太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会 第 10 章 营养与化学元素

花 絮 人体通过呼吸、饮水和进食与地球表面进行物质交换和能量交换最终达到某种动态平衡。 预防疾病的措施：正确饮食，树立平衡营养观念，通过食物链方法补充和调节体内元素的平衡。

1953年，Miller S. L.实验模拟原始地球大气成分，用H、CH4、NH3和水蒸气等，通过加热和火花放电，合成了氨基酸。 1965年，我国在世界上首次人工合成了牛胰岛素。 1981年，我国人工合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸。 蛋白质和核酸的形成是无生命到有生命的转折点。

生命的进化是生命与环境长期相互作用的结果，是由量变到质变的过程。 生命的化学进化过程的四个阶段 a. 从无机小分子物质生成有机小分子物质； b. 从有机小分子物质形成有机高分子物质； c. 从有机高分子物质组成多分子体系； d. 从多分子体系演变为原始生命。 　　生命的进化是生命与环境长期相互作用的结果，是由量变到质变的过程。 地球的年龄约46亿年，人类的出现距今约300万年。 地球上的生命是物质在一个相当漫长的历史长河中从低级到高级，从无生命到有生命的发展进化过程的产物。 地球经历了元素的进化、分子的进化和生物的进化。

10.1 生物体中的化学元素的分类和主要功能 必需元素 生物体内的元素 非必需元素 有毒（有害）元素 10.1 生物体中的化学元素的分类和主要功能 常量元素 必需元素 微量元素 超微量元素 生物体内的元素 非必需元素 有毒（有害）元素 　　人体内含11种常量元素——C、H、O、N、S、P、Cl、Ca、Mg、Na、K。

必需元素包括 活组织主要由C、H、O、N四种元素组成，此外，体内还有少量P和无机盐类物质。 a. 生命过程某一环节需要该元素的参与； 　　b. 能主动摄入并调节体内分布和水平的元素； 　　c. 组成生物活性化合物的有关元素； 　　d. 缺乏该元素时会引起生化生理变化，当补充后即能恢复。 　　活组织主要由C、H、O、N四种元素组成，此外，体内还有少量P和无机盐类物质。 　　食盐不仅是增进食物味道的调味剂，也是人体组织的一种基本成分。

要想确定某种元素是否为必需元素，既与该元素在体内的浓度有关，也与它的存在状态和生物活性有关。 对于每种必需元素，在体内都有其最佳健康浓度。 效 应 死亡区 缺 乏 区 适量区 死亡区 中毒区 浓度 必需元素浓度-生物功能相关图

　　生物体中某些元素浓度可以变化，但它们的生物效应和作用还未被人们认识，称之为非必需元素；能显著毒害机体的元素称为有毒元素或有害元素。如：Pb、Cd、Hg。 　　不论常量元素还是微量元素都有维持体内浓度平衡的作用。如果人体用于维持稳态的调节机制出现障碍，便会发生疾病。 　　元素是必需还是有害与它们的摄入量有关。元素的过量比缺乏更令人担忧。 　　有些元素是共同存在的，它们在生物体内会发生协同和拮抗作用。

a） 协同作用指生物体内一种元素促进另一种元素生物学作用的现象；拮抗作用是一种抑制作用。 Cu可促进Fe的吸收；Zn可抑制Cd的毒性。 　　协同作用指生物体内一种元素促进另一种元素生物学作用的现象；拮抗作用是一种抑制作用。 Cu可促进Fe的吸收；Zn可抑制Cd的毒性。 　　生物体内还含有游离水合离子、与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，它们具有不同的生理和生化功能。 a） 结构材料 　　无机元素中Ca、P构成硬组织；C、H、O、N、S构成有机大分子结构材料。

b） 运载作用 　　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过程需要有载体，这主要是通过金属离子或它们所形成的一些配合物来实现。 含Fe2+的血红蛋白对O2和CO有运载作用。 c） 组成酶或作为酶的激活剂 　　金属离子参与酶的固定组成，称为金属酶；需金属离子存在才能被激活以发挥催化功能的酶，称为金属激活酶。

d） e） 调节体液的物理、化学特性 体液主要由水和溶解于其中的电解质组成，生物体的大部分生命活动都在体液中进行。 K+、Na+ 　　体液主要由水和溶解于其中的电解质组成，生物体的大部分生命活动都在体液中进行。 电解质平衡、酸碱平衡 K+、Na+ e） “信使”作用 　　——传递信息的系统，可协调机体内各种生物过程。 　　Ca2+是细胞中功能最多的信使。

钙 　　生化功能：牙齿、骨骼的主要成分；调控人体正常的肌肉收缩和心肌收缩；促进血液凝固的必需成分。 　　血液中Ca2+过多，会导致神经传导减弱，对任何刺激都无反应； Ca2+太少，即便经历微小刺激，也会使人陷入痉挛性抽搐。

磷 　　生化功能：牙齿、骨骼的重要成分；供能。 典型：羟基磷灰石[Ca10(OH)2(PO4)6]、氟磷灰石[Ca10F2(PO4)6]、三磷酸腺苷（ATP）。 　　磷的化学规律控制着核糖、核酸以及氨基酸、蛋白质的规律，可以控制生命的化学进化。

K+、Na+、Cl- 　　生化功能：控制细胞、血液的电解质平衡，有利于保持体液的正常流通，控制体内的酸碱平衡；使肌肉、神经保持适当的应激水平；调节血液的粘性和稠度。 　　胃液、胆汁内的钠盐、钾盐可助消化；出汗太多会导致恶心、呕吐、肌肉痉挛等。 生物体发源于水圈。生物体正是利用水体中含量最丰富的K+、Na+控制体内离子浓度。

　　微量元素的存在影响着人体健康。 心肌坏死 缺硒； 地方性甲状腺肿 缺碘。 　　有些非必需微量元素对机体有害。 　　当人体呼入重金属镉后，会将其长期积蓄于肾脏或肝脏，抑制机体对有益元素Zn和Ca的吸收，导致痛痛病。 烟草内含镉量高，长期吸烟会造成镉积累，影响健康。

10.2 营养与健康 世界卫生组织给予健康的定义：一个人只有在躯体健康、心理健康、社会适应良好和道德健康四个方面健全，才是健康的人。 10.2 营养与健康 世界卫生组织给予健康的定义：一个人只有在躯体健康、心理健康、社会适应良好和道德健康四个方面健全，才是健康的人。 现代营养学是在生理学和生物化学的基础上逐渐形成的，是一门综合性的学科。它既研究人体的新陈代谢，又研究食物的营养成分和食品卫生；既研究现有资源的合理利用，又研究开发新的食物资源；它研究不同人的营养需求。

维生素 无机盐 油脂 水 蛋白质 糖

糖类 脂肪 营养学是以新陈代谢为基础的生物化学。营养素是食物的组分，主要包括糖类、脂肪、蛋白质、维生素、无机盐和水六类物质。 重要的能源和碳源。植物光合作用产生的糖类是动物的重要营养来源，动物自身不具产生糖类的机能。 脂肪 属于类脂物质，不溶于水，易溶于非极性溶剂。 生物功能：构成生物膜的重要物质，是机体代谢所需燃料的贮存形式和运输形式。

功能：供给人类生活所需的能量，促进脂溶性维生素的吸收。 动物性食物中的脂类主要是甘油三酯。 　　每种食物都或多或少地含有脂肪。 O O CH2 O C R1 R2 C O CH O CH2 O C R3 功能：供给人类生活所需的能量，促进脂溶性维生素的吸收。 　　相同质量的脂肪产生的热值是蛋白质或糖的2~3倍。 　　人的许多疾病与脂类代谢紊乱有关。如：动脉硬化、脂肪肝等。

蛋白质 食物营养性能中最基本而必不可少的。只要维持蛋白质的供给，机体就能存活。由蛋白质所提供的物质，可制造出糖类和脂肪。 大气中的N2 蛋白质是日常膳食中氮的主 要来源。 氮还原作用 生物固氮 土壤中的NH3 NO2-、NO3- 动物蛋白 腐烂 植物吸收 生成氨基酸

人体中含有8种必需氨基酸，它们分别是赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、缬氨酸。如果这些氨基酸供给充足了，便能制造出其他氨基酸。 蛋白质的营养价值决定于所含的氨基酸种类和数量。凡含有各种必需氨基酸的蛋白质能维持生命体的正常生长，这种蛋白质称为完全蛋白质；缺少一种或一种以上必需氨基酸的蛋白质称为不完全蛋白质。 蛋白质是构成机体组织的重要成分。 在各种膳食中，大豆是最经济的蛋白质来源。

维生素 大豆蛋白质的氨基酸种类完全，是完全蛋白，营养价值相当高。若将大豆中加入少量鸡蛋蛋白可提高大豆蛋白质的生理价值。 危害：若蛋白质供应不足，会导致生长发育迟缓、体重减轻、容易疲劳，对传染病抵抗力下降，病后不易恢复健康，甚至贫血，发生营养不良性水肿等疾病。 粮食质量的提高指增加蛋白质在粮食中所占的比重。 维生素 引起某些特定疾病所缺少的物质称为维生素。 缺乏VC 坏血病；缺乏维生素B1 脚气病。

维生素是维持正常生命过程所必需的一类有机物。 来源：生物体自行供给、食物提供。 功能：通过构成辅酶调节机体代谢。 危害：长期缺乏维生素会导致营养不良及疾病。 有些维生素在体内有协同作用： VC能提高对铁的吸收率；VD可抗软骨病（调节Ca、P代谢，维持血液中Ca、P浓度正常，从而促进钙化，使骨骼、牙齿正常发育）。 植物体内不含VD，仅动物体内才含有。如：鱼肝油。 老年人需要较多的B族维生素和VC；视力差的人需要较多的VA。

注：各种维生素的摄入量并非越多越好，适量即可。 过量VA的危害：引起乏力、疲倦、恶心、头疼、腹泻等，还可使总血脂和血胆固醇量增加，妨碍心血管功能。 过量VD的危害：长期积蓄于人体不易排泄，产生毒性。 无机盐 又称矿物质，是构成骨、齿和体液的重要成分，可进行酸碱平衡调节和渗透压调节（Na+、K+），促进酶的活性（Mg2+、Mn2+、Na+、Fe3+、Ca2+）。 膳食中长期缺乏无机盐会出现营养不良。如：缺铁会导致贫血；缺钙会得佝偻病和龋齿，痛痛病。

儿童佝偻病

佝偻病 软骨病

正常红细胞 缺铁性贫血 所致‘反甲’ 缺铁性贫血红细胞

微量元素 第一个被发现的人体不可缺少的微量元素是碘。 缺碘危害：影响儿童智力，甚至终身难以改善，会导致地方性甲状腺肿。 克服碘缺乏的方法：烹饪时使用碘盐（盐中加入碘酸钾），吃含碘丰富的海带、紫菜等。 海带是营养价值较高的食品，不仅含碘丰富，可防治甲状腺肿大，促进智力发育，且蛋白质含量较高，钙、磷、铁等矿物质及维生素的含量也较丰富。

紫菜 海带 甲状腺肿大

微量元素大多是过渡元素，是酶中不可缺少的成分。Cu、Zn、Mn、Mo等均可参与酶的组成与激活。 Cu的生物功能仅次于Fe。 Cu的生理功能：血清中的铜蓝蛋白可协同铁。在铜蓝蛋白的催化氧化下，Fe2+氧化为Fe3+ ，并最终与蛋白质结合成铁蛋白。 微量元素在人体内必须保持一定的内稳态。 注重营养要做到膳食平衡、饮食有节。

10.3 树立平衡营养观念 人体对营养的需要与膳食之间存在一定的平衡关系。 从实用观点看，较易缺乏的无机元素有钙、铁和碘。 10.3 树立平衡营养观念 人体对营养的需要与膳食之间存在一定的平衡关系。 从实用观点看，较易缺乏的无机元素有钙、铁和碘。 体质强弱、智力高低、免疫能力优劣以及人体衰老的迟早、癌瘤的形成等都与营养质量、各种营养素之间的配比有关系。 合理膳食是营养之本。 平衡营养指通过食物补充人体所需的热能和营养素，以满足人体的正常生理需要，并且各种营养素之间比例要适当，以利于营养素的吸收和利用。

营养素摄入过多或过少，会造成营养失调，以致身体内平衡被打乱，造成机体失调，从而诱发多种疾病。 营养紊乱和营养过剩是诱发危及生命疾病的原因。 树立平衡营养观念可指导人们合理膳食，正确补充营养素。 人体对营养素的需要是多方面的，机体状态不同，体内营养水平不同，决定了人们对营养素的需求各不相同。 营养平衡是按各类人体不同需要，科学地安排搭配蛋白质、脂肪、维生素等各种营养成分。

人体内有一个不断变化的氨基酸库，在这个库里组织蛋白可不断地分解和重新合成。 对于健康的成人，氮保持平衡；少年儿童，处于氮的正平衡（吸收的氮比排出的氮多）；营养不良和饥饿易引起氮的负平衡。 要想长寿最关键的是维系人体内几十种元素的平衡。 人在生命活动过程中，通过食物和食物链方法补充和调节体内元素的平衡。

元素平衡的含义 a. 某个元素在人体内含量要适宜； b. 人体内的各种元素之间要有一个合适比例才能协调工作，有益健康。 习题： 课后3. 6. 8. 9.