发布时间:2023-09-25 11:52:57
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1.组成生物体的化学元素主要有20多种,包括大量元素和微量元素(B:识记)。
2.组成生物体化学元素的重要作用(B:识记)。
3.生物界与非生物界的统一性和差异性(B:识记)。
三、重点和难点
1.教学重点
(1)组成生物体的化学元素,大量元素和微量元素。
(2)组成生物体的化学元素的重要作用。
2.教学难点,全国公务员共同天地
生物界与非生物界的统一性和差异性。
四、教学建议
本章内容的教学时间是4课时,其中讲课可安排3课时,实验安排1课时。教学内容的前后顺序可依教材进行,也可以重新组织。例如,先通过学生实验,使学生对生物组织中糖类、脂质、蛋白质等化合物有一个感性认识。然后,在此基础上,再学习组成生物体的各类化合物。最后,归纳总结组成生物体化学元素的特点。
本节教学安排1课时。教师在教学中可以多运用对比的方法,使学生通过对比,发现并且概括出组成生物体的化学元素的特点:①从无机的非生命环境中元素的组成与生物体元素组成的对比中,发现它们的统一性,了解生物体的元素组成特点;②从动物体与植物体组成元素的对比中,发现不同类型的生物体,元素的组成有区别;③从生物体内不同元素的含量对比中,发现生物体元素组成的特点,以及这些特点与构成生物体的化合物、生物体特性的联系。
在教学中,应注意学生的知识背景。如果按照教材顺序安排教学,可以联系初中生物课中有关的知识,联系本地学生的生活常识。如果本节内容安排在第二节之后学习,则应该充分联系各种化合物的元素组成、含量以及生理作用。
为了提高本节的教学效率,教师在课前应做好必要的准备。例如,无机的非生命环境中的元素与生物体的元素对比表,动物(人)体与植物体组成元素的对比表等。把这些对比表制成投影片或幻灯片等,以便及时呈现给学生,使学生有较充裕的时间进行观察、对比和思考,也便于教师归纳总结。
本节教学应该渗透以下几点:①从元素水平就可以看出生物的物质性(世界上没有生命体特有的元素),以及组成生物体物质的特殊性;②组成生物体的元素的作用,只有在生活的机体中,在生物体特定的结构基础上,在与其他物质的相互作用中才能体现出来;③生物体的大量元素和微量元素是依据含量划分的,不可轻视微量元素的作用。另外,生物体中不都是必需元素,环境中有些非必需元素也会进入到生物体中。
五、参考答案
复习题一、1.(D);2.(C);3.(D)。
二、2.组成生物体的化学元素在无机自然界中都可以找到,这个事实说明:生物界和非生物界具有统一性。
旁栏思考题仙人掌和鲸的化学元素组成大体相同。但是,这些化学元素在这两种生物体内的含量相差较大。
铁在人体内主要功能是合成血红蛋白,构成一些酶的辅基,合成肌红蛋白。因此,铁缺乏时易患缺铁性贫血,症状是面色苍白、头昏、乏力、心悸、气急等。
锌在人体内参与多种酶的组成,也是酶的活性所必需的,并且是蛋白质合成的必要元素。因此,锌缺乏时的主要症状是少年生长迟缓、性器官发育受影响。
六、参考资料
玉米与人体的化学元素组成(质量分数/%)
元素
玉米
人体
O
C
H
N
Si
K
Ca
P
Mg
S
Cl
Al
Fe
Mn
Na
Zn
Rb
44.43
43.57
6.24
1.46
1.17
0.92
0.23
0.20
0.18
0.17
0.14
0.11
0.08
0.04
_
_
_
14.62
55.99
7.46
9.33
0.005
1.09
4.67
3.11
0.16
0.78
0.47
—
0.012
—
0.47
0.01
0.005
细胞的元素组成在细胞内可以找到至少62种元素,常见的约有29种,其中重要的有24种。这些常见的元素绝大部分属于元素周期表上原子序数较低的元素。
按其在生物体内的含量不同,可以分为大量元素和微量元素。
按元素的生物学功能,大致可以分为下列类型。
1.构成细胞的基本元素:如C、H、O、N、P是构成核酸的主要元素;C、H、O、N、S是构成蛋白质的主要元素等。,全国公务员共同天地
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)08-0167-01
有些元素是构成人体组织的重要材料,并通过复杂的化学变化转化为人体的各个组成部分。人体本身是一个复杂的化学反应系统,生命现象就是一系列复杂的有机物相互制约、彼此协调的变化过程的体现。
一、人体内的化学元素
构成人体的元素很多。有些元素在人体内含量较多,如O、C、H、N、Ca、P、K、S、Na、Cl和Mg共11种元素,占人体体重的99%以上,属于常量元素。其它元素在人体内含量微小,仅占体重的1%不到,属于微量元素。其中F、I、Si、Cr、Cu、Mn、Fe、Co、Mo、Zn、V、Ni、Sn、Se共14种元素,是在人体正常生命活动中所必需的而含量又低于人体总量的0.01%的元素,称为必需微量元素;其中Al、Ba、Ti等人体内不必有的微量元素,称为非必需微量元素;其中Hg、Pb、Cd、Tl、Be等对人体有很大危害的元素,称为有害微量元素。
二、一些常量元素在人体内的生理功能
常量元素在人体中的主要生理作用是维持细胞内、外液的渗透压的平衡,调节体液的酸碱度,形成骨骼支撑组织,维持神经和肌肉细胞膜的生物兴奋性,传递信息使肌肉收缩,使血液凝固以及酶活化等。
1.碳、氮、氧、氢是人体必需的常量非金属元素
C、H、O、N几种元素以水、糖类、油脂、蛋白质和维生素的形式存在于体内。氮是构成蛋白质的重要元素,是人体的生命元素。蛋白质是构成细胞膜、细胞核、各种细胞器的主要成分。动植物体内的酶也是由蛋白质组成。此外,氮也是构成核酸、脑磷脂、卵磷脂、叶绿素、植物激素、维生素的重要成分。
2.钠、钾、镁、钙是人体必需的常量金属元素
Na+、K+、Mg2+、Ca2+四种离子占人体金属离子总量的99%。如果得不到足量的食盐,就会患缺钠症。主要症状是恶心、肌肉痉挛、神经紊乱等,严重时会导致死亡。
镁是体内多种酶的激活剂,对维持心肌正常生理功能有重要作用。钙是构成骨骼和牙齿的主要成分。钙和镁都能调节植物和动物体内磷酸盐的输送和沉积。钙能维持神经肌肉的正常兴奋和心跳规律,血钙增高可抑制神经肌肉的兴奋,血钙降低,则引起兴奋性增强而产生手足抽搐。
3.磷也是人体必需的常量元素,主要参与机体组成及能量代谢
人体骨骼,牙齿中的磷为钙量的一半,磷也是软组织的重要成分。此外,机体中的磷还有许多结构性的性能:贮存能量、活化物质、组成酶的成分、调节酸碱平衡。
三、微量元素在人的生命活动中有着十分重要的作用
微量元素与人类健康密切相关。已引起国内外营养界和医学界的普遍重视。
(一)必需微量元素的功能
人体正常生命活动中所必需的而含量又低于人体总量的0.01%的元素是必需微量元素。每种必需微量元素都有其特殊的生理功能。尽管它们在人体内含量极少,但它们对维持人体中的一些决定性的新陈代谢却是十分必要的。一旦缺少了这些必需的微量元素,人体就会出现疾病,甚至危及生命。
总的来说,必需微量元素在人体中的主要功能是:作为细胞和组织的成分、作为功能蛋白质的成分、维持身体内的渗透平衡、作为酶的激活物、参与神经脉冲的传递。
1.碘 通过甲状腺素发挥生理作用,维持中枢神经系统结构。是合成甲状腺激素的重要微量元素。
2.硅 硅元素在人体内,主要参与粘多糖的合成与代谢。人体缺硅,可导致关节硬化和动脉硬化,以及其它心血管疾病。
3.锌 是人体中最重要的微量元素之一,是直接参与免疫功能的重要生命相关元素,锌缺乏时,会引起食欲减退、免疫功能低下、眼睛呆滞无神、皮肤粗糙易感染、贫血、视力下降、毛发枯燥,甚至引起肝脾肿大,从而导致发育缓慢。
4.氟 是骨骼和牙齿的正常成分。可预防龋齿,防止老年人的骨质疏松。
5.钴 是维生素B12的重要组成部分。钴对蛋白质、脂肪、糖类代谢、血红蛋白的合成都具有重要的作用,并可扩张血管,降低血压。
6.铬 可预防高血压,防治糖尿病、高血脂胆石。铬元素 可协助胰岛素发挥作用,防止动脉硬化,促进蛋白质代谢合成,促进生长发育。但当铬含量增高,如长期吸入铬酸盐粉,可诱发肺癌。
7.铜 铜还与人体皮肤的弹性、润泽有密切的关系。其主要功能是参与造血过程;增强抗病能力;参与色素的形成。铜含量在体内减少时,会影响铁的吸收,导致铁的利用障碍,最终发生缺铁性贫血。
8.锰 能刺激免疫器官的细胞增值,大大提高具有吞噬、杀菌、抑癌、溶瘤作用的巨噬细胞的生存率。
9.硒 是免疫系统里抗癌的主要元素,可以直接杀伤肿瘤细胞。硒具有抗氧化,保护红细胞的功用。
10.铁 铁在人体中含量约为4―5克。铁在人体中的功能主要是参与血红蛋白的形成而促进造血。缺铁常常导致缺铁性贫血。
(二)非必须微量元素对人体的影响
1.铝(Al)是非人体必需元素。
2.砷(As)也是非人体必需元素。
3.硼(B)也是非人体必需元素。
热分解法适用于:锌、铁、锡、铅、铜等金属。热分解法是金属的冶炼方法之一。加热金属氧化物、碘化物、羰基化合物等使其分解制取纯金属。一般适用于银、汞等不活泼的金属单质提炼。
锌是一种化学元素,它的化学符号是Zn,它的原子序数是30,在化学元素周期表中位于第4周期、第ⅡB族。锌(Zinc)是一种浅灰色的过渡金属,也是第四"常见"的金属。在现代工业中,锌是电池制造上有不可替代的,为一相当重要的金属。此外,锌也是人体必需的微量元素之一,起着极其重要的作用。
(来源:文章屋网 )
人体中含有大量的化学元素。在这些元素中,除碳、氢、氧、氮能形成各种体内的有机物质以外,其他元素都各以一定的化学形态和结构形成各种生物配合体、功能蛋白质、酶等存在于人体组织中,或作为组成人体结构的材料。或作为血氧运输的载体、或作为酶的激活剂、或作为体液中电解质平衡的调节剂,或作为人体细胞间的信息传递的通讯员,这些元素协同作用,共同完成人体的新陈代谢功能。
但是,由于人类在长期进化过程中,并没有形成对现代社会环境中,无论在数量、还是在质量方面的巨大变化的元素的生态适应机制,环境中有些元素对于人体是必需的,有些是非必需的,不是可有可无的。而人体中任何一种化学元素超过一定的标准都会成为对人体的有害元素。例如,铁是人体必需的元素,具有造血、组成血红蛋白、传递电子和氧,维持器官功能的作用,但人体摄人过量的铁,就会损伤胰腺和性腺,甚至引起心衰、糖尿病和肝硬化。氟也是人体的必需元素,氟对防龋齿、促进牙的生长有积极作用,氟还参与人体内各种氧化还原反应和钙、磷代谢。但是,过量的氟会引起氟斑牙、氟骨症和骨质增生。其他很多元素也如此。
现代人与古代人人体中的微量元素的变化是由环境污染而造成的。随着人类新技术的发展和对地球资源的开发利用,现代环境中的很多元素大大超过了古代环境。因此,现代人人体中各微量元素的含量水平也大大超过了古代人.
现代人体内大多数元素的含量高于古代人,而其中许多元素对人体的健康构成危害。它们在人体中有隐性,当高于某一阈值时,人体便发生中毒,甚至死亡。例如,铜的过量摄人曾导致了轰动世界的日本富山痛痛病,患者长期食用含铜量很高的米,全身自然骨折达72处之多,呼天叫地,痛不欲生。铅也是一个潜在的危害,目前它的主要来源是汽油中的防爆剂——四乙基铅。在汽油时代开始以前,古代罗马人已经开始大量使用铅了。古罗马人用铅制成贮存糖浆和果酒的容器,贵族妇女痴醉于铅做的化妆品。有的历史学家认为,铅中毒引起的死胎、自然流产和不孕症是罗马帝国上层阶级出生率低,从而导致古罗马最终衰亡的原因。随着铅的开采和汽油的使用,环境中的铅越来越多。铅中毒引起人体寿命缩短,情绪低沉、疲倦、贫血,甚至影响儿童的智力。二、人体对污染物的富集
人类利用自己的智能得到的物质越多,“潘多拉魔盒”效应也越明显。据统计,已有96000种化学品进入了人类环境。这些化学品在给人类生活带来巨大利益的同时,也带来了大量的环境问题。100年前,“滴滴涕”的发明者(瑞士人缀勒)由于发明了“滴滴涕”而获得诺贝尔奖,而现在许多国家因其对环境和人体造成危害,已将“滴滴涕”列为禁用品。
科学家发现,人体对环境中某些元素具有惊人的富集效应。美国的科学家在长岛河口区做过这样的实验,大气中“滴滴涕”浓度很低,但经过食物链放大,进入人体的“滴滴涕”浓度可达大气“滴滴涕”浓度的1000万倍以上:大气“滴滴涕”(富集1.3万倍)浮游生物(富集14.3万倍)小鱼(富集57.2万倍)大鱼(富集85.8万倍)水鸟(富集1000万倍)人体。
现代科学证明,人体对有毒物质的富集放大是惊人的。世界上有名的公害事件,包括日本水侯县受汞毒害的水俟病,富山县的痛痛病及农药的污染,研究表明,工业厂矿的废水、废气、废渣排放到环境中造成环境镉污染,从而使当地居民种植的水稻等农作物含镉量超标,居民长期食用被镉污染的粮食、蔬菜等,导致体内镉负荷逐渐增高,镉在体内的生物半衰期长达10-30年,为已知的最易在体内蓄积的有毒物质。镉的不断累积,可使接触者产生各种病变。急性或长期吸入含镉烟尘可引起肺部炎症、支气管炎、肺气肿、肺纤维化乃至肺癌。长期、低剂量接触镉污染主要产生的肾脏病变,表现为肾小管吸收功能降低,尿中低分子蛋白含量增高。镉中毒时,肾脏对钙、磷的吸收率下降,对维生素D的代谢异常,长此以往,可导致镉接触者的骨质疏松或骨质软化。镉还可引起肺、前列腺和的肿瘤。都是由于食物链和生物富集放大的结果。著名物理学家牛顿在1692年由于患严重的失眠、消化不良、健忘、忧虑及妄想等症状而与世长辞。100多年后,人们分析了这位大物理学家的头发样品,发现牛顿死于铅、砷、镉中毒。这些元素都是牛顿用金属做炼丹实验时,从“潘多拉魔盒”中跑出来的。牛顿当年万万不会想到,自己的身体吸收了他的炼丹元素,并因此而丧生。
三、环境污染物进入人体的途径及危害
对人体健康有影响的环境污染物主要来自工业生产过程中形成的废水、废气、废渣,包括城市垃圾等。环境污染物影响人体健康的特点,一是影响范围大,因为所有的污染物都会随生物地球化学循环而流动,并且对所有的接触者都有影响;二是作用时间长,因为许多有毒物质在环境中及人体内的降解较慢。
环境污染物进入人体的主要途径是呼吸道和消化道,也可经皮肤和其他途径进入。气态污染物一般是经过呼吸道进入人体的。由于呼吸道各个部位的结构不同,对污染物的吸收速率也不同。人体肺泡面积达90平方米,毒物由肺部吸收速度极快,仅次于静脉注射。进入肺泡的污染物直径一般不超过3μm,而直径大于10μm的颗粒物质,大部分被粘附在呼吸道、气管和支气管粘膜上。水溶性较大的气态物质,如氯气、二氧化硫,往往被上呼吸道粘膜溶解而刺激上呼吸道,极少进入肺泡;而水溶性较小的气态毒物(如二氧化氮等),大部分能到达肺泡。污染物进入人体后,由血液输送到人体各组织。不同的有毒物质在人体各组织的分布状况不同。一般来说,重金属往往分布在人体的骨骼内,而“滴滴涕”等有机农药则往往分布在脂肪组织内。毒物长期隐藏在组织内,并能在组织内富集,造成机体的潜在危险。除很少一部分水溶性强、相对分子质量极小的污染物可以原报排出体外,绝大部分都要经过某些酶的代谢或转化,从而改变其毒性,增强其水溶性而易于排泄。人体的肝、肾、胃肠等器官对污染物都有一定的生物转化作用。其中以肝脏最为重要。污染物在体内的代谢过程可分为两步,第一步是氧化还原和水解,这一代谢过程主要与混合功能氧化酶系有关;第二步是结合反应,一般经过一步或两步反应,原属活性的有毒物质就可能转化为惰性物质而起解毒作用。但也有增大活性的现象,如农药1605在体内氧化为1600,其毒性更大。
各种污染物在体内经生物转化后,经肾、消化管和呼吸道排出体外,少量经汗液、乳汁、唾液等各种分泌液排出,也有的通过皮肤的新陈代谢到达毛发而离开机体。
人体除了通过上述蓄积、代谢和排泄三种方式来改变污染物的毒性外,机体还有一系列的适应和耐受机制,但机体的耐受是很有限的,超过一定的限度,人体就会出现中毒症状,甚至死亡。影响环境污染物对人体作用的因素主要有:剂量、作用时间、反应条件和个体敏感性等。总的来说,不同的污染物对机体危害的临界浓度和临界时间都是不同的,只有当环境污染物在体内蓄积达到中毒阈值时,才会发生危害。
但是,由于人类在长期进化过程中,并没有形成对现代社会环境中,无论在数量、还是在质量方面的巨大变化的元素的生态适应机制,环境中有些元素对于人体是必需的,有些是非必需的,不是可有可无的。而人体中任何一种化学元素超过一定的标准都会成为对人体的有害元素。例如,铁是人体必需的元素,具有造血、组成血红蛋白、传递电子和氧,维持器官功能的作用,但人体摄人过量的铁,就会损伤胰腺和性腺,甚至引起心衰、糖尿病和肝硬化。氟也是人体的必需元素,氟对防龋齿、促进牙的生长有积极作用,氟还参与人体内各种氧化还原反应和钙、磷代谢。但是,过量的氟会引起氟斑牙、氟骨症和骨质增生。其他很多元素也如此。
现代人与古代人人体中的微量元素的变化是由环境污染而造成的。随着人类新技术的发展和对地球资源的开发利用,现代环境中的很多元素大大超过了古代环境。因此,现代人人体中各微量元素的含量水平也大大超过了古代人.
现代人体内大多数元素的含量高于古代人,而其中许多元素对人体的健康构成危害。它们在人体中有隐性,当高于某一阈值时,人体便发生中毒,甚至死亡。例如,铜的过量摄人曾导致了轰动世界的日本富山痛痛病,患者长期食用含铜量很高的米,全身自然骨折达72处之多,呼天叫地,痛不欲生。铅也是一个潜在的危害,目前它的主要来源是汽油中的防爆剂——四乙基铅。在汽油时代开始以前,古代罗马人已经开始大量使用铅了。古罗马人用铅制成贮存糖浆和果酒的容器,贵族妇女痴醉于铅做的化妆品。有的历史学家认为,铅中毒引起的死胎、自然流产和不孕症是罗马帝国上层阶级出生率低,从而导致古罗马最终衰亡的原因。随着铅的开采和汽油的使用,环境中的铅越来越多。铅中毒引起人体寿命缩短,情绪低沉、疲倦、贫血,甚至影响儿童的智力。
二、人体对污染物的富集
人类利用自己的智能得到的物质越多,“潘多拉魔盒”效应也越明显。据统计,已有96000种化学品进入了人类环境。这些化学品在给人类生活带来巨大利益的同时,也带来了大量的环境问题。100年前,“滴滴涕”的发明者(瑞士人缀勒)由于发明了“滴滴涕”而获得诺贝尔奖,而现在许多国家因其对环境和人体造成危害,已将“滴滴涕”列为禁用品。
科学家发现,人体对环境中某些元素具有惊人的富集效应。美国的科学家在长岛河口区做过这样的实验,大气中“滴滴涕”浓度很低,但经过食物链放大,进入人体的“滴滴涕”浓度可达大气“滴滴涕”浓度的1000万倍以上:大气“滴滴涕”(富集1.3万倍)浮游生物(富集14.3万倍)小鱼(富集57.2万倍)大鱼(富集85.8万倍)水鸟(富集1000万倍)人体。
现代科学证明,人体对有毒物质的富集放大是惊人的。世界上有名的公害事件,包括日本水侯县受汞毒害的水俟病,富山县的痛痛病及农药的污染,研究表明,工业厂矿的废水、废气、废渣排放到环境中造成环境镉污染,从而使当地居民种植的水稻等农作物含镉量超标,居民长期食用被镉污染的粮食、蔬菜等,导致体内镉负荷逐渐增高,镉在体内的生物半衰期长达10-30年,为已知的最易在体内蓄积的有毒物质。镉的不断累积,可使接触者产生各种病变。急性或长期吸入含镉烟尘可引起肺部炎症、支气管炎、肺气肿、肺纤维化乃至肺癌。长期、低剂量接触镉污染主要产生的肾脏病变,表现为肾小管吸收功能降低,尿中低分子蛋白含量增高。镉中毒时,肾脏对钙、磷的吸收率下降,对维生素D的代谢异常,长此以往,可导致镉接触者的骨质疏松或骨质软化。镉还可引起肺、前列腺和的肿瘤。都是由于食物链和生物富集放大的结果。著名物理学家牛顿在1692年由于患严重的失眠、消化不良、健忘、忧虑及妄想等症状而与世长辞。100多年后,人们分析了这位大物理学家的头发样品,发现牛顿死于铅、砷、镉中毒。这些元素都是牛顿用金属做炼丹实验时,从“潘多拉魔盒”中跑出来的。牛顿当年万万不会想到,自己的身体吸收了他的炼丹元素,并因此而丧生。
三、环境污染物进入人体的途径及危害
对人体健康有影响的环境污染物主要来自工业生产过程中形成的废水、废气、废渣,包括城市垃圾等。环境污染物影响人体健康的特点,一是影响范围大,因为所有的污染物都会随生物地球化学循环而流动,并且对所有的接触者都有影响;二是作用时间长,因为许多有毒物质在环境中及人体内的降解较慢。
环境污染物进入人体的主要途径是呼吸道和消化道,也可经皮肤和其他途径进入。气态污染物一般是经过呼吸道进入人体的。由于呼吸道各个部位的结构不同,对污染物的吸收速率也不同。人体肺泡面积达90平方米,毒物由肺部吸收速度极快,仅次于静脉注射。进入肺泡的污染物直径一般不超过3μm,而直径大于10μm的颗粒物质,大部分被粘附在呼吸道、气管和支气管粘膜上。水溶性较大的气态物质,如氯气、二氧化硫,往往被上呼吸道粘膜溶解而刺激上呼吸道,极少进入肺泡;而水溶性较小的气态毒物(如二氧化氮等),大部分能到达肺泡。污染物进入人体后,由血液输送到人体各组织。不同的有毒物质在人体各组织的分布状况不同。一般来说,重金属往往分布在人体的骨骼内,而“滴滴涕”等有机农药则往往分布在脂肪组织内。毒物长期隐藏在组织内,并能在组织内富集,造成机体的潜在危险。除很少一部分水溶性强、相对分子质量极小的污染物可以原报排出体外,绝大部分都要经过某些酶的代谢或转化,从而改变其毒性,增强其水溶性而易于排泄。人体的肝、肾、胃肠等器官对污染物都有一定的生物转化作用。其中以肝脏最为重要。污染物在体内的代谢过程可分为两步,第一步是氧化还原和水解,这一代谢过程主要与混合功能氧化酶系有关;第二步是结合反应,一般经过一步或两步反应,原属活性的有毒物质就可能转化为惰性物质而起解毒作用。但也有增大活性的现象,如农药1605在体内氧化为1600,其毒性更大。
各种污染物在体内经生物转化后,经肾、消化管和呼吸道排出体外,少量经汗液、乳汁、唾液等各种分泌液排出,也有的通过皮肤的新陈代谢到达毛发而离开机体。
人体除了通过上述蓄积、代谢和排泄三种方式来改变污染物的毒性外,机体还有一系列的适应和耐受机制,但机体的耐受是很有限的,超过一定的限度,人体就会出现中毒症状,甚至死亡。影响环境污染物对人体作用的因素主要有:剂量、作用时间、反应条件和个体敏感性等。总的来说,不同的污染物对机体危害的临界浓度和临界时间都是不同的,只有当环境污染物在体内蓄积达到中毒阈值时,才会发生危害。
城市人口集中,工业发达,交通拥挤,人类活动影响强烈,城市土壤作为地球生物圈的一个组成部分,有一定的生态、环境和经济功能。城市土壤中污染物主要是重金属、多环芳烃和多氯联苯,其中以重金属污染最为严重,因此,城市土壤中重金属已被许多学者作为指示城市环境污染程度的一个非常有用的指标。
目前,对于重金属主要有以下几种看法:(1)重金属是指原子密度大于5.0g/cm■或6.0g/cm■的金属元素,这一大类元素大约有40种。(2)元素周期表中原子序数大于钙的金属元素,即从钪起为重金属。(3)重金属即为有毒金属。
上述三种定义都欠准确。例如,尽管金属铝的原子密度只有2.7g/cm■,但在对环境造成污染和对生物健康表现出极大的伤害酸性环境中,它的毒性随着溶解性的增加而增加。鱼鳃对铝离子中比较敏感,阿尔茨海默氏病是铝累积在脑中而引发的疾病。而某些元素的原子密度虽然大于5.0g/cm■或6.0g/cm■,但并没有表现出潜在的毒性。
重金属作为一类特殊的污染物,具有明显地不同于其他污染物的特点:第一,重金属在环境中不会被降解,主要通过沉淀—溶解、氧化—还原、络合或螯合作用、胶体形成、吸附—解吸等一系列物理、化学以及生物作用进行迁移转化,参与和干扰各种环境生物地球化学过程和物质循环过程,最终以一种或多种形态长期滞留在环境中,造成永久性的潜在危险。第二,有些重金属是生物生长发育所必需的营养素,这些因素具有很强的生物富集能力,只有超过一定浓度时,它们才被称为污染物,会产生更高的生物积累,并对生物的生长发育产生副作用;有些重金属为生物的生长发育非必需,它们具有与许多矿物营养因素相同或相似的外层电子层结构,能通过扩散和细胞膜渗透而进入生物体内,发生生物累积。这些金属在环境中只要微量存在,即可产生毒性效应,影响生物的生长发育。第三,环境的中某些重金属可在微生物的作用下转化为毒性更强的重金属化合物,如汞的甲基化作用。第四,重金属在进入生物体后,不易被排出,在生物链中的生物放大作用十分明显,在较高级的生物体内可成千上万倍地富集起来,然后通过食物链进入人体,在人体的某些器官中蓄积起来,造成慢性中毒,影响人体健康。
因此,土壤重金属污染不仅影响土壤的性质,而且关系到植物、动物甚至人类的健康,而且一旦土壤被重金属污染,就很难彻底消除。由于重金属污染物具有多源性、隐蔽性、一定程度的长距离传输性和污染后果的严重性等特征,因此应该特别注意防止土壤的重金属污染。
重金属元素进入城市土壤后,由于其迁移性极低和难以被微生物分解的特性而被累积于城市土壤中,然后通过风力、水力或植物等介质最终危及人类健康和恶化生态环境。在人体中,每时每刻都在进行着化学元素参与其间的高度精细的化学反应。化学元素不仅是构成人体的基本材料,而且在人体的生长、发育、疾病、死亡中起着非常重要的作用。人类在长期发展过程中,经过反复的适应与驯化,形成了具有调节自己的生理功能来适应不断变化的环境的能力。人类的疾病多是机体在化学性因素、物理因素和生物性因素作用下,功能、代谢及心态上发生的病理变化到一定程度所表现出来的特殊临床症状。
决定某种化学元素对人体有害或无害的重要因素,主要是元素的量。德国科学家在研究生物必需元素时,发现植物缺少某种元素不能成活,元素适量时茁壮生长,当元素过量时就显示出对植物的毒性,甚至死亡。重金属摄入人体内,一般不会发生器质性损伤,而是通过化合、置换、络合、氧化还原、协同或拮抗等化学的或生物化学反应,影响代谢过程或酶系统,所以毒性的潜伏期较长,往往经过几年或几十年时间才显示出对健康的病变。已有研究表明:某些有毒的重金属严重地影响人类健康。
重金属与人体健康的部分调查情况:(1)对人的肝有影响的是As、Be;(2)对人的肾有影响的是Cd、Hg、Pb;(3)对人的生殖有影响的是As、Cd、Cr、Hg、Mn、Pb、Se、Tl;(4)对人的神经有影响的是As、Hg、Mn、Ni、Pb、Sn、Tl;(5)对人的视觉有影响的是Hg、Pb;(6)对人的免疫有影响的是Ni;(7)对人的呼吸有影响的是Cr、Ni、V、Pt;(8)对人的皮肤有影响的是As、Cr、Ni;(9)对人的心血管有影响的是As、Cd、Pb;(10)对人的血液有影响的是As、Cu、Pb。
近一个世纪来,各国癌症发病率一直处于上升状态。特别是20世纪70年代以来,癌症的发病率在大多数国家居于前三位,病人人数逐年增多。近年来,世界卫生组织的报告认为引起癌症的主要原因是环境因素,因此,癌症病因及其防治成为科学研究的关系大致可以分为三类:已肯定具有致癌作用元素、可疑致癌元素和促癌元素。
重金属元素与癌的部分调查情况:(1)已被确定为致癌的元素有As、Cd、Hg、Ni、Pb、Cr、Sb;(2)可疑致癌的元素有Be、Co、Cd、Se、Tl、Zn;(3)促进致癌的元素有Cu、Mn。
参考文献:
生命与环境最密切的关系是生命利用环境中的元素建造自身。人体中含有大量的化学元素。这些元素各自扮演着不同角色,协同作用,共同完成人体的新陈代谢功能。自然环境中有些元素对于人体是必需的,有些是非必需的。但人体中任何一种化学元素超过一定的标准都会造成对人体的损害。例如,铁是人体必需的元素,具有造血、组成血红蛋白、传递电子和氧、维持器官功能的作用,但人体摄入过量的铁,就会损伤胰腺和性腺,甚至引起心衰、糖尿病和肝硬化。还有铅也是一个潜在的危害,随着铅的开采和汽油的使用,环境中的铅越来越多。铅中毒可导致人体寿命缩短,引起情绪低沉、疲倦、贫血,甚至影响儿童的智力。
化学合成品与人体健康
人类利用自己的智能得到的物质越多,“潘多拉魔盒”效应也越明显。据统计,已有96000种化学品进入了人类环境。这些化学品在给人类生活带来巨大利益的同时,也带来了严重的环境问题。
例如食品添加剂,有天然品也有化学合成品,目前使用的大多属于化学合成的。广大中老年朋友应正确认识食品添加剂的作用。
1. 食品添加剂的使用是人类饮食文化进步的表征。食品工业越发展,人民生活水平越提高,使用食品添加剂品种就越多。
2. 正确使用食品添加剂是有益的,但过量使用则会对人体健康带来伤害。
3. 天然品不等于安全,合成品不等于有毒。不要盲目迷信“纯天然”食品。食品的优劣,不能以所含成分是天然生成还是人工合成来衡量,天然物质并非全部无害,人工合成物质也并非都有损健康。比如:作为人类食物的动植物,有些本身就含有有害物质;用于生产食品的油脂、调味品、面粉等原料本身就已经含有合成防腐剂。使用的食品添加剂只要是符合国家标准,就是安全的。超量使用,即使是天然的,也可能适得其反。
近年来,食品安全事件时有发生。仅2006年,北京等地就发生福寿螺、“红心鸭蛋”、多宝鱼等多起食品安全事件,食品安全问题成为消费者心头挥之不去的阴影。
为辨别食品优劣,提醒中老年朋友们购买食品要掌握“五注意”:一是购买食品时要查看质量安全标志(QS);二是食品的外包装应标注品名、配料表、生产者与地址、生产日期、保质期限等内容,尤其对散装食品要通过看成色、闻味道、摸质感、问详情等四个方面对其质量进行甄别;三是熟食卤菜不要一次买太多,尽量选择新鲜的肉类自行卤制;四是食品展销会的食品一次不要买太多,否则出现问题后,展销会撤展,消费者难维权;五是发生食品安全问题时,应注意保存相关凭证。
食品污染与人体健康
环境污染引起的食品污染已经构成对人类健康的严重威胁。食品污染通常可分为生物性污染、化学性污染及放射性污染三大类。一是生物性污染:包括微生物、寄生虫及虫卵与昆虫对食品的污染。二是化学性污染:污染食品的化学物质很多,常见的污染源有化肥农药如有机磷、有机氯,含汞、砷的农药氮肥等。三是放射性污染:放射性物质进入食品的主要来源是高本底(本底:由所处环境所形成的较稳定的辐射水平或声量)地区的放射性物质与放射性“三废”的排放。
我国的环境污染是比较严重的。根据1998年中国环境质量公报,我国的七大水系,湖泊、水库、部分地区地下水与近岸海域已受到不同程度的污染,在污染的水体中生长的生物如水藻、鱼虾、贝、蟹等被污染后,有害物质通过条条食物链的传递、富集,最后到达食物链的最高营养级――人,从而引起人类中毒并导致各种疾病的发生,甚至祸害子孙后代。上世纪80年生在上海的甲肝流行事件,就是因为启东地区带甲肝病毒的粪便污染了水域,造成毛蚶污染而引起的。
大家都听说过绿色食品和有机食品,其有何区别和益处?其价格为何高出普通食品?我们究竟该如何选择呢?
绿色食品是指无污染、安全、优质、营养类的食品。绿色食品有一整套严格的质量认证体系,并有专门的绿色食品标志。其分为A级与AA级两类,主要区别是:A级绿色食品在生产过程中允许限量使用限定的化学合成物质;AA级绿色食品在生产过程中不使用任何有害化学合成物质。
有机食品又叫生态或生物食品,是国际上通行的环保生态食品概念。它要求在生产、加工中不使用任何化学农药、化肥、化学防腐剂等合成物质。有机食品比国内通行的绿色食品的环保标准更高,是一类真正源于天然、无污染、富营养、高品质的健康食品。我国已有12个省(市、区)100多个品种的粮食、蔬菜、茶叶、水果、奶制品、禽畜产品通过了认证。
花钱买健康,不仅仅是指买保健品,在选购日常食品时,也应将这个理念贯穿始终。建议中老年人应选择有资质的大超市、大商场购物,并认准有机食品的标志,不要图便宜。要吃得健康才有可能保持健康。
大气污染与人体健康
大气是人类生存的重要环境之一,大气的正常成分是保持人体正常机能和保证健康的必要条件。由于人类的生活和生产活动中排放的各种气体、烟雾和灰尘,可使大气遭到污染。在环境污染中,大气污染当推为首害。大气污染物种类很多,约有100多种。
由于呼吸道黏膜与空气接触机会最多,大气污染对机体的危害也以呼吸道最为显著。有人把由大气污染所引起的一系列呼吸道疾病称为“环境性肺病”。据我院数年体检资料汇总结果显示,慢性阻塞性肺部疾患的患病率为4%~5%,如果加入其他相关肺部疾患,患病率可达12%~13%。北京上空经常出现的灰蒙蒙的天,与悬浮颗粒物污染严重有紧密关系。悬浮颗粒物污染对健康的危害是多方面的、复杂的,应引起大家的足够重视。大家外出锻炼身体时,应选择适宜的时间。定时听天气预报,了解空气污染指数的变化,污染严重时则不宜出门锻炼。少开一天车,就意味着少一些污染,我们吸进的空气会清新一些。
水污染与人体健康
水是人体的重要构成部分,也是营养来源之一。为了保障身体健康,要讲究科学饮水。
据统计,我国54条主要河流中有27条被污染,44个城市中有41个地下水源受到污染;一些海湾也受到不同程度的污染,已造成巨大的经济损失。全国排放工业废水和生活污水每日约7800万吨,全年计295亿吨,其中多数未经任何处理。近年来,我国政府加大了污水排放的治理力度和饮用水源的环境保护措施。
水源污染对人体健康的影响是多方面的。含病菌的人畜粪便以及污水污染水源,可引起肠道传染病流行。水体遭受有毒化学物质污染后,通过饮水、食物链的形式可使人群发生急慢性中毒,甚至死亡。另外,有些污染物可损害水源的天然自净能力,破坏水源卫生状况。
明・李时珍在《本草纲目》中指出:“人赖水以养生,可不慎所择乎。”水源、空气、土壤都是人类赖以生存的自然环境,我们要健康地生活在这块土地上,就要慎重选择适宜自己的自然环境,还要采取有效的保健预防措施,尽量避免自然环境中的有害因素对人体的不良影响。
一要多喝开水,不要喝生水。煮开沸腾3分钟的开水,可以使水中的氯气及一些有害物质被蒸发掉,同时又能保持水中人体必需的营养物质。喝生水的害处很多,因为自来水中的氯可以和没烧开的水中残留的有机物质相互作用,导致膀胱癌、直肠癌的机会增加。
二要喝新鲜开水,不要喝放置时间过长的开水。新鲜开水不但无菌,还含有人体所需的十几种矿物质。但如果开水放置时间过长或者饮用自动热水器中隔夜重煮的水,不仅会损失各种矿物质,而且还可能含有某些有害物质,影响人体健康。
中图分类号:TS 201.4文献标识码:A文章编号:1672-979X(2007)07-0033-02
Determination of Nutritional Ingredients of Potentilla anserine
WANG Feng1, LU Jian-xiong2 ,SHEN Xiao-rong 2
(1. Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, China; 2. Northwest University for Nationalities, Lanzhou 730030, China)
Abstract:Objective To determine the nutritional ingredients of Potentilla anserine. Methods The ingredients in Potentilla anserine, including calcium, iron, magnesium, fosforus, zinc, iodine, potassium, water, ash, total reducing sugars, protein, crude fat ,vitamin A, vitamin B1, vitamin B2 and vitamin C, were determined by EDTA(Ethylenediamine tetraacetic acid)titration method, Kjeldah method, Soxhlet extraction method and other national standard methods.Results The contents of potassium, magnesium, protein, total reducing sugars, vitamin C, vitamin B1 were655μg/g, 9.16μg/g, 10.06 g/100 g, 9.78 g/100 g, 3.88 g/100 g and 1.45 g/100 g , respectively. The contents of nutritional ingredients were also high. Conclusion Potentilla anserine possesses higher nutritional value, edible value and healthcare function, so it can be used as a food resource and a Chinese herbal medicine.
Key words:Potentilla anserine; nutritional ingredient; determination
蕨麻又名“人参果”,为高原蔷薇科植物鹅绒萎陵菜(Potentilla anserina I.)的多年生野生草本植物,主要产于青海、甘肃、等地。蕨麻含有大量淀粉、蛋白质、脂肪、无机盐、维生素等,具有较高的医疗和营养价值,有健胃补脾、生津解渴、益气补血的功能,藏医称它为卓老沙僧,深受国内外人民的喜爱,也是馈赠亲友之佳品[1]。作为一种药食两用品,对其灰分、蛋白质、糖分含量等营养成分的报道较少。我们测定分析了其营养成分,现将结果报告如下。
1材料与方法
1.1材料
蕨麻,由兰州金力食品厂提供。
1.2仪器
FZ102粉碎机(河北黄华京振光机厂);SRJX4-9高温炉(长沙华光电机厂);索氏脂肪抽提器(北京中兴伟业仪器有限公司);HH-6单列6孔水浴锅 (北京永光仪器厂);凯氏烧瓶、凯氏半微量定氮仪(北京中兴伟业仪器有限公司);721分光光度计(上海第三仪器厂)。
1.3试剂
盐酸(化学纯,甘肃白银市化学试剂厂);浓硫酸(天津化学试剂六厂);硫酸铜(西安化学试剂厂);氢氧化钠溶液(上海化学试剂站);无水乙醇(广东石歧化工厂);
实验过程中同时配制并标定了标准铁溶液、0.1 mol/L盐酸标准溶液、1 mol/L高锰酸钾标准溶液。
1.4实验方法
将干蕨麻100 g粉碎,过筛,备用。依次测定蕨麻中钙、铁、镁、磷、锌、碘、钾等7种化学元素,及水分、灰分、蛋白质、总还原糖、粗脂肪、维生素A、B1、B2、C等营养成分[2]。
2结果与讨论
2.1蕨麻中营养成分的测定结果
化学元素含量测定结果见表1,维生素及其他营养成分测定结果见表2。结果显示,蕨麻中钙、铁、镁、镁、锌、钾等元素含量相当丰富,蛋白质、维生素、总还原糖、粗脂肪等含量较高。
表1化学元素含量测定结果(μg/g)
表2维生素及其他营养成分含量测定结果
注:维生素含量为mg /100 g ,其他为g/100 g
2.2讨论
由表1可见,蕨麻中钾含量较高。钾摄入有调节普通人群和高血压患者血压的作用。高钾饮食还能减少中风危险,阻止肾血管、肾小球和肾小管病变的发展,降低尿钙排泄,减少肾结石形成及减少骨骼去矿质 (骨质疏松) 等作用[3]。人每天必须摄入足够的钙,才能保证血液中钙浓度稳定,维持神经细胞的正常生理功能,多次全国调查显示国人膳食中钙不足需要补充[4]。铁是人体必需的微量营养素,机体缺铁是全世界特别是发展中国家最主要的营养问题之一[5]。铁能运输氧与电子转移,促进生长发育,防治缺铁性贫血,增加对疾病的抵抗力。蕨麻中钙、铁含量相对较高,可用以辅助治疗因钙、铁缺乏所导致的相关疾病。
由表2可见,蕨麻中蛋白质含量约为10%,比甘薯、芋头及山药等根茎类高5~7倍;比竹笋粗蛋白含量高4倍[6]。总糖含量约为9%,可起到降低血浆胆固醇水平,改善大肠功能、改善血糖生成等作用[7]。脂肪营养价值很高,如机体摄入不足,会使组织细胞发生异常变化,还可促进体内脂溶性维生素A,D,E,K等的吸收。
3结论
蕨麻是我国特有的野生植物,含丰富的蛋白质、氨基酸、维生素和化学元素,是营养丰富、食用安全的食品。本实验检测表明,蕨麻中蛋白质、脂肪、糖类等营养物质含量较高,还含有大量的维生素、有机酸等,是一种理想的药食两用植物。
参考文献
[1]熊亚,刁治民,吴保锋. 青海草地蕨麻资源及开发应用价值[J]. 青海草业,2004,13(4):24.
[2]鲁长豪. 食品理化检验学[M]. 北京:人民卫生出版社,1993:46-71.
[3]Feng J He, Graham A, Mac G. Beneficial effects of potassium[J]. 英国医学杂志中文版,2002,5(2):84.
[4]丁双胜,安红钢,金丽丽. 生物补钙和磷[J]. 甘肃科技,2005,21(12):167.
仅仅是因为缺碘,就曾让许多人的健康受到了多大的威胁啊!
在理解矿物质的时候,请关注以下6点。
(注意:以下文字,必须阅读!!无论你觉得多忙,多没有时间。)
(1)矿物质最为突出的作用是与生命活力有直接的联系。因此,许多学者把矿物质比喻为“火柴”,虽小却威力无穷。
(2)矿物质最为重要的特征是直接调节人体的功能。专家指出,由于人体微量元素的失衡,会引发许多疾病。因此,治愈疾病就必须从微量元素的均衡入手。
(3)矿物质不可能由人体自己生成,它必须通过饮食获得。竹盐是微量元素的宝库,因此,通过竹盐获得微量元素就是一个最有效、最明智的办法。
(4)矿物质在大多数情况下都是“协同作战”,因此,最重要的是要保持它们之间的相互“均衡”。
(林氏格言1:营养来自平衡,生命也来自平衡!)
(5)矿物质直接或间接地与泥土有关。(感慨:竹盐作为食品,其工艺中需有少量黄土,这也让某些人不屑一顾。其实,我们所吃的食品大都来自泥土,土地是我们赖以生存的场所,与我们的生命息息相关。有什么可笑的呢?)
(6)矿物质与免疫力、抗癌、长寿等有直接的关系。
(一点发现:医学界已经认识到微量元素对人体的作用,转而重视起对微量元素的研究。)
由此可见,人们对盐的误会和偏见,其实都与“精制”有关,也就是外国学者所说的丧失生命力的盐。
(绝对强调:不仅是盐,所有“精制”的食品全都不好。)
环境(environment)是指周围事物的境况。换句说话,环境就是围绕着人群的空间中可以直接、间接影响着人类生活和发展的各种因素的总体。自然环境(natural environment)是由日光、大气、水、岩石、矿物、土壤、生物等自然要素组成的。这些是人类赖以生存的物质基础。在地表上各个区域的自然环境要素及其结构形式是不同的,因此各处的自然环境也就不同。在自然环境中各个环境要素是相互影响和相互制约的。空气、水、土壤与食物是自然环境中的四大要素,都是人类和各种生物不可缺少的物质。自然地理环境的复杂性首先影响到这些要素,并直接或间接地造成对人体健康的危害。
人类生命是以蛋白质的方式生存着,并以新陈代谢的特殊形式运动着。因此,从肌体的新陈代谢过程,可以看出人类与自然地理环境的关系是非常密切的。恩格斯说:“生命是蛋白体的存在方式,这个存在方式的基本因素在于和它周围的外部自然界的不断新陈代谢,而且这种新陈代谢一停止,生命就随之停止,结果便是蛋白质的分解。”
人体通过新陈代谢和周围环境进行物质交换。在正常的自然地理环境中,物质与人体之间保持动态平衡,使人类得以正常地生长、发育,从事生产劳动,并能使人们在积极劳动之后,迅速解除疲劳,激发人们的智慧和创造力,相反,不良的自然地理环境,常常使人们发生中毒,或者感到厌烦,难以忍受,注意力不易集中,容易疲劳和激动,工作效率降低,患病率上升,影响人体健康。
一、水对人体健康的影响
水是人类生命的基本成份,是人类生活中不可缺少的物质。一个人每天需要2.5kg的水,才能维持正常生存。如果一个人断水5日,生命将垂危。为了每天的工作、学习和生活,每个人每天需生活用水40~50kg。人体重量的75%是水,它起着调节体温、输送营养、排泄废物的作用,对人体健康的影响很大。
清澈的水是无色无味而透明的,是有氢(H)和氧(O)两种元素组成的,但是水在自然地理环境中,每时每刻都和大气、土壤、岩石等物质接触,使许多物质溶解于水,因此自然地理环境中没有绝对纯洁的水,也并非所有的水都是淡而无味的。水中含有碳酸钙(CaC3)和碳酸镁(MgCO3)时,会有甜味,喝起来甘甜爽口;含有氯化纳(Nacl)时,会有咸味,喝起来苦入其心;含有硫酸钠(Na2SO4)硫酸镁(MgS04)时,会有苦涩味,喝起来是既苦又涩;含有铁(Fe)时,会有铁味,喝起来有铁锈之味。饮水的质量、饮水的微量元素、放射性元素的含量等,均对人类健康有明显影响。水的硬度是指1升(I)水中含有相当于10毫克(Mg)的氧化钙(Cao)称为1°。硬度是饮水质量的主要指标,其数值与水中钙(Ca2+)、镁(Mg2+)离子总的含量有关。一般把8°的水叫硬水。不同的水质对人体健康有着不同的影响。如饮用软水地区的居民,易患冠心病;高血压与水中硝酸盐含量有关、克山病和水中硒(Se)、钼(Mo)等元素偏低有关、地方性甲状腺肿(大脖子病)与水中缺碘(I)有关、氟骨症(骨关节僵硬)与水中氟(F)含量过高有关。
由于人类向水体排放大量工业废水,生活污水和农业排水,造成水质恶化,使水体受到污染。这种水体往往含有许多细菌、病菌、病毒或寄生虫,会引起疾病的蔓延传播,如伤寒、肝炎、霍乱、痢疾等;水中含有害的化学物质的污染,会引起急性中毒或死亡,如氰化物等。最危险的是汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)重金属化合物污染,它通过食物链进入人体,在人体内各器官组织积累,慢性中毒,时间长达几年或几十年,不易发现,不为人重视。水体污染还会引起酸化污染、富营养化污染等。据研究,80%的疫病与水污染有关,脏水使世界4亿人得肠胃炎,每年死亡的1800万儿童中有一半是因为饮脏水。
二、空气对人体健康的影响
没有空气就没有生命。人需要呼吸空气来维持生命。人通过肺和大气进行交换,人体一天吸入的空气质量约所需食物和饮水的10倍。一个成年人平均每天要呼吸13kg空气,如果停止呼吸空气5分钟,生命将垂危。
空气是人类生理机能和健康所必需的一种环境媒体。洁净的空气比较简单,主要是氮(N)、氧(O),占98%,加上氢(H)和二氧化碳(CO2),这四种气体占空气总量的99.999%,其他成分还不到0.001%,这是大气的恒定成分。可变成分来自自然界的大山、地震、海啸等形成的尘埃、硫化氢(H2S)、硫氧化合物、氮氧化合物等对局部地区造成暂时性的大气污染。由于人类活动的影响,空气中增加了许多新的成分,危害到人体健康和动、植物的生长。
大气污染日趋严重,已严重威胁到人类的生存。大气污染物质有一百多种,其影响范围广,对人类环境威胁大的主要有:粉尘,二氧化硫(SO2)―氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)及其他污染物质。这些污染物质主要来自燃料燃烧时排出的废气,汽车尾气和工矿企业中排出的有害物质。人类呼吸到大气污染的气体,必将导致急性、慢性和远期危害三种效应。一氧化碳(CO)浓度过多可使人体降低血液中氧的浓度,从而导致人头痛、目弦、甚至死亡。在空气中含量达10%时,人就会中毒;1%时,人在两分钟内死亡。粉尘能携带各种致癌物质和其他病毒菌,通过人体呼吸系统沉积于呼吸道和肺泡上,可造成哮喘、支气管炎以及肺气肿。二氧化硫(SO2)能使人产生支气管收缩,引起呼吸系统和心血管系统的疾病,严重时,造成死亡。二氧化碳(CO2)会导致“温室效应”产生一系列的环境问题。二氧化氮(NO2)浓度达100ppm时,几分钟使人致命;如果长期生活在0.006ppm浓度条件下,会使人的急性呼吸系统疾病增加。汽车尾气中的氮氧化合物和碳氢化合物是形成光化学烟雾的罪魁祸首。
三、土壤对人体健康的影响
土壤是人类赖以生存在的物质基础,是人类生活和从事生产的必要场所,也是农业的基本生产资料,重要的自然资源。民以食为天,食以粮为主,粮以土为本,土以岩为根,岩以壤为荣。万物土中生,土壤是人类的根本。我国古书《说文角字》对“土”字的定义是“土者,地之吐生物者也”。并进一步解释说:“‘二’象地之上,地之中”。即土壤位于岩石面之上,地面以下的大地表层;“1”是“物出之形”,表示土壤能够生长植物。两者合起就是“土”。
在人体各部分的器官和组织中,含有土壤中所存在的60多种化学元素。其氢(H)、碳(C)、磷(P)、钙(Ca)、镁(Mg)、钾(K)、硫(S)、钠(Na)等11种元素占人体所有元素总量的99.95%,其余占0.05%的50余种是微量元素。人体必需的微量元素,已知的有铁(F)、铝(Al)、铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、碘(I)、铬(Cr)、钒(V)、氟(F)、硅(Si)、镍(Ni)、硒(Se)和锡(Sn)等14种。砷(As)、汞(Hg)、铍(Be)、碲(Te)、铁(F)、锆(Zr)、钛(Ti)、锂(Li)、银(Ag)、铊(TI)、铯(Cs)、钍(Th)、铀(U)等40多种是非必要的微量元素。人体必须的元素在人体中保持适当的含量对人的健康是有益的,当缺乏或过量时都会引起疾病或死亡;人体非必须的微量元素,当它们超过一定含量时就会对人体产生危害。土壤是供给人体所需各种元素的重要途径,土壤中化学组成发生异常,或某些地区土壤中缺乏人体需要的某种化学元素,或含有某种不适合人体需要的化学元素,食用这类土壤中生长出来的农产品,轻则水土不服,人们的正常生理过程、生化过程就会出现障碍或紊乱,重则导致某此地方病的发生。
土壤是植物生长的基础,它提供植物生长发育所需的水分、养分、空气和热量,是植物的营养物制造厂;土壤中有大量的微生物,从外界环境进入土壤的各种物质能被分解和转化,它又是污染物的净化工厂;土壤有无数颗粒,它的表面积很大,能吸附各种离子和分子,像一巨大的海绵,起着蓄积作用,进行缓慢的自然降解,是某些物质的储藏仓库。由于土壤本身具有这样的自净能力,人们从来把土壤看作处置废物的场所,大量的垃圾和污水向土壤倾倒,土壤被污染和遭到破坏。土壤污染是指人类活动产生的污染物质,通过各种途径输入土壤,其数量和速度,超过了土壤净化作用的速度,破坏了自然动态平衡,使污染物质的积累过程逐渐占有优势,从而导致土壤自然正常功能的失调,土壤质量的下降,并影响到作物的生长发育,以及产量和质量的下降。也包括由于土壤污染物质的迁移转化,引起大气或水体的污染,并通过食物链,最终影响到人类的健康。土壤污染主要有土壤致化、盐碱化、有害化学物质污染。这些有害物质可以长期积累在土壤中,被植物吸收后,转移到生物体,造成食物污染,危害人体健康。
参考文献
[1]王炎库,赵瑞全.环境污染与人体健康.地理知识,1979(4).
[2]刘天齐,林肇信,刘逸农.环境保护概论.北京:高等教育出版社,1982.7.
鹿蹄草属(Pyrola L.)植物为鹿蹄草科鹿蹄草亚科小型草本状小半灌木;根茎细长;叶常基生,稀聚集在茎下部互生或近对生;花聚成总状花序;花萼5全裂,宿存;花瓣5,脱落性;雄蕊10,花丝扁平,无毛,花药有及短小角,成熟时顶端孔裂,子房上位,中轴胎座,5室,花柱单生,顶端在柱头下有环状突越或无,柱头5裂,蒴果下垂,由基部向上五纵裂,裂瓣的边缘常有蛛丝状毛。
1、自然资源分布
该属约有30余种,是北温带典型属,但在我国分布到亚热带山区。我国有27种3变种,全国南北各地均产,但较集中分布在西南(如四川、云南、贵州、等)和东北(如黑龙江大、小兴安岭,吉林长白山地区)[1]。
2、利用价值
2.1 药用价值
《中华人民共和国药典》收载的中药鹿衔草为鹿蹄草科植物鹿蹄草P calliantha H.Andres或普通鹿蹄草P decorate H.Andres的干燥全草,具有祛风湿、强筋骨和止血的功能,用于治疗风湿痹痛、腰膝无力、月经过多,久咳劳嗽。药理实验表明鹿蹄草具有强心、降压、抗炎及改善冠心病患者症状等作用。鹿蹄草属除药典收载的两种外,尚有其他种类植物圆叶鹿蹄草P rotundifolia L.、紫背鹿蹄草P atropurpurea Hanch.、长叶鹿蹄草P elegantula H.Andr.、短柱鹿蹄草P minor L.、肾叶鹿蹄草P renifolia Maxinm.等在不同产区亦作药用[3]。
2.1.1抗菌消炎作用
鹿蹄草的水煎剂对金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌、肺炎球菌、脑膜炎球菌、福氏痢疾杆菌、伤寒杆菌及绿脓杆菌等有广谱的抑菌活性[14],对消化道、上呼吸道、泌尿道、创伤感染等常见多发病有较好的抗菌消炎疗效[13]。实验结果表明:鹿蹄草能抑制二甲苯所致小鼠耳壳炎症,抑制醋酸诱发小鼠腹腔毛细血管通透性增高,明显抑制大鼠角叉荚胶性关节炎,对大鼠慢性肉芽肿也有明显对抗作用,并明显抑制佐剂性关节肿胀[5]。多次用药可明显提高胸腺、脾脏重量,提示对免疫功能有促进作用[5]。1978年上海曙光医院等曾用水煎酒沉法制成鹿蹄草注射剂为100余例急性扁桃体炎、上呼吸道感染和菌痢患者静脉滴注,效果良好,对某些抗生素无效的病例,用鹿蹄草治疗效果满意,体外药效学实验结果表明,鹿蹄草素是一种广谱抗菌药物,对G+和G-菌均有较好的抑制作用,对金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌的抑制作用与丁胺卡那霉素相当[7]。
2.1.2对心脑血管系统使用
鹿蹄草在临床上可用于治疗高血压、冠心病、血栓闭塞性脉管炎等[8]。陕西省中医药研究院附属医院的实验研究发现鹿蹄草具有明显的扩张脑部等动脉血管作用, 同丹参等药物对比有显著性差异,且无任何毒副作用[4]。用鹿蹄草、短柄五加、柿叶制成的药剂进行开放型单相序贯试验研究表明,其对冠心病心绞痛有非常显著性疗效[6]。
2.1.3保肝、利尿作用
鹿蹄草中化学成分齐墩果酸有护肝作用,能促进肝细胞再生[15],另外药理实验还表明鹿蹄草水煎剂具有利尿作用[16]。
2.1.4镇咳、祛痰作用
鹿蹄草对虚弱咳嗽有一定的疗效,其化学成分金丝桃苷具有较强的止咳和祛痰作用[15]。
2.2保健价值
鹿蹄草不仅可作为中草药在医学上应用,还具有良好的保健作用。鹿蹄草中含有人体必需的多种微量元素、多种氨基酸、挥发油、蔗糖等营养成分。紫背鹿蹄草(Pyrola atropurea Franch.)中含有14种人体所必需的化学元素,且富含Mg,Fe,Ca,P,Zn5种化学元素,可供给人体必需的营养成分,又可调节人体机能[12]。国外一直有用鹿蹄草属植物的叶片制作花茶草饮用的传统[20],陕西太白县民间也采集此草,粗制成茶、四季饮用,可起到补气补血、治病、助消化、强身健体等作用。刘存海等还对鹿蹄草保健茶的工艺技术进行了研究[11]。
2.3观赏价值
本属植物花叶秀美,四季常绿,叶脉明显,初夏开花,带有芳香,是良好的观叶观花植物。如本属中的鹿蹄草(Pyrola calliantha H. Andr),为多年生常绿草本,叶基生,春季叶色嫩绿,夏季叶色油绿,花葶自叶丛中生出,高20-30cm,花瓣白色或粉红色,花期6~7月,果期7~9月,兼其四季常绿、耐寒性强、耐阴、夏季开花等特点,是良好的园林地被植物材料。本属植物中的有些种还具红色、绿色等花色,还有的叶上具斑纹,极具观赏价值。由于本属植物性喜阴湿,特别适合栽植于光照条件较差的室内,在园林中应用时,适宜配置在郁闭度较高的林下,也适合用于水景的配置。
2.4其他方面的价值
近年来,鹿蹄草属植物还被用来提取某些有益成分生产美容香皂、美白乳等[20]。一些研究表明,鹿蹄草在作为防腐剂方面也具有良好的开发应用前景。苹果的保鲜试验结果表明:鹿蹄草对根霉、黑曲霉、青霉有明显的抑制作用,鹿蹄草0.20%酒精浸提物的抑菌效果优于0.50%苯甲酸钠、山梨酸钾两种化学防腐剂[9]。鹿蹄草对于导致酱菜败坏的酵母菌、细菌、霉菌也有较好的抑制效果,可使低盐酱菜在室温下的保质期延长2d左右,抑菌圈实验表明,100mg/L的鹿蹄草水煎液具有同浓度的山梨酸钾和丙酸钙溶液相近或更好的抑菌效果[10]。
3、栽培技术
鹿蹄草宜采用分株繁殖,可在林下大量栽培繁殖。在9-10月,连匍匐茎一齐采收,分成单株,每株都要带有部分匍匐茎和须根。在选好的林下,将灌木杂草除去,不要翻动土层,开1.3m宽的畦。按行距22-26cm开小沟,深约7cm,把幼苗放到沟里,株距10cm左右,斜靠沟壁。先盖腐殖质士约2cm,再盖枯枝落叶,使与畦面齐平。栽好后,叶片要露出地面,最后浇水。鹿蹄草也可盆栽与室内,因为它喜寒冷、阴湿的环境,以有较多枯朽落叶而排水良好的腐殖质土为好。应用于室外园林绿化时,需要避免将其栽植于城郊的局部高温地区,如楼体南面或空旷的铺装地,如广场、道路,或者栽种于没有上木庇荫的环境中,栽植时应选择排水良好的地块,不宜单独作为地被层,保证灌水,遇高温、干旱时,可以采取叶面喷水、遮荫的方法,降温、保湿。
4、存在的问题与展望
综上所述,鹿蹄草属植物具有广泛的利用价值。它不仅在医学上具有广泛用途,在食品领域也具有广泛应用前景,除此之外,它较高的观赏价值和耐寒耐荫特性,使其在园林应用上也有较好的前景。但目前对其开发利用存在诸多问题:其一,认识不足,重视不够。由于鹿蹄草属植物长期生长于野生环境,许多人认为它只不过是野草,其价值未能得到充分的认识。其二,对其化学成分、药理作用方面研究的较多,但很多工作还只是初步和探索性的,仍需更加深入地研究。其三,引种驯化方面的研究很少,仅赵霜红[18]、赵耀新[19]对红花鹿蹄草、鹿蹄草的引种驯化进行了初步的研究。因此,今后应加大对鹿蹄草属植物利用价值的宣传,同时加强科学研究,开展鹿蹄草属植物的分类学、引种驯化、遗传改良、栽培生产及加工利用技术等方面的研究,从而为鹿蹄草属植物的开发利用提供科学依据和技术保证。
【参考文献】
[1]方文培,胡文光.中国植物志第五十六卷[M].北京:科学出版社,1990.
哮喘 随着工业化、城市化的进程,我国哮喘发病率呈现明显上升趋势。哮喘是由多种细胞及细胞组分参与的慢性气道炎症,临床表现为支气管黏膜水肿、黏分泌增加、支气管平滑肌收缩,从而导致支气管痉挛、气道狭窄,引起胸闷、喘息、咳嗽等症状。其中,氧化和抗氧化失衡,固有免疫或获得性免疫功能障碍是其重要发病机制。硒具有较强的抗氧化和免疫调节能力,对哮喘的治疗有一定作用。研究发现,哮喘病人经过补硒治疗后,临床症状好转,肺功能可得到一定改善。也曾有报道,硒的摄入量与支气管哮喘的发病相关,但尚需大规模的流行病学资料加以证实。
1.组成生物体的水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质、核酸这几种化合物的化学元素组成、在细胞内的存在形式和重要的功能(C:理解)。
2.组成生物体的无机化合物和有机化合物是生命活动的基础(C:理解)。
3.各种化合物只有按照一定的方式有机地组织起来,才能表现出细胞和生物体的生命现象(A:知道)。
三、重点和难点
1.教学重点
组成生物体的无机化合物和有机化合物的化学元素组成,各种化合物在细胞中的存在形式和重要功能。
2.教学难点
(1)蛋白质的化学元素组成、相对分子质量、基本组成单位、分子结构和主要功能。
(2)核酸的化学元素组成、相对分子质量、基本组成单位和重要功能。
四、教学建议
本节的教学内容较多而时间又较紧,教师要注意合理分配时间,突出重点和难点。建议教师对水、无机盐、糖类和脂质的内容安排1课时,蛋白质和核酸的内容安排1课时,学生实验用1课时。
在本节教学的开始,教师可以利用教材中讲到的细胞内各种化合物的含量表,从整体上概括出构成细胞的化合物;指出生命的物质基础,是以蛋白质和核酸为主体的多分子体系。,全国公务员共同天地
在讲授无机化合物水时,可以从水在细胞、组织中两种存在形式的分析入手,引出水的作用。引导学生理解水的含量与生命活动的状态密切相关。在讲述水时,要注意渗透出两种形式的水存在着动态转化,不能截然分开。如果能恰当地运用生活常识,说明水的存在状态和作用,将会更吸引学生,使学生加深对水的认识。
关于无机盐的教学,可以从学生已知的知识中提出问题,通过简明的分析,使学生懂得无机盐的存在形式和作用。例如,为什么在观察动物和人的细胞时,要用一定浓度的生理盐水?为什么长期缺乏铁会出现缺铁性贫血?从这些问题的分析过程中,归纳出无机盐对维持细胞形态、参与重要的物质组成等作用。
关于糖类的教学,应该尽量联系学生生活中经常接触的糖类物质,提高学生的学习兴趣,增加感性认识。在本节教学中,要注意适当突出后边将要应用的糖类知识,这样可以为进一步的学习打下知识基础。通过讲述糖类的水解作用,使学生理解单糖、二糖、多糖三者的区别和联系。关于糖类的作用,既要突出它是生命系统赖以维持的主要能源物质,又要点出它是细胞许多结构中不可缺少的成分。
关于脂质的教学,似乎可以渗透储存脂质(脂肪)、结构脂质(磷脂等类脂)、功能脂质(固醇)的提法,这样有利于学生对不同脂质的作用特点的理解。在学生条件较好的学校,可以分析一下磷脂分子的特点,为学习细胞膜的结构打下基础。
蛋白质的内容是本节教学的重点和难点。教师在讲述蛋白质的组成和结构时,可以按照以下教学思路来设计教学过程:①通过列举水、葡萄糖、几种蛋白质的相对分子量,使学生认识到蛋白质属于生物大分子;②指出对生物大分子结构的研究,常采取分层次认识的方法;③对蛋白质的组成和结构的教学,可从有关元素、基本单位──氨基酸、肽、肽链间的结合和卷曲、折叠而成的空间结构等几个层次逐步深入。
在讲述氨基酸时,可以从甲烷、乙酸、甘氨酸渐渐引入。随着羧基(-COOH)、氨基(-NH2)的出现,指出它们的化学特性。在认识了甘氨酸的基础上,再进一步变换R基,认识几种其他氨基酸。最后,归纳总结出氨基酸的共同点和区别。
在讲述肽时,要注意讲清缩合、肽键、二肽、多肽和肽链的概念。要指出每种多肽都具有特定的氨基酸种类、数目和排列顺序,这种特点决定着肽链的空间结构,从而为学生理解多肽间的区别和蛋白质的多样性打下基础。
对于蛋白质的空间结构,教师不必详细讲述,可以让学生通过对教材中某种胰岛素空间结构示意图的观察,了解蛋白质具有一定的空间结构就可以了。但是应该对学生指出,蛋白质的生理作用依赖于自身特定的空间结构。
在讲述蛋白质的功能时,应该注意从列举典型的、易于理解的例子中,概括出蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要成分和在生命活动中发挥的重要作用。
另外,关于蛋白质结构内容的教学,要充分利用剪贴图、投影片和教材中的示意图,来帮助学生理解动态的、抽象的知识内容。
关于核酸的教学,要注意处理好与《遗传与变异》一章有关内容的联系。本节对核酸化学元素的组成和基本组成单位的认识,可以从介绍分析生物大分子的方法入手,使学生初步了解核酸分子的元素组成、基本单位──核苷酸和多核苷酸链。应指出DNA和RNA两类核酸在组成上的区别和DNA的主要作用。
在本章的最后,教师要强调说明,任何一种化合物或几种化合物的混合都不能完成生命活动。细胞内的各种化合物必须按照一定的方式组成特定的结构,才能在生命活动中发挥作用。
五、参考答案
复习题一、③,①,④,②。
二、1.(A);2.(A);3.(D)。
三、1.因为这两种蛋白质的分子结构不同(即氨基酸的种类不同,排列次序不同,空间结构不同),所以它们的功能也不相同。
2.细胞内的各种化合物必须按照一定方式组成特定的结构,才能在生命活动中发挥作用。
旁栏思考题老年人容易发生骨折是因为随着年龄的增长,机体代谢发生变化而导致骨质疏松造成的。骨质疏松主要是缺少了骨的重要成分碳酸钙。
临床上医生给病人点滴输入葡萄糖液,可以起到给病人提供水、营养和增加能量的作用。因为葡萄糖氧化分解时释放大量的能量,可以供给病人生命活动的需要,有利于早日康复。此外,细胞中水的含量最多。病人维持各项生命活动,绝对不能缺少水。
实验讨论题实验一1.某些化学试剂与生物组织中的有关有机化合物发生一定的化学作用后,能够生成新的化学物质,而这种化学物质是有固定的颜色的。根据实验中所产生的特定的颜色反应,如砖红色、橘黄(或红)色、紫色,可以分别鉴定生物组织中有糖、脂肪、蛋白质的存在。
六、参考资料
细胞的化学组成细胞中各种化合物的平均值如下表(表1-1):
表1-1细胞中各种化合物的平均值
化合物
质量分数%
平均相对
分子质量
种类
水
85.0
1.8×10
游离形式的水和结合形式的水
蛋白质
10.0
3.6×104
清蛋白、球蛋白、组蛋白、白等
DNA
0.4
1.0×106
RNA
0.7
4.0×105
脂质
2.0
7.0×102
脂肪、磷脂等
糖类及其
他有机物
0.4
2.5×102
单糖、二糖、多糖等
其他
无机物
1.5
5.5×10
Na+、K+、Ca2+、Mg2+、
Cl-、SO42-、PO43-等
在组成细胞的各种化合物中,水是含量最多的物质,是生命活动的最重要的介质。地球表面出现了液态水时,才具备了生命发生的条件。但是,只有当原始地球的物质经过漫长的演变,出现了原始的核酸和蛋白质并且组合在一起,表现出原始的新陈代谢时,才开始出现原始的生命现象,产生了原始的生命。恩格斯早在一百多年前就已提出“生命是蛋白体的存在方式”。现代生物科学认为,承担生命的“蛋白体”主要是核酸和蛋白质的整合体系。因此说,细胞的主要成分是蛋白质和核酸。
水在生物体和细胞内的存在状态
1.结合水吸附和结合在有机固体物质上的水,主要依靠氢键与蛋白质的极性基(羧基和氨基)相结合形成亲水胶体。多糖、磷脂也以亲水胶体形式存在。这部分水不能蒸发、不能析离,失去了流动性和溶解性,是生物体的构成物。
2.自由水填充在有机固体颗粒之间的水分,可流动、易蒸发,加压力后可析离,是可以参与物质代谢过程的水。
水在生物体内的作用水是生命存在的环境条件,同时也是生活物质本身化学反应所必需的成分。水对于维持生物体的正常生理活动有着重要的意义,因此水是生物体内不能缺少的物质。
1.水是细胞内的良好溶剂生物体内的大部分无机物及一些有机物,都能溶解于水。水是物质扩散的介质,也是酶活动的介质。细胞内的各种代谢过程,如营养物质的吸收,代谢废物的排出,以及一切生物化学反应等,都必须在水溶液中进行。
2.水的其他作用①由于水分子的极性强,能使溶解于其中的许多种物质解离成离子,这样也就有利于体内化学反应的进行。②由于水溶液的流动性大,水在生物体内还起到运输物质的作用,将吸收来的营养物质运输到各个组织中去,并将组织中产生的废物运输到排泄器官,排出体外。③水的热容大,1g水从15℃上升到16℃时需要4.18J热量,比同量其他液体所需要的热量多,因而水能吸收较多的热而本身温度的升高并不多。水的蒸发热较大,1g水在37℃时完全蒸发需要吸热2.40kJ,所以人蒸发少量的汗就能散发大量的热。再加上水的流动性大,能随血液循环迅速分布全身,因此水对于维持生物体温度的稳定起很大作用。④水还有作用。⑤对植物来说,水能保持植物的固有姿态。由于植物的液泡里含有大量的水分,因而可以维持植物细胞的形态而使枝立,便于接受阳光和交换气体,保证正常的生长发育。⑥对生物体的生命活动起重要的调控作用。生物体内水含量的多少以及水的存在状态的改变,都影响着新陈代谢的进行。一般情况下,生物体内的含水量在70%以上时代谢活跃;含水量降低,则代谢不活跃或进入休眠状态。当自由水比例增加时,生物体的代谢活跃,生长迅速;而当自由水向结合水转化较多时,代谢强度就会下降,抗寒、抗热、抗旱的性能提高。
无机盐无机盐在细胞中的含量虽然不多,却是生命活动所必需的。如果将一块组织放在蒸馏水中,从细胞中去掉盐类,该组织就会死亡。许多无机盐在细胞中呈离子状态存在。无机盐在生物体和细胞中的作用主要有以下几点。
1.是构成细胞或构成生物体某些结构的重要成分。
2.参与并调节生物体的代谢活动。有些无机离子是酶、激素或维生素的重要成分。例如,含锌的酶最多,已知有70多种酶的活性与锌有关;钴(Co)是维生素B12的必要成分,参与核酸的合成过程;铁(Fe)参与组成血红蛋白、细胞色素等,参与氧的运输和呼吸作用中的电子传递过程等。
3.维持生物体内的平衡。体内平衡是使细胞具有稳定的结构和功能,使生物能维持正常的代谢和生理活动的必要条件。有关体内平衡的内容很复杂,情况多变。其中的3个主要方面与无机盐含量的稳定密切相关。
(1)渗透压平衡:细胞内外的无机盐的含量是维持细胞渗透压的重要因素。
(2)酸度平衡(即pH平衡):pH调节着细胞的一切生命活动,它的改变影响着细胞组成物的所有特性以及在细胞内发生的一切反应。例如,各种蛋白质对于pH的改变非常敏感,人体血浆pH降低0.5时,人就立即发生酸中毒。无机离子如HPO42-/H2PO4-和H2CO3/HCO3-等,组成重要的缓冲体系来调节并维持pH平衡。
(3)离子平衡:动物细胞内外的Na+/K+/Ca2+的比例是相对稳定的。细胞膜外Na+高、K+低,细胞膜内K+高、Na+低。K+、Na+这两种离子在细胞膜内外分布的浓度差,是使细胞保持反应性能的重要条件。此外,在细胞膜外Na+多、Ca2+少时,神经细胞就会失去稳定性,对于外来刺激就会过于敏感。
糖类的分布和功能糖类是生物体的主要能源物质和重要的组成成分,在自然界中分布极广,几乎所有的动物、植物、微生物的体内都有它,尤以存在于植物体内的为最多,约占植物体干重的80%。在植物体内,构成根、茎、叶骨架的主要成分是纤维素多糖。在植物种子或果实里的主要储存物质,如淀粉、蔗糖、葡萄糖、果糖等都属于糖类。在动物血液中的血细胞内,也有葡萄糖或由葡萄糖等单糖缩合成的多糖存在,在肝脏、肌肉里的多糖是糖元。人和动物的组织器官中所含的糖类,不超过身体干重的2%。微生物体内的含糖量约占身体干重的10%~13%,其中有的呈游离状态,有的与蛋白质、脂肪结合成复杂的物质,这些物质一般存在于细胞壁、黏液或荚膜中,也有的形成糖元或类似淀粉的多糖存在于细胞质中。
糖类的功能有以下几点。(1)糖类是生物体的主要能源和碳源物质:糖类物质可以通过分解而放出能量,这是生命活动所必需的。糖类还可以在生物体内转化成其他化合物(如某些氨基酸、核苷酸、脂肪酸等),并提供碳原子和碳链骨架,是构成组织和细胞的成分。(2)糖类与生物体的结构有关:纤维素和壳多糖都不溶于水,有平坦伸展的带状构象,并且堆砌得很紧密,所以它们彼此之间的作用力很强,适于作强韧的结构材料。纤维素是植物细胞壁的主要成分。壳多糖是昆虫等生物体外壳的主要成分。细菌的细胞壁由刚性的肽聚糖组成,它们保护着细胞膜免受机械力和渗透作用的损伤。细菌的细胞壁还使细菌具有特定的形状。(3)糖类是储藏的养料:糖类以颗粒状态储存于细胞质中,如植物的淀粉、动物肝脏和肌肉中的糖元。(4)糖类是细胞通讯识别作用的基础:细胞表面可以识别其他细胞或分子,并接受它们携带的信息,同时细胞也通过表面上的一些大分子来表现其本身的活性。细胞与细胞之间的相互作用,是通过一些细胞表面复合糖类中的糖和与其互补的大分子来完成的。(5)糖类具有保护作用:黏膜分泌的黏液中有黏稠的黏多糖,可以保护的表面。关节腔的滑液就是透明质酸经过大量水化而形成的黏液。
磷脂和糖脂磷脂是构成生物膜的主要成分。它广泛分布在动植物组织中。磷脂在动物体内多存在于脑和神经组织中,在心脏和肝脏中的含量也不少;植物的种子中含磷脂也比较多,如大豆种子的磷脂达2%。磷脂大多不溶于丙酮,不溶于水,但像亲水胶体一样,能在水中膨胀并形成乳状液或胶体溶液。磷脂的种类很多,有卵磷脂、脑磷脂、神经磷脂等。
卵磷脂又称蛋黄素,大量存在于各种动物的组织和器官中,尤其在蛋黄、脑、肾上腺、红细胞中的含量较多。蛋黄中卵磷脂的含量可达8%~10%。许多种种子,如大豆、向日葵的种子也含有卵磷脂。
糖脂是一类具有一般脂质溶解性质的含糖脂质,包括脑糖脂、神经节糖脂、甘油醇糖脂等。
磷脂和糖脂都是构成生物膜的磷脂双分子层结构的基本物质,也是某些生物大分子化合物(如脂蛋白和脂多糖)的组成成分。
类固醇和固醇类固醇又称“甾族化合物”,是环戊烷多氢菲类化合物的总称,一般具有重要的生理作用,在自然界广泛分布,也有人工合成的。类固醇的主要种类和分布情况如下。
1.自然界存在的
(1)固醇类。固醇又称“甾醇”,是含羟基的环戊烷骈全氢菲类化合物的总称,以游离状态或同脂肪酸结合成酯的状态存在于生物体内,最重要的有胆固醇、豆固醇和麦角固醇(表1-2)。
表1-2固醇的主要种类和分布情况
类别
固醇名称
分布
动物固醇
胆固醇
脊椎动物体内
7-脱氢胆固醇
皮肤和毛发内
粪固醇
动物粪便中
植物固醇
麦固醇
麦芽中
豆固醇
大豆中
谷固醇
高等植物中分布很广
酵母固醇
麦角固醇
麦角、酵母菌和毒菌内
(2)固醇衍生物。常见的有:强心苷,如洋地黄毒素,存在于洋地黄植物的叶中,是一种强心药;蟾毒素,是蟾蜍分泌的毒素,可作药用;胆酸、胆汁酸组成的胆汁;肾上腺皮质激素、昆虫的蜕皮激素、性激素(包括雌激素、孕激素和雄激素等),能调节动物和人体的新陈代谢及生殖、发育等生理活动。此外,维生素D有利于机体对钙、磷的吸收。肾上腺皮质激素、胆酸、性激素、维生素D等物质,在人体内都可以由胆固醇转化而来。
2.人工合成的类固醇药物如抗炎剂、促蛋白合成类固醇、口服避孕药等。
氨基酸的R基团每个氨基酸都有一个R基,R基也叫侧链基团,不同氨基酸的R基是不同的。例如,甘氨酸的R基只是一个氢原子;有些氨基酸的R基属于烃基;有些则含有某种官能团,如羟基(—OH)、巯基(—SH)、氨基(—NH2)、羧基(—COOH)等。
根据氨基酸所连接的R基化学结构的不同,可以将氨基酸分成脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环氨基酸、杂环亚氨基酸四大类。
甘氨酸惟一不含有不对称碳原子的最简单的非必需氨基酸。广泛存在于蛋白质中。
丙氨酸即L-α-氨基丙酸。一种属于丙酮酸代谢体系的非必需氨基酸。
蛋白质分子的结构通常将蛋白质的结构分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构(图1-1)。
图1-1蛋白质分子的一、二、三、四级结构示意图
1.蛋白质的一级结构:又称为初级结构或化学结构,是指蛋白质分子中,由肽键连接起来的各种氨基酸的排列顺序。目前可以运用氨基酸自动分析仪和氨基酸顺序自动分析仪,对蛋白质的一级结构进行测定。
2.蛋白质的二级结构:蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式。近些年来,通过研究知道,蛋白质分子的多肽链本身一般不是全部以松散的线形分子状态存在于生物体内的,而是部分卷曲、盘旋成螺旋状(一般呈所谓α螺旋),或折叠成片层状(又称β折叠),或呈β回折(发夹回折、U形转折),或呈无规则卷曲。蛋白质的二级结构主要依靠氢键来维持结构的稳定性。
3.蛋白质的三级结构:具有二级结构的肽链,按照一定方式进一步卷曲、盘绕、折叠成一种看来很不规则,而实际上有一定规律性的三维空间结构,叫做三级结构。这些肽链所以会卷曲、盘绕、折叠,主要是因为肽链的侧链之间的相互作用。
4.蛋白质的四级结构:具有三级结构的蛋白质分子,通过一些非共价键结合起来,而成为具有生物功能的蛋白质大分子,就是蛋白质的四级结构。构成蛋白质功能单位的每条肽链,称为亚基。亚基虽然只具有二、三级结构,但是在单独存在时并没有生物活力,只有完整的四级结构才具有生物活力。例如,磷酸化酶是由2个亚基构成的,马血红蛋白是由4个不同的亚基(2个α肽链,2个β肽链)构成的,谷氨酸脱氢酶是由6个相同的亚基构成的。
有些蛋白质分子只有一、二、三级结构,并无四级结构,如肌红蛋白、细胞色素c、核糖核酸酶、溶菌酶等。另一些蛋白质则一、二、三、四级结构同时存在,如血红蛋白、谷氨酸脱氢酶等。
调节生理活动的许多激素是蛋白质从化学本质上看,人和动物的激素可以分为4类:①氨基酸衍生物激素(如甲状腺激素、肾上腺素、血清血管收缩素);②肽和蛋白质类激素(如脑垂体激素、胰岛素、甲状旁腺素、生长素和促肾上腺皮质激素);③类固醇激素(如肾上腺皮质激素、性激素);④脂肪酸衍生物激素(如前列腺素)。
肽和蛋白质类激素,包括许多种激素。下面重点介绍胰岛素、生长素和促肾上腺皮质激素。