浅议组成细胞有机物的构成元素和单体

郎梓荐

摘要：主要研究组成细胞的有机物的构成元素和单体，介绍了细胞有机物种类功能和元素组成，并对课本中几个有疑问的知识点进行了分析。

关键词：组成细胞有机物；构成元素；单体

糖类是生物体内主要能源物质，动物细胞中，糖原、蛋白质是生命活动主体承担者，核酸是遗传信息携带者，其中DNA分布于细胞核，RNA分布于细胞质，脱氧核糖核苷酸与核糖核苷酸结构上的不同主要体现在五碳糖、碱基等方面，DNA和RNA空间结构上的差异也非常显著，DNA是特殊的双螺旋结构，RNA是单链结构，C、O、H、N是细胞有机物至少构成元素。

一、细胞有机物种类和功能

细胞内糖类、脂质以及核酸等几种化合物都有C、H、O三种元素，这几种化合物之间的区别主要体现在N、P、S等元素中。多糖只有C、H、O三种元素，是葡萄糖等单体构成的复合结构，脂质有C、H、O、N、S、P等多种元素，构成单位为甘油和脂肪酸，蛋白质构成基本元素为C、H、O、N，构成单体为氨基酸，核酸构成单体为脱氧核苷酸和核糖核苷酸。常见有机物中，葡萄糖、纤维素、淀粉以及糖原都属于糖类，其中葡萄糖是细胞能源物质，纤维素是细胞壁的核心成分，淀粉是植物细胞内的储能物质，糖原和脂肪是人和动物内的储能物质，核酸是病毒、生物的遗传物质、翻译模板，ATP是细胞内直接能源物质，磷脂是生物膜的主要结构，蛋白质是细胞内最活跃的成分，参与酶催化、受体识别、载体运输、抗体免疫等多种重要生命活动。

二、细胞化合物元素组成

在解答各种元素组成类题目时，关键在于不同化合物元素的共性和特殊性，细胞内元素大部分存在于各种化合物中，构成细胞的化合物有有机物和无机物两种，无机物主要包括盐和水，有机化合物则有蛋白质、核酸、脂质、糖类等几种，组成细胞的化合物中水含量最高，细胞干重中蛋白质含量最高。要注意并非所有细胞的化合物含量和组成都完全相同，不同生物种类细胞、相同生物种类不同功能部位细胞的化合物组成都有很大差异，但是化合物种类一般相同。构成生命的物质基础有化学元素和化合物两种形式，其中化学元素包括基本元素、大量元素、微量元素三类，和非生物界表现出相同的统一性和多样性，化合物则有无机物和有机物两类，化合物只有根据一定的规律和方式有机组织起来，才能够表现出生命现象，构成生命。

三、基本氨基酸/多糖

至今为止在各种生命体中检测发现的氨基酸种类总数已经超过180种，但是各种蛋白质以及氨基酸的水解产物中常见的基本氨基酸只有20种，其中有19种氨基酸和1种亚氨基酸，也称脯氨酸。除了上述20种基本氨基酸，一些蛋白质中还有一些不常见氨基酸，这些不常见氨基酸都是常见氨基酸在已经合成的肽链上经专一酶催化和化学修饰生成的。其中相对比较常见的有胶原蛋白5-羟赖氨酸和4-羟脯胺酸等，不常见蛋白质氨基酸共用10多种。学习过程中我们知道，多糖是葡萄糖脱水缩合产物，我们在学习这句话时容易产生误解，多糖有纯多糖和杂多糖两种，区分依据为是由单体或多种单糖单位组成，纯多糖中，淀粉、纤维素、糖原以及右旋糖酐单体均为葡萄糖，几丁质壳多糖单体为N-乙酰葡萄糖胺，杂多糖单体成分则相对复杂，例如果胶单体有乳糖、鼠李糖和阿拉伯糖等。

四、蛋白质中的其他元素

在学习“生命活动的主要承担者-蛋白质”一节时，书中并没有对蛋白质元素组成进行直接讨论，老师在讲解时也没有明确提及，但是在进行“噬菌体侵染细菌的实验”学习过程中，却需要了解蛋白质中元素组成相关知识，例如要知道蛋白质中含有S元素。蛋白质以氨基酸为基本组成单位，氨基酸由C、H、O、N四种基本化学元素足够，20种常见氨基酸中，半胱氨酸、甲硫氨酸均含有S元素，由这两种基本氨基酸构成的蛋白质中自然含有S元素。但是一些蛋白质中也含有Fe、Cu等其他元素，这是因为蛋白质内部有肽链亚单位，蛋白质四级结构层次中，亚单位之间可以连接其他一些元素，例如组成甲状腺球蛋白的甲状腺素四碘甲腺原氨酸、三碘甲腺原氨酸中就有I元素，而血红蛋白、肌红蛋白中有Fe元素，铜蓝蛋白中含Cu元素，部分蛋白质甚至含有P元素，不常见蛋白质氨基酸中，有一些是氨基酸残基-OH或者其他基团的可逆性磷酸化形成的，故含有P元素，如磷酸丝氨酸等。

五、脂质的元素组成

学习教材可知，脂质是C、H、O组成的，但是部分脂质也还有P和N。这种现象和脂质分类有关，脂质是一类根据溶解性质定义的特殊生物分子，并非以化学元素组成为划分标准，因此化学组成可能存在较大的变化，脂质的分类也比较困难。根据化学组成分类，脂质有单纯脂、复合脂、衍生脂三类，此外还包括取代烃、甾类等其他脂质。学习过程中经常涉及到的脂肪、磷脂、固醇均属于上述三类脂质，脂肪，也即甘油三酯是高级脂肪酸的甘油酯，固醇是环戊烷多氢菲基本结构脂质包括胆固醇、维生素D2、维生素D3以及睾酮等，磷脂又可以根据醇成分差异分为甘油磷脂、硝氨醇磷脂两种。除了几种基本碱基，核酸中还还有一些稀有碱基，含量较少，种类极多，其中大部分都是常见碱基的甲基化产物，在这些稀有碱基中，4-硫尿嘧啶、2-硫尿嘧啶中都含有SBINGIN元素，RNA中稀有碱基的含量更高，接近10%左右。

結语：

组成细胞有机物的构成元素中，最基本元素为C、H、O、N，基本元素为C、H、O、N、S、P，大量元素为C、H、O、N、S、P、K、Ca、Mg，此外还有各种微量元素，除基本元素之外的其他元素往往作为蛋白质、糖类、脂质中的各种功能基团，在各种生命活动中扮演重要角色。

参考文献：

[1]齐飞，刘晓媛，徐冰冰，贲岳，封莉，张立秋.营养盐水平对念珠藻胞外有机物产生的影响[J].环境科学，2016（05）.

[2]鲁安怀，李艳，王鑫，丁竑瑞，刘熠，王长秋.关键带中天然半导体矿物光电子的产生与作用[J].地学前缘，2016（03）.

[3]陈文和，邓明佳，罗辉，张婧赢，丁文杰，刘俊新，李琳.污泥直接干化产生的恶臭及挥发性有机物特征研究[J].环境科学，2015（08）.

[4]王庚辰，王普才.中国PM_（2.5）污染现状及其对人体健康的危害[J].科技导报，2016（06）.

[5]张巍，许静，李晓东，晁雷，曾华，赵晓光，安乐.稳定塘处理污水的机理研究及应用研究进展[J].生态环境学报，2015（08）.endprint