化学元素的生命功能

化学元素的生命功能1、人体源于自然，生命在海洋中诞生和发展原始的单细胞生物完全浸没在海水中，直接同海水进行物质交换。人体组织液和血液的元素成分与海水，特别是原始海洋的海水成分相一致。地球上原始的元素为：碳、氧、氢、氮等，从而构成了人体最重要主要元素的来源。钠、钙、镁、钾、硫、磷、氯成为人体中常量元素。自然界中常见的92种元素中，人体中存在81种，不含5种惰性元素和5种放射性元素、镧系中的铒。元素分为大量元素和微量元素大量元素：含量超过0.01％的元素。包含：氧、碳、氮、硫、磷、氯、钾、钠、钙、镁等11种。占人体总量的99.9％以上。其余70种为微量元素。根据需要分为：生命元素：与生命活动有关的元素。主要为：氧、碳、氢、氮、磷、硫。它们在生物体中起着非常关键的作用，是蛋白质和核酸的组成部分，也是组成地球上生命的基础。生命必需元素：生命过程中不可缺少的元素。主要为：11种大量元素和铁、铜、锌、锰、钼、钴、铬、碘、锡、氟、钒、硅、镍、硒、硼等。2、人体的成分人体结构是由有一定形态的细胞组成。细胞质、活性物质以及体内其它液体均为胶体状溶液，其中包含水和各种化学物质。而构成人体的化学物质，只有氢和氧在血液中有游离状态，其它的各种元素均为化合物，以碳、氢、氧最多，占全部成分的90％以上。氢和氧结合为水占65％，其余为固体物质。人体中元素成分元素名称％元素名称％碳（C）18.5氯（Cl）0.16氧（O）6.5硫（S）0.14氢（H）2.7钠（Na）0.10氮（N）2.6钾（K）0.10钙（Ca）2.5镁（Mg）0.07磷（P）1.1铁（Fe）微量由这些元素结合成各种化合物，是构成人体的主要物质。如：有机化合物：糖（也称碳水化合物）、脂肪、核酸和蛋白质。无机化合物：水和各种无机盐等。此外还有一些微量元素是维持人体健康必需的元素：铜、锰、碘、氟、锌、硒等。而人体内的无机盐的成分随人的年龄而变化。年龄越大无机盐的含量越高。如：胎儿的无机盐的含量为每千克体重含有21.59g；成人则为42.7g/kg体重。无机盐分布于体内的各个组织中，以骨骼和牙齿中最多。水是人体不可缺少的物质。牙齿、骨骼、脂肪中水少；人体的2/3时水分，人体的水分70%在细胞内，20%在组织液中，10%在血液中。各种元素在人体组织体液中富集情况头发中：铝、砷、钒；大脑中：钠、镁、钾；脑垂体中：铟、溴、锰、铬；眼液中：钠；视网膜中：钡；齿质及珐琅质中：钙、镁、氟；牙组织中：钙、磷；甲状腺中：碘、铟、溴；心脏中：钙、钾；肺中：锂、钠；胰腺中：镁；肾脏中：锂、硒、钙、镁、钾、钼、镉、汞；消化液中：钠；骨筋中：锂、镁、钾；肌肉中：锂、镁、钾；骨组织中：钠、钙、钾、磷；血液中：铁、钠、锂、钙、钾；肝脏中：锂、硒、铝、锌、钙、镁、钾、铜。2、人体中的化学反应人体内的化学反应很多、反应速度很快、反应完全。原因：人体内有一种特殊的物质——酶。在它的作用下，体内的反应能快速、温度较低时完成。如：蛋白质的水解反应，在体外反应温度要100℃、约24小时完成。但在人体内37℃、1~2小时可完成。酶是一种高活性、高选择性的催化剂。一种酶只能作用于某一种物质的反应。如：人体内的蔗糖水解要在蔗糖水解酶的作用下完成。酶必须在一定环境中才能起作用。这就要求体内的生理环境必须恒定，才能保证体内的化学反应进行，维持正常的生命活动。3、人体内化学元素的分类必需元素应该具有以下条件：生命过程中某一环节需要该元素的参与，即存在于所有健康活组织中的元素；生物体具有主动摄入、并调节体内分布及水平的元素；与存在于人体内的生物活性化合物有关的元素；缺乏时会引起体内的生理生化变化及缺陷，补充后变化或缺陷能恢复的元素。人体健康必需的常量元素有11种。如：碳、氢、氧、氮、硫、磷、钾、钠、钙、镁、氯。需要的微量元素有：铁、锌、铜、铬、钒、锗、锶、硒等等。有益元素或辅助营养元素：对健康有一定帮助，但没有时生命尚可维持的元素。与生命必需元素之间没有明确的划分界线，与它的存在状态和浓度有关。污染元素或有害元素：这些元素在体内的浓度是变化的，与环境有关。它们来源于环境的污染、不易被排除、会在体内积累。存在量高会危害健康。铅、镉、汞、砷、铝等。4、人体内必需元素的生理功能人体中含有的元素碳、氢、氧、氮参与生成有机物，其它元素都以一定的化学形态及结构形成各种生物配合体、功能蛋白质、酶、激素等存在于人体内。化学元素在体内的主要功能：材料功能、运载功能、催化功能、调节功能、信使功能。材料功能元素：钙、磷构成牙齿骨骼等硬组织；碳、氢、氮、硫、磷、氧构成碳水化合物、脂肪、蛋白质等有机大分子，是构成生物体的结构材料。运载功能元素：人体对某些元素及物质的吸收、输送以及它们在体内的传递代谢等过程，需要运载体、金属离子以及它们所形成的一些配合物在其中承担重要作用。如血红蛋白中含铁离子，对氧气及二氧化碳的运载作用。催化功能元素：人体内60%以上的酶含有微量元素，约1/4的酶活性与金属离子有关。有的金属离子参与了酶的固定组织，有的酶则必须有金属离子存在时才能激活以发挥它们的催化功能，这些酶被称为金属激活酶。如：葡萄糖氧化酶等等。调节功能元素：人体重的2/3是水分，体液主要有水和溶解在其中的电解质形成的。是因为生物体及人体的大部分生命活动是在体液中进行。而为保证正常的生化活动及功能，需要维持体液中的水、电解质和酸碱平衡。体液内的钾和钠、氯离子发挥重要作用。信使功能元素：生物体需要不断地协调集体内的各种生物过程，这就要求人体有各种信息传递系统。细胞间的沟通即信号的传递需要有接收器，化学信号的接收器是蛋白质。钙离子是细胞中功能最多的信使。它的主要受体是一种由多个氨基酸组成的肽蛋白质，称为钙媒介蛋白质。氨基酸中的羟基与钙离子结合，钙媒介蛋白质与钙离子结合而被激活，活化了的钙媒介蛋白质可以调节各种酶的活力。在这里钙离子起到了一个传递某种生命信息的作用。5、宏量元素与人体健康（1）钙钙主要存在于细胞外，牙齿和骨骼及细胞壁形成时的必要结构成分，也是细胞外酶的辅助因子。在神经传导、肌肉收缩、激素释放、乳汁分泌、血液凝固和正常心律调节中，钙离子都起着重要作用。钙离子对生命的高级活动形式是不可缺少的，能健全神经系统、消除紧张、防止失眠。（2）磷磷在人体内的含量为400～800g，主要以磷酸盐的形式存在，起着维持体内正常酸碱度的作用，磷酸盐本身是一种缓冲物质。其中90％存在与牙齿和骨骼中。磷的第二种存在形式为磷酸和磷脂，是糖和脂肪吸收和代谢过程中必需的物质。10％的磷则存在于身体内各种磷脂、核蛋白、DNA、RNA及辅酶中。磷是生命能源库—三磷酸腺苷（ATP）的主要成分。磷还是生命物质核酸、蛋白质的主控因子，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，从而控制生命的化学过程。钙和磷在血液中有一定比例，钙盐要转变为磷酸盐被肠吸收。酸、脂肪、胆盐、维生素D等都能帮助钙和磷的吸收。酸使钙溶解而易于吸收；乳糖和产酸食物使肠内物趋向酸性，制止肠内产生碱性物质的细菌生长，帮助钙和磷的吸收。胆碱使磷酸钙和其它钙盐的溶解度增加，有脂肪的话，溶解度增加更多。钙和磷吸收入血之后，会送到全身组织中。骨骼中会存一部分，多余的由血、肾和肠，经尿和粪排泄。磷大部分由尿排出，以酸式磷酸盐和碱式磷酸盐的形式存在于尿液中。钙在酸性尿中溶解，碱性尿液中含量低。含钙丰富的食物食物含量食物含量食物含量虾皮虾米河虾泥鳅红螺河蚌鲜海参991555325299539306285苜蓿荠菜雪里蕻苋菜乌塌菜油菜苔黑芝麻713294230187186156780酸枣棘花生仁紫菜海带(湿)黑木耳全脂牛乳粉酸奶435284264241247676118部分蔬菜中草酸含量对钙利用的影响常见蔬菜中钙和草酸的含量（mg/100g）食物名称小白菜青菜绿豆芽芋艿苋菜钙含量1591435373359草酸含量13310919631142理论可利用钙量100864545-149食物名称马铃薯芹菜大白菜韭菜菠菜钙含量14318167105102草酸含量9923160162606理论可利用钙量99793834-167婴儿的佝偻病帮助钙吸收的维生素D维生素D使血液中保持有更多的钙和磷，这样会使肠腔内的钙和磷容易入血，已入血的钙和磷不至于被排泄掉。维生素D促使血液中钙和磷的浓度增加，并部分储存于骨骼中，使骨骼钙化。所以缺少钙、磷、维生素D，都会妨碍骨骼的生长，已经长成的骨骼也会脱钙而变软、变松。体内钙和磷要均衡。注意从食物中补充。含量高的食物有：骨、蛋、豆、乳含钙和磷很多。蔬菜和硬果含钙丰富，硬水中含钙，喝井水和泉水可得到相应的钙。肉、鱼含磷丰富。注意：食物中的草酸、植酸等能与钙结合沉淀，不利于该的吸收，这样的食物不能一同食用。骨质疏松症与钙骨质疏松是中老年的常见病。其特点是：骨头逐渐变细和脆弱。严重时会增加骨折的危险。补充钙质会改变这种现象，而且是钙和维生素D一同服用时效果更好。维生素D可增强体内钙的吸收。骨质疏松症骨质疏松导致身高降低（3）镁体内的许多酶催化的反应，都需要有金属离子的参与（在金属离子的作用下酶被激活），之中重要的离子是镁和钙。涉及到细胞基本反应的一切反应，都需要镁离子。如：蛋白质的生物合成和厌氧能量的产生、植物体内的光合作用等等。镁离子在整个细胞的新陈代谢过程中起着重要的结构作用和催化作用。它是构成细胞内酶的辅因子。如：细胞内的核苷酸与镁离子以配合物形式存在，这是由于镁离子倾向于与磷酸根结合，在蛋白质的生物合成中必不可少。此外在葡萄糖的氧化过程和细胞膜的能量转换中，都需要镁离子参加。镁离子具有镇痛作用；往血液中注射镁盐时可以引起神经麻醉。缺镁会引起血管硬化与心脏疾病、骨病、胰腺与肾脏疾病，体内约有半数的镁离子存在于骨骼中。镁是细胞的重要阳离子，参与蛋白质合成和肌肉的收缩作用，并能增加淋巴细胞的活力。含镁较多的食物有：蛋黄、豆类、麦芽、牡须、鸭肉、香蕉、鲜辣椒等.

（4）钾、钠和氯钾、钠和氯是维持体内渗透压、酸碱度和肌肉以及神经细胞的应激性物质。细胞内由钾维持，细胞外由钠维持；氯是胃液盐酸的成分，在生理上是很重要的元素。钠离子是体液中浓度最大和交换很快的离子，血浆中钠离子的浓度可高达148mmol·L-1。钠离子的主要功能是调节渗透压，保持细胞中的适合水分。因为钠盐能溶解于水中，有助于体内代谢物的溶解和运输。如：将葡萄糖、氨基酸等营养物质输入细胞。与血液等渗透压的盐水称为生理盐水（0.9%）。对神经信息的传递过程和保持血液及肾中的酸碱平衡，钠离子均参与其中。钾离子是细胞内部体液中数量最多的离子，也是细胞内最重要的阳离子之一。钾离子的电荷密度低，扩散能力很强。如：钾离子扩散通过质脂蛋白细胞膜几乎与扩散通过水一样容易。钾离子还是某些内部酶的辅基：糖分解所必需的丙酮酸激活酶就需要高浓度的钾离子。核糖体进行蛋白质合成是最关键的生命过程，得到的活性高就需要高浓度的钾离子。钾离子和钠离子一样，对神经信息的传递也是重要的。钾、钠与人的健康人体缺钠会感到头晕、乏力，长期缺钠易患心脏病，并可导致低钠综合症。高温工作者的饮料中应该适量加入食盐，以保持体内正常的钠离子含量。水泄病人需静脉注射生理盐水，以补充钠离子。Na＋和Cl－在体内的作用是与K＋等元素相互联系在一起的，错综复杂。最主要的作用是控制细胞、组织液和血液内的电解质平衡，以保持体液的正常流通和控制体内的酸碱平衡。Na＋与K＋、Ca2＋、Mg2＋还有助于保持神经和肌肉的适当应激水平；NaCl和KCl对调节血液的适当粘度或稠度起作用；胃里开始消化某些食物的酸和其它胃液、胰液及胆汁里的助消化的化合物，也是由血液里的钠盐和钾盐形成的。

适当浓度的Na＋、K＋和Cl－对于视网膜对光反应的生理过程也起着重要作用。

人体的许多重要功能都与Na+、Cl－

和K+有关，离子的浓度不平衡，都会对身体产生不利影响。如运动过度，出汗太多时，体内的Na+、Cl－

和K+大为降低，就会出现不平衡，使肌肉和神经反应受到影响，导致恶心、呕吐、衰竭和肌肉痉挛等现象。成人的食盐摄入量以4g/天为宜，高血压患者食盐的摄入量要减少，维持在1~3g/天。钠盐的摄入量太高，会使骨癌、食道癌、膀胱癌的发病率增加；而增加钾盐的摄入量，会使得胃、肠癌的发病率呈比例下降。对糖尿病、高血压和骨质疏松症病人，应使用低钠盐（食盐中添加部分的镁盐和钾盐）。钠还和水肿有关。钠离子在细胞内浓度高，会水肿；水分子会从外部向细胞内渗透，会水肿。减少钠的摄入会改变。体内的钾离子和钠离子浓度要保持一定的平衡。肾上腺皮质激素能起到调节无机盐的作用，起滞钠排钾作用。如肾上腺皮质功能减退分泌减少，会发生各种缺水症状。人体内含量甚微，低于体重0.01％的那些元素，称为微量元素。人体内的微量元素虽然含量很少，但对人体健康却起着重要的作用。6、微量元素与人体健康它们做为酶、激素、维生素、核酸的成分，参与生命的代谢过程。从某种意义上说，微量元素比维生素对机体更需要。

到目前为止，被确认的微量生命元素有：铁、锌、铜、钴、铬、锰、钼、碘、砷、硼、硒、镍、锡、硅、氟、钒等。酶和辅酶的作用是任何一切生物活性的标志，酶和辅酶的体系和结构成分中，微量元素不可缺少。微量营养元素：铁、锌、铜、碘、锰、钴、钼、氟、锶、硒、锡、镍、铬、钒等。它们的生物效应是：参与生物体新陈代谢过程，包含酶和蛋白质之中，是生物组织必可缺少的组成部分。有毒元素：铍、镉、汞、铅、砷、铊等。阻碍各种代谢过程，抑制蛋白合成的酶系统，影响正常的生理机能。在酶系统中起特异的活化中心作用

微量元素使酶蛋白的亚单位保持在一起，或把酶作用的化学物质结合于酶的活性中心。铁、铜、锌、钻、锰、铝等，能和疏基、胶基、异吡唑基、按基、羟基等配位基或分子基因相络合，形成络合物，存在于蛋白质的侧链上。

微量元素的作用在激素和维生素中起特异的生理作用

某些微量元素是激素或维生素的成分和重要的活性部分，如缺少这些微量元素，就不能合成相应的激素或维生素，机体的生理功能就必然会受到影响。如甲状腺激素中的碘和维生素B12中的钴都是这类微量元素。

输送元素的作用

微量元素在体内有输送普通元素的作用。如铁是血红蛋白中氧的携带者，没有铁就不能合成血红蛋白，氧就无法输送，组织细胞就不能进行新陈代谢，机体就不能生存。

调节体液渗透压和酸碱平衡微量元素在体液内，与钾、钠、钙、镁等离子协同，可起调节渗透压和体液酸碱度的作用，保持人体的生理功能正常进行。

影响核酸代谢核酸是遗传信息的携带者，核酸中含有相当多的铬、铁、锌、锰、铜、镍等微量元素，这些微量元素，可以影响核酸的代谢。因此，微量元素在遗传中起着重要的作用。

防癌、抗癌作用有些微量元素，有一定的防癌、抗癌作用。如铁、硒等对胃肠道癌有桔抗作用；镁对恶性淋巴病和慢性白血病有抬抗作用；锌对食管癌、肺癌有桔抗作用；碘对甲状腺癌和乳腺癌有桔抗作用

科学研究证明：恶性肿瘤的患者的头发和血液中的硒含量远远低于正常人的水平。微量元素在体内不能合成，所以食物中微量元素的含量水平直接影响到人每天的微量元素获取量。食物中微量元素不足，会影响人体内酶和辅酶的结构组成，活性降低，导致生长受阻，易得病或衰老。硒可以保护眼睛和使视力敏锐，保护人体内的细胞不受损害，维持细胞的正常功能。人体内有一种保护细胞膜的酶叫谷胱甘肽过氧化物酶，硒是它的重要组成部分。硒还对免疫细胞吞噬病菌的能力有重要作用，可抑制癌症的发生和发展。人体对硒的需求是每天50~100微克，长期低于该量会引起癌症、心肌损害及贫血。但超出限量，会引起腹泻、神经官能症，严重的会中毒引起肝坏死、渗出性出血等。硒是一种强抗氧化剂，对机体的免疫力和杀菌力有促进作用，是保持机体健康必需的元素之一。含硒较多的食物有：青鱼、沙丁鱼、肾脏、肝脏、肉类、蛋类、芝麻、麦芽、大蒜、啤酒酵母等。

铁：在人体内的含量为3~5克，功能极为重要。体内铁大部分在血红蛋白内，血红蛋白一直在新陈代谢，铁仍然可留用。所以每天要由食物中补充微量的铁。铁的吸收以体内铁的含量而定。肝和蛋黄含铁量高易于吸收，肉和绿色蔬菜中含铁高。铁缺乏症状：低血色素贫血、心悸、心动过速、指甲扁平。铁过量的危害：铁沉着、皮肤发黑。铁是构成血红蛋白和肌红蛋白的必要成分，也是很多酶的活性部分。参与氧的运输、组织呼吸，促进生物氧化还原反应。26%~30%为储备铁，以铁蛋白和含铁血黄素两种形式存在于肝脏、脾脏、骨髓系统中。含铁较多的食物有：蛋黄、猪肝、海带、木耳、菠菜、紫菜、芹菜、黄豆、绿豆、茄子、西红柿、甘蔗、冬瓜、苹果等。

含铁较高的食物（mg/100g）食物含量食物含量食物含量鸭血30.5鸡血25.0沙鸡24.8鸭肝23.1猪肝22.6蚌肉50.0蛏子33.6蛤蜊22.0刺蛄14.5发菜99.3红蘑235.1冬菇10.5藕粉41.8黑芝麻22.7鸡蛋黄粉10.6地衣(水浸)21.1冬菜11.4苜蓿9.7碘：是人体内的一种必需微量元素，是甲状腺激素的重要组成成分。正常人体内共含碘15mg～20mg，其中70%～80%浓集在甲状腺内。人体内的碘以化合物的形式存在，其主要生理作用通过形成甲状腺激素而发生。甲状腺素所具有的生理作用和重要机能均与碘有直接关系。

人体一般每日摄入0.1mg～0.2mg就可满足需要。正常情况下通过食物、饮水及呼吸空气即可摄入所需的微量碘。碘易于吸