第一讲人体中的化学

超分子化学与材料科学的联系
现在的材料科学和化学都充分认识到高纳米结构是高级功能材料 的灵魂，纳米材料的研究如火如荼，化学研究揭示这种高级结构如何 形成，怎样调控才能制备高级功能材料。化学、材料科学在超分子层 次上相互交叉；
超分子化学与环境科学的联系
以前，还不认识在环境科学中有序高级结构化学研究的重要性，
2wk.baidu.com非必需元素
分子到分子聚集体；生物学家从上往下，由整体生物到细胞，副分子聚集体；两
方面，从不同方向走到同一层次上来，化学和生命科学正通过对超分子的研究而 相互融合。
超分子化学与物理学的联系
物理学中，三维材料的不断分割到纳米尺寸的微粒，产生了量子限域效应和 介电限域效应，从而发展了一系列新概念，产生了宏观与微观之间的介现物理， 介现物理研究的对象是分子聚集体，在这一层次上，化学与物理学相互融合。
分子化学：以共价键为基础，以分子为研究对象
超分子化学：以多种弱相互作用为基础，以超分子－分子组装体为 研究对象。 所谓超分子化学是研究两种或两种以上的化学物种通过分子间的弱 相互作用所形成的复杂有序且具有特定功能体系的化学。
分子化学和超分子化学的对应关系
项 目 分 子 化 学 原子或原子团、合 成子
Ca、K、Na、Mg和Cl等5种元素在生物体内虽然较少，但也是必需的。属于微量
元素范围的有锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co) 、铜(Cu)、锌(Zn)、硒(Se)、碘(I)、 铬(Cr)、硅(Si)、钒(V)、氟(F)、钼(Mo)、锡(Sn)、镍(Ni)等14种（虽然硅的 含量超出这个范围，但WH0仍将其划为微量元素)。
一、生命进化的化学过程 地球的存在已有46亿年。30亿年前出现了原 始生命形态物质 ——单细胞生物 。大约在300万年 前地球上出现了原始人类。地球是由无生命阶段慢 慢演化为有生命阶段的。
科学研究证明，生命的化学进化过程包括四个阶段：
(1)从无机小分子物质生成有机小分子物质； (2)从有机小分子物质形成有机高分子物质； (3)从有机高分子物质组成多分子体系； (4)从多分子体系演变为原始生命。
支撑 材料： 1、生命力论的破产和有机合成的发展
1824年，德国化学家维勒（Wohler F）由无机物氰酸铵合成了尿素；
1845年，德国化学家柯尔伯（Kolbe H）合成了醋酸； 1854年，法国化学家贝特洛（Berthelot P E）合成了油脂； 1861年，俄国化学家布特列洛夫糖类物质。 1965-1976年，伍德沃德（Woodward R B）组织14个国家的110位化 学 家，协同攻关，成功合成维生素B12 。 1965年和l981年，我国又在世界上先后首次人工合成了牛胰岛素和 酵母丙氨酸转移核糖核酸。
2、模拟实验
1953年，美国化学家Miller S L实验模拟原始地球上大气成分，用H、 CH4、NH3和水蒸气等，通过加热和火花放电，合成了氨基酸。随后， 许多通过模拟实验又合成了生命体中重要生物高分子，如嘌呤、嘧 啶、核糖、脱氧核糖、核苷酸、脂肪酸等等。
3、超分子化学与超分子科学的形成
1987年，C.S.Pedersen，D.S.Cramad和S.M.Lehn三位化学家因超分 子化学研究的成就获得诺贝尔化学奖。
共价键 合成化学
超 分 子 化 学 具有组装能力的分子构筑 子
非共价键 分子组装
结构原子
结合力 结构的实现
结构 性能
分子结构 物理和化学性能
超分子结构 物质能量和信息传输功能
超分子化学是化学和多门学科交叉的产物，超分子科学已成为21世纪新思想， 新概念和高技术的一个重要源头。 据估计，现在正有40%的科学家要用超分子的知识来解决所面临的科学问题。
超分子化学与生命科学的联系
在生物学中，生命的最小单位是细胞，而与生命现象有关的功能基本单位是
超分子体系，这些超分子体系是具有多种纳米尺寸结构域的生物，大分子与含有
多个纳米尺度亚基的酶构建而成，这种体系常常具有很强的自组装性质，在超分 子水平上的生物学称为超分子生物学。这样化学家从下而上，由原子到分子、由
环境科学从原子或分子层次对有害物质进行分析监测，从物科层次
（也是分子、原子层次）研究动向，很少研究分子以上层次的问题。 事实上，土壤、天然水等环境系统无不含高级结构，甚至有序高级结
构，把超分子化学应用于实际，其中处理污染问题也是其重要内容。
二、人体中的化学元素
地球上存在92种稳定的化学元素，它们分布在自然界中岩石圈、 水圈、大气圈。人类在漫长的生物进化过程中，在地面的岩石圈、 水圈、大气圈构成的环境中生活，必须与环境进行物质交换，于是
第一讲 人体中的化学
大自然中一切物质都是由化学元素组成的，人体也不 例外。化学元素组成人体中重要的生命有机化合物， 并在人体内进行着众多的化学反应，维持正常的新 陈代谢。各种化学元素在人体中各有不同的功能。 人体通过呼吸、饮水和进食，与地球表面的物质交 换和能量交换达到某种动态平衡。所以生命过程就 是生物体发生各种物质转化以及能量转化的总结果。
有选择地吸收了几十种化学元素构成人体有效的机制，赖以维持生
命。用现代分析测试技术对人体组成进行分析，知道人体至少由37 种化学元素组成。
（一）、人体内元素的分类
存在于生物体(植物和动物)内的元素按其作用大致可分为三大 类：必需元素25种 ；非必需元素8种；污染(有毒有害)元素。
1.必需元素
必需元素是指下列几类元素： (1)生命过程的某一环节需要该元素的参与，即该元素存在于所有健康的组织中； (2)生物体具有主动摄入并调节其体内分布和水平的元素； (3)存在于体内的生物活性化合物的有关元素； (4)缺乏该元素时会引起生化生理变化，当补充后即能恢复。 必需元素又分为常量元素和微量元素(含量低于0．01％）。属于常量元素范围的有 碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、硫(S)、钙(Ca)、钠(Na)、钾(K)、镁 (Mg)、氯(Cl)等11种元素，它们占了人体质量的99.71％；其中C、H、0、N、P 和S对生命起着特别重要的作用，大部分有机物是由这6种元素构成的，占99％。