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1、第17卷第1期渝州大学学报(自然科学版)2000年3月Vol.17No.1JOURNALOFYUZHOUUNIVERSITY(Nat.Scien.Edit.)Mar.2000 文章编号:1006-3293(2000)01-0090-04X生命元素及其在生物体内的作用胥江河(渝州大学教务处,重庆400033)摘 要 介绍了生命元素的生物功能,指出了微量元素过低或过高都会引起疾病,讨论了微量元素缺少或过量的原因及采取的相应措施。关键词 生命元素;生物功能;宏量元素;微量元素中图分类号:O61 文献标识码:E生物赖于生存的化学元素称为
2、生命元素。1 宏量元素的生物功能生物体内存在的12中宏量元素都是必需元素,其中H、C、N、O、P、S有机元素约占人体总重量的99%;K、Na、Mg、Ca共占1%,而所有微量元素的总含量<0.1%。++1.1K、Na++K和Na间的主要差别是它们的离子半径和水合能差异很大,这对于生物体系而言是+++本质的。因此K、Na离子在细胞内外的浓度分布很不平衡,在细胞内部,主要集中着K-1+-1+(0.1051mol.L),Na离子浓度很低(0.01mol.L);在细胞外部,主要分布着Na(0.1431-1+-1+mol.L),K离子浓度很低(0
3、.005mol.L)。Na是体液中浓度最大和交换很快的阳离+-1子。例如血浆中的Na离子浓度可高达0.143mol.L,它的主要功能是调节渗透压,保持+细胞中的最适水位。K离子的电荷密度低,因而它具有扩散通过输水溶液的能力。2+1.2Ca2+-5-1-3-1Ca离子在细胞内的浓度(10mol.L)比在细胞外的浓度(10mol.L)小得多。钙是构成植物细胞壁和动物骨骼(主要成份是羟基磷灰石)的重要成份。人体内99%的钙存在于骨骼和牙齿中,钙在维持心脏正常收缩、神经肌肉兴奋性,凝血和保持细胞膜完整性等方面起着重要作用。钙最重要的生物功能是
4、信使作用;细胞内的信号传递依靠细胞内外2+Ca的浓度差。2+1.3Mg2+2+Mg是一种内部结构的稳定剂和细胞内酶的辅因子,细胞内的核苷酸以其Mg配合2+2+物形式存在。因为Mg倾向于与磷酸根结合,所以Mg对于DNA复制和蛋白质生物合成都是必不可少的。钙和镁许虽同属碱土金属,又均为宏量元素,但在生物学中仍有较大差X收稿日期:1999-06-02;修订日期:1999-07-01作者简介:胥江河(1963-),男,重庆长寿人,讲师,无机化学。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allr
5、ightsreserved.第1期 胥江河:生命元素及其在生物体内的作用912+2+异。如在血浆和其它体液中,Ca离子浓度高,Mg离子浓度低,而在细胞内则相反。2+Mg在光合作用中起着非常重要的作用。太阳能通过光合作用转化为生物能,并得以贮存起来。大气中的氧气便是光合作用的副产品。光合作用中涉及到许多色素,叶绿素a是其中最重要的一种,它是镁的配合物,它吸收可见光区的红光,为光合作用提供能量。2 必需微量元素的生物功能生物体内的微量元素可分为必需和非必需的两类。微量元素虽微,但没有它们,人们也就不能健康地继续生存。因为
6、有些微量元素是酶的组成成分,它们能使酶更好地发挥催化作用,使体内生化反应显著加速,甚至缩短几万至几十万倍;使那些本来在自然条件下需要极高温度才能进行的生化反应,能在体温的条件下顺利进行。有些微量元素是调节人体重要生理功能的激素或维生素的组成成份,没有这些微量元素,激素或维生素就起不了作用。随着科学技术的发展和检测手段的进步,必需微量元素的发现是逐年增加的。现在认为人体必需微量元素有下列14种:钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钼、锡、砷、硒、氟和碘。其中有10种是金属元素,而且绝大多数是过渡金属元素。过渡金属元素的离子半径小,有空的d轨
7、道,故有强的配位能力,能和氨基酸、蛋白质或其它生物配体形成生物配位化合物,并且因配体不同和配位环境差异,配位数可以不同,有可变的空间几何构型,这些都是微量金属元素能在生命化学中扮演重要角色的理由。各种必需元素在人体内都有一定的浓度范围,过量或缺乏都对机体有害。体内对微量元素的平衡机制能调控其浓度,在摄入量不足时,机体可以动用体内贮存元素,在摄入量偏高时,机体可排泄多余元素。但摄入量过多,并超出机体排泄能力,这些元素会在体内积累而致病。3 微量元素的生物功能3.1Zn锌是构成多种蛋白质分子的必需元素。人体内含锌量为1.4～2.4g,在各
8、类金属酶中,对锌酶的研究最为详尽。早在1934年就发现,锌对哺乳动物的正常成长和发育是必不可少的。已发现的锌酶有数百种,它们参与糖类、脂类、蛋白质和核酸的合成与降解等代谢过程。近来还发现锌酶可以控制生物遗传物质的复制、转
