細(xì)胞的化學(xué)組成
植物細(xì)胞由多種元素組成，主要有C、H、N、O、P、S、Ca、K、Cl、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo等。其中，C、H、N、O四種元素占90％以上，它們是構(gòu)成各種有機(jī)化合物的主要成分。除此以外的其他元素含量較少或很少，但也非常重要。各種元素的原子或以各種不同的化學(xué)鍵互相結(jié)合而成各種化合物，或以離子形式存在于植物細(xì)胞內(nèi)。
組成細(xì)胞的化合物分為無機(jī)物和有機(jī)物兩大類，前者包括水和無機(jī)鹽，后者主要包括核酸、蛋白質(zhì)、脂類、多糖等。
（一）無機(jī)物
1.水
水是細(xì)胞中zui主要的成分，約占細(xì)胞物質(zhì)總含量的75%～80%，在胚胎細(xì)胞中甚至可達(dá)95%。水在細(xì)胞中不僅含量zui大，而且由于它具有一些*的理化性質(zhì)，使其在生命起源和形成細(xì)胞有序結(jié)構(gòu)方面起關(guān)鍵作用。如果地球上沒有水，也就不會(huì)有細(xì)胞的產(chǎn)生，當(dāng)然也就不會(huì)有生命。水在細(xì)胞中以兩種方式存在：一種是游離水，約占細(xì)胞總水量的95%；另一種是結(jié)合水，通過氫鍵或其它化學(xué)鍵與蛋白質(zhì)結(jié)合，這種水約占4%～5%。隨著細(xì)胞生長和衰老，細(xì)胞的含水量逐漸下降，但是活細(xì)胞的含水量不會(huì)低于75%。水在細(xì)胞中的主要作用是溶解無機(jī)物、調(diào)節(jié)溫度、進(jìn)行各種生化反應(yīng)的介質(zhì)、參與物質(zhì)代謝和形成細(xì)胞的有序結(jié)構(gòu)等。
水的重要功能與水的*屬性密不可分?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)上，水分子似乎很簡單，僅是由2個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子構(gòu)成（H2O）。然而水分子中的電荷分布不對稱，一側(cè)顯正電性，另一側(cè)顯負(fù)電性，從而表現(xiàn)出電極性，是一個(gè)典型的極性分子。正是由于水分子具有這一特性，它既可以與蛋白質(zhì)中的正電荷結(jié)合，也可以與負(fù)電荷結(jié)合。蛋白質(zhì)中每一個(gè)氨基酸平均可結(jié)合2.6個(gè)水分子。由于水分子具有極性，產(chǎn)生靜電作用，因而它是一些離子物質(zhì)（如無機(jī)鹽）的良好溶劑。如NaCl溶于水中，Na+可吸引水分子中顯負(fù)電性的O2-，而Cl-則可吸引帶正電性的H+，因而在Na+和Cl-周圍分別形成了一層水。水分子之間和水分子與其他極性分子間還可建立弱作用力的氫鍵。在水中每一個(gè)氧原子可與另兩個(gè)水分子的氫原子形成兩個(gè)氫鍵，因而水具有較強(qiáng)的內(nèi)聚力和吸附力。水分子另一個(gè)重要特性就是可解離為OH-和H+。H+的濃度變化直接對細(xì)胞的pH值產(chǎn)生影響。
細(xì)胞的化學(xué)組成 2.無機(jī)鹽
在大多數(shù)細(xì)胞中無機(jī)鹽含量很少，不到細(xì)胞總重的1%。這些無機(jī)鹽在細(xì)胞中常解離為離子，如K+、Na+、Mg2+、Cl-、PO43-、HCO3-等，離子的濃度具有許多重要作用。如某些酶需要在某種離子一定濃度下才能保持活性。有些離子與有機(jī)物結(jié)合，如PO43-
與戊糖和堿基組成了核苷酸，Mg2+參與合成葉綠素。細(xì)胞中的各種離子有一定的緩沖能力，可在一定程度上使細(xì)胞內(nèi)的pH值保持恒定，這對于維持正常生命活動(dòng)非常重要。植物細(xì)胞液泡中的各種無機(jī)離子對維持細(xì)胞的滲透平衡以及細(xì)胞對水分的吸收也有重要作用。
（二）有機(jī)化合物
1.蛋白質(zhì)（protein）。在植物生命活動(dòng)中，蛋白質(zhì)是一類極為重要的生物大分子，起著十分重要的作用。植物體新陳代謝的各種生物化學(xué)反應(yīng)和生命活動(dòng)過程如呼吸作用、光合作用、物質(zhì)運(yùn)輸、生長發(fā)育、遺傳與變異等都有蛋白質(zhì)參與。蛋白質(zhì)是細(xì)胞的主要結(jié)構(gòu)成分，生物體內(nèi)各種生物化學(xué)反應(yīng)中起催化作用的酶也是蛋白質(zhì)，同時(shí)，蛋白質(zhì)還參與基因表達(dá)，起著調(diào)節(jié)生命活動(dòng)的作用。
一個(gè)細(xì)胞中約含有104種蛋白質(zhì)，分子數(shù)量達(dá)1011個(gè)。蛋白質(zhì)是由多個(gè)氨基酸（amino
acid）組成的，氨基酸的碳原子上有一個(gè)羧基“-COOH”和一個(gè)氨基“-NH2”，故稱為氨基酸。組成蛋白質(zhì)的氨基酸共有20種，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與組成蛋白質(zhì)的氨基酸種類和性質(zhì)有關(guān)，這也決定了蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)直接影響到蛋白質(zhì)的功能。例如酶、多種蛋白質(zhì)激素、各種抗體以及細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)都是球蛋白，它們各自具有一定的生物學(xué)活性。蛋白質(zhì)分子的生物學(xué)活性與細(xì)胞和整個(gè)植物個(gè)體的生命活動(dòng)密切相關(guān)。
2.核酸。核酸是載有遺傳信息的一類生物大分子，所有生物均含有核酸。核酸分為脫氧核糖核酸和核糖核酸兩大類。脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic
acid，簡稱為DNA）主要存在于各種細(xì)胞的細(xì)胞核中，細(xì)胞質(zhì)中也含有少量DNA，主要存在于線粒體與葉綠體中。核糖核酸（ribonucleic
acid，簡稱為RNA）在細(xì)胞質(zhì)中的含量較高。組成DNA和RNA的基本單位是核苷酸（nucleotide）。DNA分子是基因的載體。它可以通過復(fù)制將遺傳信息傳遞給下一代，也可將所攜帶的基因轉(zhuǎn)錄成RNA，然后翻譯成蛋白質(zhì)，通過合成一定的蛋白質(zhì)使遺傳基因得以表達(dá)，使生物體表現(xiàn)出一定的性狀。與DNA不同的是RNA分子中的戊糖是核糖而不是脫氧核糖。RNA分為核糖體RNA（ribosome
RNA，簡稱rRNA）、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（transfer RNA，簡稱tRNA）和信使RNA（messenger
RNA，簡稱mRNA）。mRNA可“轉(zhuǎn)錄”DNA分子中所攜帶的遺傳信息。帶有遺傳信息的mRNA，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后在核糖體（含有rRNA）和tRNA參與下指導(dǎo)合成蛋白質(zhì)。這就是DNA分子將遺傳信息“轉(zhuǎn)錄”到RNA，RNA（mRNA）再把遺傳信息“翻譯”為蛋白質(zhì)的過程。
3細(xì)胞的化學(xué)組成.脂類（lipid）。細(xì)胞內(nèi)的脂類化合物不構(gòu)成大分子，這類化合物的重要屬性是難溶于水，而易溶于非極性的有機(jī)溶劑（、氯仿和苯）中。脂類的主要組成元素是C、H、O，其中C、H含量很高，有的脂類還含有P和N。脂類重要的功能是構(gòu)成生物膜，這與脂類是非極性物質(zhì)有關(guān)；脂類分子中貯藏大量的化學(xué)能，脂肪氧化時(shí)產(chǎn)生的能量是糖氧化時(shí)產(chǎn)生能量的二倍多，在很多植物種子中含有大量脂類物質(zhì)，為貯藏物質(zhì)；脂類物質(zhì)還能構(gòu)成植物體表面的保護(hù)層，防止植物體失水。
圖1-8 磷脂分子的結(jié)構(gòu)
脂類種類很多，包括不飽和脂肪酸、中性脂肪、磷脂、糖脂、類胡蘿卜素、類固醇和萜類等。
4.糖類（carbohydrate）。糖是一大類有機(jī)化合物。綠色植物光合作用的產(chǎn)物主要是糖類，植物體內(nèi)有機(jī)物運(yùn)輸?shù)男问揭彩翘?。在?xì)胞中，糖能被分解氧化釋放出能量，是生命活動(dòng)的主要能源；遺傳物質(zhì)核酸中也含有糖；糖與蛋白質(zhì)結(jié)合形成糖蛋白，糖蛋白有多種重要的生理功能；糖是組成植物細(xì)胞壁的主要成分。糖類分子含C、H、O
三種元素，三者的比例一般為1:2:1，即（CH2O）n，因此糖被稱為碳水化合物。
細(xì)胞中的糖類既有單糖，也有多糖。單糖在細(xì)胞中是作為能源以及與糖有關(guān)的化合物的原料存在。重要的單糖為五碳糖（戊糖）和六碳糖（己糖），其中zui主要的五碳糖為核糖，zui重要的六碳糖為葡萄糖。葡萄糖不僅是能量代謝的關(guān)鍵單糖，而且是構(gòu)成多糖的主要單體。多糖在細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分中占有主要地位。細(xì)胞中的多糖基本上分為營養(yǎng)儲(chǔ)備多糖和結(jié)構(gòu)多糖兩大類。
除上述四大類有機(jī)物質(zhì)外，細(xì)胞中還含有其他一些生理作用很重要的必需物質(zhì)，如激素、維生素等。
