1.2 化学与生命
19世纪下半叶，恩格斯首次科学地定义了生命， 即“生命是蛋白体的存在方式”。这个存在方式的基 本因素在于和它周围的外部自然界的不断地新陈代谢， 而且这种新陈代谢一旦停止，生命就随之停止，结果 便是蛋白质的分解。恩格斯的生命定义，在一定程度 上揭示了生命的物质基础，即具有新陈代谢功能的蛋 白体。所有这些都离不开化学元素的参与。地球上存 在的92种天然元素中有28种元素在生物体内被发现。 在这个物质世界中，最复杂、最完美和最奥妙的莫过 于生命现象。化学与生命科学之间有着极其密切的关 系。生命过程本身就是无数化学变化的综合表现。
1.2.1 人体中的化学元素
生命进程，从无机小分子物质生成有 机小分子物质，从有机小分子物质形成有 机高分子物质，从有机高分子物质组成多 分子体系，从多分子体系演变为原始生命。 目前有28种元素（氢、硼、碳、氮、 氧、氟、钠、镁、硅、磷、硫、氯、钾、 钙、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、 砷、硒、溴、钼、锡和碘）在生物体内被 发现。 这些元素由于在人体中维持着正常 的生物功能，称为生物元素。
（2）化学元素的相互作用
2）拮抗作用
拮抗作用是指生物体中一种元素对另一种元素的正常 生理功能产生抑制或抵消作用。例如，单吃橙子有酸味，但 如果与草莓同吃，则其酸味消失而有甜感。 实际上，许多元素之间存在着拮抗作用，如铜与钼，硒 与汞，铜与锌，铊与硒，铜与镉，锌与镉，铁与镉等。例如 镁是钙的拮抗剂，镁离子活化反应有时会受到钙离子的抑制； 镁还是一些致癌物质的拮抗剂，能加速体内硝酸盐，亚硝酸 盐的代谢，减少它们作为强致癌物亚硝酸胺的前体的潜在危 害。 近年还发现硒对多环芳烃和偶氮化合物等有机致癌物也 有抑制作用，因此硒的生物无机化学日益成为一个活跃的研 究领域。
（1）元素的迁移与转化
元素迁移与转化 指元素及其化合物在环境中所发生的空间移动及存在形 式与状态的变化，即元素及其化合物在环境空间位臵的移动、 转化以及因移动和转化所引起的富集、分散等. 迁移方式： ① 机械迁移作用。水迁移、空气及重力机械迁移等。 ② 物理—化学迁移作用。元素以简单离子、络合离子或 可溶性分子等无机物形式在环境中通过一系列物理化学作用 所实现的迁移。有机化合物可通过化学分解、光化学分解和 生物分解等作用所实现的迁移。 ③ 生物迁移作用。通过生物体的吸收、代谢、生长发育、 死亡、分解等过程所实现的元素迁移。生物的种属不同，元 素的生物迁移能力也不同。
（1）元素的迁移与转化
生物元素富集:
生物体内金属元素最重要的迁移转化方式。生物在 其生命活动中有选择地吸收、富集某些化学元素，死亡 后通过矿化作用又将这些元素释放到自然环境中。 目前H、Li、Be、B、C、N、O、Na、Mg、Al、Si、 P、S、Cl、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、 Cu、Zn、Ge、Se、Sr、Mo、Ag、I、Au、Pb、Ra、U 等元素均可被生物富集。 例：对松花江附近居民调查发现，经常吃河鱼的渔 民身体里积累了很多汞，甚至还出现了明显汞中毒症状。 而同一条江水而很少吃河鱼的人，体内积累的汞却不多， 而且也极少出现汞中毒症状。这主要是由于河鱼对汞的 富集作用所致。
1.1.4 人们对化学的误区
（2）环境污染与化学
衣、食、住、行等离不开化学，人人都需要化学品。但 化学品有毒、有味、污染环境事件也在人们心理产生阴影。 不可否认化学工业生产与排放的化学品，确实给生态环境和 人类带来严重影响。 如1983年印度Seveso农药厂异氰酸甲酯的泄漏事故造成 的震惊全球的大惨剧。还有生产过程中长期积累性废物排放， 以及有毒有害的化工产品在环境中残留和对环境的破坏。 广义地说，任何物质都是有毒的。但毒性是与物质“量” 有关的。人们对于高毒物质倍加谨慎小心，但对于低毒物质 对人类的伤害却常常掉以轻心，以致造成严重后果。 当前,我们已无法离开化学化工产品。不仅要开创美好生 活而发展化学工业，而且更要不能让它的生产过程和它的产 品破坏我们的环境。
1.1.3 化学在社会发展中的作用
（1）日常生活离不开化学
色泽鲜艳的衣料需要经过化学处理和印染，丰富多彩的 合成纤维更是化学的贡献。要装满粮袋子，丰富菜篮子，关 键之一都是发展化肥和农药的生产。加工制造色、香、味俱 佳的食品，离不开各种食品添加剂(甜味剂、防腐剂、香料、 调味剂和色素等) ，它们大多是用化学合成方法或用化学分 离方法，从天然产物中提取出来的。现代建筑所用的水泥、 石灰、油漆、玻璃和塑料等材料都是化工产品。用以代步的 各种现代交通工具，不仅需要汽油、柴油作动力，还需要各 种汽油添加剂、防冻剂，以及机械部分的润滑剂，这些无一 不是石油化工产品。此外，药品、洗涤剂、美容品和化妆品 等日常用品也都是化学制剂。
1.1.2 化学研究的领域
（3）有机化学 形成于19世纪下半叶，如1861年KekuléF A提出碳的四 价概念和1874年Van't Hoff和Lebel 的四面体学说。有机化学 以碳氢化合物及其衍生物为研究对象。有机化学形成了许多 分支边缘学科。比如生物有机化学、物理有机化学、量子有 机化学、海洋有机化学等。 （4）物理化学 研究化学反应方向和限度（化学热力学）、化学反应速 率和机理（化学动力学）以及物质微观结构与宏观性质间的 关系（结构化学）等问题学科，是化学学科的理论核心。研 究内容大致为三个方面。化学体系的宏观平衡性质：化学热 力学、溶液、胶体和表面化学。化学体系的微观结构和性质： 结构化学和量子化学。化学体系的动态性质：化学动力学、 催化、光化学和电化学。
（2）化学元素的相互作用
1）协同作用
协同作用是指元素间联合作用的结果大于每个元素 单独作用的总和。 例如，在人体中维生素D能协同钙的吸收，促进肠 胃内钙、磷的吸收，维持血液中钙和磷的平衡，并促进 钙在骨组织中沉积；钙和磷互相协同，对钙的吸收率影 响较大的是磷的配比量，当钙和磷的比例在1:1—1:2时 钙的吸收率最高。 同样，一些有毒有害元素的相互联合作用的毒性也 会大于其中各个毒物成分单独作用的总和。即其中某一 毒物成分能促进机体对其他毒物成分的吸收或使其降解 受阻，排泄迟缓，蓄积增多或产生高毒物代谢等，使混 合物的毒性增加。
（2）化学元素的相互作用
3）配合作用
人体的必需微量元素大多属于过渡金属元素,它们结构
相近，性质相似，易形成配合物。
生物配体主要有水分子等小分子和肽、氨基酸、蛋白质、 糖、维生素、生物碱等生物大分子。有毒金属进入人体后, 与蛋白质、核酸等生物大分子的配位基团结合,形成配合物。 解毒剂必须是一种更强的配位剂,才能把有毒金属从生 物大分子的成键部位替换出来。因此,有效的解毒剂必需能 与有毒金属形成稳定的配合物,即配合物具有足够高的稳定 常数。
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化学与生命
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1.1 化学与社会 1.1.1 化学的发展 1.1.2 化学研究的领域 1.1.3 化学在社会发展中的作用 1.1.4 人们对化学的误区 1.2 化学与生命 1.2.1 人体中的化学元素 1.2.2 化学反应与生命过程 1.2.3 化学对生命健康的影响
1.1 化学与社会
化学是从原子、分子、离子等层次上研究物质 组成、结构、性质极其变化规律的科学。 化学作为重要的一门基础科学，在整个自然科 学中的关系和地位，正如Pimentel G C在《化学中 的机会——今天和明天》一书中指出的“化学是一 门中心科学，它与社会发展各方面的需要都有密切 关系。” 它不仅是化学工作者的专业知识，也是广大人 民科学知识的组成部分，化学教育的普及是社会发 展的需要，是提高公民文化素质的需要。
1.1.3 化学在社会发展中的作用
（3）科学技术发展也离不开化学
随着科学技术和生产水平的提高，化学与其他科学 不断相互渗透，相互交叉，大大促进了基础科学和应用 科学的发展和交叉学科的形成。如环境保护、能源开发 与利用、功能材料研制、生命过程奥秘探索。在能源开 发和利用方面，化学工作者为人类使用煤和石油曾做出 了重大贡献，现在又在为开发新能源积极努力。利用太 阳能和氢能源的研究工作都是化学科学研究的前沿课题。 材料科学是以化学、物理和生物学等为基础的边缘科学， 它主要是研究和开发具有电、磁、光和催化等各种性能 的新材料，如高温超导体、非线性光学材料和功能性高 分子合成材料等。生命过程充满化学反应，当今化学家 和生物学家正在通力合作，探索生命现象的奥秘，从原 子、分子水平上对生命过程做出化学的说明。
1.1.2 化学研究的领域
（1）分析化学 分析化学是研究获取物质化学组成和结构信息的分析方法 及相关理论的科学，它的主要任务是鉴定物质的化学组成）、 测定物质有关组分含量、确定物质结构（化学结构、晶体结构、 空间分布）和存在形态（价态、配位态、结晶态）及其与物质 性质之间的关系等。方法分化学分析法和仪器分析法。 （2）无机化学 无机化学是研究无机物质的组成、性质、结构和反应的科 学。无机化学是以19世纪60年代元素周期律的发现为标志。20 世纪40年代末，由于原子能工业和半导体材料工业的兴起，无 机化学又取得了新的发展。从20世纪70年代以来，随着宇航、 能源、催化及生化等研究领域的出现和发展，无机化学在实践、 理论方面都取得新突破。无机化学的发展趋向主要是新型化合 物的合成和应用，以及新研究领域的开辟和建立。
1.1.1 化学的发展
（1）萌芽时期 远古人类，经过千万年的摸索实践，逐渐学会了制陶、 冶金、酿酒、染色等工艺。这时相关的化学知识还没有形成， 这个时期属于化学的萌芽时期。 （2）炼丹术和医药化学时期： 公元前1500年到公元1650年，炼丹术士和炼金术士们， 在皇宫、教堂、家里、深山，为求得长生不老仙丹，为求得 荣华富贵黄金，开始了最早化学实验，记载与总结炼丹术的 知识。积累了许多物质间化学变化，为化学发展准备了丰富 素材。伴随炼丹术、炼金术的盛衰，化学方法在医药和冶金 方面得到了发展。与此同时，在欧洲文艺复兴时期，一些有 关化学的书籍开始出版。第一次有了“化学”名词，英语的 chemistry起源于alchemy，即炼金术。chemist还保留相关含 义“化学家”和“药剂师”。