1化学与生命.ppt

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1、1 1 化学与生命化学与生命1 1 化学与生命化学与生命1.1 1.1 化学与社会化学与社会1.1.1 1.1.1 化学的发展化学的发展1.1.2 1.1.2 化学研究的领域化学研究的领域1.1.3 1.1.3 化学在社会发展中的作用化学在社会发展中的作用1.1.4 1.1.4 人们对化学的误区人们对化学的误区1.2 1.2 化学与生命化学与生命1.2.1 1.2.1 人体中的化学元素人体中的化学元素1.2.2 1.2.2 化学反应与生命过程化学反应与生命过程1.2.3 1.2.3 化学对生命健康的影响化学对生命健康的影响1.1 1.1 化学与社会化学与社会 化学是从原子、分子、离子等层次上研

2、究物质化学是从原子、分子、离子等层次上研究物质化学是从原子、分子、离子等层次上研究物质化学是从原子、分子、离子等层次上研究物质组成、结构、性质极其变化规律的科学。组成、结构、性质极其变化规律的科学。组成、结构、性质极其变化规律的科学。组成、结构、性质极其变化规律的科学。化学作为重要的一门基础科学，在整个自然科化学作为重要的一门基础科学，在整个自然科学中的关系和地位，正如学中的关系和地位，正如Pimentel G C在在化学中化学中的机会的机会今天和明天今天和明天一书中指出的一书中指出的“化学是一化学是一门中心科学，它与社会发展各方面的需要都有密切门中心科学，它与社会发展各方面的需要都有密切关系

3、。关系。”它不仅是化学工作者的专业知识，也是广大人它不仅是化学工作者的专业知识，也是广大人民科学知识的组成部分，化学教育的普及是社会发民科学知识的组成部分，化学教育的普及是社会发展的需要，是提高公民文化素质的需要。展的需要，是提高公民文化素质的需要。1.1.1 1.1.1 化学的发展化学的发展（1 1）萌芽时期）萌芽时期 远古人类，经过千万年的摸索实践，逐渐学会了制陶、远古人类，经过千万年的摸索实践，逐渐学会了制陶、冶金、酿酒、染色等工艺。这时相关的化学知识还没有形成，冶金、酿酒、染色等工艺。这时相关的化学知识还没有形成，这个时期属于化学的萌芽时期。这个时期属于化学的萌芽时期。（2 2）炼丹术

4、和医药化学时期：）炼丹术和医药化学时期：公元前公元前15001500年到公元年到公元16501650年，炼丹术士和炼金术士们，年，炼丹术士和炼金术士们，在皇宫、教堂、家里、深山，为求得长生不老仙丹，为求得在皇宫、教堂、家里、深山，为求得长生不老仙丹，为求得荣华富贵黄金，开始了最早化学实验，记载与总结炼丹术的荣华富贵黄金，开始了最早化学实验，记载与总结炼丹术的知识。积累了许多物质间化学变化，为化学发展准备了丰富知识。积累了许多物质间化学变化，为化学发展准备了丰富素材。伴随炼丹术、炼金术的盛衰，化学方法在医药和冶金素材。伴随炼丹术、炼金术的盛衰，化学方法在医药和冶金方面得到了发展。与此同时，在欧洲

5、文艺复兴时期，一些有方面得到了发展。与此同时，在欧洲文艺复兴时期，一些有关化学的书籍开始出版。第一次有了关化学的书籍开始出版。第一次有了“化学化学”名词，英语的名词，英语的chemistry起源于起源于alchemy，即炼金术。，即炼金术。chemist还保留相关含还保留相关含义义“化学家化学家”和和“药剂师药剂师”。（3 3）燃素化学时期）燃素化学时期 从从16501650年到年到17751775年，随着冶金工业和实验室经验的积累，年，随着冶金工业和实验室经验的积累，人们不断总结感性知识。如人们认为可燃物的燃烧是因为可燃人们不断总结感性知识。如人们认为可燃物的燃烧是因为可燃物中含有燃素，燃烧

6、的过程就是可燃物中燃素释放的过程，可物中含有燃素，燃烧的过程就是可燃物中燃素释放的过程，可燃物放出燃素后成为灰烬。燃物放出燃素后成为灰烬。（4 4）近代化学时期）近代化学时期 17751775年前后，拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学年前后，拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说。这时期建立化学基本定律，提出原子学说，发现元素周期说。这时期建立化学基本定律，提出原子学说，发现元素周期律，发展有机结构理论等。属于近代化学时期。律，发展有机结构理论等。属于近代化学时期。（5 5）现代化学时期）现代化学时期 二十世纪初，量子论的发展解决了化学上许多悬而未决的二十世纪初，量子论的发展解决了化学上

7、许多悬而未决的问题；同时，化学又向生物学和地质学等其他学科渗透，使蛋问题；同时，化学又向生物学和地质学等其他学科渗透，使蛋白质、酶的结构问题得到逐步的解决。白质、酶的结构问题得到逐步的解决。1.1.2 1.1.2 化学研究的领域化学研究的领域（1 1）分析化学）分析化学 分析化学是研究获取物质化学组成和结构信息的分析方法分析化学是研究获取物质化学组成和结构信息的分析方法及相关理论的科学，它的主要任务是鉴定物质的化学组成）、及相关理论的科学，它的主要任务是鉴定物质的化学组成）、测定物质有关组分含量、确定物质结构（化学结构、晶体结构、测定物质有关组分含量、确定物质结构（化学结构、晶体结构、空间分布

8、）和存在形态（价态、配位态、结晶态）及其与物质空间分布）和存在形态（价态、配位态、结晶态）及其与物质性质之间的关系等。方法分化学分析法和仪器分析法。性质之间的关系等。方法分化学分析法和仪器分析法。（2 2）无机化学）无机化学 无机化学是研究无机物质的组成、性质、结构和反应的科无机化学是研究无机物质的组成、性质、结构和反应的科学。无机化学是以学。无机化学是以1919世纪世纪6060年代元素周期律的发现为标志。年代元素周期律的发现为标志。2020世纪世纪4040年代末，由于原子能工业和半导体材料工业的兴起，无年代末，由于原子能工业和半导体材料工业的兴起，无机化学又取得了新的发展。从机化学又取得了新

9、的发展。从2020世纪世纪7070年代以来，随着宇航、年代以来，随着宇航、能源、催化及生化等研究领域的出现和发展，无机化学在实践、能源、催化及生化等研究领域的出现和发展，无机化学在实践、理论方面都取得新突破。无机化学的发展趋向主要是新型化合理论方面都取得新突破。无机化学的发展趋向主要是新型化合物的合成和应用，以及新研究物的合成和应用，以及新研究领域领域的开辟和建立。的开辟和建立。（3 3）有机化学）有机化学 形成于形成于1919世纪下半叶，如世纪下半叶，如18611861年年Kekul F A提出碳的四价提出碳的四价概念和概念和18741874年年Vant Hoff和和Lebel 的四面体学说

10、。有机化学以的四面体学说。有机化学以碳氢化合物及其衍生物为研究对象。有机化学形成了许多分碳氢化合物及其衍生物为研究对象。有机化学形成了许多分支边缘学科。比如生物有机化学、物理有机化学、量子有机支边缘学科。比如生物有机化学、物理有机化学、量子有机化学、海洋有机化学等。化学、海洋有机化学等。（4 4）物理化学）物理化学 研究化学反应方向和限度（化学热力学）、化学反应速研究化学反应方向和限度（化学热力学）、化学反应速率和机理（化学动力学）以及物质微观结构与宏观性质间的率和机理（化学动力学）以及物质微观结构与宏观性质间的关系（结构化学）等问题学科，是化学学科的理论核心。研关系（结构化学）等问题学科，是

11、化学学科的理论核心。研究内容大致为三个方面。化学体系的宏观平衡性质：化学热究内容大致为三个方面。化学体系的宏观平衡性质：化学热力学、溶液、胶体和表面化学。化学体系的微观结构和性质：力学、溶液、胶体和表面化学。化学体系的微观结构和性质：结构化学和量子化学。化学体系的动态性质：化学动力学、结构化学和量子化学。化学体系的动态性质：化学动力学、催化、光化学和电化学。催化、光化学和电化学。1.1.2 1.1.2 化学研究的领域化学研究的领域1.1.3 1.1.3 化学在社会发展中的作用化学在社会发展中的作用（1 1）日常生活离不开化学）日常生活离不开化学 色泽鲜艳的色泽鲜艳的衣料衣料需要经过化学处理和印

12、染，丰富多彩的需要经过化学处理和印染，丰富多彩的合成纤维更是化学的贡献。要装满粮袋子，丰富菜篮子，关合成纤维更是化学的贡献。要装满粮袋子，丰富菜篮子，关键之一都是发展键之一都是发展化肥和农药化肥和农药的生产。加工制造色、香、味俱的生产。加工制造色、香、味俱佳的佳的食品食品，离不开各种食品添加剂，离不开各种食品添加剂(甜味剂、防腐剂、香料、甜味剂、防腐剂、香料、调味剂和色素等调味剂和色素等)，它们大多是用化学合成方法或用化学分，它们大多是用化学合成方法或用化学分离方法，从天然产物中提取出来的。现代建筑所用的水泥、离方法，从天然产物中提取出来的。现代建筑所用的水泥、石灰、油漆、玻璃和塑料等材料都是

13、石灰、油漆、玻璃和塑料等材料都是化工化工产品。用以代步的产品。用以代步的各种现代各种现代交通交通工具，不仅需要汽油、柴油作动力，还需要各工具，不仅需要汽油、柴油作动力，还需要各种汽油添加剂、防冻剂，以及机械部分的润滑剂，这些无一种汽油添加剂、防冻剂，以及机械部分的润滑剂，这些无一不是石油化工产品。此外，不是石油化工产品。此外，药品、洗涤剂、美容品和化妆品药品、洗涤剂、美容品和化妆品等等日常用品也都是化学制剂。日常用品也都是化学制剂。（2 2）国民经济发展离不开化学）国民经济发展离不开化学 农业的增产，很大程度上依赖于化学科学的成就。比农业的增产，很大程度上依赖于化学科学的成就。比如化肥、农药、

14、植物生长激素和除草剂等化学产品，不仅可如化肥、农药、植物生长激素和除草剂等化学产品，不仅可以提高产量，而且也改进了耕作方法。高效、低污染的新农以提高产量，而且也改进了耕作方法。高效、低污染的新农药的研制，长效、复合化肥的生产，农、副业产品的综合利药的研制，长效、复合化肥的生产，农、副业产品的综合利用和合理贮运，也都需要应用化学知识。工业现代化和国防用和合理贮运，也都需要应用化学知识。工业现代化和国防现代化方面也急需研制各种性能迥异的金属材料、非金属材现代化方面也急需研制各种性能迥异的金属材料、非金属材料和高分子材料。在煤、石油和天然气的开发、炼制和综合料和高分子材料。在煤、石油和天然气的开发、

15、炼制和综合利用中也包含着极为丰富的化学知识，并已形成煤化学、石利用中也包含着极为丰富的化学知识，并已形成煤化学、石油化学等专门领域。导弹的生产、人造卫星的发射，需要很油化学等专门领域。导弹的生产、人造卫星的发射，需要很多种具有特殊性能的化学产品，如高能燃料、高能电池、高多种具有特殊性能的化学产品，如高能燃料、高能电池、高敏胶片及耐高温、耐辐射的材料等。所以，化学在国民经济敏胶片及耐高温、耐辐射的材料等。所以，化学在国民经济方面占有重要作用。方面占有重要作用。1.1.3 1.1.3 化学在社会发展中的作用化学在社会发展中的作用（3 3）科学技术发展也离不开化学）科学技术发展也离不开化学 随着科学

16、技术和生产水平的提高，化学与其他科学随着科学技术和生产水平的提高，化学与其他科学不断相互渗透，相互交叉，大大促进了基础科学和应用不断相互渗透，相互交叉，大大促进了基础科学和应用科学的发展和交叉学科的形成。如科学的发展和交叉学科的形成。如环境保护、能源开发环境保护、能源开发环境保护、能源开发环境保护、能源开发与利用、功能材料研制、生命过程奥秘探索与利用、功能材料研制、生命过程奥秘探索与利用、功能材料研制、生命过程奥秘探索与利用、功能材料研制、生命过程奥秘探索。在能源开。在能源开发和利用方面，化学工作者为人类使用煤和石油曾做出发和利用方面，化学工作者为人类使用煤和石油曾做出了重大贡献，现在又在为开

17、发新能源积极努力。利用太了重大贡献，现在又在为开发新能源积极努力。利用太阳能和氢能源的研究工作都是化学科学研究的前沿课题。阳能和氢能源的研究工作都是化学科学研究的前沿课题。材料科学是以化学、物理和生物学等为基础的边缘科学，材料科学是以化学、物理和生物学等为基础的边缘科学，它主要是研究和开发具有电、磁、光和催化等各种性能它主要是研究和开发具有电、磁、光和催化等各种性能的新材料，如高温超导体、非线性光学材料和功能性高的新材料，如高温超导体、非线性光学材料和功能性高分子合成材料等。生命过程充满化学反应，当今化学家分子合成材料等。生命过程充满化学反应，当今化学家和生物学家正在通力合作，探索生命现象的奥

18、秘，从原和生物学家正在通力合作，探索生命现象的奥秘，从原子、分子水平上对生命过程做出化学的说明。子、分子水平上对生命过程做出化学的说明。1.1.3 1.1.3 化学在社会发展中的作用化学在社会发展中的作用1.1.4 1.1.4 人们对化学的误区人们对化学的误区（1）化学知识使用不当给人类健康带来危害化学知识使用不当给人类健康带来危害 化学与社会生活实际上有着广泛而紧密的联系，化学化学与社会生活实际上有着广泛而紧密的联系，化学离不开生活，生活中也处处体现化学知识。虽然化学使我离不开生活，生活中也处处体现化学知识。虽然化学使我们的世界变得更加绚丽多彩，但如果化学使用不当，也会们的世界变得更加绚丽多

19、彩，但如果化学使用不当，也会给人的身体健康带来危害。比如皮肤碰伤后，搽点碘酒或给人的身体健康带来危害。比如皮肤碰伤后，搽点碘酒或红药水，都能起杀菌的作用。但是如果将这两种药水同时红药水，都能起杀菌的作用。但是如果将这两种药水同时使用，以为效果会更好，却不知这样做恰恰适得其反。这使用，以为效果会更好，却不知这样做恰恰适得其反。这是因为碘酒中的碘如果和红药水中的汞相遇会发生化学反是因为碘酒中的碘如果和红药水中的汞相遇会发生化学反应，生成刺激性很强毒性很大的应，生成刺激性很强毒性很大的“碘化汞碘化汞”。所以，化学。所以，化学知识一定要与社会实践相结合，从而避开生活中的化学误知识一定要与社会实践相结合

20、，从而避开生活中的化学误区，避免化学知识使用不当给人类健康带来危害。区，避免化学知识使用不当给人类健康带来危害。（2 2）环境污染与化学）环境污染与化学 衣、食、住、行等离不开化学，人人都需要化学品。但衣、食、住、行等离不开化学，人人都需要化学品。但化学品有毒、有味、污染环境事件也在人们心理产生阴影。化学品有毒、有味、污染环境事件也在人们心理产生阴影。不可否认化学工业生产与排放的化学品，确实给生态环境和不可否认化学工业生产与排放的化学品，确实给生态环境和人类带来严重影响。人类带来严重影响。如如19831983年印度年印度Seveso农药厂异氰酸甲酯的泄漏事故造成农药厂异氰酸甲酯的泄漏事故造成的

21、震惊全球的大惨剧。还有生产过程中长期积累性废物排放，的震惊全球的大惨剧。还有生产过程中长期积累性废物排放，以及有毒有害的化工产品在环境中残留和对环境的破坏。以及有毒有害的化工产品在环境中残留和对环境的破坏。广义地说，任何物质都是有毒的。但毒性是与物质广义地说，任何物质都是有毒的。但毒性是与物质“量量”有关的。人们对于高毒物质倍加谨慎小心，但对于低毒物有关的。人们对于高毒物质倍加谨慎小心，但对于低毒物质对人类的伤害却常常掉以轻心，以致造成严重后果。质对人类的伤害却常常掉以轻心，以致造成严重后果。当前当前,我们已无法离开化学化工产品。不仅要开创美好生我们已无法离开化学化工产品。不仅要开创美好生活而

22、发展化学工业，而且更要不能让它的生产过程和它的产活而发展化学工业，而且更要不能让它的生产过程和它的产品破坏我们的环境。品破坏我们的环境。1.1.4 1.1.4 人们对化学的误区人们对化学的误区1.2 1.2 化学与生命化学与生命 1919世纪下半叶，恩格斯首次科学地定义了生命，世纪下半叶，恩格斯首次科学地定义了生命，即即“生命是蛋白体的存在方式生命是蛋白体的存在方式”。这个存在方式的基。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地新陈代谢，本因素在于和它周围的外部自然界的不断地新陈代谢，而且这种新陈代谢一旦停止，生命就随之停止，结果而且这种新陈代谢一旦停止，生命就随之停止，结果便是蛋

23、白质的分解。恩格斯的生命定义，在一定程度便是蛋白质的分解。恩格斯的生命定义，在一定程度上揭示了生命的物质基础，即具有新陈代谢功能的蛋上揭示了生命的物质基础，即具有新陈代谢功能的蛋白体。所有这些都离不开化学元素的参与。地球上存白体。所有这些都离不开化学元素的参与。地球上存在的在的9292种天然元素中有种天然元素中有2828种元素在生物体内被发现。种元素在生物体内被发现。在这个物质世界中，最复杂、最完美和最奥妙的莫过在这个物质世界中，最复杂、最完美和最奥妙的莫过于生命现象。化学与生命科学之间有着极其密切的关于生命现象。化学与生命科学之间有着极其密切的关系。生命过程本身就是无数化学变化的综合表现。系

24、。生命过程本身就是无数化学变化的综合表现。1.2.1 1.2.1 人体中的化学元素人体中的化学元素 生命进程，从无机小分子物质生成有机小生命进程，从无机小分子物质生成有机小生命进程，从无机小分子物质生成有机小生命进程，从无机小分子物质生成有机小分子物质，从有机小分子物质形成有机高分子分子物质，从有机小分子物质形成有机高分子分子物质，从有机小分子物质形成有机高分子分子物质，从有机小分子物质形成有机高分子物质，从有机高分子物质组成多分子体系，从物质，从有机高分子物质组成多分子体系，从物质，从有机高分子物质组成多分子体系，从物质，从有机高分子物质组成多分子体系，从多分子体系演变为原始生命。多分子体系

25、演变为原始生命。多分子体系演变为原始生命。多分子体系演变为原始生命。目前有目前有目前有目前有2828种元素（氢、硼、碳、氮、氧、种元素（氢、硼、碳、氮、氧、种元素（氢、硼、碳、氮、氧、种元素（氢、硼、碳、氮、氧、氟、钠、镁、硅、磷、硫、氯、钾、钙、钒、氟、钠、镁、硅、磷、硫、氯、钾、钙、钒、氟、钠、镁、硅、磷、硫、氯、钾、钙、钒、氟、钠、镁、硅、磷、硫、氯、钾、钙、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、砷、硒、溴、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、砷、硒、溴、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、砷、硒、溴、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、砷、硒、溴、钼、锡和碘）在生物体内被发现。钼、锡和碘）在生物体内被发现。钼、锡和

26、碘）在生物体内被发现。钼、锡和碘）在生物体内被发现。这些元素由于在人体中维持着正常的生物这些元素由于在人体中维持着正常的生物这些元素由于在人体中维持着正常的生物这些元素由于在人体中维持着正常的生物功能，称为功能，称为功能，称为功能，称为生物元素生物元素生物元素生物元素。（1）元素的迁移与转化元素的迁移与转化 元素迁移与转化元素迁移与转化 指元素及其化合物在环境中所发生的空间移动及存在形指元素及其化合物在环境中所发生的空间移动及存在形式与状态的变化，即元素及其化合物在环境空间位置的移动、式与状态的变化，即元素及其化合物在环境空间位置的移动、转化以及因移动和转化所引起的富集、分散等转化以及因移动和

27、转化所引起的富集、分散等.迁移方式：迁移方式：机械迁移作用。水迁移、空气及重力机械迁移等。机械迁移作用。水迁移、空气及重力机械迁移等。物理物理化学迁移作用。元素以简单离子、络合离子或化学迁移作用。元素以简单离子、络合离子或可溶性分子等无机物形式在环境中通过一系列物理化学作用可溶性分子等无机物形式在环境中通过一系列物理化学作用所实现的迁移。有机化合物可通过化学分解、光化学分解和所实现的迁移。有机化合物可通过化学分解、光化学分解和生物分解等作用所实现的迁移。生物分解等作用所实现的迁移。生物迁移作用。通过生物体的吸收、代谢、生长发育、生物迁移作用。通过生物体的吸收、代谢、生长发育、死亡、分解等过程所

28、实现的元素迁移。生物的种属不同，元死亡、分解等过程所实现的元素迁移。生物的种属不同，元素的生物迁移能力也不同。素的生物迁移能力也不同。生物元素富集生物元素富集:生物体内金属元素最重要的迁移转化方式。生物在生物体内金属元素最重要的迁移转化方式。生物在其生命活动中有选择地吸收、富集某些化学元素，死亡其生命活动中有选择地吸收、富集某些化学元素，死亡后通过矿化作用又将这些元素释放到自然环境中。后通过矿化作用又将这些元素释放到自然环境中。目前目前H、Li、Be、B、C、N、O、Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Se、Sr、Mo、Ag

29、、I、Au、Pb、Ra、U等元素均可被生物富集。等元素均可被生物富集。例：对松花江附近居民调查发现，经常吃河鱼的渔例：对松花江附近居民调查发现，经常吃河鱼的渔民身体里积累了很多汞，甚至还出现了明显汞中毒症状。民身体里积累了很多汞，甚至还出现了明显汞中毒症状。而同一条江水而很少吃河鱼的人，体内积累的汞却不多，而同一条江水而很少吃河鱼的人，体内积累的汞却不多，而且也极少出现汞中毒症状。这主要是由于河鱼对汞的而且也极少出现汞中毒症状。这主要是由于河鱼对汞的富集作用所致。富集作用所致。（1）元素的迁移与转化元素的迁移与转化（2）化学元素的相互作用化学元素的相互作用1 1）协同作用）协同作用 协同作用是

30、指元素间联合作用的结果大于每个元素协同作用是指元素间联合作用的结果大于每个元素单独作用的总和。单独作用的总和。例如，在人体中维生素例如，在人体中维生素D D能协同钙的吸收，促进肠能协同钙的吸收，促进肠胃内钙、磷的吸收，维持血液中钙和磷的平衡，并促进胃内钙、磷的吸收，维持血液中钙和磷的平衡，并促进钙在骨组织中沉积；钙和磷互相协同，对钙的吸收率影钙在骨组织中沉积；钙和磷互相协同，对钙的吸收率影响较大的是磷的配比量，当钙和磷的比例在响较大的是磷的配比量，当钙和磷的比例在1:11:2时时钙的吸收率最高。钙的吸收率最高。同样，一些有毒有害元素的相互联合作用的毒性也同样，一些有毒有害元素的相互联合作用的毒

31、性也会大于其中各个毒物成分单独作用的总和。即其中某一会大于其中各个毒物成分单独作用的总和。即其中某一毒物成分能促进机体对其他毒物成分的吸收或使其降解毒物成分能促进机体对其他毒物成分的吸收或使其降解受阻，排泄迟缓，蓄积增多或产生高毒物代谢等，使混受阻，排泄迟缓，蓄积增多或产生高毒物代谢等，使混合物的毒性增加。合物的毒性增加。（2）化学元素的相互作用化学元素的相互作用2 2）拮抗作用）拮抗作用 拮抗作用是指生物体中一种元素对另一种元素的正常拮抗作用是指生物体中一种元素对另一种元素的正常生理功能产生抑制或抵消作用。例如，单吃橙子有酸味，但生理功能产生抑制或抵消作用。例如，单吃橙子有酸味，但如果与草莓

32、同吃，则其酸味消失而有甜感。如果与草莓同吃，则其酸味消失而有甜感。实际上，许多元素之间存在着拮抗作用，如铜与钼，硒实际上，许多元素之间存在着拮抗作用，如铜与钼，硒与汞，铜与锌，铊与硒，铜与镉，锌与镉，铁与镉等。例如与汞，铜与锌，铊与硒，铜与镉，锌与镉，铁与镉等。例如镁是钙的拮抗剂，镁离子活化反应有时会受到钙离子的抑制；镁是钙的拮抗剂，镁离子活化反应有时会受到钙离子的抑制；镁还是一些致癌物质的拮抗剂，能加速体内硝酸盐，亚硝酸镁还是一些致癌物质的拮抗剂，能加速体内硝酸盐，亚硝酸盐的代谢，减少它们作为强致癌物亚硝酸胺的前体的潜在危盐的代谢，减少它们作为强致癌物亚硝酸胺的前体的潜在危害。害。近年还发现

33、硒对多环芳烃和偶氮化合物等有机致癌物也近年还发现硒对多环芳烃和偶氮化合物等有机致癌物也有抑制作用，因此硒的生物无机化学日益成为一个活跃的研有抑制作用，因此硒的生物无机化学日益成为一个活跃的研究领域。究领域。（2）化学元素的相互作用化学元素的相互作用3 3）配合作用）配合作用 人体的必需微量元素大多属于过渡金属元素人体的必需微量元素大多属于过渡金属元素,它们结构它们结构相近，性质相似，易形成配合物。相近，性质相似，易形成配合物。生物配体主要有水分子等小分子和肽、氨基酸、蛋白质、生物配体主要有水分子等小分子和肽、氨基酸、蛋白质、糖、维生素、生物碱等生物大分子。有毒金属进入人体后糖、维生素、生物碱等

34、生物大分子。有毒金属进入人体后,与蛋白质、核酸等生物大分子的配位基团结合与蛋白质、核酸等生物大分子的配位基团结合,形成配合物。形成配合物。解毒剂必须是一种更强的配位剂解毒剂必须是一种更强的配位剂,才能把有毒金属从生才能把有毒金属从生物大分子的成键部位替换出来。因此物大分子的成键部位替换出来。因此,有效的解毒剂必需能有效的解毒剂必需能与有毒金属形成稳定的配合物与有毒金属形成稳定的配合物,即配合物具有足够高的稳定即配合物具有足够高的稳定常数。常数。1.2.2 1.2.2 化学反应与生命过程化学反应与生命过程 2020世纪以来，研究生命的有关科学相继进入分世纪以来，研究生命的有关科学相继进入分世纪以

35、来，研究生命的有关科学相继进入分世纪以来，研究生命的有关科学相继进入分子水平。现代科学证明，在活的细胞中除去水分后，子水平。现代科学证明，在活的细胞中除去水分后，子水平。现代科学证明，在活的细胞中除去水分后，子水平。现代科学证明，在活的细胞中除去水分后，约有约有约有约有90%90%是蛋白质、核酸、糖、脂四类大分子，其是蛋白质、核酸、糖、脂四类大分子，其是蛋白质、核酸、糖、脂四类大分子，其是蛋白质、核酸、糖、脂四类大分子，其中又以蛋白质和核酸最为重要。中又以蛋白质和核酸最为重要。中又以蛋白质和核酸最为重要。中又以蛋白质和核酸最为重要。生物体蛋白质由生物体蛋白质由生物体蛋白质由生物体蛋白质由202

36、0种氨基酸组成。对核酸代谢种氨基酸组成。对核酸代谢种氨基酸组成。对核酸代谢种氨基酸组成。对核酸代谢的催化、新陈代谢的调节控制，以及高等动物的记的催化、新陈代谢的调节控制，以及高等动物的记的催化、新陈代谢的调节控制，以及高等动物的记的催化、新陈代谢的调节控制，以及高等动物的记忆、识别机能等起重要作用。核酸是由碱基、戊糖、忆、识别机能等起重要作用。核酸是由碱基、戊糖、忆、识别机能等起重要作用。核酸是由碱基、戊糖、忆、识别机能等起重要作用。核酸是由碱基、戊糖、磷酸组成。根据核酸中所含戊糖不同，可将核酸分磷酸组成。根据核酸中所含戊糖不同，可将核酸分磷酸组成。根据核酸中所含戊糖不同，可将核酸分磷酸组成。

37、根据核酸中所含戊糖不同，可将核酸分成核糖核酸成核糖核酸成核糖核酸成核糖核酸(RNARNA)和脱氧核糖核酸和脱氧核糖核酸和脱氧核糖核酸和脱氧核糖核酸(DNADNA)。核酸控制。核酸控制。核酸控制。核酸控制蛋白质的合成，决定蛋白质的性质。蛋白质的合成，决定蛋白质的性质。蛋白质的合成，决定蛋白质的性质。蛋白质的合成，决定蛋白质的性质。可以说，蛋白质和核酸两者互相依赖、互相作可以说，蛋白质和核酸两者互相依赖、互相作可以说，蛋白质和核酸两者互相依赖、互相作可以说，蛋白质和核酸两者互相依赖、互相作用，使生命体成为一个统一体。用，使生命体成为一个统一体。用，使生命体成为一个统一体。用，使生命体成为一个统一体

38、。（1 1）人体中的化学反应）人体中的化学反应1)1)1)1)氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应 人体内进行生物氧化需要人通过呼吸从空气中得到氧。人体内进行生物氧化需要人通过呼吸从空气中得到氧。平均每人每天大约需要平均每人每天大约需要8103kJ的能量来维持生命，这就需的能量来维持生命，这就需要要450L氧气来氧化进食的食物。生物体在进化过程中发展氧气来氧化进食的食物。生物体在进化过程中发展氧载体。人体血红蛋白的活性部分是血红素含铁辅基氧载体。人体血红蛋白的活性部分是血红素含铁辅基,铁铁()()在辅基中央在辅基中央,它可以与其他它可以与其他6 6个配位原子相结合，其中个配位原子相

39、结合，其中4 4个配位氮原子在血红素平面上。血红蛋白具有输送氧气的功个配位氮原子在血红素平面上。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能，人们通过呼吸把空气吸到肺部,血红素含血红素含Fe()Fe()辅基从辅基从肺气泡中把氧络合在肺气泡中把氧络合在Fe()Fe()上载走，然而输送给肌红蛋白分上载走，然而输送给肌红蛋白分子和其他需要氧气的细胞和部位。氧分子又从子和其他需要氧气的细胞和部位。氧分子又从Fe()Fe()上解离上解离出来与生物有机分子发生生物氧化反应。血红蛋白载氧效率出来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很高,室温下人体每室温下人体每1L1L血液可含氧血

40、液可含氧200cm3,血液中氧的浓度达血液中氧的浓度达9 910-3molL-1-1，相比之下血液载氧是水的，相比之下血液载氧是水的3030倍。倍。2 2）催化反应与酶催化）催化反应与酶催化 人体中的化学反应大多都是在催化作用下完成的。人体中的化学反应大多都是在催化作用下完成的。催化剂特点：催化剂特点：（1 1）能改变化学反应的速率）能改变化学反应的速率,而不影响化学反应平而不影响化学反应平衡。衡。（2 2）有选择性）有选择性,一种催化剂只能催化某一种化学反一种催化剂只能催化某一种化学反应。酶就是一种特殊类型的催化剂，能促使反应加速进应。酶就是一种特殊类型的催化剂，能促使反应加速进行。如果一个

41、酶促反应行。如果一个酶促反应5 5秒钟就可以完成，在无酶情况秒钟就可以完成，在无酶情况下则需要下则需要15001500年，通过酶的这种巨大效应才使得生命过年，通过酶的这种巨大效应才使得生命过程正常进行。程正常进行。人体内有数千种化学反应人体内有数千种化学反应,科学家已经发现人体中科学家已经发现人体中有有20002000多种酶多种酶,每一种酶只能催化一种化学反应。酶是每一种酶只能催化一种化学反应。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。的催化下进行。（1 1）人体中的化学反应）人体中的化学反应 3)3)配位反应配位反应 微

42、量元素作为配合物的中心原子，对生理代谢和生命过微量元素作为配合物的中心原子，对生理代谢和生命过程起到调控作用。同时又具有化学反应特点。生物体系的化程起到调控作用。同时又具有化学反应特点。生物体系的化学反应因发生与生物体内而有其特殊性学反应因发生与生物体内而有其特殊性,使生物体内系成为使生物体内系成为活的体系。生物大分子的折叠卷曲使几个线性距离较远的特活的体系。生物大分子的折叠卷曲使几个线性距离较远的特定的配位基团靠拢，与中心离子形成配合物，其构型是扭曲定的配位基团靠拢，与中心离子形成配合物，其构型是扭曲的，有的，有“张力张力”的，而且这样的配合物具有小分子配体所没的，而且这样的配合物具有小分子

43、配体所没有的性质。有的性质。例如，铜蓝蛋白具有电子传递功能。此外，由于大分子例如，铜蓝蛋白具有电子传递功能。此外，由于大分子的柔性使某些特征（如亲水性）的侧链位于分子的外表面，的柔性使某些特征（如亲水性）的侧链位于分子的外表面，形成适应外环境的分子外壳，使得大分子配体与微量金属离形成适应外环境的分子外壳，使得大分子配体与微量金属离子形成的配合物与另一螯合剂的作用比两种小分子配体间竞子形成的配合物与另一螯合剂的作用比两种小分子配体间竞争金属离子的情况要复杂的多。争金属离子的情况要复杂的多。（1 1）人体中的化学反应）人体中的化学反应 4)4)表面化学反应表面化学反应 比如各种软组织和硬组织的表面

44、，细胞表面以及外源性比如各种软组织和硬组织的表面，细胞表面以及外源性的活性表面（如吸入的粉尘）和惰性表面（如植入的金属）的活性表面（如吸入的粉尘）和惰性表面（如植入的金属）上，都可能和与其接触的体内物质发生特殊反应。上，都可能和与其接触的体内物质发生特殊反应。例如，矿化是在生物体内常见的重要表面过程。另外，例如，矿化是在生物体内常见的重要表面过程。另外，细胞膜（壁）表面配合物的形成也是一种特殊的生物表面细胞膜（壁）表面配合物的形成也是一种特殊的生物表面反应，这种反应往往有很高的特异性。例如，铂嘧啶蓝可反应，这种反应往往有很高的特异性。例如，铂嘧啶蓝可与癌细胞表面上某种物质发生特异性结合。柠檬酸

45、铝对细与癌细胞表面上某种物质发生特异性结合。柠檬酸铝对细胞膜有保护作用，能使细胞不易受损伤，这种作用可以用胞膜有保护作用，能使细胞不易受损伤，这种作用可以用于矽肺的防治，其机制可能是铝与细胞内磷脂部分结合。于矽肺的防治，其机制可能是铝与细胞内磷脂部分结合。（1 1）人体中的化学反应）人体中的化学反应 5)5)电化学反应电化学反应 细胞膜特点是内外表面不对称，膜脂分子有亲细胞膜特点是内外表面不对称，膜脂分子有亲水和亲油结构，细胞膜内表面吸附阴离子（磷酸根）水和亲油结构，细胞膜内表面吸附阴离子（磷酸根）多，外表面吸附阳离子（钠）多，因此产生多，外表面吸附阳离子（钠）多，因此产生80mV的膜电位。膜

46、电位可通过两种方式变化，分别引起的膜电位。膜电位可通过两种方式变化，分别引起梯度电位和动作电位。梯度电位是指静止电位的波梯度电位和动作电位。梯度电位是指静止电位的波动，有兴奋性和抑制性两种情况，兴奋性使动，有兴奋性和抑制性两种情况，兴奋性使Na+的的膜渗透性增加，进入细胞内液，降低了膜内、外的膜渗透性增加，进入细胞内液，降低了膜内、外的离子浓度差别，使膜去极化；而抑制性使离子浓度差别，使膜去极化；而抑制性使Cl-进入细进入细胞内，膜电位增加，可抵消或减弱兴奋状态；动作胞内，膜电位增加，可抵消或减弱兴奋状态；动作电位是指电位的突然和重大波动，此时由于电位是指电位的突然和重大波动，此时由于Na+突

47、突然渗入膜内而使极性倒转，继而然渗入膜内而使极性倒转，继而K+渗出膜外恢复静渗出膜外恢复静止电位，呈电脉冲，这个过程历时止电位，呈电脉冲，这个过程历时5ms，动作电位，动作电位是扩散的，并且在扩散过程中强度，速率不变。是扩散的，并且在扩散过程中强度，速率不变。（1 1）人体中的化学反应）人体中的化学反应（2 2）化学反应与生命过程）化学反应与生命过程 人人体体所所发发生生的的化化学学变变化化必必须须相相互互协协调调才才能能维维持持生生命命活活动动。这这种种协协调调作作用用必必须须依依靠靠神神经经系系统统，尤尤其其是是大大脑脑皮皮质质。大大脑脑皮皮质质通通过过神神经经和和激激素素来来影影响响器器

48、官官的的活活动动，而而器器官官的的活活动动基基础础是是物物质质和和能能量量的的改改变变，也也就就是是化化学学变变化化。所所以以，大大脑脑皮皮质质对对器器官官的的调调节节实实际际上上就就是是调调节节其其化化学学变变化化。生生命命的的演变离不开化学变化。演变离不开化学变化。人人体体中中的的化化学学反反应应广广泛泛参参与与各各种种生生命命过过程程，如如在在人人体体内内的的物物质质输输送送、信信息息传传递递、生生物物催催化化和和能能量量转转换换等等方方面面都都起着十分重要的作用。起着十分重要的作用。实实际际上上生生命命过过程程本本身身就就是是一一个个化化学学反反应应过过程程。没没有有化化学学变变化化就

49、就不不会会有有生生命命，更更不不会会有有人人类类，人人类类的的生生存存和和繁繁衍衍更更靠靠化化学学反反应应来来维维持持,一一旦旦通通过过化化学学反反应应的的平平衡衡状状态态被被扰扰乱，人体的健康也就受到影响。乱，人体的健康也就受到影响。1.2.3 1.2.3 化学对生命健康的影响化学对生命健康的影响 从从从从20202020世纪初开始，对糖、血红素、叶绿素、维生素等的化学结构世纪初开始，对糖、血红素、叶绿素、维生素等的化学结构世纪初开始，对糖、血红素、叶绿素、维生素等的化学结构世纪初开始，对糖、血红素、叶绿素、维生素等的化学结构与合成研究多次获得诺贝尔化学奖。与合成研究多次获得诺贝尔化学奖。与

50、合成研究多次获得诺贝尔化学奖。与合成研究多次获得诺贝尔化学奖。1)19551)19551)19551)1955年维尼奥因合成多肽激素催产素和加压素。年维尼奥因合成多肽激素催产素和加压素。年维尼奥因合成多肽激素催产素和加压素。年维尼奥因合成多肽激素催产素和加压素。2)19582)19582)19582)1958年桑格因对蛋白质特别是牛胰岛素分子结构测定。年桑格因对蛋白质特别是牛胰岛素分子结构测定。年桑格因对蛋白质特别是牛胰岛素分子结构测定。年桑格因对蛋白质特别是牛胰岛素分子结构测定。3)19603)19603)19603)1960年肯德鲁和佩鲁兹利用年肯德鲁和佩鲁兹利用年肯德鲁和佩鲁兹利用年肯德