組織(tissue)主要由細胞(cell)和細胞外間質(extracellular matrix)構成,細胞外間質主要包括纖維(fiber)和非纖維的基質(ground substance)蛋白。
構成這些組織的結構材料是生皮中形形色色的化合物,它們通過聚合、分子間交聯、分子裝配等形式構成不同的細胞器、細胞和組織。
生皮化學與組織學的研究對象是生皮的化學組成及由這些化合物形成的細胞和組織。
1.1.1生皮化學
構成生皮的基本化學物質是氨基酸、脂肪酸和單糖等。由這些簡單的有機化合物所形成的蛋白質、脂類和多糖以及它們的複合物是生皮細胞和纖維組織的基本化學結構。
(1)氨基酸和蛋白質蛋白質(protein)是生皮中最重要的結構化合物,由大約20種氨基酸(amino acid)聚合而成。氨基酸不同的側鏈基團在蛋白質構象(conformation)的形成和穩定、蛋白質的交聯(crosslinking)、生物活性蛋白質的活性中心的構成以及分子間相互作用方麵發揮重要作用。
氨基酸之間通過其α羧基和α氨基的縮合,形成長度不同、氨基酸排列順序不同多肽鏈。所有的蛋白質都具有嚴格確定的氨基酸組成、序列和相對分子質量。在此基礎上,多肽鏈通過空間的盤旋折疊,形成有規律和緊湊的空間結構。肽鏈及其空間結構稱為蛋白質的構象(conformation)。按照肽鏈的長度和構象的不同,蛋白質被分為球蛋白(globulins)和纖維蛋白(fibrous protein)。
球蛋白相對分子質量相對較小,分子呈球狀,可溶於水、稀酸、堿或鹽溶液中。球蛋白涵蓋了各種主要的生物活性蛋白質。酶(enzyme)是一類生物活性球蛋白,具有極高的催化活性和底物專一性。生物係統中所有生化反應都是由酶催化的,不同種類的酶催化不同的反應。
纖維蛋白具有較高的相對分子質量、相對簡單的氨基酸組成且大多具有周期性的序列結構和簡單的線性空間結構。膠原(collagen)、彈性蛋白(elastin)和角蛋白(keratin)是生皮中主要的纖維蛋白。
(2)脂肪酸和脂類脂類(lipids)是細胞和脂肪組織的重要組成物。脂肪酸是各種脂類的基本組成。除了甾族化合物,大部分脂類都是脂肪酸和醇的縮合物。
構成脂類的脂肪酸都是長鏈的飽和或不飽和脂肪酸。脂肪酸與不同的醇縮合,形成不同的酯。甘油酯、磷脂和甾類是生物係統中主要的脂類。
甘油酯(glycerolipid)是由飽和或不飽和脂肪酸與甘油形成的酯。甘油酯是中性酯,是脂肪細胞的主要成分和生物係統中能量的重要儲存方式。
磷脂(phospholipids)即磷酸甘油酯可以視為甘油酯中的一個脂肪酸被一個磷酸與堿性化合物的酯取代。根據堿性化合物的不同,磷脂分為卵磷脂(lecithine)、腦磷脂(cephalin)等。磷脂是極性酯,其分子結構中既含有兩條疏水的長鏈脂肪尾部,又含有親水的兩性離子的頭部。磷脂因此具有優良的自乳化性能。磷脂是細胞生物膜和細胞內膜的主要成分。
甾族化合物(steride)是環戊烷多氫菲的衍生物。甾族化合物雖不具有脂類的典型結構,但與生物體係中的脂類共存,被視為脂類的組成物。膽甾醇(cholesterol)是甾族化合物的重要代表。膽甾醇和磷脂是細胞生物膜和細胞內膜的主要組成。
(3)糖與多糖糖(saccharide)是多元醇的醛或酮衍生物,以單糖(monosaccharide)、寡聚糖和多糖(polysaccharide)等形式存在。糖是重要的生物能源物質。
重要的單糖有葡萄糖(glucose)、果糖(fructose)、半乳糖(galactose)、核糖(ribose)和脫氧核糖(deoxyribose)等。核糖與脫氧核糖是遺傳大分子核糖核酸(RNA)與脫氧核糖核酸(DNA)的重要單體。
生物係統中存在單糖的衍生物。如葡萄糖的一個醇羥基被氨基或者乙酰氨基取代,分別轉化成為氨基葡萄糖(aminoglucose)和乙酰氨基葡萄糖(acetylglucosamine)。
低聚糖由單糖失水縮合而成,一般含2~10個糖單位。二糖(disaccharide)是最重要的寡聚糖。常見的二糖有蔗糖(sucrose)、乳糖(lactose)等。
多聚糖(glycans)是單糖縮合形成的高聚合物。由一種單糖構成的多聚糖稱為同多糖(homoglycan),澱粉(starch)、糖原(glucogen)是重要的同多糖。由兩種或多種單糖構成的多聚糖稱為雜多糖(heteroglycan)。糖氨聚糖(glycosaminoglycan)在生物係統中是最重要的雜多糖類。透明質酸(hyaluronic acid)、硫酸軟骨素(chondroitin sulfate )等是重要的糖氨聚糖。