生命中的化学元素

生命中的化学元素

地球科学与工程学院杨锦瑾 131150028

摘要

从化学的角度来看，生命就可以说是一系列化学反应的过程和传递化学信息的过程，这也就是化学进化的过程。化学贯穿了整个生命过程，生物体内无时不刻不在进行着复杂的化学反应。

化学元素是同种原子（即有相同质子数的原子）的总称。原子通过化学键结合形成自然界的各种物质，从这个意义上看，化学元素是组成物质世界的基本要素，是生物体的基础。所以要真正地了解生命，就必须首先从了解生命中的化学元素及其变化开始。

本文主要介绍化学元素在生物体中的存在形态和在生命过程中所起的作用，研究化学元素与生命的密切联系。从而指导人们摄取合理的食物组成，以维持生命的有机平衡和健康。

关键词：化学元素化学反应生命

目录：

一．生命元素的形成： (2)

1-1 碳——与生命最为密切的元素 (2)

1-2 氢——生物体中原子数目最多的元素 (2)

1-3 氧——维持生命过程不可缺少的元素 (3)

1-4 氮——硝石的组成者 (3)

1-5 钙——人体含量最多的金属元素 (4)

1-6 磷——第一个从有机体中取得的金属元素 (4)

1-7 钾——柔软的金属元素 (5)

1-8 钠——人体中一种重要无机元素 (5)

1-9 氯 (5)

1-10 镁 (6)

2-1 Fe (6)

2-2 Cu (7)

2-3 Zn (7)

2-4 I——人类发现的第二个生命科学必需微量元素 (8)

二．结语: (8)

三．参考文献： (8)

一．生命元素的形成：

生命中的化学元素是指在活动有机体中，维持其正常的生物功能所不可缺少的那些化学元素。人体中约有60多种元素，这里主要介绍部分宏量元素和微量元素：

第一类：宏量元素

碳、氢、氧、氮、钙、磷、钾、钠、氯、镁

第二类：微量元素

Fe Cu Zn I

1.宏量元素

1-1 碳——与生命最为密切的元素

原子序数 6

如果检测一下组成植物和动物的分子，我们会发现，几乎所有分子都含有碳。没有它，就没有我们身边的这些形形色色的植物和动物。化学的一个完整的分支——有机化学也基本上是碳化合物的化学。碳在有机化合物中占有中心地位，这是由于碳原子间能够相互连接形成长链。碳链起骨架作用，其他元素的原子连接于碳链上，从而形成无数的含碳化合物分子。DNA就是一种这样的长链分子，它存在于所有生物体的遗传物质里。DNA存在于动植物细胞的细胞核中，是生物组织再造的基础。

碳也是糖、蛋白质、脂肪、核酸的最基本元素之一。

自然环境中的碳循环主要通过二氧化碳来进行，如植物的光和作用，动植物的食物链等过程。所有动物在呼吸的时候都会产生二氧化碳。二氧化碳很重，其密度是空气的2.5倍，它的增多会形成“温室效应”，影响地球上的温度。但二氧化碳任然有不少对生物有益的用途。当我们在喝苏打水的时候，实际上就是在喝溶解有二氧化碳的碳酸化的水。

由于碳的广泛存在，碳的放射性同位素C-14在确定残遗物和考古物品的年代方面是一种非常有用的工具。

1-2 氢——生物体中原子数目最多的元素

原子序数 1

氢是宇宙中最丰富的元素。按原子数目计，氢是其它元素的总和的100倍；按质量计，占太阳系88.6%，占地球的15%。地球上现存的氢大多以水分子的形式存在于海洋中，在地壳中氢占3%。

氢的最普通且常见的化合物是水。两个氢原子和一个氧原子反应即生成了我们熟悉的水分子。动植物体中含有大量的水，按质量计人体中水占60%以上，大部分构成人体的体液。

氢和O、C、N等元素形成各种各样的有机物：脂肪、糖类、氨基酸、蛋白质和核酸等，它们构成生物体的各种器官，进行着生物生存和繁衍的生理作用。

生物大分子中的氢键（X-H…Y）：氢键是由两个电负性很强的元素如O、N、F、Cl等通过H原子形成的3中心4电子键，其中X-H是极性键，X带负电荷，H 带正电荷，H和Y上的孤对电子产生强烈的吸引作用而形成。蛋白质分子内的氢键使它具有特定的构型，产生特定生理功能。脱氧核糖核酸（DNA）中的碱基互补配对是形成氢键的最佳条件所致，所以遗传因子的复制实质上是按最佳条件下形成特定的氢键的结果。

1-3 氧——维持生命过程不可缺少的元素

原子序数 8

氧是地球上最重要且含量丰富的元素之一，它以气体形式存在于大气层中，以水分子的组成成分存在于水里，在地壳中含量约为46%。氧是生命活动必不可少的元素，也是我们体内几乎所有生物分子的组成成分。

在植物的光合作用过程中，叶绿素利用太阳光的能量，把二氧化碳转化成复杂的碳水化合物和氧气，氧气一部分供植物进行呼吸作用，一部分释放到空气中。

我们依靠氧气生存，因为我们身体里进行的许多生物过程离不开氧气。在人体内，氧气由一种生物大分子——血红蛋白从肺输送到细胞之中。血红细胞中的血红蛋白与氧气发生化学结合，然后释放给我们的肌肉组织。如果血红细胞发生病变形状改变成镰刀形，不能正常输送氧气，就会产生镰刀细胞贫血症。

1-4 氮——硝石的组成者

原子序数 7

1772年，英国化学家、物理学家丹尼尔·卢瑟福发现了氮，并用实验证明了氮气不能维持生命存在。

很多含氮化合物是动植物生命所必需的，蛋白质和核酸即是众多含氮生物分子中的两种。虽然但缺乏反应活性，但自然界已经逐渐形成了几种模式把氮气转化成能被生物细胞利用的物质。这种方法称为“固氮”。

一些氮通过闪电固定。在雷雨天，多数二氧化氮溶在雨水中，落在土壤表面，土壤中的固氮菌把二氧化氮变成蛋白质和氨基酸等营养成分。这些营养成分被植物根吸收，而植物又被动物吃掉，这样，在动物体内氮又生成动物蛋白。土壤里的细菌还可以把氮新陈代谢所产生的废物转换为氨基酸和氨。同样的除氮菌还能把这些化合物分解形成氮气，使其重新回到大气中。

另一个自然固氮法则利用了豆类植物。它们的节上有固氮菌，能把土壤里的氮直接变成氨。

1-5 钙——人体含量最多的金属元素

原子序数 20

钙是大部分生物组织必需的重要营养元素，海洋生物的壳体由碳酸钙构成，碳酸钙还构成珊瑚礁。人体中钙的含量占人体总质量的 1.5%-2%，99%的钙存在于人的骨骼和牙齿中，使肌体具有坚硬的结构支架。钙还是多种酶的激活剂，调节人体的激素水平。

缺钙会导致骨质疏松，易引发骨病，甲状旁腺机能亢进等多种疾病。成年人每天需补充800mg钙，孕妇、乳母需1500mg。全血中含钙离子30-45mg/l,临床上以此作为检验人体是否缺钙的指标。

钙也是神经传递和肌肉收缩必需的元素。钙离子与氨基酸中的羧酸结合起到传递某种生物信息的作用。

1-6 磷——第一个从有机体中取得的金属元素

原子序数 15

磷广泛存在于动植物体内，最初是从人和动物的尿以及骨骼中取得的。这和古代人们从矿物中取得的那些金属元素不同，磷是第一个从有机体中取得的元

素。也是第一个科学家为了观察和研究客观事物的性能而进行科学的化学实验初期所发现的第一个元素。

与氮相似，磷也是生命中不可缺少的元素。人的骨骼中20%的成分是磷酸钙，骨骼和牙齿中的磷占人体总磷量的85%。磷在生物的新陈代谢中扮演着重要角色：磷与蛋白质结合成磷蛋白，是细胞核的重要成分；磷酸和糖结合而成的核苷酸，是遗传基因的物质基础；磷存在于三磷酸腺苷中，磷酸盐维持着人体酸碱平衡。因此，磷对人的遗传信息的传递、能量代谢和物质代谢、生长发育都起着重要作用。