提出“細(xì)胞來(lái)自細(xì)胞”，發(fā)展了細(xì)胞學(xué)說(shuō)，否定了生命的自然發(fā)生學(xué)說(shuō)。1880.魏斯曼（A.Weissmann）指出現(xiàn)在所有的細(xì)胞都有一個(gè)共同祖先，細(xì)胞是連續(xù)發(fā)展的、進(jìn)化的。至此，完整的細(xì)胞學(xué)說(shuō)形成。（19世紀(jì)自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)之一）細(xì)胞學(xué)說(shuō)主要內(nèi)容：1、所有生物都由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成。2、新細(xì)胞只能由原來(lái)的細(xì)胞分裂產(chǎn)生。3、所有細(xì)胞都具有基本相同的化學(xué)組成和代謝活性。4、生物體總的活性可以看成是組成生物體的各相關(guān)細(xì)胞的相互作用和集體活動(dòng)的總和。第一章細(xì)胞的化學(xué)組成一、元素組成C、H、O、N、P、S、Ca占細(xì)胞鮮重的99.35％，其中C、H、O、N占96％，這7種元素以外的其它元素含量很少，甚至痕量，但必不可少。二、分子組成生物體內(nèi)主要含有以下一些物質(zhì)分子：（一）水、無(wú)機(jī)鹽1、水（1）含量不同生物含水量不同，通常占體重65～90％；一般水生生物和幼年動(dòng)植物含水較多；同一生物不同部位含水量不同，柔軟組織，如肌肉、腦髓含水70～80％，骨骼含水20～25％。（2）存在形式①游離水：以游離態(tài)存在，可作為溶劑。②結(jié)合水：與Pr等物質(zhì)緊密結(jié)合，參與生物體的構(gòu)成。（3）重要性從生命發(fā)展史來(lái)看，最初的生命產(chǎn)生于水環(huán)境，后來(lái)一部分生物仍需在水中生活，另一部分生物逐漸減小對(duì)水環(huán)境的依賴性，但沒(méi)有一種生物能完全脫離水而生存。從水對(duì)生命活動(dòng)的作用來(lái)看，水是最好的溶劑；同時(shí)也是某些反應(yīng)的底物。此外，水的比熱大，可使生物體的體溫不至于因?yàn)橹車h(huán)境溫度的變化而發(fā)生急劇變化。2、無(wú)機(jī)鹽（1）存在狀態(tài)：一般以離子形式存在。（2）作用①維持細(xì)胞滲透壓②調(diào)節(jié)PH值③作為酶的輔助因子④是合成某些有機(jī)物的原料（二）糖類一般用通式可表示為Cm(H2O)n，含C、H、O，一般比例為1：2：1。包括單糖、寡糖、多糖。1、單糖(CH2O)n，n≥3命名：n從3開始增大，依次叫丙糖、丁糖、戊糖、己糖，等等。存在形式：醛糖：O末端C含有醛基－CH，如丙糖中的甘油醛，戊糖中的核糖、脫氧核糖，己糖中的葡萄糖（G）等。酮糖：鏈內(nèi)C上含有羰基－C－，如丙糖中的二羥丙酮、戊糖中的核酮糖、己糖中的果糖等。O許多單糖對(duì)生物體有重要作用，如甘油醛和二羥丙酮的磷酸酯是細(xì)胞呼吸作用和光合作用的中間產(chǎn)物；核糖、脫氧核糖分別構(gòu)成RNA、DNA；G是機(jī)體的主要供能物質(zhì)，也是綠色植物光合作用的產(chǎn)物。

鏈?zhǔn)紾和環(huán)式G的互換（P17）：?jiǎn)翁欠肿又械娜┗螋驶?，與另一個(gè)C原子上的羥基反應(yīng)，就形成半縮醛。（以環(huán)式為主）船式構(gòu)象：椅式構(gòu)象：環(huán)式2、寡糖（由少數(shù)幾個(gè)單糖脫水縮合而成的糖）D－葡萄糖L－葡萄糖CHOCHOHRCHOCHOHRD型L型天然葡萄糖都是D－葡萄糖。（1）麥芽糖（C12H22O11）由2分子G脫水縮合而成，形成一個(gè)α－1，4－糖苷鍵，具有還原性，是構(gòu)成淀粉的基本單位。（2）蔗糖由1分子G和1分子果糖脫水縮合而成，無(wú)還原性。3、多糖由很多單糖分子脫水縮合而成的分支或不分支的長(zhǎng)鏈分子，是自然界數(shù)量最多的糖類。（1）淀粉由G通過(guò)糖苷鍵連接而成，通式(C6H10O5)n，是植物細(xì)胞中作為貯藏物質(zhì)的糖。直鏈淀粉：G之間以α－1，4－糖苷鍵相連，分子量從幾千到50萬(wàn)不等，沒(méi)有支鏈，整個(gè)分子常呈螺旋形，能溶于熱水，遇碘變藍(lán)。支鏈淀粉：每條鏈中的G之間都以α－1，4－糖苷鍵相連，但鏈與鏈的交接處以α－1，6－糖苷鍵相連，分子量在20萬(wàn)以上，甚至可達(dá)100萬(wàn)，不溶于熱水，遇碘呈棕紅色。（2）糖原是動(dòng)物細(xì)胞中以貯存狀態(tài)存在的多糖，又稱動(dòng)物淀粉，在肝臟和肌肉中含量最高，分別稱肝糖原和肌糖原。肝糖原與調(diào)節(jié)血糖濃度有關(guān)；肌糖原在肌肉劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)迅速水解成G，保證肌細(xì)胞有充足的能量。糖原在結(jié)構(gòu)上與支鏈淀粉相似，分支比支鏈淀粉多，分子量也比支鏈淀粉大，遇碘呈紅褐色。（3）纖維素是高等植物細(xì)胞壁的主要成分，也是自然界分布最廣、數(shù)量最多的多糖。沒(méi)有分支，由G脫水而成，但連接G的是β－1，4－糖苷鍵。（人體淀粉酶只能水解α－1，4－糖苷鍵，不能水解β－1，4－糖苷鍵）（4）其它多糖幾丁質(zhì)：昆蟲和甲殼類動(dòng)物外骨骼的主要成分。果膠：植物細(xì)胞胞間層的主要成分。粘多糖：在腺體分泌液、血液、細(xì)胞膜表面都有分布，細(xì)菌莢膜和細(xì)胞壁中也常有粘多糖。在機(jī)體內(nèi)常與Pr結(jié)合成糖蛋白，某些位于細(xì)胞膜表面的糖蛋白與細(xì)胞識(shí)別功能有關(guān)。（三）脂類1、中性脂肪和油兩者是同類物質(zhì)，在動(dòng)物中叫脂肪，在植物中叫油，都由甘油和脂肪酸縮合而成，沒(méi)有極性，高度疏水。2、磷脂類脂肪酸飽和脂肪酸：C鏈上不含雙鍵，常溫下為固態(tài)。不飽和脂肪酸：C鏈上含一個(gè)以上雙鍵，常溫下為液態(tài)。對(duì)于哺乳動(dòng)物和人，有2種脂肪酸不能自己合成，必須從外界攝取，即亞油酸和亞麻酸，為人體的必需脂肪酸。甘油的α－OH與磷酸結(jié)合成酯，另外2個(gè)－OH與脂肪酸結(jié)合，這樣就形成了最簡(jiǎn)單的磷脂——磷脂酸。如果磷酸基團(tuán)中的一個(gè)H再被膽堿取代，就形成卵磷脂，它是生物膜的主要成分。如果磷酸基團(tuán)中的一個(gè)H被膽胺取代，就形成腦磷脂，與血液凝固有關(guān)，同時(shí)也構(gòu)成動(dòng)物的膜結(jié)構(gòu)。磷脂分子頭部極性、親水，尾部非極性、疏水。3、其它（1）蠟結(jié)構(gòu)與脂肪相似，但組成蠟的醇和脂肪酸都是長(zhǎng)鏈的，而且醇是單羥基醇，多見于皮膚和羽毛表面、葉和果實(shí)的表面以及昆蟲體表，可防止細(xì)胞失水或防水。（2）類固醇（如：膽固醇、性激素、VD、腎上腺皮質(zhì)激素等。）（3）萜類類胡蘿卜素：植物細(xì)胞中的葉綠體色素。視黃醛：是VA的氧化物，與動(dòng)物的感光活動(dòng)有關(guān)，人缺乏時(shí)易患夜盲癥。VE：又叫生育酚，具抗氧化作用，與動(dòng)物的生殖功能和抗衰老有關(guān)。VK：與凝血作用有關(guān)，缺乏時(shí)容易皮下和內(nèi)臟出血。（四）Pr是生命的基本物質(zhì)之一，從某種意義上說(shuō)，沒(méi)有Pr就沒(méi)有生命。元素組成：C（50～56％）、H（6～8％）、O（19～24％）、N（13～19％）、S（0～4％），有些Pr含P，少數(shù)Pr含F(xiàn)e、Cu、Zn、Mo、Mn、Mg、Co等金屬元素。各種Pr的含N量均接近16％，可用于估算樣品中的Pr含量。1、Pr單體（氨基酸）天然存在的Pr所包含的aa共20種，通式為：CRHCOOHNH2共性：一個(gè)α碳原子同時(shí)與一個(gè)－COOH、一個(gè)NH2

、一個(gè)H和一個(gè)R基相連，R是可變的側(cè)鏈。除甘氨酸外，所有天然aa的α碳原子都不對(duì)稱，即α碳原子同時(shí)與4個(gè)不同基團(tuán)相連，因此也有D－aa和L－aa之分，所有天然Pr都由L－aa所構(gòu)成。20種天然aa的名稱及縮寫：甘氨酸:Gly丙氨酸:Ala纈氨酸:Val亮氨酸:Leu異亮氨酸:Ile脯氨酸:Pro色氨酸:Trp苯丙氨酸:Phe酪氨酸：Tyr絲氨酸:Ser蘇氨酸:Thr半胱氨酸:Cys甲硫氨酸:Met天冬酰胺:Asn谷氨酰胺:Gln（蛋氨酸）天冬氨酸:Asp谷氨酸:Glu賴氨酸:Lys精氨酸:Arg組氨酸:His2、肽和多肽一個(gè)aa的α－氨基和另一個(gè)aa的α－羧基脫水縮合，形成肽鍵，并生成相應(yīng)的化合物二肽。同樣還可以不斷往肽鏈上添加新的aa，肽鏈中有幾個(gè)aa，就可以叫幾肽。肽：分子量≤1500多肽：分子量>15003、Pr空間結(jié)構(gòu)（1）一級(jí)結(jié)構(gòu)概念

：指Pr分子中多肽鏈的數(shù)目、多肽鏈之間的連接方式和連接部位，二硫鍵的數(shù)目和位置，多肽鏈中aa的數(shù)目、種類和順序等。（2）二級(jí)結(jié)構(gòu)①概念：維持Pr

二級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力：H鍵指Pr分子中的肽鏈向單一方向卷曲而形成的有周期性重復(fù)的主體結(jié)構(gòu)或構(gòu)象。②種類：α—螺旋：肽鏈圍繞一個(gè)縱軸形成螺旋狀。β—折疊片：并行排列的幾條肽鏈之間通過(guò)H鍵相互連接，形成片層結(jié)構(gòu)。（3）三級(jí)結(jié)構(gòu)概念：Pr

分子在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)H鍵、離子鍵、疏水作用力、范德華力等次級(jí)鍵的作用，進(jìn)一步折疊卷曲而形成的空間結(jié)構(gòu)。（4）四級(jí)結(jié)構(gòu)概念：由2條以上肽鏈構(gòu)成的Pr

中，各條肽鏈的三級(jí)結(jié)構(gòu)在空間上的位置就是四級(jí)結(jié)構(gòu)，即各條肽鏈以弱鍵相互連接所形成的特定構(gòu)象。4、Pr的變構(gòu)和變性（1）變構(gòu)作用概念：含兩個(gè)以上亞單位的Pr分子，如果其中一個(gè)亞單位與其它小分子物質(zhì)結(jié)合，使該亞單位和其它亞單位的構(gòu)象發(fā)生變化，從而導(dǎo)致整個(gè)Pr的構(gòu)象和活性發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做變構(gòu)作用或別構(gòu)作用。（2）Pr的變性①概念：Pr

在某些物理或化學(xué)因素的作用下，其空間結(jié)構(gòu)被破壞，失去生物學(xué)活性，這種現(xiàn)象叫Pr的變性。物理因素：X射線、紫外線、高溫等化學(xué)因素：重金屬離子、酸、堿、有機(jī)溶劑等②Pr變性的表現(xiàn)：肽鏈的構(gòu)象從有序的卷曲、折疊狀態(tài)變?yōu)樗缮o(wú)序；