细胞的化学组成

细胞的化学组成是泛指构成细胞的各种化学成分。在天然存在的90种化学元素中，有27种为生命物质所必需（表）。其中以氢、氧、碳、氮四种元素含量最多，几乎构成多数细胞总重的99%。这四种元素都易于借用电子对形成共价键，即当两个原子结合时，由每个原子供给一个电子，形成共有电子对而产生的化学键，它们彼此反应，可形成多种不同的共价化合物。碳、氮、氧三种元素能共用一个或两个电子对形成单键或双键，这种特性使它们具有广泛的化学结合方式，特别是碳原子为满足外电子层八个电子，可以接受或供给四个电子。因此，能与另外四个碳原子形成共价键，共价连接的碳原子可以构成无数种线形、分支或环状的分子骨架和各种不同的三维结构(图1)。它们又能与氧、氢、氮及硫等共价结合成多种不同的功能基团(图2)。所以碳是非常重要的元素。

生物体中需要的化学元素

在所有化合物中，除水和无机盐外，由碳原子与氮、氢、氧结合成许多小分子有机化合物，细胞中的小分子有机物一般指含30个以上碳原子组成的分子量在100—1000范围内的碳化合物。它们在细胞中自由存在，是大分子物质合成的原料和降解产物，也是由食物转变为体内可用能量过程中的产物或中间产物。细胞中含的小分子有机物极多，根据它们的化学结构可概括为四大类： 即糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸。每一类都包括许许多多具有该类共同特征的化合物，这些生物分子在一定范围中在细胞内按严格的顺序协调地进行化学反应，体现其生物学功能。生物大分子包括蛋白质、核酸和多糖，它们是分别由大量氨基酸、核苷酸和单糖构成的多聚体，具有非常复杂的结构和功能。
在各种成分中，蛋白质是生命物质的主要成分，是生物遗传信息表达的结果，有些蛋白质参与形成细胞的结构，有些具有特异的催化作用和某些生理功能； 核酸是遗传的物质基础，其重要作用是储存和传递遗传信息并指导蛋白质的生物合成。多糖主要作为细胞能量的储存形式，部分可形成细胞外结构，如纤维素。脂类为生物膜的主要成分，也是高能物质的储存形式，水是维持生命活动所必须的溶剂。无机盐关系着多种酶的活性和细胞内液体的酸碱平衡。这些物质在不同生物和不同组织中含量不同，但水和蛋白质是含量最多的两种成分。
生命物质大多数成分具有高度的结构形式，不同类型的大分子可借大量微弱的非共价键结合成高一级的复合物，例如蛋白质和脂类结合成脂蛋白，核酸和蛋白质结合成核蛋白，这些超分子的复合物进一步装配成细胞的结构系统。各种成分整合起来，才能表现生命。

图1 含碳化合物的分子骨架及其三维结构

图2 碳与氢、氧、氮原子共价结合形成各种功能基团概况