环境保护、新材料、人体健康.doc

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1、- 10 -环境保护、新材料、人体健康一、生物体中的化学元素的分类和主要功能存在于生物体(植物和动物)内的元素大致可分为:(1).必需元素，按其在体内的含量不同，又分为常量元素和微量元素；(2).非必需元素；(3).有毒(有害)元素。人体内大约含30多种元素，其中有11种为常量元素，如C、H、O、N、S、P、C1、Ca、Mg、Na、K等，约占99.95%，其余的0.05%为微量元素或超微量元素。必需元素是指下列几类元素：(1).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；(2).生物体具有主动摄人并调节其体内分布和水平的元素；(3).存在于体内的生物活

2、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。有2030种普遍存在于组织中的元素，它们的浓度是变化的，而它们的生物效应和作用还未被人们认识，有待于研究，所以称它们为非必需元素。另外一些则是能显著毒害机体的元素。如，血液中非常低浓度的铅、镉或汞，具有有害的作用，就可称为有毒元素，亦称有害元素。 人类在适应生存和进化中，逐渐形成一套摄人、排泄和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，维持平衡状态是经过人类长期进化形成的。许多元素是否是必需还是有害，和摄入量(即在体内的浓度)有关。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。

3、例如，人们对碘的最小需要量为0.1mg天，耐受量为1000mg天，当大于10000mg天即为中毒量。这些元素在生物体内所起到的生理和生化作用，主要有几个方面。(1).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，如多糖、蛋白质等。(2).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物质和能量的代谢过程往往不是简单的扩散或渗透过程，而需要有载体。金属离子或它们所形成的一些配合物在这个过程中担负重要作用。如含有Fe2+的血红蛋白对O2和CO2的运载作用等。(3).组成金属酶或作为酶的激活剂。人体内约有四分之一的酶的活性与金属离子有关。有的金属离

4、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。元素功 能HBCNOFNaMgSiPSC1KCaVCrMnFeCoCuZnSeMoSnI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因素，人骨骼的成长所必需细胞外的阳离子，Na+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ATP等之中，为生物合成与能量代谢所必需蛋白质的组分，组成Fe-S蛋白质细胞外的阴离于，Cl-细胞外的阳离子，K+骨骼、牙齿的主要组分，神经传递和肌肉收缩所必需鼠和绿藻生长因素，促进

5、牙齿的矿化促进葡萄糖的利用，与胰岛素的作用机制有关酶的激活、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B12的组分铜蛋白的组分，铁的吸收和利用许多酶的活性中心，胰岛素组分与肝功能肌肉代谢有关黄素氧化酶，醛氧化酶，固氮酶等所必需鼠发育必需甲状腺素的成分(4)调节体液的物理、化学特性。体液主要是由水和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、生化活动和功能，需要维持体液中水、电解质平衡和酸碱平衡等。存在于体液中的Na+、K+、C1-等发挥了重要作用。(5).“信使”作用。生物体需要不断地协调机体内

6、各种生物过程，这就要求有各种传递信息的系统。细胞间的构通即信号的传递需要有接受器。化学信号的接受器是蛋白质。Ca2+作为细胞中功能最多的信使，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16 700)。氨基酸中的羧基可与Ca2+结合。钙媒介蛋白质与Ca2+结合而被激活，活化后的媒介蛋白质可调节多种酶的活力。因此Ca2+起到传递某种生命信息的作用。也有细胞内信使，Ca2+也是细胞内信使。钙、磷、钠、钾等元素的生物功能(1).钙是骨骼和牙齿的主要成分。调控人体正常肌肉收缩和心肌收缩，同时起细胞信使作用。例如，血液中Ca2+过多，会造成神经传导和肌肉反应的减弱，使人对任

7、何刺激都无反应，但血液中Ca2+太少，又会造成神经和肌肉的超应激性，在这种极度兴奋的情况下，微小的刺激，比如一个响声、咳嗽，就可能使人陷入痉挛性抽搐。(2).磷，骨骼和牙齿中除了含Ca外，磷也是一种重要的元素。人体内90的磷是以磷酸根PO43-的形式存在，如牙釉质中的主要成分是羟基磷灰石Ca10(OH)2(PO4)6和少量氟磷灰石Ca10F2(PO4)6，氯磷灰石等。牙釉质是由不溶性物质所组成，称为羟基磷灰石Ca10(OH)2(PO4)6。使它从牙齿上溶解下来称为去矿化，而形成时称为再矿化。在口腔中存在着这样一种平衡：健康的牙齿也同样存在这样的平衡。然而，当糖吸附在牙齿上并且发酵时，产生的H+

8、与OH-结合成H20以及PO43-而扰乱平衡，会引起更多的Ca10(OH)2(PO4)6溶解，结果使牙齿腐蚀。氟化物通过取代羟基磷灰石中的OH-有助于防止牙齿腐蚀，由此产生的Ca10F2(PO4)6能抗酸腐蚀。磷酸可以和有机化合物中的羟基(糖羟基、醇羟基，形成磷酸脂；如ATP就是三磷酸腺苷，磷脂就是存在细胞膜。ATP水解时放出高能量，如ATP的水解与细胞里的一个放热反应(如肌肉收缩或大分子的合成)相配合，则ATP的水解就可为其他反应提供必要的能量。磷的化学规律控制着核糖、核酸以及氨基酸、蛋白质的化学规律，从而控制着生命的化学进化。身体中磷的主要作用见图所示。由于磷的分布很广，因此人们日常食品中

9、很少缺少这种元素。 (3).K+、Na+和C1在体内的作用是错综复杂而又相互关联的。K+和Na+常以KCl和NaCl的形式存在。K+、Na+和C1的首要作用是控制细胞、组织液和血液内的电解质平衡。这种平衡对保持体液的正常流通和控制体内的酸碱平衡都是必要的。K+和Na+(与Ca2+和Mg2+一起)有助于使神经和肌肉保持适当的应激水平。NaCl和KCl的作用还在于使蛋白质大分子保持在溶液之中，并使血液的粘性或稠度调节适当。胃里开始消化某些食物的酸和其他胃液、胰液及胆汁里的助消化的化合物，是由血液里的钠盐和钾盐形成的。另外，视网膜对光脉冲反应的生理过程，也依赖于K+、Na+和C1有适当的浓度。显然，

10、人体的许多重要机能对这三种离子都有依赖关系，如图所示。二、环境与环境污染 人类生活在大气圈中，依靠空气中的氧气而生存。氧气被吸进肺细胞后穿过细胞壁与血液中的血红蛋白结合，由血液将氧输送到全身，与身体中营养成分作用而释放出人体活动必需的能量。一般成年人每天需要呼吸约10 m312m3的空气，它相当于一天进食量的10倍、饮水量的3倍。人可几周不进食，几天不喝水，但断绝空气几分钟生命就难以维持，这充分表明空气对维持生命的重要性，而清洁的空气则是人类健康的重要保证。但大气中总是含有一些对人体有害的物质，如CO，NOX，S02等，它们被视作大气污染物，现在能监测到的污染物近百种，表中例举了几种主要的大气

11、污染物。表：大气污染物分 类成 分颗粒物含硫化合物含氮化合物氧化物卤化物有机化合物碳粒，飞灰，CaC03，ZnO，PbO2，各种重金属尘粒SO2，SO3，H2SO4，H2S，硫醇等NO，NO2，NH3等O3，CO，CO2，过氧化物等氧气，HF，HCl等烃类，甲醛，有机酸，焦油，有机卤化物，酮类，稠环致癌物等燃料的燃烧是造成大气污染的主要原因。人类生活和工业、科学技术的现代化，使燃料用量大幅度上升，从而造成大气的污染日趋严重。随着交通运输业的发展，大都市中大量汽车的排气也对环境造成了严重污染。另外，大气中还有来自工业生产的其他污染物，石油工业和化学工业大规模地发展也增加了空气中污染物的种类和数量

12、。在农业方面，由于各种农药的喷洒而造成的大气污染也是不可忽视的问题。大气污染对建筑、树木、道路、桥梁和工业设备等都有极大危害。对人体健康的危害也日益明显。下面就某些公认的综合性大气污染现象，介绍其污染源和对人类的危害。(1).汽车尾气汽车是近代重要的交通运输工具，随着汽车数量的激增，汽车尾气造成的环境污染也日益严重。汽车尾气中的有害成分主要有CO，NOX。CO是汽油燃烧不完全的产物，其数量占尾气成分的首位。化石燃料的不完全燃烧和高温下存在的2CO+O2=2C02的平衡，使得CO存在于所有实际燃烧器的尾气之中。CO无色、无臭、无味，当被吸人人体后，极易与血红蛋白结合，其亲合力比O2约大20030

13、0倍，使血红蛋白失去携氧能力。CO浓度低时会使人慢性中毒，浓度高时则会导致窒息死亡。 氮的氧化物种类很多，但在大气中有危害作用的，主要是NO和NO2，习惯上将这两种化合物以NOX表示，称为氮氧化物。NOX主要是在气缸点火的高温瞬间由空气中的氮与氧化合而成的。NOX对人体有危害，它进入人体后，开始是刺激呼吸器官，然后逐渐侵入肺部，与细胞液中水分结合成亚硝酸和硝酸后产生强烈的刺激与腐蚀作用，引起肺水肿。NO2的毒性高于NO，NO2气体呈红棕色，有特殊刺激臭味。NOX既有害于人体健康，还会腐蚀建筑物，并能导致形成酸雨和光化学烟雾，被列为大气中的重要污染物。 大气中的烃类污染物的定义并不严格，它是指各

14、种烃类及其衍生物，品种极多，一般以HC表示(此处HC主要是指油箱及化油器的逸散和滴漏的燃料油和部分因燃烧不完全而生成的烃类及其各种衍生物)。汽车尾气排放的未经燃烧的汽油和燃烧不完全而产生的多种烃类衍生物成分极其复杂，其中有饱和烃、不饱和烃、芳香烃以及这些烃类的含氧衍生物(如醛、酮等)，不仅成分种类多，且组成变化也大。烃类污染物对自然界的危害，主要是破坏了生态系统的正常循环，还诱发产生光化学烟雾。 直径大于10m(1m=10-6m)的颗粒，能依靠其自身重力作用降落到地面，称为降尘。它们在空气中停留时间短，不易被人吸人，故危害不大。直径小于10m的颗粒，在空气中可较长时间飘游，称为飘尘。对人体健康

15、危险性最大的是0.5m一5m的颗粒，这种飘尘可直接到达肺细胞而沉积在肺中，并可进入血液，导致呼吸道疾病，它们还可能和SO2，NO2等产生协同作用，损害粘膜、肺细胞，引起支气管和肺部炎症，部分病人最后会导致肺心病。汽车尾气中的颗粒物包括铅化合物、碳颗粒和油雾等。铅化合物是大气的重金属污染物中毒性较大的一种，它来自于汽油的抗爆添加剂，这是一种含铅的有机化合物四乙基铅(C2H5)4Pb)其毒性比无机铅化合物约大百倍，并且随行车和风力扩散。它是引起急性精神性病症的剧毒物质，它可以在人体中不断积累，当血液中铅含量超过0.1 mg时，可造成贫血等中毒症状。所以现在逐步推广使用无铅汽油。碳颗粒是燃料不完全燃烧的产物，而油雾通常是由于油箱及化油器的逸漏而造成的。 (2).光化学烟雾 大气中的HC和NOX等为一次污染物，在太阳光中紫外线照射下能发生化学反应，衍生种种二次污染物。由一次污染物和二次污染物的混合物(气体和颗粒物)所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。NO。是这种烟雾的主要成分，又因其1946年首次出现在美国洛杉矶，因此又叫洛杉矶型烟雾，以区别于煤烟烟

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