第一节 原子和分子

水是细胞中不可缺少的物质:

• 水是极性分子
• 水分子之间会形成氢键
• 液态水中的水分子具有内聚力
• 水分子之间的氢键使水能缓和温度的变化
• 冰比水轻
• 水是极好的溶剂
• 水能够电离

第二节 组成细胞的生物大分子

2.2.1 碳是组成细胞中各种大分子的基础

2.2.2 细胞利用少数种类小分子合成许多种生物大分子

第三节 糖类

2.3.1 单糖和双糖

组成多糖的单体是单糖，最常见的单糖是葡萄糖和果糖，蜂蜜主要是这两种单糖的混合物。许多单糖在水溶液中还会形成环，环状结构与线状结构互相转变，达到平衡。
葡萄糖分子式为C6H12O6，果糖的分子式也是这样，但是结构式不同。

单糖分子的两个特点：

• 有许多羟基，所以单糖属于醇类；

• 另一个特点是有羰基。羰基或在分子一端成为醛基（葡萄糖
  ），或在分子中间，称为酮基（果糖）。

  
  

细胞中的单糖若不立即利用则通常被合成为双糖和多糖。
双糖在细胞中是由两个单糖通过脱水作用合成的。两个葡萄糖就形成麦芽糖，这是两个单糖之间的两个羟基脱去一个水分子，剩下一个氧原子，与两个单糖中的两个碳原子各形成一个共价键。
常见的双糖为蔗糖，是由葡萄糖和果糖形成的。果糖要比葡萄糖甜的多。蔗糖比葡萄糖甜，单没有果糖甜。

2.3.2 多糖

多糖最主要的有三种：淀粉、糖原、纤维素

• 淀粉贮存在植物根和其他部分中,由葡萄糖的单体聚合而成。它是很长的分子,由于连接葡萄糖单位的键形成一定的角度,所以其长链卷曲成螺旋。淀粉的螺旋可能无分支或有分支。
• 糖原是人和其他动物体内贮藏的多糖。糖原的结构和淀粉一样,也形成螺旋,不过分支更多。人体内的糖原贮存在肝细胞和肌细胞中。
• 最重要的多糖是纤维素。纤维素是地球上最丰富的有机化合物,它形成
  微原纤维,存在于细胞壁中。微原纤维形成坚固的壁保护着细胞,是木材的主要成分。纤维素也和淀粉及糖原一样,是葡萄糖的多聚体,但又与淀粉和糖原不同,其中连接单体的键方向不同,它们形成不分支的链,而不发生卷曲。这些相互平行的链彼此由氢键联系,数千条合在一起,像电缆一样,形成原纤维的一部分。在木材中,一层一层的原纤维与其他类型的多
  体结合在一起,形成坚固的支持,支持着高耸的大树。纤维素不能被动物消化管中的酶所水解,所以我们吃下的纤维素只能原样排出来,毫无变化,这对于维持消化系统的健康极为有益,但它不是养分。

第四节 脂质

脂质包括多种多样的分子,其特点是主要由碳和氢两种元素以非极性的共价键组成。由于这些分子是非极性的,所以和水不能相容,因此是疏水的。严格地说,脂质不是大分子,因为它们的相对分子质量不如糖类、蛋白质和核酸的那么大,而且们也不是聚合物。

• 脂质中最常见的是脂肪,脂肪是由甘油和脂肪酸通过脱水合成而形成的。脂肪酸的羧基中的—OH与甘油的羟基中的-H结合而失去一分子水,于是甘油与脂肪酸之间形成酯键,便成为脂肪分子。
  
  脂肪分子中甘油的3个羟基通常为3个脂肪酸所酯化,所以脂肪又叫做甘油三酯或三酰甘油。脂肪中的3个酰基一般是不同的,来源于C16、C18或其他脂肪酸。有双键的脂肪酸称为不饱和脂肪酸,没有双键的则称为饱和脂肪酸。双键的存在使得碳链弯曲,占的空间较大,所以含有双键的脂在常温下是液态,因为其分子不能排列得太紧密。

脂肪中有多个碳氢链,所以是含能量较多的分子。动物的脂肪中不饱和脂肪酸很少,植物油中则较多。膳食中饱和脂肪太多会引起动脉粥样硬化,因为脂肪还有下面要讲的胆固醇均会在血管内壁上沉积而形成斑块,这样就会妨碍血流,产生心血管疾病。

2.4.2 磷脂、蜡和类固醇都是脂质

脂肪只是脂质中的一类,另外还有3类重要的脂质,它们是磷脂、类固醇和蜡。

• 磷脂是细胞膜的重要组分,其结构与脂肪类似,不过分子中只有两个脂肪酸,另外一个酸是磷酸。
• 蜡也是酯,是由一些长链的醇与长链脂肪酸形成的酯。它们的疏水性比脂肪的更强,所以可保护生物体的表面。例如,苹果、梨的表皮上都有一层蜡,可以保护这些果实,避免干燥。动物的表面也有蜡,例如,昆虫就有蜡保护着其躯体,避免干燥。

• 类固醇是一类不同的脂质。它们的特点是碳链折成4个环,3个六元环和1个五元环。最常见的类固醇一胆固醇。胆固醇是细胞膜的重要成分,也是动物体内合成其他类固醇的原。动物的雌、雄性激素都是类固醇。

  有一些类固醇药物称为促蛋白合成类固醇,是人工合成的类似雄性激素的药物。它能促进肌肉发达,增强体力,常为一些运动员所服用。这些药物有许多严重的副作用,对运动员身心两方面都有严重影响,为许多体育组织所禁用。

第五节 蛋白质

2.5.1 蛋白质为生命活动所必需

根据蛋白质在体内的功能,可将其分为7大类:
（1）结构蛋白结构蛋白是组成细胞结构的基础,例如,哺乳动物的毛、发、肌腱和韧带,查和蜘蛛的丝等都是由专门的蛋白质组成的。
（2）收缩蛋白收缩蛋白与结构蛋白共同起作用,例如,肌肉的运动就需要收缩蛋白与肌腱共同起作用。
（3）贮藏蛋白例如,卵清蛋白就是动物卵中的贮藏蛋白,是给发育中的胚胎提供氨基酸的。植物的种子中有许多种贮藏蛋白,是种子萌发时的养料来源,也是食物中重要的蛋白质来源。
（4）防御蛋白，例如,抗体就是一种防御蛋白,是存在于血液中负责与病原体作斗争的蛋白质。
（5）转运蛋白，负责物质转运的蛋白质,例如,血红蛋白,即血液中含铁的蛋白质,是把氧从肺转运到身体其他各部分的蛋白质。
（6）信号蛋白 信号蛋白是将信号从一个细胞传送到另一个细胞的蛋白质。例如,某些激素就是信号蛋白,它们的作用是协调躯体中的某些活动。
（7）酶 酶大概是生物体内最重要的蛋白质。它们是生物催化剂,催化体内的每一个化学反应。实际上细胞中所有的化学反应都是由酶促进和调节的。

2.5.2 蛋白质仅由20种氨基酸组成

所有的蛋白质都仅由 20种氨基酸组成。氨基酸是含有氨基和羧基的化

2.5.3 蛋白质的结构决定其功能

一个蛋白质分子由一条或几条多肽链组成,多肽链则折叠成特有的形状。例如,溶菌酶,是存在于眼泪和白细胞中的酶,其功能是杀菌,因为它能

蛋白质的变性就是指多肽链松开,失去了其专一的三维形状,因而也就失去了其功能。

• 一级结构中部分肽链的卷曲或折叠产生二级结构。
• 卷曲所形成的二级结构称为 a螺旋,折叠所形成的二级结构称为折叠片。这两种二级结构的形成都是由于距离一定的N-H基团和-C=0基团之间形成氢键。
• 三级结构表示的是一条多肽链的总的三维形状。三维形状一般都可以大致说是球状的或纤维状的。运甲状腺素蛋白呈球状,因为其中的 a 螺旋和几个折叠片紧密地排列着。球状蛋白质的三级结构中既有螺旋区,又有折叠区。而纤维状蛋白质,例如,我们头发中的蛋白质,则几乎完全由 x 螺旋组成。三级结构的形成,主要是由于多肽链中R基团间的相互作用。
• 由两条或多条肽链组成的蛋白质,还有四级结构。组成这种蛋白质的各个多肽,称为亚基,四级结构是由各亚基之间形成的键所维持的。

第六节 核酸

2.6.1 核酸由核苷酸组成

核酸也是多聚体。有两类核酸:脱
氧核糖核酸和核糖核酸。

中3‘C 上的羟基与下一个核苷酸中磷酸基团上的一个羟基脱水,便形成了一个新的磷酸二酯键,这样一个个地连下去便形成了多核苷酸。

2.6.2 DNA双螺旋

DNA双螺旋模型的特点如下：
(1)多核苷酸链的两个螺旋围绕着一个共同的轴转,为右手螺旋。
(2)多核苷酸链是通过磷酸和戊糖的3',5'碳相连而成的。因此,长链的两端是不同的,一端是与3碳相连的羟基(3'C-OH),另一端是与5'碳相连的磷酸基团(5’C-PO4)(图2.15)。
(3)嘌呤碱和嘧啶碱在双螺旋内部,而磷酸根和核糖在外部。碱基的平面与轴相垂直,糖的平面又与碱基的平面几乎相垂直。
(4) 螺旋的直径约为2mm,相邻碱基之间相距0.34 nm 并沿轴旋转36°。因此,整个旋转每隔10个碱基之后,即相距3.4 nm 之后又转回原位置。
(5) 两条链是由碱基对之间的氢键连在一起的,腺嘌吟(A)总是与胸腺嘧啶(T)配对,鸟嘌呤(G)总是与胞嘧啶(C)配对。A-T 之间有2个氢键,G-C之间
有3个氢键。
(6) 多核苷酸中碱基的序列不受任何限制。碱基对的准确序列携带着遗传信息。碱基配对的专一性是DNA双螺旋中最重要的问题。