化学与人类生命健康

化 学 与 人 类,化学与人类生命健康,Life is nothing but electron transfer!,第一节 人体化学,I. 人体的化学组成,单质：少量游离的氧气和氮气,化合物：C、H、O组成的化合物（90）,构成人体的化学物质,水 （ H2O ） : 65%蛋白质脂肪核酸骨骼,胶体溶液（体液）,体内的一切化学反应,生命体中重要的化合物,1. 蛋白质：,4. 核酸,2. 脂肪,3. 糖,有机物,5. 水,6. 各种无机盐,无机物,有机大分子,1：蛋白质,基本构筑分子：20多种手性氨基酸,分子量极大（万几十万）不会透出细胞膜、血管壁具有吸水性（保持细胞或血管内水分）蛋白质胶体渗透压具备对酸碱的缓冲作用,三 类 蛋 白 质,简单蛋白质（白蛋白、球蛋白、硬蛋白）,复合蛋白质(核蛋白、血红蛋白、糖蛋白、酪蛋白),衍生蛋白质（水解或变性的蛋白）,氨基酸通过肽键相连,2：脂肪,需要时输送到各组织代谢供给能量（释放化学能，CO2+H2O）硬脂酸与（胆固）醇化合物发生酯化酯类化合物（中和作用）不饱和脂肪酸与（胆固）醇化合物发生酯化酯类化合物（可溶解胆固醇中和、溶解）,脂肪酸,硬脂酸（饱和）,软脂酸（不饱和）,油酸（不饱和）,化学成分： 脂肪酸酯（三脂肪酸甘酯、脑磷脂、卵磷脂）,不饱和脂肪酸：二十二碳六烯酸。英文缩写是DHA。,脑黄金,由于人体自身难以合成足够的DHA补充大脑，故必须摄入DHA来弥补，否则将导致脑功能障碍，如记忆力下降和脑细胞间的信息传递能力下降、感观衰退等。,“脑白金,Melatonin，又称松果体素或褪黑素。是人体大脑的松果体在夜间分泌的一种荷尔蒙，随着年龄的增长，松果体素分泌减少，从而出现一系列的失眠、多梦、疲劳健忘等衰老症状，各种疾病亦随之而来适当补充松果体素，可以防止老化、保持精神状态更可改善睡眠、增强扺抗力和支持人体的免疫系统的功效。儿童服用褪黑素可能造成脑垂体技能紊乱，性腺发育受到抑制，影响正常发育,3：糖,淀粉水解产生葡萄糖。葡萄糖在人体血液中浓度0.1。通过血液输送到各组织，代谢产生能量。多余葡萄糖转化为淀粉，贮存于人体（肝脏、肌肉）,化学成分：,单糖（葡萄糖）多糖的基本单元多糖（纤维素、淀粉）,单糖（D-吡喃葡萄糖）,多糖,糖的储存库：直链淀粉糖苷键相互连接形成的线型聚合物,4：核酸,从细胞核中分离出来，具有酸性。核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。组成和结构复杂。核酸完全水解嘌呤碱、嘧啶碱、戊糖、磷酸等,基本化学成分：,含有磷酸（H3PO4）基团的高分子化合物。,基本构筑分子：核苷酸,核酸的基本单位核苷酸,S糖；B含氮的碱基；P磷酸,核苷酸通过磷酸基团相互连接生成多聚体RNA和DNA,5：无机盐,无机盐随着年龄变化年龄越大，无机盐含量越高。,胎儿：21.59 g/kg 成人：42.7g/kg,主要存在于骨骼和牙齿,6：水,很好的溶剂（很多物质溶于水，促进体内化学反应） 化学变化越多需要水越多 牙质、骨骼、脂肪最不活动需要水最少 细胞内70，组织液内20，血浆内10。,人体中的化学反应,人体中化学反应的特点：,反应速度快反应完全反应条件温和（37 oC）在酶（蛋白质）的参与下完成,糖代谢CO2+H2O,人体内：37oC，完全代谢为CO2+H2O体外：几百度(燃烧),蛋白质分解,人体消化道内: 37oC, 12小时完成体外: 100oC, 一天,造血、组织再生,人体内: 37oC, 顺利完成体外: 无法进行,一种催化剂不稳定 (热、酸、碱)专一性极强在人体环境中起作用（生理环境稳定）,II. 化学元素在人体中的作用,27种生命元素,14种金属元素,13种非金属生命元素,维持平衡,平衡失调,“Chemical Balance”,和谐健康,疾 病,微量元素与人体健康,宏量元素与人体健康,酸：使钙溶解，生成磷酸钙，易于被吸收。胆盐：使磷酸钙和其它钙盐的溶解度增加。脂肪：进一步促进胆盐对磷酸钙和其它钙盐的溶解度。维生素D：保持血液中的Ca和P的浓度，并存储在骨骼中，使骨骼钙化。,血液中钙,骨骼中钙,甲状腺激素分泌少,甲状腺激素分泌多,宏量元素与人体健康,Na、K、Cl维持体内渗透压、酸碱度、肌肉神经细胞的应激性物质。,Na+、K+的平衡由肾上腺皮质激素调节(滞钠排钾)：分泌减少：,肾排出Na+，保留过多K+Na+不足，渗透压下降为保持渗透压不变，排出水分,血液变浓、变少血流速度慢尿量减少各种缺水症状,III. 维生素在人体中的作用,维生素的特点与功能：,人体需求量很小，但必不可少是有机化合物不是构成细胞组成的物质许多辅酶中含有维生素不是由体内内分泌腺分泌通过食物获取或由肠内寄生细菌制造有14种世界公认的维生素（20多种）,细胞发育受阻、停止、甚至死亡脚气症、坏血病、癞皮病、夜盲症、软骨病,维生素缺乏,重要的维生素,1：维生素A（A1、A2、胡萝卜素）（脂溶）,维生素A1（视黄醇）结构式,不饱和醇溶解在油脂性溶剂中共轭双键体系使其易于氧化（光照破坏）无氧条件下热稳定性好,维生素A2（脱氢视黄醇）结构式,VA2生理作用与VA1相同，生理活性只有VA1的40VA存在于鱼肝油、鱼子、肝脏、蛋黄、奶油等保存维生素A：避免接触空气，避免晒太阳。,类胡萝卜（VA原）素结构式（水解后可产生两分子VA1）,1. 感光：视紫红质（视网膜色素）的成分2. 上皮细胞生长的必需物质,维生素A的功能,视紫红质成分,视黄质,光,缺乏：夜盲症（弱光感受力差）,上皮细胞萎缩表皮角质化（蟾皮病、眼干燥症）易受感染（角质细胞无法很好保护下层组织）感冒、肺炎抗癌作用,缺乏：,胡萝卜番茄柑桔,感光,2：维生素D（脂溶）,甾醇衍生物溶解在油脂性溶剂中一般容易得到足够的VD,维生素D原（麦角甾醇）,紫外线,维生素D的功能,缺乏软骨病过量组织钙化（肾、心脏、支气管内）,促进小肠吸收钙和磷，使血钙和血磷浓度增加磷酸钙在骨骼沉积，骨骼钙化。,维生素D2（麦角钙化醇）,3：维生素E（脂溶）,性质稳定耐酸碱，无氧条件下耐200oC；有氧条件下，易被氧化。人体的抗氧化剂（食用油脂最理想的抗氧化剂）抗衰老减轻毒物对人体器官的损害,维生素E（-生育酚）,维生素E抗氧化机理（自身被牺牲）,4：维生素B（B1、B2、其它）（水溶）,粗米、粗面、花生、黄豆、肝、肾、牛肉、猪肉、鸡蛋等微溶于水遇热（100oC）、Cu2+分解,维生素B1（硫胺素）,维生素B1的功能,缺乏糖代谢不正常（神经受损） 血液中丙酮酸浓度增高 肠胃肌肉蠕动差，胃口欠佳，便秘 脚气病（神经炎）,脱羧酶促进糖代谢的中间产物丙酮酸的氧化。,B1 磷酸 焦硫酸磷胺 脱羧酶,促进胃肠蠕动、消化液分泌、细胞代谢生长,酵母、肝、肾、心脏、瘦肉、米糠、花生、菠菜等细胞核中谷类和蔬菜中B2必须蒸煮才能被释放桔黄色固体，微溶水，遇碱、光破坏热稳定性较好,维生素B2（核黄素）,维生素B2的功能,缺乏氧化代谢不正常 皮炎、烂嘴角、地图舌 眼睛怕光、易流泪，角膜充血,氧化还原酶的辅基成分（参与体内氧化还原反应）促进糖、脂肪、蛋白质代谢维持皮肤、粘膜和视觉的正常机能,酵母、肝、牛肉、番茄、菠菜等中白色固体，微溶水，对热、氧稳定,烟酰胺功能,缺乏癞皮病（皮肤发炎、舌炎、胃口差、 腹泻、贫血、见光皮肤带硬甲）,氧化辅酶（I、II）的成分 正常细胞氧化作用的必需物质,烟酰胺,其它维生素B,叶酸,烟酸,泛酸,生物素,肌醇,胆碱,骨髓红细胞和白细胞的生长和分裂有关治疗巨红细胞贫血、抗癌,皮肤粘膜病和神经系统疾病有关肌醇和胆碱还与脂肪分解有关（预防脂肪肝）,4：维生素C（水溶）,白色晶体，易溶于水（蔬菜、水果、橘子）（人体的垂体、肾上腺可储存VC)极易被氧化，对热、碱敏感；遇Cu2+更易分解煮菜不宜加热太久（加盖）、不用铜锅、不宜加碱,抗坏血酸,抗坏血酸,脱氢抗坏血酸,2,3-二酮古罗糖酸,O,R谷胱肝肽,氧化还原的循环保证维生素C参与生理氧化还原,维生素C的作用,胶原纤维消失，基质解聚，血管通透性增强“坏血病”（皮下出血、齿龈出血、关节内出血、贫血、抵抗力差）,制造胶原蛋白（粘联细胞）的必须物质通过氧化还原反应在人体内起传递氢的作用促进细胞间质和组织的生成任何纤维组织的成胶质都需要维生素C的保护抑制人体内亚硝胺的生成（预防感冒、抗癌作用）,维生素C缺乏,不会引起中毒（随尿液排出）形成“结石”的可能性增加,维生素C过量,5：维生素P（水溶）,6：维生素K（脂溶）,VC治疗“坏血病”，必须存在黄酮提高毛细管强度维持毛细管渗透压正常,维生素P基本骨架,黄酮黄烷酮黄酮醇,维生素K（凝血维生素）,人体不需要补充VK（肠腔内细菌可制造）新生儿应补充加速血液凝固，促进肝脏合成凝血酶原所需的因子,第二节 疾病、药物与化学,1.抗酸剂,4. 类固醇,2. 止解痛,3. 抗生素,常用重要药物（西药）,5. 过敏和抗组胺药,1：抗酸剂（碱性化合物）,胃壁分泌盐酸（HCl） 抑制细菌生长 促进食物水解（酸性条件水解速度加快）,胃粘膜细胞50万/min更新,胃酸（HCl）过多 人体胃内正常pH：1.23.0 摄入过多食物（pH下降）不适,常用抗酸(H+Cl-)化合物及机理,2：止痛药（鸦片、吗啡、可待因、阿司匹林）,鸦片：罂粟中提炼出的粘稠物，含20多种生物碱。其中10为吗啡，是鸦片最有效的成分。,吗啡（morphine）,吗啡（morphine）,可待因（codeine，吗啡单甲基醚）,海洛因（heroine，乙酰化吗啡）,有医用价值,无医用价值“毒品”,上瘾性： codeine morphine 10 000）,“过敏介体”的活性化学结构（蕨草花粉）,是干草热、支气管哮喘和其它过敏症的元凶,预防、避免接触过敏源脱敏（昂贵、局部疗效）药物治疗（阻断IgE抗体与过敏源的作用,治疗,(Histamine),派力苯萨明,治疗过敏的原理,利用含有类似Histamine的有机胺占据原来Histamine在细胞上的位置，以阻断Histamine的反应,苯海拉明,扑尔敏,抗希斯特敏药肾上腺素类固醇,1.紫杉醇,2. 黄蒿粟,天然药物,疗效独特副作用小,1. 紫杉醇,从珍稀植物红豆杉中提取出来生产1公斤最终产品，须处理3吨以上的红豆杉枝叶天然抗癌药物,2. 青蒿素,从黄花蒿植物分离得到的含过氧键的萜内酯化合物对恶性疟原虫作用快，对人体毒性很低,抗疟效果更好,抗疟疾的先导化合物,药 物 风 波,“伟哥”的功与过,1998年最轰动世界的上市药物（美国辉瑞制药）,5000万片/year1998年3-11月 美国相关死亡人数130人,与硝酸酯（降压药）药物混合服用，导致严重低血压68%死亡率,柠檬酸西地那非,苯丙醇胺(PPA)（去麻黄素，人工合成物质）,感冒药风波,缓解鼻塞、喷嚏、咳嗽2000年10月FDA将PPA列为不安全类药物；11月停用含PPA的感冒药具有增加出血性中风的副作用,麻黄素,美国FDA批准的唯一的非处方减肥药,“抑制食欲”,“拜斯亭”沉浮,1997年上市用于治疗心血管疾病（降胆固醇、降血脂药物）销量：600万/year2000年德国拜尔公司全球回收,严重副作用：与另一种降血脂药“吉非贝齐”合用易导致横纹肌溶解的危险,反应停(thalidomide)事件,(S)-thalidomide,(R)-thalidomide,1953年瑞士Ciba药厂首次合成了名为”反应停”的药物 1957年在前西德上市,以其镇静、催眠及镇吐作用（用于改善睡眠和妊娠早期的恶心、呕吐反应）1959年仅在联邦德国就有近100万人服用过反应停，月销量达1吨,20世纪最大的药物性灾难,胎儿耳朵畸形和听力缺失胎儿上肢缺失胎儿双手呈海豹样3指畸形胎儿拇指畸形大量婴儿夭折,1997年在美国重新上市，用于抗肿瘤，对多发性骨髓瘤 、直肠癌有良好疗效。成为具有新作用机制、多种治疗用途、重新焕发活力的老药。,(S)-thalidomide,(R)-thalidomide,毒品与化学,联合国麻醉药品委员会,指能使人成瘾的药物，种类很多，各国因流行种类不同而设定其范围,毒品的定义,吗啡型药物（鸦片、吗啡、可待因、海洛因和罂粟植物等）最危险的毒品 可卡因和可卡叶大麻安非他明、甲基苯丙胺（冰毒）等人工合成兴奋剂安眠镇静剂，包括巴比妥药物和安眠酮精神药物，即安定类药物,种类,（联合国麻醉药品委员会）,毒品的四个共同特征,不可抗力：强制性地连续使用该药，并不择手段地去获得连续使用有不断加大剂量的趋势对该药产生精神依赖性及躯体依赖性，断药后产生戒断症状对个人、家庭和社会都会产生危害后果,吸毒对人体的三大危害,身体依赖性：使人体体能产生适应性改变，形成在药物作用下的新平衡状态精神依赖性：对毒品的依赖性难以消除毒品毁坏人的神经中枢等；感染性疾病,1. 吗啡型毒品,罂粟：本身不是毒品，但从中可得到鸦片、吗啡、可待因、海洛因等毒品。,一种一年生的栽培植物种植在海拔高300至1700米的地方蒴果大小形状与鸡蛋相似罂粟的干燥果壳（罂粟壳，大烟壳）是一种中药，久服成瘾,鸦片（初级毒品）：,生鸦片,吗啡类生物碱,罂粟碱类生物碱,盐酸那可汀类生物碱,吗啡,可待因,蒂巴因,10-15%,1-3%,0.2%,0.5-1%,3-8%,生鸦片蒴果的壁体中有一种乳白色的汁，收集的这种汁液经自然风化变成深褐色具有强烈的、令人作呕的气味，味很苦,熟鸦片生鸦片经过烧煮和发酵后，制成条状、板片状或块状吸食时可发出强烈的香甜气味,吗啡：,吗啡（morphine）,1806年法国化学家F泽尔蒂纳首次从鸦片中分离出来（1952年人工合成）希腊神话中的睡眠之神吗啡斯(Morphus)有强大的止痛作用，对各种疼痛都有镇痛效果,吗啡中毒致死直接原因抑制呼吸(少至每分钟2-4次，甚至出现呼吸麻痹)同样计量下，注射吗啡的效果比吸食鸦片强烈10-20倍成瘾快：连续用药一周以上即可上瘾,海洛因（heroine，乙酰化吗啡）,海洛因（ “世界毒品之王” ）：,海洛因成瘾最快，毒性最烈海洛因对人体的毒性是吗啡的五倍以上镇痛作用亦为吗啡的4-8倍,1874年提炼出镇痛效果更佳的半合成吗啡衍生物（二乙酰吗啡）海洛因（“白粉”）是鸦片经特殊化学处理后所得的产物鸦片毒品系列中最纯净的精制品,大麻（“穷人的毒品”）,大麻是一年生草本植物，通常被制成大麻烟吸食当今世界吸食最多，范围最广大麻类毒品的主要活性成分四氢大麻酚（THC）,四氢大麻酚,神经障碍：成瘾后易使人惊恐或产生攻击行为影响运动协调破坏机体免疫系统,可卡因（古柯碱）和可卡叶:,生物碱：1860年从古柯(COCA)的植物叶片中提炼一种无味、白色薄片状的结晶体,可卡因（苯甲基芽子碱Cocaine）,最强的天然中枢兴奋剂，对中枢神经系统有高度毒性（70毫克的纯可卡因，体重70kg的人当场丧命）可卡因：