化学元素与人类健康
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• 生物配体与金属离子形成具有特定生物活 性或生理作用的配合物，称为生物金属配 合物（Biological metal complexes）
• 随着人们对生物体的金属大分子配合物的 进一步研究，从仿生学的观点上看，生物 配体和生物金属配合物的前景将更加广阔。
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14.2.2必需宏量元素的功能
• 人体内元素按其含量可分为常量元素和 微量元素。
• 常量元素：在人体内含量0.1g/Kg的元素。 • 微量元素：在人体内含量0.1g/Kg的元素。
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14.1.1 人体内元素的组成及分类
必需常（宏）量元素占人体质量的99.5%以 上, 它们是O、C、H、N、Ca、P、S、K、Na、 Cl和Mg共11种。
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微量元素铜的作用
•铜离 子及 多数 含铜 酶能 参与 或催 化体 内的 氧化 还原 反应 。
•铜参与造血过程及铁的代谢, 它影响铁吸收、运送和利用
(主要影响血红蛋白和细胞色素的合成)。
•铜和锌结构相似, 在体内都易与金属硫蛋白的-SH基结合
而进行竞争, 因而有拮抗作用。 正常人体铜含量为1.4mg·kg-1。 缺铜时, 铁的利用率降低, 红细胞成熟障碍, 以及骨质脆性增加等。但摄入过量会引 起肝脏损害, 所以食品中铜的允许量一般不超过10 mg·kg-1。
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Cu2+的重要作用：
维持血液、中枢神经系统、骨和结蹄组织的 正常生理功能。
大脑中Cu2+离子浓度为80 mol .L-1, PrP作为 Cu2+离子的感受器参与大脑中Cu2+的供给与调整。
Cu2+离子浓度过高，正常PrP易转变为异常PrP。
蛋白质聚合、沉淀，引起一系列神经退行性疾病。
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2. 必需微量元素的一些功能
人体中必需微量元素的主要功能有四方面 1．在酶系统中起特异活化中心作用：
在几千种已知酶中, 大多数含有一种或几种金属离子, 这 些金属离子一般具有空的价电子轨道,易接受反应物(通 常称为底物)中O、S、N等原子的孤对电子形成配位键。 由于金属离子对电子的吸引, 造成底物中键的极化, 使被
必需微量元素我国大多数学者认为, 表中成 人体内总含量在铁以下的元素称为微量元素，即 Fe、Zn、Cu、Mn、Se、I等。
这类元素各自含量虽微, 但对人体正常生命 活动起着非常重要的作用!
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作用尚未确定或非必需的微量元 素 As、Li、Cd、Pd、Al、Rb等元 素虽有人报道是必需元素, 但尚未被 国际卫生组织承认。
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4．参与氧化还原过程 微量元素多数为具有多种氧化态的过渡金属,
能起电子的传递和授受作用, 所以, 这些金属能 够催化或参与氧化还原反应。
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微量元素铁的作用
铁在人体内与多种蛋白质结合,发挥其生理生化功能,如:血 红蛋白起输送氧气作用;细胞色素和酶类参与体内的氧
化还原过程铁蛋白能贮藏转运调节铁的吸收平衡 人体摄入吸收铁过少时, 上述功能发生紊乱, 可服用 硫酸亚铁丸等铁剂进行治疗。
必须注意, 服用铁剂过多也会发生铁中毒
一般成年人每天需要摄入铁为1～2 mg
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微量元素锌的作用
• 锌参与DNA的合成, 到1983年为止, 发现的锌酶已超过
第 14 章 化学元素与人类健康
14.1 生命元素 14.2 一些生命元素的生理功能 14.3 污染元素
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14.1 生命元素
• 生命元素的特征：
• 1.存在于体内正常组织中； • 2.在机体各组织中有一定的浓度范围； • 3.若从机体中排除这种元素，将会引起生理或
结构变态；重新补充后，变态消除。
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微量元素钴的作用
• 钴对铁的代谢、血红蛋白的合成、红细胞的发育 成熟等有重要作用。 • 钴是维生素B12的组成元素。维生素B12及其衍生 物参与许多生化反应, 主要是DNA和血红蛋白的合 成、氨基酸的代谢等。反应时，Co（Ⅲ）、Co （Ⅱ）和Co（Ⅰ）的配合物之间可能起电子传递 作用。 •许多疾病(如恶性贫血等)的病人血钴含量减少。
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生命元素在周期表中的分布
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元素的最佳营养浓度曲线
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14.2一些生命元素的生理功能
• 14.2.1生物配体和生物金属配体
• 能与金属元素结合成配合物的生物大分子 称为生物配体（Biological ligands）
极化的键容易断裂。
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2．作为一些激素和维生素的组成部分, 参与
调节人体正常生理功能。例如, 含碘的甲状
腺素、含钴的维生素B12 等。 3．起输送元素作用
人体内氧气的输送依靠血红蛋白。血红蛋白的中心体
是Fe2+。 Fe2+ 的配位数是6, 除卟啉的四个氮原子外, 第 五个位置由蛋白质中组氨酸的一个咪唑氮原子占据, 第 六个位置可逆地与O2 配位。
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1. 必须宏量元素的功能
钾、钠、钙、镁是地壳和海洋中丰富的金属元素 ，也是生物体内的必需元素, 含量较高，属于宏量 元素，它们在体内起着相当重要的作用。 K+、Na+ 等离子的主要作用是维持体液和细胞中的 电荷平衡及合适的液体容量, 并保持肌肉的正常兴 奋性和细胞的通透性。Na+ 和K+ 还对神经信息传 递起重要作用。
•11种必需宏量元素占人体质量的99.5%以上, 而其中H、O 、C、N约占95%。它们与硫、磷一起组成水、糖、蛋白 质、脂肪和核酸等基本营养物质。
•水占人体重的65%, 存在于所有组织和器官中
•水分子有很强的极性, 介电常数大, 是良好的溶剂, 体内许 多物质都溶解或悬浮在水中
•生物体通过水从外界吸取养分并运送到机体各部 分。水是机体新陈代谢的重要介质
200种, 它们参与多种代谢过程, 包括糖类、脂类、蛋白质 及核酸的合成与降解。 • 锌在酶中主要起活性中心作用(例如羧肽酶A中的Zn2+) 和稳定蛋白质结构作用(例如胰岛素分子中的Zn2+ ）。 •锌能影响细胞分裂、生长和再生, 对婴儿、儿童、青少 年有更重要的营养价值。 •缺锌可引起生长发育停滞、智力低下、食欲减退、创口 愈合缓慢等。
• 随着人们对生物体的金属大分子配合物的 进一步研究，从仿生学的观点上看，生物 配体和生物金属配合物的前景将更加广阔。
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14.2.2必需宏量元素的功能
• 人体内元素按其含量可分为常量元素和 微量元素。
• 常量元素：在人体内含量0.1g/Kg的元素。 • 微量元素：在人体内含量0.1g/Kg的元素。
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14.1.1 人体内元素的组成及分类
必需常（宏）量元素占人体质量的99.5%以 上, 它们是O、C、H、N、Ca、P、S、K、Na、 Cl和Mg共11种。
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微量元素铜的作用
•铜离 子及 多数 含铜 酶能 参与 或催 化体 内的 氧化 还原 反应 。
•铜参与造血过程及铁的代谢, 它影响铁吸收、运送和利用
(主要影响血红蛋白和细胞色素的合成)。
•铜和锌结构相似, 在体内都易与金属硫蛋白的-SH基结合
而进行竞争, 因而有拮抗作用。 正常人体铜含量为1.4mg·kg-1。 缺铜时, 铁的利用率降低, 红细胞成熟障碍, 以及骨质脆性增加等。但摄入过量会引 起肝脏损害, 所以食品中铜的允许量一般不超过10 mg·kg-1。
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Cu2+的重要作用：
维持血液、中枢神经系统、骨和结蹄组织的 正常生理功能。
大脑中Cu2+离子浓度为80 mol .L-1, PrP作为 Cu2+离子的感受器参与大脑中Cu2+的供给与调整。
Cu2+离子浓度过高，正常PrP易转变为异常PrP。
蛋白质聚合、沉淀，引起一系列神经退行性疾病。
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2. 必需微量元素的一些功能
人体中必需微量元素的主要功能有四方面 1．在酶系统中起特异活化中心作用：
在几千种已知酶中, 大多数含有一种或几种金属离子, 这 些金属离子一般具有空的价电子轨道,易接受反应物(通 常称为底物)中O、S、N等原子的孤对电子形成配位键。 由于金属离子对电子的吸引, 造成底物中键的极化, 使被
必需微量元素我国大多数学者认为, 表中成 人体内总含量在铁以下的元素称为微量元素，即 Fe、Zn、Cu、Mn、Se、I等。
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作用尚未确定或非必需的微量元 素 As、Li、Cd、Pd、Al、Rb等元 素虽有人报道是必需元素, 但尚未被 国际卫生组织承认。
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4．参与氧化还原过程 微量元素多数为具有多种氧化态的过渡金属,
能起电子的传递和授受作用, 所以, 这些金属能 够催化或参与氧化还原反应。
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微量元素铁的作用
铁在人体内与多种蛋白质结合,发挥其生理生化功能,如:血 红蛋白起输送氧气作用;细胞色素和酶类参与体内的氧
化还原过程铁蛋白能贮藏转运调节铁的吸收平衡 人体摄入吸收铁过少时, 上述功能发生紊乱, 可服用 硫酸亚铁丸等铁剂进行治疗。
必须注意, 服用铁剂过多也会发生铁中毒
一般成年人每天需要摄入铁为1～2 mg
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微量元素锌的作用
• 锌参与DNA的合成, 到1983年为止, 发现的锌酶已超过
第 14 章 化学元素与人类健康
14.1 生命元素 14.2 一些生命元素的生理功能 14.3 污染元素
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14.1 生命元素
• 生命元素的特征：
• 1.存在于体内正常组织中； • 2.在机体各组织中有一定的浓度范围； • 3.若从机体中排除这种元素，将会引起生理或
结构变态；重新补充后，变态消除。
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微量元素钴的作用
• 钴对铁的代谢、血红蛋白的合成、红细胞的发育 成熟等有重要作用。 • 钴是维生素B12的组成元素。维生素B12及其衍生 物参与许多生化反应, 主要是DNA和血红蛋白的合 成、氨基酸的代谢等。反应时，Co（Ⅲ）、Co （Ⅱ）和Co（Ⅰ）的配合物之间可能起电子传递 作用。 •许多疾病(如恶性贫血等)的病人血钴含量减少。
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14.2一些生命元素的生理功能
• 14.2.1生物配体和生物金属配体
• 能与金属元素结合成配合物的生物大分子 称为生物配体（Biological ligands）
极化的键容易断裂。
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2．作为一些激素和维生素的组成部分, 参与
调节人体正常生理功能。例如, 含碘的甲状
腺素、含钴的维生素B12 等。 3．起输送元素作用
人体内氧气的输送依靠血红蛋白。血红蛋白的中心体
是Fe2+。 Fe2+ 的配位数是6, 除卟啉的四个氮原子外, 第 五个位置由蛋白质中组氨酸的一个咪唑氮原子占据, 第 六个位置可逆地与O2 配位。
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1. 必须宏量元素的功能
钾、钠、钙、镁是地壳和海洋中丰富的金属元素 ，也是生物体内的必需元素, 含量较高，属于宏量 元素，它们在体内起着相当重要的作用。 K+、Na+ 等离子的主要作用是维持体液和细胞中的 电荷平衡及合适的液体容量, 并保持肌肉的正常兴 奋性和细胞的通透性。Na+ 和K+ 还对神经信息传 递起重要作用。
•11种必需宏量元素占人体质量的99.5%以上, 而其中H、O 、C、N约占95%。它们与硫、磷一起组成水、糖、蛋白 质、脂肪和核酸等基本营养物质。
•水占人体重的65%, 存在于所有组织和器官中
•水分子有很强的极性, 介电常数大, 是良好的溶剂, 体内许 多物质都溶解或悬浮在水中
•生物体通过水从外界吸取养分并运送到机体各部 分。水是机体新陈代谢的重要介质
200种, 它们参与多种代谢过程, 包括糖类、脂类、蛋白质 及核酸的合成与降解。 • 锌在酶中主要起活性中心作用(例如羧肽酶A中的Zn2+) 和稳定蛋白质结构作用(例如胰岛素分子中的Zn2+ ）。 •锌能影响细胞分裂、生长和再生, 对婴儿、儿童、青少 年有更重要的营养价值。 •缺锌可引起生长发育停滞、智力低下、食欲减退、创口 愈合缓慢等。