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生物體體內的物質是多種多樣的,但可以從大的功能上劃分為三大類,即結構物質、能源物質和活性物質(功能物質)。
一、結構物質
結構物質是生物體各種結構的基礎,它們構成生物膜、細胞質骨架、各種細胞器、細胞核等結構,這些結構是細胞執行各種生命活動的場所。
1、生物膜系統
生物膜系統包括細胞質膜、細胞質內各種細胞器包膜及核膜等。與真核細胞相比,原核細胞的內膜系統不很豐富,只有少量的膜結構,例如某些細菌的間,藍綠藻中進行光合作用的類囊體膜的。
生物膜結構是細胞結構的基本形式,它對細胞內很多生物大分子的有序反應和區域化提供了必須的結構基礎,從而使各個細胞器和亞細胞結構既各自有恒定、動態的內環境,又相互,相互制約,從而使整個細胞活動有條不紊、協調一致地進行。
生物膜系統主要由類脂、蛋白質和糖類3類分子構成,還有水、金屬離子等。
1、1.類脂有磷脂、膽固醇,膜的主體成分是磷脂。糖類與脂類復合構成糖脂,通常存在于膜的外表面,神經組織是含類脂比例zui大的組織,尤以神經元為甚,因為神經元是多突起的細胞,膜/質比例很大。
膜的骨架是磷脂雙分子層。磷脂分子是一端親水一端疏水的分子,它們通過疏水端粘合、親水端指向外側構成雙分子層。膜的外側是親水的,膜中間是疏水的。膜內的磷脂分子位置是流動的,并不具有固定的位置,因此生物膜的物理狀態是介于液態和固態之間的一種狀態,既有類似于固體的相對穩定形狀,又具有液態分子的流動性。正因為此,膜上的所有分子都具有流動性。
1、2.膜蛋白。根據粗略計算,細胞中大約20%~25%的蛋白質是與膜結構相連的蛋白質,膜蛋白可根據它們在膜上的定位分為膜周邊蛋白質和膜內在蛋白質,這些蛋白質有些是酶,有些是支撐細胞外形的支撐蛋白,有些是受體,有些是離子通道。
1、3.在生物膜中,糖類的含量較少,其中多數分布在質膜上,約占質膜的2%~10%,內膜的含量相對較少。糖類在膜上通常與蛋白質和脂質復合,在質膜的外側形成一層多糖,即所謂的“糖被”,這在細胞膜尤其明顯。糖被與細胞識別、信息分子傳遞等相關,例如ABO血型物質、一些激素和活性物質的受體。
(二)細胞壁
植物細胞和細菌都存在細胞壁,動物細胞缺乏細胞壁。細胞壁的主要成分是多糖。
(三)細胞溶膠及核基質
細胞溶膠的成分復雜,含結構物質、功能物質和能源物質,其中起主要支撐定型作用的物質是蛋白質。
(四)細胞間質
細胞間質的主要成分是蛋白質和多糖,在結締組織尤為明顯。
機體的結構物質還有皮膚的角質層、肌腱、肌肉纖維、毛發、角、甲等,這些結構的主體成分都是蛋白質。
二、能源物質
前已述及,體內的能源物質有糖、脂肪和蛋白質,其中糖類和脂肪是主要的能源物質,蛋白質亦可作為能源物質使用,但蛋白質的主要功能是活性物質和結構物質。
三、功能物質或活性物質
此類物質從化學組成上種類繁多,有蛋白質、脂類、糖類、核酸、維生素及其他化學物質,但可分為以下幾種類型。
(一)功能蛋白
諸如紅細胞中的血紅蛋白、肌肉細胞中的肌球蛋白和肌動蛋白、細胞間質的膠原蛋白和彈性蛋白、貯鐵蛋白、血漿中的轉運蛋白、膜上的轉運蛋白等,這些蛋白質有些既是功能蛋白又是結構蛋白。
(二)酶-生物催化劑
其化學本質是蛋白質,即具有催化能力的蛋白質。廣泛分布于各種細胞中,現已鑒定出4000多種酶,而且每年都有新酶被發現。生物機體是一個復雜的化學系統,細胞內絕大多數的化學反應都依賴酶的催化。
(三)細胞內信息物質
擔當細胞內信息傳遞的任務,這些物質有核苷酸類、糖類、無機離子等。
(四)細胞間信息物質
這類物質攜帶信息從而使機體細胞進行聯絡和溝通,調節機體生命活動。有激素、神經遞質、細胞因子等。從化學組成上分為3類,蛋白質及肽類、氨基酸類、膽固醇類,某些細胞間信息物質還含有糖。
從產生細胞到靶細胞的傳輸距離上劃分,細胞間信息物質分為遠距離信息物質、旁細胞分泌的信息物質(細胞因子)和作用于自身細胞的自分泌信息物質。
(五)DNA和RNA
DNA和RNA是遺傳信息的載體,通過復制與細胞分裂將遺傳信息傳遞至子細胞和子代,通過表達途徑產生蛋白質和酶,全面調控細胞的新陳代謝。
需要注意的是,很多物質的功能不是單一的,而具有多種功能。例如細胞膜上的受體蛋白,它既是細胞膜的結構蛋白,又是功能蛋白,在細胞破解死亡后可作為其他細胞的能源物質;肌肉中的肌球蛋白和肌動蛋白既是結構蛋白,又是功能蛋白,在長期饑餓時,肌肉中的一部分蛋白質被動員,而被當作能源物質利用;同樣,酶是生物催化劑,蛋白質及氨基酸類激素是信息物質,它們降解后,也作為能源物質被利用。
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