第一节细胞的生活需要物质和能量

1、、线粒体 细胞的呼吸作用主要是在线粒体内进行的。线粒体的内部结构，在光学显微镜下不能分 辨，只有在电子显微镜下才能看清楚。线粒体由内外两层膜组成。外膜即界限膜，使线粒体 与周围的细胞质分开， 是各种分子和离子进入线粒体内部的障壁。内膜的不同部位向线粒体 的中心腔折叠，形成嵴。这样就大大增加了酶分子附着的表面，并且把酶分子密集地包在线 粒体里。内膜和外膜在化学成分和物理特性上都有显著的差异。例如，它们在蛋白质的含量， 特别是在类脂的分布上是很不相同的。外膜比内膜的磷脂含量要高23倍；外膜的通透性 也比内膜高得多。外膜的通透性高，为线粒体与周围细胞质之间进行充分的物质交换提供了 条件。内膜的通透性

2、差，可以使催化三羰酸循环的复杂酶系统保留在内膜的间隔中，保证呼 吸作用的进行。线粒体膜上还具有小孔，这样，呼吸作用所产生的 ATP可以更容易地向线粒 体外面扩散。 线粒体既然是细胞进行呼吸作用的主要场所，那么有关催化三羧酸循环、氨基酸代谢、 脂肪酸分解、电子传递、能量转换、DNA复制和RNA合成等过程所需要的一百多种酶和辅酸， 都分布在线粒体的外膜、膜内空间、内膜和基质中。这些酶和辅酶的主要功能是参加三羧酸 循环中的氧化反应、电子传递和能量转换。 线粒体普遍存在于植物细胞和动物细胞中，它是活细胞进行有氧呼吸的主要场所。现在 知道，细胞生命活动所必需的能量，大约95%来自线粒体。因此，有人把线粒

3、体叫做细胞内 供应能量的“动力工厂”。 线粒体的站构禾鷲图电犍下线粒体的亚显激绪构 在光学显微镜下观察， 线粒体大多数呈椭球形。 在电子显微镜下观察， 线粒体是由内外 两层膜构成的。外膜使线粒体与周围的细胞质基质分开。内膜的某些部位向线粒体的内腔折 叠形成嵴，峭使内膜的表面积大大增加。峭的周围充满了液态的基质。 在线粒体内，有许多 种与有氧呼吸有关的酶。在线粒体内，还含有少量的DNA 线粒体一般是均匀地分布在细胞质基质中，但是它在活细胞中能自由地移动，往往在细 胞内新陈代谢旺盛的部位比较集中。例中，线粒体在小鼠受精卵的分裂面附近比较集中。 叶绿体 叶绿体是绿色植物叶肉细胞中，进行光合作用的细胞

4、器。 因此，有人把它比喻 为“养料制造工厂”和“能量转换站”。 在光学显微镜下观察高等植物的叶绿体，可以看到它一般呈扁平的椭球形或球形。在电 子显微镜下，可以看到叶绿体的外面有双层膜，使叶绿体内部与外界隔开。 叶绿体的内部含 有几个到几十个基粒。 基粒与基粒之间充满着基质。叶绿体的每个基粒都是由一个个囊状的 结构垛叠而成的，在囊状结构的薄膜上，有进行光合作用的色素， 这些色素可以吸收、 传递 和转化光能。在叶绿体的基粒上和基质上含有许多进行光合作用所必需的酶。基质中还含有 少量的DNA 叶绿体立体结构模式图 、水在生物体内的作用 水对于维持 水是生命存在的环境条件， 同时也是生活物质本身化学反

5、应所必需的成分， 生物体的正常生理活动有着重要的意义，因此水是生物体不能缺少的物质。 1水是细胞内的良好溶剂生物体内的大部分无机物质及一些有机物， 都能溶解于水。 水是物质扩散的介质，也是酶活动的介质。细胞内的各种代谢过程，如营养物质的吸收，代 谢废物的排出，以及一切生物化学反应等，都必须在水溶液中才能进行。 2水的其他作用 由于水分子的极性强， 能使溶解于其中的许多种物质解离成离子， 这样也就有利于体内化学反应的进行。 由于水溶液的流动性大， 水在生物体内还起到运输 物质的作用， 将吸收来的营养物质运输到各个组织中去， 并将组织中产生的废物运输到排泄 器官，排出体外。水的比热大，1 g水从1

6、5C上升到16C时需要4. 18 J热量，比同量 其他液体所需要的热量多， 因而水能吸收较多的热而本身温度的升高并不多。 水的蒸发热较 大，1g水在37C时完全蒸发需要吸热 2. 40 kJ，所以蒸发少量的汗就能散发大量的热。再 加上水的流动性大， 能随血液循环迅速分布全身， 因此水对于维持生物体温度的稳定起很大 作用。水还有润滑作用。对植物来说，水能保持植物的固有姿态。由于植物的液泡里含 有大量的水分， 因而可以维持细胞的形态而使植物枝叶挺立， 便于接受阳光和交换气体， 保 持正常的生长发育。 对生物体的生命活动起重要的调控作用。 生物体内水的含量的多少以 及水的存在状态的改变， 都影响着新

7、陈代谢的进行。一般情况下， 代谢活跃时，生物体内的 含水量 70%以上；含水量降低，则生命活动不活跃或进入休眠。当自由水比例增加时，生物 体的代谢活跃，生长迅速；而当自由水向结合水转化较多时，代谢强度就会下降，抗寒、抗 热、抗旱的性能提高。 三、无机盐 无机盐在细胞中的含量虽然不多， 但是是生命活动所必需的。 如果将一块组织放在蒸馏 水中，从原生质中去掉盐类， 该组织就会死亡。 许多无机盐在细胞中呈游离与离子状态存在。 无机盐在生物体和细胞中的作用主要有以下几点。 1是构成原生质或构成生物体某些结构的重要成分。 2参与并调节生物体的代谢活动。有些无机离子是酶、激素或维生素的重要成分。例 如，含

8、锌的酶最多，已知有七十多种酶的活性与锌有关；钴（CO）是维生素B12的必要成分, 参与核酸的合成过程；铁（Fe）参与组成血红蛋白、细胞色素等，参与氧的运输和呼吸作用 中的电子传递过程等。 3维持生物体内的平衡。体内平衡是使细胞能有稳定的结构和功能，生物能维持正常 的代谢和生理活动的必要条件。 有关体内平衡的内容很复杂， 情况多变。 其中的三个主要方 面与无机盐含量的稳定密切相关。 （ 1）渗透压平衡：细胞内外的无机盐的含量是维持原生质渗透压的重要因素。 （2）酸度平衡（即pH平衡）：pH调节着细胞的一切生命活动，它的改变影响着原生 质组成物的所有特性以及在细胞内发生的一切反应。例如，各种蛋白质

9、对于pH的改变异常 敏 感，人体血浆pH降低0.5个单位，立即发生酸中毒。无机离子如 HPO /H2PO和HbCO/HCO 等组成重要的缓冲体系来调节并维持pH平衡。 （3） 离子平衡：动物细胞内外的Na+/K+/Ca2+的比例是相对稳定的。细胞膜外 Na+高、K 低，细胞膜内K+高、N才低。K+、Na+这两种离子在细胞膜内外分布的浓度差，是使细胞可以 保持反应性能的重要条件。因此，在细胞膜外Na+多。+少时，神经细胞会失去稳定性，对 于外来刺激会过于敏感。 四、糖类的分布和功能 糖类是生物体的基本营养物质和重要的组成成分， 在自然界中分布极广， 几乎所有的动 物、植物、微生物的体内都有它，尤

10、以存在于植物体内的为最多，约占植物干重的80%。在 植物体内， 构成根、 茎、叶骨架的主要成分是纤维素多糖。 在植物种子或果实里的主要储存 物质，如淀粉、蔗糖、葡萄糖、果糖等都是糖类。在动物血液中的血细胞内，也有葡萄糖或 由葡萄糖等单糖缩合成的多糖存在，在肝脏、 肌肉里的多糖是糖元。 人和动物的组织器官中 所含的糖类，不超身体干重的2%微生物体内的含糖量约占身体干重的10%- 13%其中有 的糖呈游离状态，有的是与蛋白质、脂肪结合成复杂的多糖， 这些糖一般存在于细胞壁、黏 液或荚膜中，也有的形成糖元或类似淀粉的多糖存在于细胞质中。 糖类的功能有以下几点：（ 1）糖类是生物体的主要能源和碳源物质

11、：糖类物质可以通 过分解而放出能量， 这是生命活动所必需的。 糖类还可以为生物体合成其他化合物 （如某些 氨基酸、核苷酸、脂肪酸等）提供碳原子和碳链骨架，构成组织和细胞的成分。（2）糖类 与生物体的结构有关： 纤维素和壳多糖都不溶于水， 有平坦伸展的带状构象， 堆砌得很紧密， 所以它们彼此之间的作用力很强， 适于作强韧的结构材料。 纤维素是植物细胞壁的主要成分。 壳多糖是昆虫等生物体外壳的主要成分。 细菌的细胞壁由刚性的肽聚糖组成， 它们保持着质 膜免受机械力和渗透作用的损伤。细菌的细胞壁还使细菌具有特定的形状。（3）糖类是储 藏的养料：糖类以颗粒状态储存于细胞质中，如植物的淀粉、动物的肝脏和

12、肌肉中的糖元。 （4）糖类是细胞通讯识别作用的基础：细胞表面可以识别其他细胞或分子，并接受它们携 带的信息， 同时细胞表面也通过表面上的一些大分子来表示其本身的活性。 细胞与细胞之间 的相互作用，是通过一些细胞表面复合糖类中的糖和与其互补的大分子来完成的。（5）糖 类具有润滑保护作用： 黏膜分泌的黏液中有黏稠的黏多糖， 可以保护润滑的表面。 关节腔的 滑液就是透明质酸经过大量水化而形成的黏液。 五、蛋白质分子的结构 蛋白质分子内各个原子之间相互的立体关系就是蛋白质分子的结构。 通常将蛋白质的结 构分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。 1蛋白质的一级结构：又称为初级结构或化学结构，是指蛋

13、白质分子中，由肽健连接 起来的各种氨基酸的排列顺序。目前可以运用氨基酸自动分析仪和氨基酸顺序自动分析仪， 对蛋白质的一级结构进行测定。 2蛋白质的二级结构：蛋白质和二级结构是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式。 近年来， 通过研究知道， 蛋白质分子的多肽链本身一般都不是全部以松散的线形分子的状态 存在于生物体内，而是部分卷曲盘旋成螺旋状（一般呈所谓a螺旋），或折叠成片层状（又 称3折叠），或呈3回折（发夹回折、U形转折），或呈无规则卷曲。蛋白质的二级结构 主要依靠氢健来维持结构的稳定性。 3蛋白质的三级结构：具有二级结构的肽链，按照一定方式再进一步卷曲、盘绕、折 叠成一种看来很不规则， 而实际

14、上有一定规律性的三维空间结构， 叫做三级结构。 这些肽链 所以会卷曲、盘绕、折叠，主要是因为肽链的氨基酸侧链之间的相互作用。 4蛋白质的四级结构：具有三级结构的蛋白质分子，通过一些非共价键结合起来，而 成为具有生物功能的蛋白质大分子， 就是蛋白质的四级结构。 构成功能单位的每条肽链， 称 为亚基。亚基虽然具有二、三级结构，但是在单独存在时并没有生物活力， 只有完整的四级 结构才具有生物活力。 例如， 磷酸化酶是由两个亚基构成的， 如血红蛋白是由四个不同的亚 基（2个a肽链，2个3肽链）构成的，谷氨酸脱氧酶是由六个相同的亚基构成的。 有些蛋白质分子只有一、二、三级结构，并无四级结构，如肌红蛋白、

15、细胞色素C、核 糖核酸酶、溶菌酶等。另一些蛋白质，则一、二、三、四级结构同时存在，如血红蛋白、谷 氨酸脱氢酶等。 六、脂类 脂类主要由C H 03种化学元素组成，很多种脂类物质还含有N和P等元素。脂类包 括脂肪、类脂和固醇等，这些物质普遍存在于生物体内。 脂肪大量储存在某些植物的种子、 果实细胞和动物的脂肪细胞中， 它主要是生物体内储 存能量的物质。此外，高等动物和人体内的脂肪，还有减少身体热量散失，维持体温恒定， 减少内部器官之间摩擦和缓冲外界压力的作用。 类脂中的磷脂是构成细胞膜的重要成分，也是构成多种细胞器膜结构的重要组成成分。 在动物的脑和卵中，大豆的种子中，磷脂的含量较多。 固醇类物

16、质主要包括胆固醇、性激素和维生素 D等，这些物质对于生物体维持正常的新 陈代谢和生殖过程，起着重要的调节作用。 七、核酸 核酸是遗传信息的载体， 存在于每个细胞中。 核酸是一切生物的遗传物质， 对于生物体 的遗传变异和蛋白质的生物合成有极重要的作用。 核酸是由 C、H、O、N、P 等化学元素组成的，也是一种高分子化合物。核酸的相对分子 质量很大，大约是几十万至几百万。 核酸的基本组成单位是核苷酸。 一个核苷酸是由一分子含氮的碱基、 一分子五碳糖和一 分子磷酸组成的。每个核酸分子是由几百个乃至上亿个核苷酸互相连接而成的长链。 根据核酸中所含五碳糖的种类不同， 可以将核酸分为脱氧核糖核酸和核糖核酸。 这两类 核酸广泛存