細胞的化學成份

生物體內發現的元素： 1. 有機分子的主要元素： H ， C ， N ， O ， P ，

S ；2. 離子： Na+ ， Mg2+ ， Cl- ， K+ ， Ca2+ ；3. 微量元素： Mn ， Fe ， Co ， Cu ， Zn ， B ，

Al ， Si ， V ， Mo ， I 。在所有生物體中，碳元素似乎是各種成份的主要架構

物質，其可能之原因：1. 原子量相對地小，因為只是 12 ；2. 可形成四個強勁的共價鍵；3. 可產生 C-C 鍵而構成龐大的鏈狀或環狀的碳架；4. 可形成多價共價鍵。

碳水化合物 糖、澱粉、和纖維素是典型的‘醣類 ' 。 糖和澱粉是生物細胞燃料的重要來源；而纖維素是

植物的結構分子。 通式： Cx(H2O)y 大多均可產生，如葡萄糖 C6H12

O6 、蔗糖 C12H22O11

只有少數不能，如去氧核糖 C5H10O4

所有的碳水化合物均是醛 (Aldehydes) ( － CHO) ，稱醛糖 (Aldoses) 、

或酮 (Ketones)(C=O) ，稱酮糖 (Ketoses) ； 同時亦含有若干氫氧基 (Hydroxyl Gp.)( － OH)

單糖 1. 三碳糖 (Triose ， C3H6O3) ：例如甘油醛 (Glyceraldehyde) 是呼吸作

用的中間產物2. 五碳糖 (Pentose ， C5H10O5) ：例如核糖 (Ribose)

合成核酸：核糖→ RNA ，去氧核糖→ DNA ；合成輔酶：如 NAD 、 NADP 、 Co-A 、 FAD 、 FMN ；合成 AMP 、 ADP 和 ATP 。

3. 六碳糖 (Hexose ， C6H12O6) ：例如葡萄糖、果糖等能源合成雙糖及多糖

4. 單糖衍生物：A 糖 +2H → 糖醇，如甘油B 糖 +O → 糖酸： 重要的碳水化合物中間代謝物，如維生素 CC 糖 -O → 去氧糖： 如去氧核糖 → DNAD 糖 +(-NH2) → 氨基糖： 如氨基葡萄糖 (Glucosamine)→ 幾丁質

環狀結構… α 、 β 異構物 真實的分子結構，並不像紙面印刷上那樣的簡

單平面排列；事實上，化合物的特性是依據其三次元的特性而姞構的。葡萄糖和其他單醣分子在溶液中並不是直接碳原子鏈，而主要以環形存在。而在第一碳原子中，若氫原子是在該平面上，則稱 α- 糖；若相反，則稱 β- 糖。

雙糖 麥芽糖是由兩個葡萄糖分子結合而成； 蔗糖則是由一個葡萄糖和一個果糖分子結合

而成； 乳糖是由一個葡萄糖和一個半乳糖分子所組

成。

多糖 其糖單體的正確數目不盡相同，但一個典型

的多糖分子，約有數千個糖單體。 澱粉在植物體中是醣類的儲存形態，而糖原

則是葡萄糖在動物體中的儲存形態。 纖維素則是植物細胞壁的重要成份，是地球

上最豐富的醣類。 幾丁質也是一種重要的多糖，是昆蟲、蝦類、

和其他節肢動物外殼的主要成份，也是某些蕈類細胞壁中的成分。

澱粉 澱粉通常在植物體內以顆粒 ( 澱粉粒 ) 形式存在，

由 α 葡萄糖脫水聚合形成，是由兩種物質組成：直鏈澱粉 (Amylose) 約佔 20%和支鏈澱粉 (Amylopectin) 約佔 79%。

纖維素 與澱粉不同的是它是由 β 葡萄糖份子聚合形

成。其間沒有分支，但各鏈之間卻有氫鍵相連故令細胞壁的穩定性大大提高，亦從而令它難以被消化。

脂類 -- 成份

A. 甘油三脂 (Triglycerides) 在 20℃下，如表現是固體，便稱為脂肪；

但若呈液體，則稱為油。 由於是非極性份子，故只微溶於水中。

油酸

亞油酸

軟脂酸

乙醇

飽和脂肪酸 (Saturated F.A.) 和不飽和脂肪酸 (Unsaturated F.A.) 飽和脂肪酸如硬脂酸 (Stearic acid ， C17H

35COOH) ，表示其烴尾 ( 碳氫鏈 )部份所有的碳原子均以單鍵結合；但不飽和脂肪酸如油酸 (Oleic acid ， C17H33COOH) ，雖然其碳原子數目與硬脂酸相同，但氫原子數卻少了二個，此乃由於在其第九與十個碳原子之間是以雙鍵結合，而此結合亦直接影響其空間的形狀。

功能 ???

B.磷脂 (Phospholipid)

其結構與甘油三脂相似，只是甘油份子中的一個氫氧基與一份子的磷酸脫水聚合而不是與三份子的脂肪酸結合而成。而其中的磷酸根部份即成磷脂份子的親水基，其餘則為疏水基。

磷脂是構成細胞質膜的主要成份，由於其含有疏水基關係，故令質膜形成雙層的磷脂結構。

(Proteins)

蛋白質 蛋白質是由氨基酸 (amino acids) 脫水

聚合而成

C

H

O

C

OH

H

N

H

R

羧基 20 種不同的 R

氨基

在自然界中，約有超過 170 種不同的氨基酸，其中 26 種構成蛋白質，而常見的則有20 種。

植物可從其所吸收的無機物合成其所需之氨基酸，但動物卻不能；動物所需之氨基酸一部份必須由外界的膳食直接供應，此稱必需氨基酸 (Essential A.A.) ；而另一小部份的氨基酸則可由其他氨基酸轉化而成，該部份的氨基酸稱為非必需氨基酸 (Non-Essential A.A.) 。

氨基酸的構造及性質： 物理性：一般氨基酸均可形成結晶；可溶於

水而不溶於有機溶劑。 結構： 每一氨基酸份子均有一個氨基群

(-NH2 ，若多於一個則是一鹼性氨基酸 ) 及一個羧基群 (-COOH ，若多於一個則是一酸性氨基酸 ) 。

酸鹼緩衝物：在中性水溶液中，氨基酸份子很容易離子化而產生 -N+H3 及 -COO- 基群而形成兩性離子 (ZWITTERIONS)於是在溶液環境的 pH值下降時， -COO- 極易接收 H+變為 -COOH 而將 pH值回升；相反時，當溶液環境的 pH

值上升時， -N+H3 亦極易釋放 H+ 成為 -NH2 而使 pH值下降；所以，氨基酸是生物體內的一 種重要的酸鹼緩衝物。

氨基酸之間的連接：

1.肽鍵 (Peptide Bond) ： 是由一氨基酸份子羧基的 -OH 和另一氨基

酸份子的氨基脫水聚合而產生；是屬於共價鍵，故其結合力強，主要形成多肽鏈。

2. 離子鍵 (Ionic Bond) ： 是由氨基酸份子經離子化後所生的 -N+H3

及 -COO- 結合產生。它們的結合力很弱，易受酸鹼變化而破裂 !

3. 雙硫鍵 (Disulphide Bond) ： 在半胱氨酸 (Cysteine ， CYS) 中具有硫氫

鍵 (-SH) ，故相鄰的半胱氨酸的硫氫鍵可以氧化形成雙硫鍵。雙硫鍵對蛋白質的結構形狀十分重要，因為它可發生於兩不同的多肽鏈間或亦可在同一多肽鏈間。

4. 氫鍵 (Hydrogen Bond) ： 發生於 -NH 或 -OH 與 =CO 之間；其結

合力十分弱，但由於為數甚多，故對蛋白質份子結構的穩定性很重要 !

5.疏水相互作用 (Hydrophobic interaction) ： 這是非極性 R 基之間的相互作用 . 蛋白質會摺疊起來直至疏水的側基團和水隔開為止．

氫鍵 離子鍵

雙硫鍵

蛋白質的結構： 蛋白質基本上是一種十分複雜的份子，平均

也可能由一百個以上的氨基酸份子組成，同時亦有些蛋白質更由多條多肽鏈結合而成

1. 初級結構 2. 次級結構 3. 三級結構 4. 四級結構　（Ｐ．２０）

纖維蛋白和球狀蛋白

蛋白質的變性 蛋白質的三級或四級結構因失去秩序而螺旋

的多肽鏈解開，形成更任意的結構；因而失去一個蛋白質的生物活性。

因素： 1.熱或輻射：因原子動能的增加而破壞脆弱的氫鍵或

離子鍵。2. 強酸 / 鹼 / 鹽濃度：因破壞其中的離子鍵而變性。

若長時間更可瓦解肽鏈 !3. 重金屬： 陽離子會與羧基產強力結合，從而破壞離子鍵，繼而使蛋白質的電極性下降，引致其對水的溶解度亦減少最後沈澱 !

4. 有機溶劑及洗潔精：干擾疏水基群的相互影響，同時更與疏水基群生結合鍵，繼續便會破壞離子鍵。

蛋白質的特性與功能　（ p.22) 種 類 例 子 存 在 / 功 能 構 造 物 膠 原 蛋 白

纖 維 蛋 白 黏 蛋 白

結締組織、骨、腱、軟骨彈性結締組織關節液、唾液

酶 胃 蛋 白 酶 過 氧 化 氫 酶

在胃內將蛋白初步分解在組織中將過氧化氫分解

激 素 胰 島 素 胰 高 血 糖 素

調節血糖的代謝作用

運 輸 血 紅 蛋 白 肌 紅 蛋 白 血 漿 球 蛋 白

在血液中運送氧氣在肌肉中運送氧氣在血液中運送脂肪

保 護 抗 體 纖 維 蛋 白 原

對外來之抗原產生抵抗作用產生凝血從而防止細菌入侵

收 縮 運 動 肌 球 蛋 白 肌 動 蛋 白

貯 存 酪 蛋 白 卵 蛋 白

毒 素 蛇 毒 液 白 喉 毒 素

酶白喉細菌分泌

核酸 基本的結構是由核苷酸 (NUCLEOTIDES) 組

成。

核苷酸 Nucleotide 戊糖戊糖 (( 核糖核糖 // 去氧核糖去氧核糖 ););

S

P

B

含氮鹽基 ( 嘌呤 / 嘧啶 );

磷酸磷酸

單核苷酸： 三磷酸腺苷 (ATP) ：是細胞能量的轉接站 !(p.

26 重要） 鳥苷三磷酸 (GTP) ：蛋白質合成時需要； 尿苷三磷酸 (UTP) ：糖原合成時需要； 胞苷三磷酸 (CTP) ：脂肪 /磷脂合成時需要； 環腺苷一磷酸 (cAMP) ：調節激素效用和規律

細胞作用；

雙核苷酸： 菸醯胺腺嘌呤二核苷酸 (N

AD) ：生物氧化作用的始的電子和氫的接受者；

NADP ：其他某些反應中，是電子和氫的接受者；

黃素腺嘌呤雙核苷酸 (FAD) ：氧化反應中電子和氫的接受者。

多核苷酸 ( 核酸 ) 一個核苷酸之間，利用其磷酸另一氫氧基再與另一個核苷酸的碳 3原子結合而成。因此，一條多核苷酸便出現一個5'端及一個 3'端( 所標示的 5' 及3' 是使之有別於含氮鹽基的標示 !) 。

DNA

是細胞染色體成份，控制生理及遺傳 ! 由兩條多核苷酸鏈組成，其中的含氮鹽基為腺嘌呤 (Adenine ， A) 、鳥嘌呤 (Guanine ， G) 、胸嘧啶 (Thymine ， T) 及胞嘧啶 (Cytosine ， C) ；兩股間 A與 T 以雙鍵結合，而 C與 G 間則以三鍵結合，因此，兩股鏈間的含氮鹽基呈現互補情況，同時，兩股各因其中的氫鍵影響而相互撓合形成雙曲螺旋狀。

無機離子

巨量營養 功用 備註

硝酸鹽 NO

3-

氨鹽 NH4+

氮元素是氨基酸、蛋白質、維生素、輔酶核苷酸及葉綠素的成份。某些激素如植物的生長素和動物的胰島素亦含有。

缺乏氮在植物中會引起黃葉及生長矮化。

磷酸鹽 PO4

3-

磷酸氫鹽 H

2PO4-

核苷酸、 ATP 及某些蛋白質的成分。在呼吸作用中用作榶類的磷酸化作用。骨及牙齒的主要成份。細胞膜中以磷脂形式存在。

缺乏磷在植物中會引致生長不良，尤以根部為甚。而葉部呈現顏色暗綠。在動物內則令骨骼生長不正常。

硫酸鹽 SO4

2-

硫是一些蛋白質及某些輔酶如乙醯輔酶 A 的成分。

硫在一些蛋白質的多 鏈之間形成重要的結合鍵，使之生成其三級結構。在植物中如缺乏則會黃化及根部生長極差。

鉀鹽 K+ 幫助維持細胞膜內外之電位、滲透及正／負離子平衡。協助細胞膜某些主動運輸系統。蛋白質合成時必需品，在光合作用和呼吸作用中擔當輔因子的角色。

鉀離子在神經脈衝傳遞中十分重要。植物如缺乏則令葉片邊緣變黃及未成熟已經死亡。

鈣離子 Ca2+ 植物中果膠是細胞壁中層的主要成份，並可幫助碳水化合物和氨基酸的輸導作用。動物中，它是骨、牙、及貝殼的主要成份，凝血及肌肉收縮所需。

如缺乏，在植物中會呈現生長點死亡而產生矮化現象。在動物則會引致軟骨病及血液難凝固。

鈉離子 Na+ 幫助維持細胞膜內外之電位、滲透及正／負離子平衡。協助細胞膜某些主動運輸系統。

水 p.29

1. 指出 A 和 B 的名稱 . (1 分 )2. 寫出以上脂類的名稱 . (1 分 )3. 指出以上脂類在生物中的一項功能 . (1 分 )4. 寫出此脂類的特性以令其適合上述的功能 . (2 分 ) 5. 比較及對比澱粉及纖維素在構造 ,特性及功能方面的

異同 . (5 分 )

B

A