21.3 : 细胞化学

该细胞由水，有机分子和无机离子化学组成。

水

水分子的极性及其产生的氢键使水成为一种与生命过程密切相关的具有特殊性质的独特物质。 生命最初是在水环境中进化的，生物体的细胞化学和代谢大多发生在细胞细胞胞质的水含量内。 特惠的水性质是其高热容量和汽化热，其对溶解极性分子，凝聚和附着性质的能力以及对可导致 pH 值基准的离子的离解。 了解这些水的特性有助于阐明水在维持生命方面的重要性。

水的重要性质之一是它是一个极分子:水分子 (H₂O) 中的氢氧形成极性共价键。 虽然水分子没有净电荷，但水的极性会在氢气上产生轻微的正电荷，而在氧上产生轻微的负电荷，从而导致水的吸引力性质。 水会产生电荷，因为氧气的电化程度比氢强，这使得共用电子更有可能靠近氧核而不是氢核，从而在氧附近产生部分负电荷。

由于水极性的影响，每个水分子都会吸引其他水分子，因为水分子之间的电荷正好相反，形成氢键。 水也会吸引或吸引其他极性分子和离子。 容易与水发生相互作用或溶解的极性物质是亲水性物质。 相反，非极分子 (如油和脂肪) 与水的相互作用不大。 这些非极化合物具有疏水性。

有机分子

蛋白质，碳水化合物，核酸和脂质是生物巨分子的四大类—由较小的有机分子制造的生命所需的大分子。 巨分子由科学家称之为单体的单个单位组成，这些单体由共价键联合形成更大的聚合物。 聚合物不仅仅是其零件的总和:它获得了新的特性，并导致渗透压比其成分形成的要低得多。 这是保持细胞渗透条件的一个重要优势。 一个单体与另一个具有水分子释放的单体结合，形成共价键。 科学家称这些脱水或凝结反应。 当聚合物分解成更小的单位 (单体) 时，它们会通过这些反应为每个键破损使用水分子。 这些反应是水解反应。 所有巨分子的脱水和水解反应都相似，但每种单体和聚合物反应都是其类别特有的。 脱水反应通常需要投资于能量以形成新的键，而水解反应通常通过分解键释放能量。

碳水化合物碳水化合物是一组巨分子，它们是细胞的重要能量来源，为植物细胞，真菌和所有节肢动物 (包括龙虾、螃蟹、虾、昆虫和蜘蛛) 提供结构支持。 碳水化合物可以分为单糖，双糖和多糖。 葡萄糖以淀粉或糖原等聚合物的形式储存，使其代谢的可访问性稍低;但这可防止其从细胞中泄漏或产生高渗透压，从而导致细胞摄入过多水。

蛋白质是一类为细胞执行多种功能的大型分子。 它们通过充当酶，载体或激素来帮助代谢，并提供结构支持。 蛋白质的组成部分是氨基酸。

脂质脂类是一类宏观分子，其性质为非极性和疏水性。 主要类型包括脂肪和油，蜡，磷脂和类固醇。 脂肪是能量的一种储存形式，也称为三乙基甘油或甘油三酯。 胆固醇是一种类类固醇，是等离子体膜的重要组成部分，有助于保持膜片的流体性质。

核酸核酸是由可指导细胞分裂和蛋白质合成等细胞活性的核苷酸组成的分子。 核酸有两种类型: 脱氧核糖核酸（DNA） 和 RNA。 脱氧核糖核酸（DNA） 携带着细胞的基因蓝图，并将其从父母传给后代。 RNA 涉及蛋白质合成及其调节。

无机离子

无机离子构成细胞质量的小于 1% ，但对细胞功能至关重要。 在细胞中发现的物质包括钠、钾、镁、钙、磷酸盐和氯化物。

本文改编自 Openstax, 生物学 2e, 第1单元: 生命化学。