生物体的化学元素及其作用
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元素周期表中的生物元素元素周期表是化学学科中的重要工具,对于研究和理解元素及其特性有着重要的指导作用。
其中,元素周期表中的生物元素是指在生物界中广泛存在,并在生命活动中发挥着重要作用的元素。
本文将介绍一些常见的生物元素,探讨它们在生命体内的功能和重要性。
1. 碳(Carbon)碳是元素周期表中的第六个元素,是生命存在的基本构建块。
生命体中的有机分子,如蛋白质、脂肪和碳水化合物,都主要由碳构成。
碳的特殊性质使得它能够形成广泛的化合物,包括生命体内的所有重要分子。
碳的四价性使其能够和其他元素形成稳定的共价键,从而构建出无数种不同的有机物质,为生命活动提供了基础。
2. 氢(Hydrogen)氢是元素周期表中的第一元素,是生物体内最为丰富的元素之一。
氢在水分子中占据重要地位,水分子是维持生物体稳定环境的重要因素。
此外,氢还参与了生物体内许多重要的化学反应,如催化酶的反应过程。
3. 氧(Oxygen)氧是元素周期表中的第八个元素,也是生物体内最为丰富的元素之一。
氧在生物体内主要以氧气或水的形式存在。
氧在媒介呼吸作用中起到重要作用,是生物体进行细胞呼吸的必需元素。
同时,氧还参与了许多氧化代谢过程,为生物体提供能量。
4. 氮(Nitrogen)氮是元素周期表中的第七个元素,是构成生物体内蛋白质和核酸的主要元素。
氮是蛋白质中氨基酸的组成部分,也是构建核酸分子DNA和RNA的成分之一。
生物体通过摄取含氮的化合物来满足氮元素需求,并将其转化成蛋白质和核酸,维持生物体正常的代谢功能。
5. 磷(Phosphorus)磷是元素周期表中的第十五个元素,是生物体内无机盐和核酸的组成元素。
生物体内的ATP(腺苷三磷酸)是一种储存和转移生命能量的重要物质,而磷就是构成ATP分子的重要元素。
此外,磷还是核酸DNA和RNA的构成成分之一,参与了遗传信息传递和蛋白质合成过程。
6. 硫(Sulfur)硫是元素周期表中的第十六个元素,是生物体内蛋白质和某些辅酶的组成元素。
组成生物体的化学元素生物体是由不同的化学元素组成的。
这些元素通过化学反应和相互作用,构成了生物体内的所有分子和化合物。
以下是组成生物体的一些重要化学元素。
碳是生物体中最丰富的元素,它是生物体中所有有机化合物的基础元素。
碳在生物体中存在于葡萄糖、脂肪、蛋白质等分子中,这些分子是构成生物体的关键。
氢是生物体中存在量第二多的元素。
氢主要以水的形式存在于生物体中,并参与多种化学反应。
氢还存在于许多有机化合物中,如葡萄糖和脂肪。
氧是生物体中广泛存在的元素,它在细胞代谢中起着重要的作用。
氧参与呼吸作用中的氧化反应,产生能量。
氧还存在于水和许多有机化合物中。
氮是构成生物体中蛋白质的关键元素之一、氮存在于氨基酸中,这些氨基酸是蛋白质的组成部分。
氮也存在于DNA和RNA等核酸分子中,这些分子是生物体的遗传物质。
磷是构成DNA、RNA和细胞膜等生物体内化合物的重要元素。
磷还是细胞能量储存和传递过程中的关键组成部分。
硫是蛋白质和许多重要代谢物中的关键元素。
硫参与形成蛋白质中的二硫键,这对于蛋白质的结构和功能至关重要。
钠和钾是生物体中重要的电解质元素。
它们在细胞中起着维持细胞内外平衡和传递神经信号的关键作用。
钙是构成骨骼和牙齿的必需元素,同时也是许多细胞内信号转导和代谢过程的重要组成部分。
镁是生物体中存在量较多的金属元素之一、它参与了许多酶的催化反应,同时也在DNA和RNA分子的结构中起重要的作用。
铁是构成血红蛋白和许多酶的关键元素。
铁存在于红细胞中的血红蛋白分子中,负责携带氧气到细胞中。
这只是一小部分组成生物体的化学元素。
总结而言,生物体是由碳、氢、氧、氮等元素构成的复杂有机分子。
通过这些元素的相互作用和化学反应,生物体能够进行生命活动并维持正常的功能。
初三化学常见化学元素的性质和用途解析化学元素是构成物质的基本单元。
在我们周围的世界中,存在着众多的化学元素。
每种元素都有着独特的性质和各自的用途。
在本文中,我们将对初三化学课程中常见的一些化学元素进行性质和用途的解析。
1. 氧气(O):氧气是一种无色、无味、无臭的气体,化学符号为O。
它在自然界中广泛存在,是空气中的一部分。
氧气具有很高的化学活性,在许多化学反应中起着重要的作用。
由于其支持燃烧的特性,氧气被广泛用于焊接、氧化反应和火箭燃料。
此外,氧气也是生物体呼吸过程中必不可少的组成部分。
2. 氢气(H):氢气是宇宙中最丰富的元素,化学符号为H。
它是一种无色、无味的气体。
氢气具有极高的可燃性,常被用作燃料和能源。
氢气还可用于金属焊接、氢化反应和氢气燃料电池等领域。
此外,氢气还被用作导弹、气球和宇航器的推进剂。
3. 氮气(N):氮气是一种无色、无味的气体,化学符号为N。
氮气在空气中占据了最大的比例。
作为一种稳定的化学元素,氮气广泛应用于食品工业、纺织工业和金属加工等领域。
此外,氮气还可用于气体灭火系统和保护气体。
4. 碳(C):碳是地球上存在最为丰富的元素之一,化学符号为C。
碳具有很高的化学价值和广泛的应用领域。
作为有机化合物的基础,碳在生物体的组成中占据重要地位。
此外,碳还可用于制造石墨、活性炭、钢铁和制备电池等。
5. 金(Au):金是一种具有珍贵价值的化学元素,化学符号为Au。
金通常呈现金黄色,具有良好的延展性和韧性。
由于其稀缺性和饰品的价值,金被广泛用于珠宝、硬币和饰品制造。
此外,金还在电子器件和医疗器械等方面有重要的应用。
以上仅列举了一小部分常见的化学元素,每种元素都有着独特的性质和用途。
通过了解和理解化学元素的性质和用途,我们可以更好地认识到元素在日常生活中的重要性和广泛应用领域,进而提高我们对化学的兴趣和学习动力。
总结起来,化学元素的性质决定了其在化学反应和应用中的作用,而使用合适的化学元素可以有效地推动科学技术的发展,改善人们的生活条件。
组成细胞的元素及化合物一、细胞的组成元素细胞是生物体的基本单位,它由许多不同的元素和化合物组成。
其中,最主要的元素有碳、氢、氧、氮、磷和硫。
1. 碳:碳是生物体中最重要的元素之一,它具有四个价电子,可以形成稳定的共价键。
碳元素的特性使得它能够构成许多有机化合物,如蛋白质、核酸、碳水化合物和脂质等。
2. 氢:氢是生物体中最丰富的元素,它只有一个电子,能够与其他元素形成单一的共价键。
氢元素在细胞中主要存在于水分子中,是细胞内许多化学反应的重要媒介。
3. 氧:氧是生物体中第二丰富的元素,它具有六个价电子,能够形成多种化学键。
氧元素在细胞中主要以氧气和水的形式存在,是细胞进行呼吸作用和许多其他反应的重要参与者。
4. 氮:氮是生物体中第三丰富的元素,它具有五个价电子,能够形成多种化学键。
氮元素在细胞中主要存在于蛋白质和核酸分子中,是构成细胞的重要组成部分。
5. 磷:磷是生物体中第四丰富的元素,它具有五个价电子,能够形成多种化学键。
磷元素在细胞中主要存在于核酸和脂质分子中,是储存和传递遗传信息的重要组成部分。
6. 硫:硫是生物体中第五丰富的元素,它具有六个价电子,能够形成多种化学键。
硫元素在细胞中主要存在于蛋白质分子中,是构成蛋白质的重要组成部分。
二、细胞的化合物细胞中存在着许多重要的化合物,其中包括有机化合物和无机化合物。
1. 有机化合物:a. 蛋白质:蛋白质是由氨基酸组成的巨大分子,是细胞的重要构建物质。
蛋白质在细胞中具有结构、调控、运输、催化等多种功能。
b. 核酸:核酸是由核苷酸组成的分子,主要包括DNA和RNA。
核酸是储存和传递遗传信息的重要分子,在细胞中起着重要的作用。
c. 碳水化合物:碳水化合物是由碳、氢、氧三种元素组成的化合物,包括单糖、双糖和多糖。
碳水化合物是细胞能量的重要来源,也是细胞结构的组成部分。
d. 脂质:脂质是由甘油和脂肪酸组成的分子,主要包括脂肪、磷脂和固醇。
脂质在细胞中具有储存能量、构建细胞膜和参与信号传导等重要功能。
生物化学生命基础的化学组成生物化学是研究生物系统中分子和化学反应的科学领域。
生物化学研究的核心是探索生命的基本单位细胞中的化学组成和相互作用。
生命的基础是细胞,而细胞的活动则是由不同种类的分子组成的。
本文将介绍生命体的化学组成以及其中的重要分子和反应。
1. 水是生命的基础生物体中最常见和最重要的分子是水。
水是一种极为重要的溶剂,几乎所有生物分子在水中溶解或者在水中进行反应。
此外,水还参与许多重要的生物过程,如代谢、运输和细胞结构的维持。
2. 碳水化合物碳水化合物是生物体中最常见的有机分子之一。
它们由碳、氧和氢原子组成,且它们的分子结构多样。
碳水化合物在能量供应、结构支持以及信息传递等方面起着重要的作用。
常见的碳水化合物包括单糖(如葡萄糖)、双糖(如蔗糖)和多糖(如淀粉和纤维素)。
3. 脂质脂质是生物体中的另一类重要分子。
它们通常不溶于水,但可以溶解于有机溶剂。
脂质在生物体中起到构建细胞膜、储存能量和传递信号等关键作用。
常见的脂质包括甘油三酯、磷脂和类固醇。
4. 蛋白质蛋白质是生物体中最重要的大分子之一,其由氨基酸组成。
蛋白质在生物体中扮演了许多关键角色,包括酶催化反应、结构支持、传递信号和运输分子等。
蛋白质的结构多样,其功能与结构密切相关。
5. 核酸核酸是生物体中存储和传递遗传信息的关键分子。
RNA和DNA是两种最重要的核酸。
RNA通过转录形成,参与蛋白质的合成和调控。
DNA则携带着生物体的遗传信息,并在细胞分裂时起到重要作用。
6. 微量元素的重要性生物体还需要一些微量元素来维持生命活动。
这些微量元素包括铁、镁、钾、钙等。
微量元素是许多生物分子的组成部分,同时也参与了多种酶的催化反应。
在生物化学中,以上提到的分子和反应只是冰山一角。
生命的化学组成非常复杂,有很多其他的重要分子和反应,这些化学组成是生物体能够存活和繁衍的基础。
了解生物化学对于理解生命的起源、发展以及疾病的发生机制都具有重要意义。
是生物学、化学和医学等科学领域的交叉学科。
1组成生物体的化学元素生物体所包含的主要化学元素分布在周期表的前三周期,主要包括碳、氢、氧、氮、磷以及其他一些微量元素。
这些元素构成了生物体中的有机物质,如蛋白质、碳水化合物、脂类和核酸等,同时也参与到细胞内的代谢过程、酶的活性以及细胞结构的构建等方面。
碳(Carbon)碳是生命存在的基础元素之一,是有机物的重要组成部分。
碳能形成多种键合,使得生物体能够形成许多不同结构和功能的有机分子。
例如,蛋白质、碳水化合物、脂质和核酸等都是由碳原子构成的。
碳通常通过与氢、氧、氮等元素形成共价键,构成复杂的有机分子,从而实现细胞内的生物功能。
氢(Hydrogen)氢是生物体中的最常见元素之一,主要参与到有机物的结构中。
在生物体中,氢通常与氮、氧、碳等元素形成共价键,构成各种有机物质。
例如,水分子(H2O)是由氢原子和氧原子形成的,在细胞内扮演着溶剂、反应物和产物的角色。
此外,氢还参与到蛋白质的结构和功能中,如氢键在蛋白质的二级、三级结构中起着重要作用。
氧(Oxygen)氧是生物体中的另一个重要元素,参与到生物体中能量代谢和呼吸过程中。
氧气通过呼吸进入生物体,与食物中的有机物经过氧化反应产生能量,并释放二氧化碳和水作为代谢产物。
此外,氧还参与到有机物的氧化还原反应中,如细胞内的呼吸链和细胞色素等。
氮(Nitrogen)氮是构成蛋白质和核酸的重要元素之一,是生物体中蛋白质合成和氨基酸代谢不可或缺的元素。
氮原子通过与其他原子形成共价键,构成氨基酸和蛋白质的主链结构。
此外,氮还参与到生物体中的氮循环过程中,如植物吸收土壤中的硝酸盐,从而合成蛋白质和核酸。
磷(Phosphorus)磷是生物体中的另一个重要元素,主要参与到核酸和蛋白质的合成以及细胞内的能量转移过程中。
磷原子通过与氧原子形成磷酸盐,在细胞内起着能量转移的重要作用,如三磷酸腺苷(ATP)和磷酸二酯(NADP)等。
此外,磷还参与到核酸的合成中,如DNA和RNA的主链结构中含有磷酸二脂类似物。
一、生物学中常见化学元素及作用:1、Ca:人体缺之会患骨软化病,血液中Ca2+含量低会引起抽搐,过高则会引起肌无力。
血液中的Ca2+具有促进血液凝固的作用,如果用柠檬酸钠或草酸钠除掉血液中的Ca2+,血液就不会发生凝固。
属于植物中不能再得用元素,一旦缺乏,幼嫩的组织会受到伤害。
2、Fe:血红蛋白的组成成分,缺乏会患缺铁性贫血。
血红蛋白中的Fe是二价铁,三价铁是不能利用的。
属于植物中不能再得用元素,一旦缺乏,幼嫩的组织会受到伤害。
3、Mg:叶绿体的组成元素。
很多酶的激活剂。
植物缺镁时老叶易出现叶脉失绿。
4、B:促进花粉的萌发和花粉管的伸长,缺乏植物会出现花而不实。
5、I:甲状腺激素的成分,缺乏幼儿会患呆小症,成人会患地方性甲状腺肿。
6、K:血钾含量过低时,会出现心肌的自动节律异常,并导致心律失常。
7、N:N是构成叶绿素、蛋白质和核酸的必需元素。
N在植物体内形成的化合物都是不稳定的或易溶于水的,故N在植物体内可以自由移动,缺N时,幼叶可向老叶吸收N而导致老叶先黄。
N是一种容易造成水域生态系统富营养化的一种化学元素,在水域生态系统中,过多的N与P配合会造成富营养化,在淡水生态系统中的富营养化称为“水华”,在海洋生态系统中的富营养化称为“赤潮”。
动物体内缺N,实际就是缺少氨基酸,就会影响到动物体的生长发育。
8、P:P是构成磷脂、核酸和ATP的必需元素。
植物体内缺P,会影响到DNA的复制和RNA的转录,从而影响到植物的生长发育。
P还参与植物光合作用和呼吸作用中的能量传递过程,因为ATP和ADP中都含有磷酸。
P也是容易造成水域生态系统富营养化的一种元素。
植物缺P时老叶易出现茎叶暗绿或呈紫红色,生育期延迟。
9、Zn:是某些酶的组成成分,也是酶的活化中心。
如催化吲哚和丝氨酸合成色氨酸的酶中含有Zn,没有Zn就不能合成吲哚乙酸。
所以缺Zn引起苹果、桃等植物的小叶症和丛叶症,叶子变小,节间缩短。
二、生物学中常用的试剂:1、斐林试剂:成分:0.1g/ml NaOH(甲液)和0.05g/ml CuSO4(乙液)。
细胞中的元素和化合物
细胞是所有生命体的基本单位,其中包含了许多不同的元素和化合物。
这些元素和化合物在细胞内发挥着各种不同的作用,从维持基本的化学反
应和生物功能到提供细胞结构的支持。
在细胞中最常见的元素是碳、氢、氧和氮。
碳是有机分子的关键成分,包括蛋白质、脂质和碳水化合物。
氢和氧通常以水的形式存在,也是维持
生命所必需的。
氮则是构成蛋白质和核酸的重要元素。
除了这些常见元素之外,细胞中还含有一些微量元素。
其中包括钙、钾、镁和钠等金属离子,它们在细胞内维持电解质平衡和调节细胞功能方
面发挥着重要作用。
铁、锌、硒和铜等微量元素则作为酶的辅因子,在细
胞内催化化学反应。
细胞中的无机化合物主要包括水、离子和无机盐。
水是细胞内发生化
学反应和维持生命所必需的溶剂。
离子则以离子形式存在,包括氢离子
(H+)和氢氧根离子(OH-),它们在维持细胞内酸碱平衡和调节化学反
应方面起着重要作用。
无机盐包括钠盐、钾盐和钙盐等,它们在细胞内维
持渗透压和离子平衡。
此外,细胞中还含有各种辅酶、辅助因子和共价修饰化合物等。
辅酶
和辅助因子是酶的辅助分子,它们与酶结合并参与催化化学反应。
共价修
饰化合物则通过共价键与其他分子发生化学反应,改变分子的结构和功能。
总之,细胞中包含了多种不同的元素和化合物,它们共同发挥着维持
细胞功能和生命活动的重要作用。
通过对这些元素和化合物的深入研究,
我们可以更好地理解细胞的结构和功能,并为疾病的治疗和新药的研发提
供理论基础。
生物的三个主要元素生物体是由各种化学元素组成的。
但是,有一些元素在生物体中的含量要远远超过其他元素。
这些元素称为生物体的主要元素。
在生物体中,主要元素占据了生物体总质量的99%以上。
然而,只有几个元素被认为是生物体的主要元素。
在生物体中,主要元素包括碳、氧和氮。
下面将更详细地介绍这三个主要元素。
1.碳(C):碳是生物体中最重要的元素之一、生物体中的有机物质是由碳组成的,这些有机物质包括蛋白质、核酸、脂质和多糖等。
碳是生命的基础,因为它能够形成无数的化学化合物,并且碳原子允许构建生物体中的无限多个形状、结构和功能。
2.氧(O):氧是生物体中的另一个主要元素。
它是生命所需的气体,并在生物体中广泛参与各种化学反应。
氧气在细胞呼吸中发挥着重要作用,将有机化合物和葡萄糖氧化,产生能量。
此外,氧还是水(H2O)的组成部分,水是生物体中最重要的溶剂之一3.氮(N):氮是生物体中的第三个主要元素。
氮是构成生物体核酸(DNA和RNA)和蛋白质的重要组分。
它是生物体中许多关键生物化学反应的催化剂。
氮在氨基酸的形成中起着重要作用,而氨基酸是构成蛋白质的基本单元。
除了这三个主要元素外,其他元素在生物体中也发挥着重要作用。
例如,钙(Ca)在骨骼和牙齿形成中起着关键作用。
磷(P)是ATP(细胞内能量储存分子)和DNA的组成部分。
钾(K)、钠(Na)和氯(Cl)是生物体中的重要电解质,参与神经传导和细胞功能。
铁(Fe)是血红蛋白分子的组成部分,对携氧至重要器官至关重要。
总之,生物体的主要元素是碳、氧和氮。
这些元素在生物体中占据绝大部分,它们是构成生物体的重要组分,是维持生命活动所必需的化学元素。
其他元素虽然在数量上没有那么多,但同样发挥着重要的生物功能。
通过对这些元素的研究,我们可以更好地了解生物体的化学组成和生命活动的基本原则。
组成生物体的化学元素生物体是由多种化学元素组成的,其中最常见的元素包括碳、氢、氧、氮、磷和硫。
这些元素构成了生物体中的绝大部分分子,如蛋白质、核酸、碳水化合物和脂类。
此外,还存在一些其他元素,虽然在生物体中含量较少,但也发挥着重要的作用。
下面将详细介绍这些元素。
1.碳(C):碳是构成生物体的基本元素之一,其在有机化合物中的重要性无法被替代。
碳的封闭性电子壳使其能够形成四个共价键,从而形成高度多样化的分子结构。
碳是构成蛋白质、核酸、碳水化合物和脂类等生物大分子的主要元素。
2.氢(H):氢是最轻的元素,也是生物体中最常见的元素之一、氢常以单质的形式存在于生物体中,参与构成水分子(H2O)和有机化合物中的化学键。
3.氧(O):氧是生物体中的另一个基础元素,广泛存在于水分子和有机化合物(如蛋白质、核酸和碳水化合物)中。
氧是维持细胞呼吸和生物体能量代谢所必需的。
4.氮(N):氮是构成蛋白质和核酸的主要元素之一、它是生物体中许多重要化合物的组成部分,如氨基酸、核苷酸和其他一些生物活性物质。
5.磷(P):磷是生物体中存在量较多的元素之一,主要以磷酸盐的形式存在。
磷在DNA和RNA的结构中起着关键作用,也是维持细胞的能量代谢(如ATP)所必需的。
6.硫(S):硫在生物体中以半金属的形式存在,广泛参与构成一些氨基酸、酶和其他生物分子的化学键。
硫也是一些维生素和辅酶的重要组成部分。
除了上述主要的化学元素外,还存在一些少量但同样重要的元素,如钾、钙、钠、镁、铁、锌、铜、锰、氯、碘和硒等。
这些元素在维持细胞内环境稳定性、催化酶活性等方面起着重要作用。
总结起来,生物体是由多种化学元素组成的复杂有机体,其中碳、氢、氧、氮、磷和硫是构成生物大分子的主要元素。
其他少量元素在维持生物体的正常功能和生命活动中也发挥着关键作用。
这些元素的组合和相互作用形成了多样化的生命体系,展示出了生物界的美妙与复杂。
生物体的化学元素及其作用存在于生物体(植物和动物)的元素大致可分为:(1)必需元素,按其在体的含量不同,又分为常量元素和微量元素;(2)非必需元素;(3)有毒(有害)元素。
人体大约含 30 多种元素,其中有 11 种为常量元素,如 C , H , O ,N , S , P , Cl , Ca , Mg , Na , K 等,约占 99.95 %,其余的 0.05 %为微量元素或超微量元素。
必需元素是指下列几类元素:(1)生命过程的某一环节(一个或一组反应)需要该元素的参与,即该元素存在于所有健康的组织中;(2)生物体具有主动摄入并调节其体分布和水平的元素;(3)存在于体的生物活性化合物的有关元素;(4)缺乏该元素时会引起生化生理变化,当补充后即能恢复。
哪些是构成人体的必需元素?19世纪初,化学家开始分析有机化合物,清楚地认识到活组织主要由C,H,O 和 N四种元素组成。
仅这四种元素就约占人体体重的96%。
此外,体还有少量P。
将人体这五种元素的化合物挥发后就会留下一些白灰,大部分是骨骼的残留物,这灰乃是无机盐的集合,在灰里可找到普通的食盐(NaCl)。
食盐并不仅仅是增进食物味道的调味品,而是人体组织中的一种基本成分。
食草动物有时甚至达到要舔吃盐渍地,以便弥补食物中所缺乏的盐。
在实际研究中,确定某元素是否为必需元素,既与该元素在体的浓度有关,也与它的存在状态和生物活性密切相关。
人体中的每一元素呈现不同的生物效应,而效应的强弱依赖于特定器官或体液中该元素的浓度及其存在的形态。
对于每种必需元素,都有一段其相应的最佳健康浓度,有的具有较大的体恒定值,有的在最佳浓度和中毒浓度之间只有一个狭窄的安全限度。
元素浓度和生物功能的相关性可用图表示。
有 20 ~ 30 种普遍存在于组织中的元素,它们的浓度是变化的,而它们的生物效应和作用还未被人们认识,有待于研究,所以称它们为非必需元素。
另外一些则是能显著毒害机体的元素。
如,血液中非常低浓度的铅、镉或汞,具有有害的作用,就可称为有毒元素,亦称有害元素。
从海水中必需微量元素的含量与人体中主要元素的对比,说明赖以生存的环境中的元素是生物进化的结果。
人类在适应生存和进化中,逐渐形成一套摄入、排泄和适应这些元素的保护机制,即人体的元素,不论是常量或微量,维持平衡状态是经过人类长期进化形成的。
许多元素是否是必需还是有害,和摄入量(即在体的浓度)有关。
每一种必需元素在体都有其合适的浓度围,超过或不足都不利于人体健康。
例如,人们对碘的最小需要量为 0.lmg /天,耐受量为1000mg /天,当大于 10000mg /天即为中毒量。
若人体自身用以维持稳态的调节机制出现障碍,便会发生疾病。
有时元素的过量可能比缺乏更令人担忧,因为某个元素的缺乏易于补充,而过量往往则难以清除,或清除过程中会产生副作用。
另外共存元素的相互影响——在生物体存在协同或拮抗作用,对元素浓度比例的要求就更复杂了。
例如锌可以抑制镉的毒性,铜可以促进铁的吸收等。
由于元素间的相互作用,当评定某一微量元素对人体健康的影响时,还必须考虑与其有关元素的存在。
表1归纳了主要生物元素及其功能。
在生命物质中,除 C , H , O ,S 和 N 参与各种有机化合物外,其他生物元素各具有一定的化学形态和功能,这些形态包括它们的游离水合离子,与生物大分子或小分子配体形成的配合物,以及构成硬组织的难溶化合物等。
表1 生物元素及其功能元素功能H 水,有机化合物的组成成分B 植物生长必需C 有机化合物组成成分N 有机化合物组成成分O 水,有机化合物的组成成分F 鼠的生长因素,人骨骼的成长所必需Na细胞外的阳离子, Na+Mg酶的激活,叶绿素构成,骨骼的成分Si 在骨骼、软骨形成的初期阶段所必需P 含在 ATP 等之中,为生物合成与能量代所必需S 蛋白质的组分,组成 Fe-S 蛋白质Cl 细胞外的阴离子, Cl-K 细胞外的阳离子, K+钙骨骼、牙齿的主要组分,神经传递和肌肉收缩所必需V 鼠和绿藻生长因素,促进牙齿的矿化铬促进葡萄糖的利用,与胰岛素的作用机制有关锰酶的激活、光合作用中水光解所必需铁最主要的过渡金属,组成血红蛋白、细胞色素、铁-硫蛋白等钴红血球形成所必需的维生素 Br2 的组分铜铜蛋白的组分,铁的吸收和利用Zn 许多酶的活性中心,胰岛素组分Se与肝功能肌肉代有关Mo黄素氧化酶,醛氧化酶.固氮酶等所必需Sn鼠发育必需I 甲状腺素的成分这些元素在生物体所起到的生理和生化作用,主要有几个方面。
(1)结构材料。
无机元素中Ca,P构成硬组织,C,H,O,N,S构成有机大分子结构材料,如:多糖、蛋白质等。
(2)运载作用。
人对某些元素和物质的吸收、输送以及它们在体的传递等物质和能量的代过程往往不是简单的扩散或渗透过程,而需要有载体。
金属离子或它们所形成的一些配合物在这个过程中担负重要作用。
如含有 Fe2+ 的血红蛋白对 O2 和CO2 的运载作用等。
(3)组成金属酶或作为酶的激活剂。
人体约有四分之一的酶的活性与金属离子有关。
有的金属离子参与酶的固定组成,称为金属酶。
有一些酶必需有金属离子存在时才能被激活以发挥它的催化功能,这些酶称为金属激活酶。
(4)调节体液的物理、化学特性。
体液主要是由水和溶解于其中的电解质所组成。
生物体的大部分生命活动是在体液中进行的。
为保证体正常的生理、生化活动和功能,需要维持体液中水、电解质平衡和酸碱平衡等。
存在于体液中的Na+,K+,Cl-等发挥了重要作用。
(5)“信使”作用。
生物体需要不断地协调机体各种生物过程,这就要求有各种传递信息的系统。
细胞间的沟通即信号的传递需要有接受器。
化学信号的接受器是蛋白质。
Ca2+作为细胞中功能最多的信使,它的主要受体是一种由很多氨基酸组成的单肽链蛋白质,称钙媒介蛋白质(分子量为 16700)。
氨基酸中的竣基可与 Ca2+结合。
钙媒介蛋白质与Ca2+结合而被激活,活化后的媒介蛋白质可调节多种酶的活力。
因此Ca2+起到传递某种生命信息的作用。
也有细胞信使,Ca2+也是细胞信使。
有些元素可同时在几个方面发挥作用。
例如 Ca2+ 就有多方面的生物功能。
下面仅就 Ca , P , Na , K 等的主要生物功能作简要介绍。
钙是骨骼和牙齿的主要成分。
调控人体正常肌肉收缩和心肌收缩,同时起细胞信使作用,如图 10-3 所示。
例如,血液中 Ca2+过多,会造成神经传导和肌肉反应的减弱,使人对任何刺激都无反应,但血液中Ca2+太少,又会造成神经和肌肉的超应激性,在这种极度兴奋的情况下,微小的刺激,比如一个响声、咳嗽,就可能使人陷入痉挛性抽搐。
磷,骨骼和牙齿中除了含 Ca 外,磷也是一种重要的元素。
体 90%的磷是以磷酸根的形式存在,如牙釉质中的主要成分是羟基磷灰石和少量氟磷灰石,氯磷灰石等。
牙釉质是由不溶性物质所组成,称为羟基磷灰石。
使它从牙齿上溶解下来称为去矿化,而形成时称为再矿化。
在口腔中存在着这样一种平衡:健康的牙齿也同样存在这样的平衡。
然而,当糖吸附在牙齿上并且发酵时,产生的 H+与OH-结合成H2O以及而扰乱平衡,会引起更多的溶解,结果使牙齿腐蚀。
氟化物通过取代羟基磷灰石中的OH-有助于防止牙齿腐蚀,由此产生的能抗酸腐蚀。
磷酸可以和有机化合物中的羟基(糖羟基、醇羟基),形成磷酸脂。
如 ATP 就是三磷酸腺苷,磷脂就是存在细胞膜。
ATP 水解时放出高能量,如 ATP 的水解与细胞里的一个放热反应(如肌肉收缩或大分子的合成)相配合,则 ATP 的水解就可为其他反应提供必要的能量。
磷的化学规律控制着核糖、核酸以及氨基酸、蛋白质的化学规律,从而控制着生命的化学进化。
身体中磷的主要作用见图10-4 所示。
由于磷的分布很广,因此人们日常食品中很少缺少这种元素。
K+, Na+和 Cl-在体的作用是错综复杂而又相互关联的。
K+和Na+常以KCl和NaCl的形式存在。
K+,Na+, Cl-的首要作用是控制细胞、组织液和血液的电解质平衡。
这种平衡对保持体液的正常流通和控制体的酸碱平衡都是必要的。
Na+和 K+(与 Ca2+和 Mg2+一起)有助于使神经和肌肉保持适当的应激水平。
NaCl和KCl的作用还在于使蛋白质大分子保持在溶液之中,并使血液的粘性或稠度调节适当。
胃里开始消化某些食物的酸和其他胃液、胰液及胆汁里的助消化的化合物,是由血液里的钠盐和钾盐形成的。
另外,视网膜对光脉冲反应的生理过程,也依赖于 Na+,k+和Cl-有适当的浓度。
显然,人体的许多重要机能对这三种离子都有依赖关系,如下图所示。
体任何一种离子不平衡,都会对身体产生影响。
例如,运动过度,特别是炎热的天气里,会引起大量出汗,汗的成分主要是水,还有许多离子,其中有 Na+,K+和Cl-,使汗带咸味。
出汗太多使体这些离子浓度大为降低,就会出现不平衡,使肌肉和神经反应受到影响,导致出现恶心、呕吐、衰竭和肌肉痉挛。
因此,运动员在训练或比赛前后,喝特别配制的饮料,用以补充失去的盐分。
当我们仔细观察和研究那些含金属元素生物分子的结构以及它们的生理功能时,发现人体的常量元素都是海水中最丰富的元素。
人体大部分的组成元素是周期表中的轻元素(原子序数在 34 以下),两个较重的元素就是原子序数为 42 的 Mo 和 53 的 I 。
而由地球表面大气圈、水圈和浅岩石图所组成的生物圈中的元素也主要由这些轻元素所组成,这正是丰度原则的直接结果。
因此可以认为生物体发源于水圈。
生物体体液中的离子组成和水圈中的离子组成也很相似。
生物体正是利用水体中含量最丰富的 Na+和 K + 来控制体的离子浓度和渗透压等;又如 Ca2+和 Sr2+ 在性质上虽然很相似,而自然界绝大多数的生物却是利用钙盐作为构成骨骼的材料,这正是利用了钙有较高的丰度。
人类自身目前仍然处于一个进化的过程之中,与地球的形成、生物体的进化这个漫长的历史进程相比,人类只是这条长河中极其短暂的一段。
现代人类还在不断地随着环境的改变而进化,以适应新的环境。
微量元素在不同体部位的水平与人体健康关系极大。
它与人体健康的关系是很复杂的,其浓度、价态、摄人肌体的途径等对人体健康都有影响,有些疾病的发生和微量元素的平衡失调关系密切。
例如我国地方病——克山病——是与缺硒有关的心肌坏死;地方性甲状腺肿、地方性克汀病则是由于严重缺碘引起的等等。
微量元素还和人体免疫功能、出生缺陷、肿瘤、血液病、眼疾等有关。
如何将微量元素做成药物和食品添加剂等用于医治和疾病的预防是一个重要的专门研究领域。
微量元素与人体的关系不是孤立的,微量元素之间,微量元素与蛋白质、酶、脂肪、维生素之间都存在相互作用。
如铜和铁在肌体显示生理协同作用,即铜可促进肌体对铁的吸收;铁可拮抗镉的毒性等。
在分析它们的作用时,不能忽略其他因素的影响。