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索引：1.生物体的元素组成；2.生物体的分子组成；（1）水和无机盐；（2）糖类；（3）脂类；（4）蛋白质；（5）核酸
不同生物或同一生物的不同细胞中各种元素含量是不同的，但碳、氢、氮、氧这4种元素是必须且大量存在的。碳原子构成了各种生物大分子的碳链骨架，作用尤为重要；氢和氧几乎存在于一切生物大分子中；元素则是构成蛋白质和核酸所必需的成分。 生物体内的元素按含量可分为常量元素和微量元素，按在细胞中的作用可分为必需元素和非必需元素。除上述4种元素外，硫、磷、氯、钙、钾、钠、镁等也是生物体内必需的常量元素。 生命是在原始海洋中孕育的，生命自一开始就离不开水。水是生命的介质，它存在于细胞内，也存在于细胞与细胞之间。它在生物体内有着多方面的作用： 首先，水是最好的溶剂，细胞内的绝大多数生化反应都是以水为介质进行的；但水却不能溶解脂类，因此以磷脂分子为基础的生物膜又得以稳定地存在。 其次，水具有较大的热容量，能起到稳定体温的作用；水具有较高的蒸发热，通过水分的蒸发也可以带走热量以保证生物体不至于因体温过高而死亡。 第三，水分子本身也可以参与代谢过程，例如在光合作用中就必须有水的参与，光合作用所释放的氧气也正是来自水分子中氧原子。 细胞中无机盐一般是以离子状态存在，如K+，Na+，Mg2+等阳离子，以及Cl-，HPO42-等阴离子。它们的作用包括： 第一，对细胞内外的渗透压起调节作用，从而影响水分及无机质进出细胞。 第二，调节pH值并对pH值变化具有一定的缓冲能力。 第三，作为酶的活化因子和调节因子，这类离子主要有Mg2+，Ca2+等； 第四，作为合成有机物的原料，例如，Fe2+是合成血红蛋白的原料、PO42-是合成磷脂、核苷酸等的原料。 糖类常被称为碳水化合物，是由碳、氢、氧三种元素构成的一类有机化合物，这三种元素的比例一般为1:2:1。在生物体内，糖既是能源，又是代谢过程的中间产物，某些糖还是构成其他重要生物大分子（如糖蛋白、糖脂）的成分。生物体内的糖主要有单糖（如葡萄糖、核糖、脱氧核糖）、寡糖（如蔗糖、麦芽糖等）和多糖（如淀粉、糖原和纤维素）。 组成脂类的主要元素也是碳、氢、氧（有时含有磷、氮），但与糖类不同的是，脂类分子中氢与氧之比例远大于2。脂类是非极性物质，它们不溶于水，能溶于非极性溶剂。脂类在生物体内具有一系列重要功能： 第一，磷脂是构成生物膜结构的基础； 第二，脂肪含有较高能量，因而是重要的储能物质； 第三，蜡质等可以作为保护层，具有保水、保温和绝缘等作用； 第四，维生素、激素等重要的生物活性物质按其理化性质也可归为脂类。生物体所含的脂类主要有：脂肪和油、蜡、磷脂类，类固醇和萜类。 蛋白质是由氨基酸所构成的生物大分子。生物体内的蛋白是基因表达的结果，在生命活动中起十分重要的功能： 第一，蛋白质作为结构物质在形成细胞膜结构和细胞骨架等方面起重要作用； 第二，蛋白质作为核糖核蛋白体的组成部分在基因表达过程中发挥作用； 第三，细胞中各种生化反应都是在酶的催化下进行的，而酶本身就是一类有特定功能的蛋白质； 第四，某些蛋白质可以作为激素参与并调节生命活动； 第五，蛋白质也可以作为储能物质供生物生长和发育之用。
图3 蛋白质的结构 氨基酸作为蛋白质的结构单位，是一种有机酸，其结构特点是羧基相连的碳原子上又连有一个氨基。存在于天然蛋白质中的氨基酸有20种，它们在亲水性、带电性和酸碱性等方面各有不同。一个氨基酸分子的氨基与另一个氨基酸分子的羧基通过脱水缩合形成肽键，并构成了一个二肽分子。肽和氨基酸、肽和肽还可再以肽键相连形成相对分子量较大的多肽链。多肽就是蛋白质分子的亚单位，蛋白质分子是由1条至多条多肽链组成的，由于组成肽链的一部分氨基酸是含硫的氨基酸，因此多肽链之间通常是通过二硫键相互连接的。 蛋白质是由数十个至数十万个氨基酸组成的，其相对分子量在6000-6000000之间，每一种蛋白质都会形成其特定的空间结构。蛋白质所含多肽链的数量与多肽链之间的连接、多肽链中氨基酸的序列构成蛋白质的一级结构；多肽链向单一方向卷曲，从而形成周期性重复的构象，如α-螺旋和β-折叠片等，是蛋白质的二级结构；蛋白质二级结构基础上还可以形成比纤维蛋白更复杂一些的构象，如球蛋白等，其形成蛋白质的三级结构；有些球蛋白有2条以上多肽链，其在形成a-螺旋的基础上，又互相挤靠在一起，并以弱键相连，就形成了蛋白质的四级结构。 蛋白质是重要的生命物质，但它易与其他物质发生作用而导致其本身结构发生变化并影响其活性。含2个以上亚单位的蛋白质分子中的一亚单位与小分子物质结合后，该亚单位使其他亚单位的构象都会因此而发生改变，从而影响整个蛋白质分子的构象和活性，这就是蛋白质的变构。蛋白质分子在重金属盐、酸、碱、尿素及紫外线等的作用下，空间结构会发生严重的改变和破坏而导致失活，这便是蛋白质的变性。 核酸是由多个核苷酸相连而成的多核苷酸分子，分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），它们是遗传信息的携带者或传递者。 核苷酸是组成核酸的结构单位，它由戊糖（核糖或脱氧核糖）分子、磷酸分子和含氮的碱基构成。核糖或脱氧核糖与碱基结合成为核苷，核苷再与磷酸结合即形成了核苷酸。构成核苷酸的碱基有两类：一类为嘌呤，包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）；一类为嘧啶，包括胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）。三磷酸腺苷（ATP）也是一种特殊的核苷酸，它虽然不是核酸的组成单位，却是细胞内能量的携带者，其水解时会释放大量自由能并转化为二磷酸腺苷（ADP）和一磷酸腺苷（AMP）。 核糖核酸与脱氧核糖核酸虽然都是由核苷酸组成的长链分子，但它们所含的核糖和碱基各有不同。核糖核酸（RNA），其所含戊糖为核糖，碱基为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、尿嘧啶（U）和胞嘧啶（C），一般为单链分子。脱氧核糖核酸（DNA），其所含戊糖是脱氧核糖，碱基则为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。DNA通常是由两条长链互以碱基配对（A-T，G-C）相连而形成的双链分子，呈螺旋状，这就是DNA的双螺旋结构。沃森（James Watson）和克里克（Francis Crick）（1953）对DNA双螺旋结构的发现是20世纪生物学领域最重大的发现之一。
图4 DNA的分子结构 |
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