化学与人体健康_罗寒孙申编.pdf

中学化学课程资源丛书化学与人体健康罗寒孙申编远方出版社图书在版编目（）数据化学与人体健康罗寒，孙申编呼和浩特：远方出版社，（重印）（中学化学课程资源丛书）化 罗孙 化学关系健康青少年读物 中国版本图书馆 数据核字（）第 号中学化学课程资源丛书化学与人体健康编者罗寒孙申出版远方出版社社址呼和浩特市乌兰察布东路 号邮编 发行新华书店印刷廊坊市华北石油华星印务有限公司开本 印张 字数 千版次 年 月第版印次 年 月第次印刷印数 标准书号 总 定 价 元（共 册）远方版图书，版权所有，侵权必究。远方版图书，印装错误请与印刷厂退换。书书书前言化学是自然科学的重要组成部分，它是研究物质的组成、结构和性能之间的关系，以及物质转化的规律和调控手段的一门科学。今天，化学已成为材料科学、生命科学、环境科学和能源科学的重要基础，成为推进现代社会文明和科学技术进步的重要力量，并为解决人类面临的一系列危机，如能源危机、环境危机和粮食危机等，做出极其重要的贡献。作为科学教育的重要组成部分，新的化学课程倡导从学生素质的培养和社会发展的需要出发，发挥学科自身的优势，将科学探究作为课程改革的突破口，激发学生的主动性和创新意识，促使学生积极主动地去学习，使获得化学知识和技能的过程也成为理解化学、进行科学探究、联系社会生活实际和形成科学价值观的过程。化学教育是提高国民素质和培养新世纪化学人才的重要手段。为全面提高化学教育的质量，为了更好的贯彻“十一五”精神，更好的面对目前我们探讨的一系列化学方面的问题，我们特推出本套丛书。其中涉及了中学化学教育、新世纪化学动向、化学常识等多个方向，能够帮助教师在化学教学过程中形成良好的教学体系，引导学生对化学这一学科有一个更全面的了解。本套丛书集知识性与实用性于一体，是学生在学习化学知识及教师在进行引导的过程中不可或缺的一套实用工具书。在本套丛书的编写过程中，我们得到了许多化学方面的专家及学者的指导和帮助，在此表示衷心的感谢。编者书书书化 学 与 人 体 健 康目录第一章生命的物质基础第一节组成生物体的化学元素第二节内化学元素的重要作用第三节生物界内外的统一性与差异性第四节生物元素的分类与功能第二章常量元素与人体健康 第一节必需元素的功能 第二节常量元素与人体健康 第三章微量元素与人体健康 第一节人体所需的微量元素 第二节微量元素对健康的威胁 第三节水中微量元素与人体健康 第四节微量元素和血脂关系 第四章重金属元素与人体健康 第一节重金属家族 中学化学课程资源丛书 第二节水俣病与汞污染 第三节骨痛病与镉污染 第四节铅污染和汽车尾气 第五节砷污染 第五章金属元素与人体健康 第一节锂化合物与人体健康 第二节铍化合物与人体健康 第三节镁化合物与人体健康 第四节铝化合物与人体健康 第五节钛化合物与人体健康 第六章化学和健康生活 第一节维生素和微量元素的来源 第二节膳食纤维和健康生活 第三节远离毒品 第四节吸烟有害健康 第七章化学和美好生活 第一节化学与住房 第二节化学和穿着 第三节化学和运输 第四节化学和粮食 第五节化学和国防 书书书化 学 与 人 体 健 康第一章生命的物质基础现在已知的地球生物大约有 万种。不同种类、不同个体的生物体，虽然在个体大小、形态结构与生理功能等方面都不相同，但是组成生物体的化学元素与化合物是大体相同的，它们是生命活动都有共同的物质基础，自然界中的生物与非生物都是由化学元素组成的。科学家通过研究各种生物的原生质，即细胞内的生命物质，查明了组成生物体的化学元素的种类、数量与作用。第一节组成生物体的化学元素组成生物体的化学元素有 多种，其中不同元素含量不一，有些含量较多，有些含量很少。世界万物林林总总，在它们体内的化学元素含量也不尽相同。生活在沙漠中的仙人掌与生活在海洋中的鲸，组成它们的化学元素大体相中学化学课程资源丛书 同；各种化学元素在这两种生物体内的含量相差很大。根据组成生物体的化学元素与在生物体内化学元系的含量不同，可以分成两大类：常量元素：这是指含量占生物体总重量的 以上的元素。例如碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钙、镁等。微量元素：通常指植物生活所必需，但是需要量却很少的一些元素。例如铁、锰、锌、铜、铍、钼等。微量元素在生物体内含量虽然很少，可是它是保持正常生命活动不可缺少的元素。第二节内化学元素的重要作用在组成生物体的大量元素中，碳、氢、氧、氮、磷、硫六种元素是组成原生质的主要元素，大约共占原生质总量的，而其中的碳是最基本的元素。生物体的大部分有机化合物是由这六种元素组成的。例如，蛋白质是由碳、氢、氧、氮等元素组成的，核酸是由碳、氢、氧、氮、磷等元素组成的。生物体的化学元素，还将进一步组成多种多样的化合物，这些化合物是生物体生命活动的物质基础。例如蛋白质、核酸、糖类、脂肪等。有些化学元素能够影响生物体的生命活动。例如，微化 学 与 人 体 健 康量元素能够促进花粉的萌发与花粉管的伸长，当柱头与花柱中积累了大量时，有利于受精作用的顺利进行。在缺少时，花药与花丝萎缩，花粉发育不良。第三节生物界内外的统一性与差异性组成生物体的 多种化学元素没有一种化学元素是生物界所特有的，在无机自然界都可以找到。这个事实说明，生物界与非生物界具有统一性。组成生物体的化学元素，在生物体内与在无机自然界的含量，两者相差很大。例如，碳、氢、氮三种化学元素在组成人体的化学成分中，含量共占 左右，而这三种元素在组成岩石圈的化学成分中，含量还不到。这个事实又说明，生物界与非生物界存在着本质的区别，两者还具有差异性。第四节生物元素的分类与功能在活动有机体中，有些元素是保持其正常的生物功能所不可缺少的，那些化学元素就叫做生物元素。存在于生中学化学课程资源丛书 物体（植物与动物）内的元素大致可分四类：（）必需元素，按其在体内的含量不同，又分为常量元素与微量元素；（）有益元素或辅助营养元素；（）污染元素；（）有毒（有害）元素。人体内大约含 多种元素，其中有 种为常量元素，如碳、氢、氧、氮、硫、磷、氯、钙、镁、钠、钾等，约占 ，其余的 为微量元素或超微量元素。一、必需元素必需元素是指下列几类元素：（）生命过程的某一环节（一个或一组反应）需要该元素的参与，即该元素存在于所有健康的组织中；（）生物体具有主动摄入并调节其体内分布与水平的元素；（）存在于体内的生物活性化合物的相关元素；（）缺乏该元素时会引起生化生理变化，当补充后即能恢复。哪些是构成人体的必需元素？世纪初，化学家开始分析有机化合物，清楚地认识到活组织主要由、与 四种元素组成。仅这四种元素就约占人体体重的。化 学 与 人 体 健 康此外，体内还有少量。将人体内这五种元素的化合物挥发后就会留下一些白灰，大部分是骨骼的残留物，这灰乃是无机盐的集合，在灰里可找到普通的食盐（氯化钠）。食盐并不仅仅是增进食物味道的调味品，而是人体组织中的一种基本成分。食草动物有时甚至达到要舔吃盐渍地，以便弥补食物中所缺乏的盐。二、有益元素有益元素是指那些没有时生命尚可保持，但不能认为是健康的元素。在实际研究中，确定某元素是否为必需元素，或者区分必需和有益的界限，不是很容易的。这既和该元素在体内的浓度相关，也和它的存在状态与生物活性密切有关。人体中的每一元素呈现不同的生物效应，而效应的强弱依赖于特定器官或体液中该元素的浓度及其存在的形态。对于必需元素与有益元素，各有一段最佳健康浓度，有的具有较大的体内恒定值，有的在最佳浓度与中毒浓度之间只有一个狭窄的安全限度。中学化学课程资源丛书 元素浓度与生物功能的相关性可用下图表示。图必需微量元素浓度生物功能相关图三、污染元素有些对人体有害的元素来自环境的沾污，因此可称沾污元素。当沾污元素的浓度达到了可以危害人体时产生能觉察到生理或形态症状时，就可以将沾污元素称为污染元素。如血液中十分低浓度的铅、镉或汞，具有有害的作用，就可称为污染元素。污染元素有 种普遍存在于组织中的元素，它们的浓度是变化的，而它们的生物效应与作用还未被人们认识。应该说，有机体内元素划分界限不是固定不变的，随着科学的发展，各种检测手段的改进与完善，会将元素重新划分。从海水中氟元素与氧元素和古代人、现代人体内微量化 学 与 人 体 健 康元素相比较，以及从海水中必需微量元素的含量和人体中主要元素的对比，说明赖以生存的环境中的元素是生物进化的结果。人类在适应生存与不断进化中，逐渐形成一套摄入、排泄与适应这些元素的保护机制，即人体内的元素，不论是常量或微量，保持平衡状态这一机能是经过人类长期进化形成的。许多元素是必需的或有益的，还是有害的，都与摄入量（即在体内的浓度）相关。每一种必需元素在体内都有其合适的浓度范围，超过或不足都不利于人体健康。例如，人体对碘的最小需要量为 毫克天，耐受量为 毫克天，当大于 毫克天即为中毒量。若人体自身用以保持平衡的调节机制出现障碍，便会发生疾病，如铁在体内平衡机制对于保留铁很有效，而排出铁的能力则很差，过量的铁对人体是有害的。有时元素的过量可能比缺乏更令人担忧，因为某个元素的缺乏易于补充，而过量往往则难以清除，或清除过程中会产生副作用。另外共存元素的相互影响 在生物体内存在协同或拮抗作用，对元素浓度比例的要求就更复杂了。例如锌可以抑制镉的毒性，铜可以促进铁的吸收等。由于元素间的相互作用，当评定某一微量元素对人体健康的影响时，还必须考虑和其相关元素的存在。中学化学课程资源丛书 表归纳了主要生物元素及其功能。在生命物质中，除碳、氢、氧、氮参与各种有机化合物外，其他生物元素各具有一定的化学形态与功能，这些形态包括它们的游离水合离子，和生物大分子或小分子配体形成的配合物，以及构成硬组织的难溶化合物等。表生物元素及其功能元素功能水，有机化合物的组成成分植物生长必需有机化合物组成成分有机化合物组成成分水，有机化合物的组成成分鼠的生长元素，人骨骼的成长所必需 细胞外的阴离子，钠离子 酶的激活，叶绿素构成，骨骼的成分 在骨骼、软骨形成的初期阶段所必需含在 等之中，为生物合成和能量代谢所必需蛋白质的组分，组成 蛋白质 细胞外的阴离子，氯离子细胞外的阴离子，钾离子化 学 与 人 体 健 康元素功能 骨骼、牙齿的主要组分，神经传递与肌肉收缩所必需鼠与绿藻生长因素，促进牙齿的矿化 促进葡萄糖的利用，和胰岛素的作用机制相关 酶的机活、光合作用中水光解所必需 最主要的过渡金属，组成血红蛋白、细胞色素、铁硫蛋白等 红血球形成所必需的维生素 的组成 蛋白质的组分，铁的吸收与利用 许多酶的活性中心，胰岛素组分 和肝功能肌肉代谢相关 黄素氧化酶，醛氧化酶，固氮酶等所必需 鼠发育必需甲状腺素的成分这些元素在生物体内所起到的生理与生化作用，主要有几个方面。（）充当结构材料。无机元素中钙、构成硬组织，碳、氢、氧、氮、构成有机大分子。（）运载作用。扩散或渗透过程是人对某些元素和物质的吸收、输送以及它们在体内的传递等物质与能量的代谢过程中的重要步骤，当对于很多物质的运输，这往往是不够的，而需要有专门的载体。金属离子或它们所形成的一中学化学课程资源丛书 些配合物在这个过程中担负重要作用。如含有亚铁离子的血红蛋白对氧气与二氧化碳的运载作用等。（）组成金属酶或作为酶的激活剂。人体内约有的酶的活性和金属离子相关。有的金属离子参与酶的固定组成，称为金属酶。有一些酶必需有金属离子存在时才能被激活以发挥它的催化功能，这些酶称为金属激活酶。（）调节体液的物理、化学特性。体液主要是由水与溶解于其中的电解质所组成。生物体的大部分生命活动是在体液中进行的。为保证体内正常的生理、生化活动与功能，需要保持体液中水、电解质平衡与酸碱平衡等。例如存在于体液中的钠离子、钾离子、氯离子等发挥了重要作用。（）传递信息。生物体要不断地协调机体内各种生理过程，这就必须存在各种传递信息的系统。细胞间的沟通即信号的传递需要有接受器。蛋白质是化学信号的接受器。钙离子作为细胞中功能最多的信使时，它的主要受体是一种由很多氨基酸组成的单肽链蛋白质，称钙媒介蛋白质（分子量为 ）。氨基酸中的羧基可与钙离子结合。钙媒介蛋白质和钙离子结合而被激活，活化后的媒介蛋白质可调节多种