《无机及分析化学》第十三章生命元素.docVIP

生命元素及其在生物体内的作用 13.1、生命元素和生物无机化学的关系 　　生物赖于生存的化学元素称为生命元素，也称生物的必须元素。 　　研究生命元素是生物无机化学的主要内容。 　　自从1828年Wohler F人工合成尿素以来，虽然有机化学和无机化学的界限已被打破，但在以后整整一个世纪中，生命现象与有机化学的联系仍然大大地超过了其它化学分支的关系。 　　传统的观念认为生命活动纯粹属于有机化学的范畴。但事实上，周期系中的稳定元素几乎都可以在生物体内发现。 　　那么，这些化学元素究竟与生命现象有着什么样的关系呢？ 　　随着科学技术的发展和各学科之间的相互渗透，一门新兴的边缘学科――生物无机化学――应运而生。 　　生物无机化学又称无机生物化学或生物配位化学。 　　它主要研究生物体内存在的各种化学元素，尤其是微量金属元素与体内生物配体所形成的配位化合物的形成、组成、转化和结构，以及它们在系列重要生命活动中的作用。 　　生物无机化学的大部分内容可以认为是配位化学在生物领域里的应用。 　　目前生物无机化学是国内外研究的热点。 　　我国学术界在微量元素与健康；微量元素在生物体内的作用；金属酶、金属蛋白的结构、功能和模拟；天然离子载体模拟；新的无机金属药物的合成和作用机制等方面都已取得了一定的成绩。 13.2、生命元素 　　生物常常需要糖、脂肪、蛋白质和维生素等有机物质，同时也需要水、空气和多种必要的无机物质，才能维持正常的生存和繁殖。 　　从生物进化的过程看，总是从低等进化为高等的生物，而这一进化过程大部分在海水中完成，因为海是一切生命的发源地。 　　生物体内所存在的元素海里都有，并且海水的浓度很适合生物的生存。 　　目前的生物尽管种类繁多，但它们都处于地球上的岩石圈、水圈和大气圈所构成的环境之中。它们与环境进行物质交换以维持生命活动，但在漫长的进化过程中，它们逐步地进化成一套自身调节系统，以致机体只选择部分元素构成了生物体本身。 　　目前在植物体内已发现70多种元素，在动物体内发现60多种元素。 　　在这些元素中有些是生命元素，或必需元素； 　　有些元素的存在与否和生命的延续无关，称之为非必需元素； 　　有一些元素是环境中的污染物，称之为有毒元素。 　　通常把体内质量分数大于1×10－4的元素称为宏量元素，把质量分数小于1×10－4的元素称为微量元素。 　　必需元素须符合三个条件： 该元素直接影响生物功能，并参与代谢过程。 该元素在生物体内的作用不能被其他元素所取代。 缺乏该元素时，生物体会发生病变。 　　各种必需元素在人体内都有一定的浓度范围，过量或缺乏都对机体有害。体内对微量元素的平衡机制能调控其浓度，在摄入量不足时，机体可以动用体内储存元素；在摄入量偏高时，机体可以排泄多余的元素。但摄入量过量，并超出机体排泄能力，这些元素会在体内积累而致病。 　　如碘的缺乏和过量。补铁，补钙等。 　　因此，有时体内的元素过量比缺乏更为有害。 宏量元素 　　生物体内存在的宏量元素都是必需元素，通常分布在元素周期表的最上部分。 　　若以碳元素为起点，向钾元素和氯元素作两条连线，则宏量元素基本上都分布在这条K－C－Cl线的附近，故有人把这条线称之为生命线。 　　人体内已发现的化学元素中，宏量元素有12种，它们在人体内的质量分数为0.9988，是人体的主要组成元素。p248 必需微量元素 　　生物体内的微量元素可分为必需的和非必需的两类。 　　必需微量元素是保证生物体健康所必不可少的元素，但没有它们，生命也能在不健康的情况下继续生存。 　　如有人缺乏某种维生素后，他虽然不健康，但也能活着。 　　当然必需微量元素比维生素更重要，因为维生素能在体内合成，而微量元素是不能合成的。 　　微量元素在生命化学中起到汽车发动机的火花塞的作用。它们在食物的消化、能量交换和活组织生长中都是不可缺少的。P249 13.3、生命元素在生物体内的作用 宏量元素的生物功能 　　除硅以外的11中宏量元素在人体内的质量分数为0.998，其中氧、碳、氢和氮共为0.966，它们和磷、硫一起组成了人体最基本的营养物质，水、蛋白质、脂肪和核酸等。 　　水在人体内的质量分数为0.65，存在于所有组织和器官中。 　　水分子有强极性，介电常数大，为极好的溶剂，体内许多物质都溶解或悬浮在水中。 　　生物体通过水从外界吸取养分，并输送到全身，籍以维持生命。 　　蛋白质是体细胞内最重要的有机物质之一。它除含有碳、氮、氧、氢外，还含少量硫，有时还含有磷、铁、锌、铜、锰和碘等。 　　凡是构成生物体的结构物质（如肌肉蛋白）、促使体内化学反应的生物催化剂酶、调节生理作用的肽类激素、运输氧的铁红蛋白、抗体以及病菌、病毒等，其本质都是蛋白质。 　　可以说，没有蛋白质就没有生命。 　　金属离子和蛋白质组成生成配合物后，