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1、第5节细胞中的无机物文字素材1.水的物理化学性质与生命的关系水是生命的源泉。活细胞中绝大多数化学反应是在水环境中进行的。水在许多生物化学反应中是一个活泼的参与者，而且是大分子（如蛋白质）性质的重要决定因素。水之所以成为生命活动中最重要的溶剂，是由它的物理化学性质所决定的，而它的物理化学性质取决于它的分子结构，即水是一个带有氢键的极性分子。水的极性分子结构特性决定了它有许多独特的物理性质：较高的介电常数、比热、蒸发热、沸点、熔点及抗张强度等（表10）。表10 一些常见物质的物理性质 熔点/沸点/蒸发热/Jg-1比热/Jg-1熔解热/Jg-1水乙醇丙酮乙酸乙酯氯仿0-114-95-84-63 10
2、078567761 2 257.2852.7522.5426.4246.6 4.1842.4292.2071.9190.945334.4104.196.1 水的介电常数是溶液中最高的，这就意味着按单位容积计算，没有任何溶剂能比水溶解更多种类和数量的溶质，所以水成为最理想的生物溶剂。比热是指提高单位数量的某物质单位温度所需要的热量。水的比热在液体中排第二位（汞的比热最大），这种高比热特性意味着水的温度相对不容易发生改变，可作为热的缓冲剂，这样以水为介质的生命体系就可以维持在相对稳定的状态，使生物体少受外界温度变化的影响。蒸发热是指在恒定温度下，使某物质由液态转变为气态所需要的热量。水的蒸发热大，
3、能为部分脊椎动物所利用， 以汗水的蒸发作为一种冷却机制；同样，对于植物来说也是非常重要的，植物叶片通过水分蒸发消耗过多吸收的光能，从而避免温度升高对细胞造成伤害。氢键使水的沸点高达100 ，所以在正常温度下，水是液体，有利于生命活动的进行。水的熔解热最高，这样在临近结冰温度时，温度下降的趋势大大降低，从而防止了零度以下的快速降温，这对于地球气温的调节以及水生生物的生存都有十分重要的意义。物体抵抗拉力而不被拉断的能力称为抗张强度。由于水分子间的内聚力（水分子间的氢键使水分子具有的相互吸引力），水具有很高的抗张强度，因此，水柱可以抵抗外界的拉力而不会被拉断，这种特性在植物体内水和无机盐的向上运输中
4、发挥着重要作用；即使冰的密度低于水而能漂浮水上的现象，对水生生物的生活也很重要。水的表面张力可以维持植物导管中水流的连续性。细胞的含水量与其生理活动是否活跃常常是密切相关的。当细胞含水量充足时其生理活动常较活跃，而当含水量降低时细胞的生命活动也会减弱。植物细胞所具有的膨压也是通过水分的平衡建立起来的。另外，水的热传导性在非金属物质中是最好的，水的黏度是较低的，水还具有渗透作用等，这些对于生命活动来说都是至关重要的。综上所述，水是细胞中各种生物化学反应的基本介质，是生命的源泉。2.无机盐在调节酸碱平衡中的作用下面以动物体为例来介绍无机盐在调节酸碱平衡中的作用。动物的体液具有正常的pH值，如人的血
5、浆pH值约为7.357.45，在酸碱平衡的维持中，无机盐直接参与了缓冲对的构成。血液中最主要的缓冲对是由碳酸氢钠（钾）和碳酸所构成的，即NaHCO3/H2CO3或KHCO3/H2CO3。除此之外，还存在有其他的缓冲对。在血浆中有Na2HPO4/NaH2PO4、血浆蛋白质钠盐/蛋白质等，在红细胞中有K2HPO4/KH2PO4、红细胞蛋白体系钾盐/红细胞蛋白（血红蛋白钾盐/血红蛋白、氧合血红蛋白钾盐/氧合血红蛋白）等缓冲对，这些缓冲对对于调节体液的酸碱平衡都是很有效的。3.无机盐在调节渗透压中的作用渗透压是衡量溶液中溶质浓度的一种方法，其计算公式为=CRT，其中C为溶液中溶质的浓度，R是气体常数，
6、T为热力学温度。由公式可以看出，溶液中渗透压的高低与溶液中溶质粒子的大小、电荷的多少及其化学性质无关，而取决于溶液中溶质粒子的浓度。在机体内引起渗透压的有效物质包括有机物和无机物。由于体内无机盐的浓度、解离程度都比有机物高得多，所以体液中无机盐提供的渗透压最大，而有机物提供的渗透压很小。细胞内液及细胞外液的容积决定于它们的渗透压，只有当机体细胞内外的渗透压恒定时，组织细胞的形态和机能才能维持正常，各种正常的物质代谢才能有条不紊地进行，这是维持内环境稳定的一个极为重要的方面。4.人体对无机盐的需求（部分）表11 人体对无机盐的需求表（部分） 无机盐功 能每日需要量缺乏引起的疾病过量引起的疾病Fe
7、是血红蛋白、细胞色素及含铁酶类的成分。1020 mg缺铁性贫血色素性肝变硬；铁质沉着病Ca促进牙齿和骨骼生长，凝血作用，调节神经肌肉的敏感性等。0.41.5 g骨骼畸形；痉挛白内障；胆结石；粥样硬化P构成骨骼、牙齿、肌肉及血液的重要元素，促进酶的活动，形成ATP。1.22.7 gNa体液的主要组成成分，调节体液渗透压。1.65 gAddison病等K使生长正常，保持肌肉功能正常，维持离子浓度平衡、调节体液渗透压。24 g心律异常等Addison病I是形成甲状腺素的成分。0.010.15 mg甲状腺肿等Mg参与构成叶绿素，与酶的活性有关，保持肌肉功能正常。0.20.4 g惊厥麻木症Cu促进正常生长。13 mg贫血症；卷毛综合征等Wilson氏肝脏豆核病Mn正常生长所需。2.55 mg骨骼畸形运动失调Zn是若干跟消化有关的酶的结构中心。1015 mg侏儒症；生殖腺功能受影响金属烟雾发烧症Cr对胰岛素的生成是重要的。0.050.2 mg非正常的葡萄糖代谢F维持骨骼的结构，防止蛀牙。2 mg牙齿出现斑点3
