组成细胞的基本元素

不同细胞在化学成分上虽有差异，但化学元素的组成基本相同。组成细胞的化学元素有50多种，其中最重要的是C、H、O、N，其次是S、P、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe，以上12种化学元素占细胞化学元素总量的99.99%以上（前4种约占90%）。此外，细胞中还含有数量极少的微量元素，如Cu、Zn、Mn、Mo、Co、Cr、Si、F、Br、I、Li、Ba等。组成细胞的化学元素不是单独存在的，而是以无机化合物或有机化合物的形式结合在细胞中。无机化合物包括水和无机盐；有机化合物是构成细胞的基本成分，包括有机小分子和生物大分子，生物大分子是由有机小分子构成的。

有机小分子是相对分子质量在100～1 000 Da之间的碳化合物，每个化合物含有30个左右的碳原子。有机小分子在细胞质溶液中通常是游离的，一些有机小分子在细胞中充当单体，形成聚集的大分子，如蛋白质、糖和多糖等；一些有机小分子在细胞中被分解成能量源，并在细胞内的代谢过程中转化为其他小分子。有机小分子只占细胞中有机物的10%，远远没有有机大分子丰富。据粗略统计，1个细胞中可能有1 000种不同的有机小分子，其中最重要的分别是糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸。

最简单的糖是单糖，单糖是化学式为（CH2O）n的化合物，其中n通常等于3、4、5或6，如葡萄糖的化学式是C6H12O6。从化学式看，糖是由C、H、O三种元素组成的，所以糖和由糖组成的化合物也被称为碳水化合物。然而，分子式并不能清楚地表明分子的特征，同一组C、H、O可以通过不同形式的共价键结合在一起，形成不同的结构，如葡萄糖可以通过简单地改变1个羟基相对于分子其余部分的方向转化为乳糖或木糖。每一种糖都有两种形式，分别是D-型和L-型，它们在结构上互为镜像，这个特性对糖的多样性很重要。单糖可以通过糖苷键连接形成较大的糖，如1个葡萄糖与1个果糖可以组成1个蔗糖（二糖）。较大的糖聚合物包括低聚糖（如三糖、四糖等）和多糖（由数千个单糖组成）。

脂肪酸是由C、H、O三种元素组成的一类化合物，是脂肪、磷脂和糖脂的组成成分。根据碳链长度的不同，脂肪酸可以分为短链脂肪酸（碳链上的碳原子数小于6）、中链脂肪酸（碳链上的碳原子数为6～12）和长链脂肪酸（碳链上的碳原子数大于12）。食物中所含的脂肪酸大多是长链脂肪酸。根据碳氢链饱和情况的不同，脂肪酸可分为饱和脂肪酸（碳氢链上没有不饱和键）、单不饱和脂肪酸（碳氢链上有1个不饱和键）和多不饱和脂肪酸（碳氢链上有2个及以上不饱和键）。细胞中有许多不同的脂肪酸，它们具有不同的化学性质，这取决于它们碳氢链的长度以及所含不饱和键的数量和位置。例如，在细胞内，3条脂肪酸链与1个甘油分子可结合形成三酰甘油（也称甘油三酯）。(https://www.daowen.com)

脂肪酸在细胞膜的形成中起着重要作用。细胞膜主要由磷脂构成，磷脂是类似于三酰甘油的小分子，主要由脂肪酸与甘油组成。磷脂中甘油与2个脂肪酸相连，而三酰甘油中甘油与3个脂肪酸相连。磷脂具有强烈的两性分子特性，每个磷脂分子由1个疏水尾部（2条脂肪酸链）和1个亲水头部（磷酸基团）组成，是形成细胞膜的结构基础（第四章进行详细介绍）。

氨基酸是含有碱性氨基和酸性羧基的有机化合物。自然界中有300多种氨基酸，生物界中有20多种氨基酸。氨基酸有一个共同的基本结构，就是氨基直接连接在α碳原子上，称为α氨基酸。一个氨基酸的羧基通过脱水缩合反应与另一个氨基酸的氨基相连形成肽键。氨基酸是蛋白质的基本组成单位，蛋白质是由肽键连接许多氨基酸组成的线性聚合物。有些氨基酸是极性和亲水性的，有些氨基酸是非极性和疏水性的。氨基酸的侧链特性是构成蛋白质功能多样性的基础。生物体内20多种氨基酸所提供的化学多样性是蛋白质功能所必需的。

核酸具有储存遗传信息的功能，分为核糖核酸和脱氧核糖核酸，含有核糖的核苷酸称为核糖核苷酸（RNA），含有脱氧核糖的核苷酸称为脱氧核糖核苷酸（DNA）。DNA携带控制细胞生命活动的遗传信息，RNA与信息的表达有关。