合工大化学与健康人体中的化学

1、1 第三章 人体中的化学元素 3.1 人体中的化学元素 3.2 人体中重要的生命有机化合物 3.3 人体中的化学反应 2 q 生命必须元素 钙：骨骼与牙齿 碳、氢、氧、氮、硫、磷：脂肪、糖、蛋白质、酶、核酸 钾离子、钠离子、氯离子：体液 其他必须元素：铁、硒、碘、钒、铬、镍、氟、硅、铜、锌、 钴、锰、钼 3.1 人体中的化学元素 3 q 常量元素与微量元素 常量元素：人体中含量高于0.01%的元素。 碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、硫 （S）、钙（Ca）、钠（Na）、钾（K）、镁（Mg）、氯 （Cl）、硅（Si）等12元素 占人体的99.71%，氧特别多（来自于水） 微量元素

2、：人体中含量低于0.01%的元素。 铁（Fe）、碘（I）、钒（V）、氟（F）、镍（Ni）等14 种微量元素 作用非常重要 3.1 人体中的化学元素 4 q 宇宙、太阳系和地球上的元素组成 3.1 人体中的化学元素 5 q 人体内元素的来源：通过饮食来源于地球 自然界中的四个圈层：大气圈、水圈、岩石圈、生物圈 3.1 人体中的化学元素 v 生物圈与大气圈、水圈和岩石圈之间存在物质和能量的交换。 8 Reduce the Carbon Dioxide Emission Natural Photosynthesis 9 Reduce the Carbon Dioxide Emission Natur

3、al Photosynthesis 10 第三章 人体中的化学元素 3.1 人体中的化学元素 3.2 人体中重要的生命有机化合物 3.3 人体中的化学反应 11 q 人体中六种主要元素（碳、氢、氧、氮、磷、硫）构成了组成 人体的氨基酸、蛋白质、脂肪、糖类、酶和核酸。 3.2 人体中重要的有机化合物 12 q 氨基酸 3.2 人体中重要的有机化合物 -COOH -NH2 氨基酸 氨基酸 大部分是 氨基酸 氨基酸可以呈中性、酸性 或碱性，是两性物质。 氨基酸都是无色晶体， 熔点较高，易溶于水，不溶 于有机溶剂。 13 q 蛋白质 一切生命组织的基础物质，在生命现象和生命过程中起决定 性作用。 机体

4、中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。 蛋白质占人体重量的16%20% 主要含碳、氢、氧、氮、硫等元素。 由氨基酸以脱水缩合的方式组成的多肽链经过盘曲折叠形成 的具有一定空间结构的物质。（一般由几百个乃至几千个氨基 酸构成） 3.2 人体中重要的有机化合物 甘氨酸丙氨酸甘氨酰丙氨酸 肽键 二肽 14 3.2 人体中重要的有机化合物 甘氨酸丙氨酸 丙氨酰甘氨酸 肽键 20种氨基酸的组合可以产生“无限”多种可能。 蛋白质分子（多肽链） 15 3.2 人体中重要的有机化合物 蛋白质的结构（四级结构） 具有生物活性的蛋白质牛胰岛素人工合成 （1965年，我国科学家） 16 3.2 人体中重要

5、的有机化合物 蛋白质是两性物质，与酸碱均反应生成盐。 溶于水或极性溶剂，不溶于有机溶剂。 在酸、碱、酶的催化作用下易水解（形成氨基酸）。 蛋白质按照分子形状可分为 球形蛋白质（水溶性较大，如血红蛋白、酶） 纤维蛋白质（不溶于水，如角蛋白、骨胶蛋白、肌蛋白） 17 3.2 人体中重要的有机化合物 蛋白质的作用 构成细胞和生物体结构的重要物质，称为结构蛋白。 细胞内的化学反应离不开酶的催化，绝大多数酶都是蛋白 质。 有些蛋白质具有运输载体的功能。（血红蛋白运输氧） 有些蛋白质起信息传递作用，调节机体的生命活动。（胰 岛素） 有些蛋白质有免疫功能，帮助人体抵御病菌和病毒等抗原 的侵害。 18 q 脂

6、肪 也称油脂，主要由脂肪酸和甘油组成，称为甘油三酯，其通 式为： 3.2 人体中重要的有机化合物 油脂在人体中的作用：提供能量；溶解维生素；保护蛋白质 体内脂肪过多：肥胖；骨骼负担重；心血管工作超负荷 脂肪酸可以分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸 不饱和脂肪酸是人体必需的，无法体内合成，只能从食物中 摄取。（亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸） 19 q 糖类：又名碳水化合物，包括纤维素、淀粉、葡萄糖、果糖和 肝糖等。（单糖、低聚糖、多糖） 通式为： （也有例外的：鼠李糖） 单糖：不能水解成更简单的多羟基醛和多羟基酮的碳水化合 物。包括：葡萄糖和果糖。 葡萄糖：存在于葡萄汁，其他果汁和植物的根、茎、叶 和花

7、絮中与动物的血液中。是人体新陈代谢不可缺少的营 养物质。工业上，通过水解淀粉和纤维素得到。 果糖：存在于蜂蜜和水果中。用作营养剂和防腐剂。 3.2 人体中重要的有机化合物 20 低聚糖：糖类分子水解后，每个分子能产生2-10个单糖分子 的糖。主要是蔗糖和麦芽糖（二糖）。 蔗糖水解生成一个分子的葡萄糖和一个分子的果糖； 麦芽糖水解生成两个分子的葡萄糖； 多糖：水解能够产生10个以上单糖分子的碳水化合物。 作用：1. 作为生物的骨干：纤维素、甲壳素 2. 储备养料：淀粉、肝糖 3.2 人体中重要的有机化合物 21 3.2 人体中重要的有机化合物 q 核酸 最早从细胞核中提取，故称为核酸。 对遗传信

8、息的储存、蛋白质的生物合成起决定性作用。 链状高分子有机物，分子量在几百万以上，由核苷酸组成。 22 3.2 人体中重要的有机化合物 核酸分为核糖核酸（RNA）与脱氧核糖核酸（DNA） RNA与DNA的结构（双螺旋结构） 23 3.2 人体中重要的有机化合物 核酸的功能：重要生理功能，生物遗传的物质基础 DNA存在于细胞核中，是遗传信息的携带者 RNA存在于细胞质中，存在于DNA分子上的遗传信息， 由DNA传递给RNA，再传递给蛋白质，通过DNA的复制将 遗传信息传递下去。 24 第三章 人体中的化学元素 3.1 人体中的化学元素 3.2 人体中重要的生命有机化合物 3.3 人体中的化学反应

9、25 3.3 人体中的化学反应 q 人体内化学反应的特点： 反应条件：常温常压，接近中性的温和条件 反应速度：特别快（酶催化） q 催化反应 活化能 催化剂的特点：加速（减速）性；选择性 26 3.3 人体中的化学反应 q 生物氧化反应 人体内氧化反应需要氧气（供给能量，生长，热力学第二定 律与进化和生物生长的“矛盾”，生长与衰老） 氧气的输送：呼吸血液输送氧气血红蛋白 血红蛋白的活性成分血红素含铁辅基 配位化学 可逆过程 27 Novel Accurate Rescue Strategies Using Non-pulmonary Oxygenation* As a emergency me

10、dicine to provide the oxygen to human body that loses part of its pulmonary ability via either the injection or oral administration. * Sponsored by Office of Naval Research (ONR) Idea KeyControlled release of oxygen-source material Technique Microencapsulation 28 Research In VCU - Novel Accurate Res

11、cue Strategies Using Non-pulmonary Oxygenation Oxygen source Hydrogen peroxide (HP) or Urea hydrogen peroxide (UHP) Barrier material Poly (lactic-co-glycolic acid) PLGA Biodegradable polymer Microencapsulation Technique Solvent extraction of solid/oil/oil suspension 29 Research In VCU - Novel Accura

12、te Rescue Strategies Using Non-pulmonary Oxygenation SEM picture of the pure PLGA (above), PLGA microspheres with urea hydrogen peroxide (UHP) encapsulated (to the right) 30 Research In VCU - Novel Accurate Rescue Strategies Using Non-pulmonary Oxygenation The schematic diagram of the setup of the I

13、n-Vitro test (left) and the release kinetics of the microspheres (right). Iron support Hot plate Stirring bar Thermocouple Const-T bath Emulsion droplet Water 31 Research In VCU - Novel Accurate Rescue Strategies Using Non-pulmonary Oxygenation By Product - Emulsion Water in Oil Emulsion (W/O) Water

14、 Phase: 50 wt% hydrogen peroxide solution in water Oil Phase: Perfluorodecaline (PFD) Surfactant: Demnum SH In-Vitro hydrogen peroxide release kinetics 32 3.3 人体中的化学反应 q 酶促化学反应 酶： 具有催化作用的蛋白质，由氨基酸组成。 有些酶还需要非蛋白质成分（即辅基）才具有活性。辅 基为金属离子的酶称为金属酶。 酶促化学反应的特点：高效性、专一性、环境条件温和。 酶的命名：以其作用的化合物（底物）来命名。 33 3.3 人体中的化学

15、反应 常见的金属酶 氧化还原反应 水解反应 34 q 糖类：又名碳水化合物，包括纤维素、淀粉、葡萄糖、果糖和 肝糖等。（单糖、低聚糖、多糖） 通式为： （也有例外的：鼠李糖） 单糖：不能水解成更简单的多羟基醛和多羟基酮的碳水化合 物。包括：葡萄糖和果糖。 葡萄糖：存在于葡萄汁，其他果汁和植物的根、茎、叶 和花絮中与动物的血液中。是人体新陈代谢不可缺少的营 养物质。工业上，通过水解淀粉和纤维素得到。 果糖：存在于蜂蜜和水果中。用作营养剂和防腐剂。 3.2 人体中重要的有机化合物 35 3.2 人体中重要的有机化合物 q 核酸 最早从细胞核中提取，故称为核酸。 对遗传信息的储存、蛋白质的生物合成起

16、决定性作用。 链状高分子有机物，分子量在几百万以上，由核苷酸组成。 36 第三章 人体中的化学元素 3.1 人体中的化学元素 3.2 人体中重要的生命有机化合物 3.3 人体中的化学反应 37 Novel Accurate Rescue Strategies Using Non-pulmonary Oxygenation* As a emergency medicine to provide the oxygen to human body that loses part of its pulmonary ability via either the injection or oral administration. * Sponsored by Office of Naval Research (ONR) Idea KeyControlled release of oxygen-source material Technique Microencapsulation 38 Research In VCU - Novel Accurate Rescue Strategies Using Non-pulmonary O