第二章人体中的化学　

第二章人体中的化学　王星敏 3 学时

主要内容 • 2.1 人体中的化学元素　 • 2.2 人体中重要的生命有机化合物　 • 2.3 人体中的化学反应　

2.1 人体中的化学元素　

2.1.1 生命必需元素　 • 人们把人体为了维持生命所必需的元素称为生命必需元素；共25种。　 2.1.2 常量元素和微量元素　 • 常量元素在人体中含量高于0.01%的元素，称为常量元素。属于这范围的有碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙、钠、钾、镁、氯、硅等12个元素，它们占了人体质量的99.71%，其中氧特别多，一般估计人体内水分占了2/3 的体重，所以说水是生命不可缺失的物质，没有水就没有生命。　

微量元素　在人体中的化学元素，其含量低于0.01％的，称为微量元素。铁是最早发现的人体必需微量元素，后来又发现碘、钒、氟、硅、镍等，至今已确认14种微量元素为动物和人所必需的，其中10种为微量金属元素。　微量元素　在人体中的化学元素，其含量低于0.01％的，称为微量元素。铁是最早发现的人体必需微量元素，后来又发现碘、钒、氟、硅、镍等，至今已确认14种微量元素为动物和人所必需的，其中10种为微量金属元素。　

2.1.3 人体内元素的来源　

自然界中的生物体可以分为自养生物和异养生物两大类　自然界中的生物体可以分为自养生物和异养生物两大类　 • 自养生物是可以通过二氧化碳和水在叶绿素和太阳光的作用下进行光合作用产生糖而得到养分，其化学反应式可表示如下： • 所谓异养生物，它们自己不能制造养分，而必须依靠自养生物作为养分和能量的来源。人类作为高等动物当属异养生物。　　

人体中化学元素与其生理功能及日常来源

2.2 人体中重要的生命有机化合物　人体内碳、氢、氧、氮、磷、硫等6个元素，它们是组成人体中氨基酸、蛋白质、脂肪、糖类、酶和核酸等物质的基础。　

2.2.1 氨基酸 （1）定义氨基酸（amino acid）：是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的有机化合物，氨基一般连在α-碳上。是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位

（2）分类 • 必需氨基酸（essential amino acid）：指人（或其它脊椎动物）（赖氨酸，苏氨酸等）自己不能合成，需要从食物中获得的氨基酸。 • 非必需氨基酸（nonessential amino acid）：指人（或其它脊椎动物）自己能由简单的前体合成，不需要从食物中获得的氨基酸。 • 另有酸性、碱性、中性、杂环分类，是根据其化学性质分类的。

（3）必需氨基酸的功能和食物来源

（4）性质 a-氨基酸都是无色晶体，熔点较高。易溶水，难溶于无水乙醇、乙醚等有机溶剂。因为氨基酸既含有氨基又含有羧基，与酸或碱作用都可以形成盐，所以氨基酸是两性物质。　

2.2.2 蛋白质 （1）定义与概述 • 蛋白质（protein）是一切生命的物质基础，是肌体细胞的重要组成部分，是人体组织更新和修补的主要原料，没有蛋白质就没有生命。因此，它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。机体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16.3%，即一个60kg重的成年人其体内约有蛋白质9.8kg。 • 蛋白质是由20多种氨基酸组成，以氨基酸组成的数量和排列顺序不同，使人体中蛋白质多达10万种以上。它们的结构、功能千差万别，形成了生命的多样性和复杂性

　两种不同的氨基酸脱水缩合可形成两种不同的二肽，若4种不同的氨基酸分别用A、B、C、D表示，按照排列组合原则，它们脱水缩合后可形成24种同分异构体：　　两种不同的氨基酸脱水缩合可形成两种不同的二肽，若4种不同的氨基酸分别用A、B、C、D表示，按照排列组合原则，它们脱水缩合后可形成24种同分异构体：　

（2）性质 • 蛋白质和氨基酸一样，也是两性物质，与酸、碱作用都能生成盐。 • 大多数蛋白质可溶于水或其他极性溶剂，而不溶于有机溶剂。 • 蛋白质很容易水解，在酸、碱、酶的催化作用下，可逐步水解分子量较小的蛋白眎、蛋白胨、多肽、最后的水解产物是各种不同的氨基酸的混合物。　

（3）生理功能 • 构造人的身体：人体的每个组织，毛发、皮肤、肌肉、骨骼、内脏、大脑、血液、神经、内分泌等都是由蛋白质组成。 • 修补人体组织：人的身体由百兆亿个细胞组成，它们处于永不停息的衰老、死亡、新生的新陈代谢过程中。如年轻人的表皮28天更新一次，而胃黏膜两三天就要全部更新。 • 维持肌体正常的新陈代谢和各类物质在体内的输送：载体蛋白对维持人体的正常生命活动是至关重要的，可以在体内运载各种物质。如血红蛋白—输送氧（红血球更新速率250万/秒）、脂蛋白—输送脂肪、细胞膜的受体还有转运蛋白等。

白蛋白：维持机体内的渗透压的平衡及体液平衡 。 • 维持体液的酸碱平衡。 • 免疫细胞和免疫蛋白：有白细胞、淋巴细胞、巨噬细胞、抗体（免疫球蛋白）、补体、干扰素等。 • 构成人体必需的催化和调节功能的各种酶。 • 激素的主要原料：具有调节体内各器官的生理活性。胰岛素是由51个氨基酸分子合成。生长素是由191个氨基酸分子合成。 • 构成神经递质乙酰胆碱、五羟色氨等。维持神经系统的正常功能：味觉、视觉和记忆。 • 胶原蛋白：占身体蛋白质的1/3，生成结缔组织，构成身体骨架。如骨骼、血管、韧带等，决定了皮肤的弹性，保护大脑。 • 提供热能。

（4）蛋白质的结构

牛胰岛素结构（A、B双链两个二硫键相连，21＋30氨基酸）牛胰岛素结构（A、B双链两个二硫键相连，21＋30氨基酸）牛胰岛素分子结构点线模型我国1965年人工合成牛胰岛素结晶

2.2.3 脂肪 • 脂类是油、脂肪、类脂的总称。食物中的油脂主要是油和脂肪，一般把常温下是液体的称作油，而把常温下是固体的称作脂肪。 • 脂肪是由甘油和脂肪酸组成的三酰甘油酯（也称甘油三酯），其中甘油的分子比较简单，而脂肪酸的种类和长短却不相同。

天然油脂中的脂肪酸都含偶数碳原子，它们分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸两类，重要的脂肪酸及其主要来源如下：　天然油脂中的脂肪酸都含偶数碳原子，它们分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸两类，重要的脂肪酸及其主要来源如下：　

不饱和脂肪酸是人体必需的脂肪酸，在体内不能合成得到，而要从食物中摄取。重要的必需脂肪酸有3种：亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸。近年来，人们在深海鱼类中发现了EPA（二十碳五烯酸）、DHA （二十二碳六烯酸），它们都是不饱和脂肪酸。 • 人体缺乏必需脂肪酸，会影响固醇类代谢，患肥肝病，或血管产生粥状；也会使皮肤受影响，患顽癣或棘皮病。

脂肪在人体内的主要功能是供给能量，每克脂肪产生的能量比糖、蛋白质要高。脂肪在人体内的主要功能是供给能量，每克脂肪产生的能量比糖、蛋白质要高。 • 脂肪还可以溶解维生素A、E，并对维生素B1有庇护作用。 • 脂肪对蛋白质有保护作用，人在绝食时，体内先将贮存的脂肪转为热量维持生命，而不会先分解肌肉中的蛋白质。 • 体内脂肪贮存过多则显得肥胖，使骨骼负担过重，心血管工作超负荷而引起疾病。　

2.2.4 糖类 • 糖又称碳水化合物，包括蔗糖（红糖、白糖、砂糖）、葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖、淀粉、糊精和糖原等。 • 糖类只含碳、氢、氧3种元素，许多糖类的分子式可用通式Cx(H2O)y表示，例葡萄糖为C6H12O6[可表示为C6(H2O)6]，蔗糖C12H22O11[可表示为C12(H2O)11],但鼠李糖C6H12O5不符合。

单糖：不能水解成更简单的多羧基醛或多羧基酮的碳水化合物称为单糖，重要的单糖有葡萄糖和果糖。单糖：不能水解成更简单的多羧基醛或多羧基酮的碳水化合物称为单糖，重要的单糖有葡萄糖和果糖。 • 低聚糖：糖类分子水解后，每个分子能生成2－10个单糖分子的称为低聚糖。重要的低聚糖有蔗糖和麦芽糖。　

多糖：水解后每个分子能生成10个以上单糖分子的 碳水化合物称为多糖。天然多糖一般由100－300 个单糖单元构成，如淀粉、纤维素都是多糖。有些多糖是构成动植物体骨干的物质，如纤维素、甲壳质等。有些多糖是动物体内的贮备养料，如淀粉、肝糖，它们可以在酶的作用下，分解为单糖以供需要。重要的多糖是纤维素、淀粉和肝糖。　

2.2.5 核酸 • 核酸是生物体中重要的生命大分子化合物，人们最早是从细胞核中提取得到，故名核酸。 • 核酸与蛋白质一样，也是生命的最基本物质。在生物体内，核酸对遗传信息的贮存、蛋白质的生物合成起着决定的作用。它与生命活动及各种代谢有密切的关系。 • 在生物体内，核酸主要以核蛋白形式存在。核蛋白是结合蛋白，核酸作为辅基与蛋白质结合在一起。　

核酸是链状高分子有机物，分子量在几百万以上，核苷酸是组成核酸的单元。若将核酸水解，便产生多个核苷酸，因此，核酸又多聚核苷酸。　　核酸是链状高分子有机物，分子量在几百万以上，核苷酸是组成核酸的单元。若将核酸水解，便产生多个核苷酸，因此，核酸又多聚核苷酸。　　 • 核酸水解得到的戊糖有两种：D-核糖和D-2-脱氧核糖。因此，核酸有两类，水解后得到D-核糖的称为核糖核酸，又称RNA；水解后得到D-2-脱氧核糖的，称为脱氧核糖核酸，又称DNA。　

若核苷中的戊糖羟基(－CH2OH)被磷酸酯化，则形成核苷酸，核苷酸相应也有8种。　若核苷中的戊糖羟基(－CH2OH)被磷酸酯化，则形成核苷酸，核苷酸相应也有8种。　

生物体内的核苷酸除形成多聚核苷酸外，还有以游离的形式存在，主要有多磷酸核苷酸。最重要的多磷酸核苷酸是三磷酸腺苷，简称ATP，ATP在生物体中的能量代谢中起着重要的作用。AMP是单磷酸腺苷，ADP是二磷酸腺苷。　生物体内的核苷酸除形成多聚核苷酸外，还有以游离的形式存在，主要有多磷酸核苷酸。最重要的多磷酸核苷酸是三磷酸腺苷，简称ATP，ATP在生物体中的能量代谢中起着重要的作用。AMP是单磷酸腺苷，ADP是二磷酸腺苷。　

核酸是由许多核苷酸单元构成，核苷酸单元是通过磷酸酯键与戊糖连接起来，形成核酸的链状结构。　核酸是由许多核苷酸单元构成，核苷酸单元是通过磷酸酯键与戊糖连接起来，形成核酸的链状结构。　

DNA结构 • 核酸具有重要的生理功能，是生物遗传的物质基础。 DNA主要存在于细胞核中，它们是遗传信息的携带者；RNA主要存在于细胞质中，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复制，将遗传信息代代传下去。　

2.3 人体中的化学反应 2.3.1 人体中化学反应的特点 • 人体中的化学反应都是在常温常压、接近中性温和条件下进行的，但化学反应的速度特别快，这是人体中化学反应的特点。　

2.3.2 催化反应 • 催化剂可以降低化学反应的活化能，能加快化学反应速度 • 催化剂的另一个特点是有选择性，一种催化剂只能催化某一种化学反应。人体内有数千种化学反应，已经发现人体中有两千多种酶，酶是生物催化剂，每一种酶能催化一种化学反应。

2.3.3 生物氧化反应 • 人体内进行生物氧化反应需要氧气，人是通过呼吸从空气中得到氧。据统计平均来说，每个人每天大约需要8×103kJ的能量来维持生命，这就需要450升氧气来氧化进食的食物。 • 生物体在长期的进化过程中发展了氧载体，所谓氧载体是指氧可以配位在蛋白质所含的过渡金属离子上，形成配位键，这种配位反应是可逆的，氧可以配位上去，也可以下来。在节肢动物和软体动物中，载氧的过渡金属离子是铜，而在人体中是铁。

血红蛋白具有输送氧气的功能，人们通过呼吸把空气吸到肺部，血红素血红蛋白具有输送氧气的功能，人们通过呼吸把空气吸到肺部，血红素含铁（II）辅基从肺气泡中把氧络合在Fe（II）上载走，然而输送给肌红蛋白分子和其他需要氧气的细胞和部位，此时氧分子从Fe（II）上下来，在与生物有机分子发生生物氧化反应。 • 血红蛋白载氧效率很高，室温下人的每升血液可含氧200cm3，血液中氧的浓度达9×103mol.L-1，相比之下，血液载氧是水的30倍。

2.3.4 酶促化学反应 • 酶是具有催化作用的蛋白质，主要由氨基酸组成。有些酶还需要有非蛋白质成分（即辅基）才具有活性，辅基为金属离子的酶称为金属酶。 • 酶的活性部位由少数几个氨基酸残基或残基上的某些基因组成，金属离子是酶催化活性所必需的，因此，酶的活性部位包括金属离子。 • 酶是生物催化剂，生物体代谢过程中的化学反应几乎都在酶的催化下进行。 • 酶的催化效率极高，酶促反应的速率可比非催化反应的速率高108－1020倍。酶具有高度专一性，即一种酶只能作用于某种特定的物质。酶促反应一般都在温和条件下进行。 • 由于酶促反应具有高效率、专一性和在温和条件下进行的特点，所以酶在生物体的新陈代谢中发挥特殊的作用。

自主学习与习题 • 列出生命必需的25种元素的生理功能及日常来源。 • 超氧化合物岐化酶（SOD）的功能及用途。 • 自学第三章——化学元素与人体健康。

谢谢！

第二章 人体中的化学