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1、生命的物质基础,王婷 生物电子学国家重点实验室,生物的分界,三界系统 1859年达尔文物种起源出版。海克尔于1886年提出一个力求反映生物亲缘关系的新分类系统。他把生物分成三界，在动物界和植物界外，增加一个原生生物界，即 原生生物界(Protista) 植物界(P1antae) 动物界(Animalia),生物的分界,1959年、R.Whittaker根据细胞结构和营养类型将生物分为五界，即 原核生物界(Kingdom Monera) 、 原生生物界(Kingdom Protista)、 植物界(Kingdom P1antae)、 真菌界(Kingdom Fungi) 、 动物界(Kingdo
2、m Animalia) 。,生物的分界,三主干六界,由16S和18S rRNA 序列比较得出,植物界、动物界、真菌界、原生生物界、原核生物界和病毒界,爱德华威尔逊(Edward OWilson)，美国生物学家、博物学家，“社会生物学”奠基人，于1969年当选为美国国家科学院院士，获过全世界最高的环境生物学奖项，包括美国的国家科学奖、瑞典皇家科学院颁发的克拉福德奖(Craford Prize)。,TED在洛杉矶举行，大会召集众多在科学、设计等领域的杰出人物，分享他们关于技术、社会、人的思考和想法。,E. OWilson TED Talk, Calls for an Encyclopedia of
3、 Life,特别感谢广州张树波老师和生医学院邬燕琪博士！,生命的组成,生命的物质基础,1.构成生物体的化学元素：,生物体和非生物体在元素组成上的统一性,2.生物体内的化合物,无机物（水、无机盐）,有机物 （糖类、脂类、蛋白质、核酸）,自然界中最丰富的元素：氧、硅、铝、铁 生物体中含量最多的元素：碳、氢、氧、氮,组成生物体和非生物体的化学元素在种类上是基本相同的,基本元素：C，H，O，N，S，P，Ca ，等占人体99.35%。,一般元素：Na，K，Fe，Mg，Mn，Zn，Cu， Cl，I等数量少，但作用大。如很多金属元素是酶的辅助因子。 基本元素和一般元素称为常量元素。 偶然存在的元素：V、Mo
4、、Li、F、Br、Si、As、Sn等，也称为微量元素。,第一节 元素组成,“反自然” 现象 自然界：C、H、N 总和 96% 这种“反自然”现象是与生命具有浓集自然界中稀有元素得能力有关，而这种能力也正是生命的一种突出的特征！,% OCHNPS 其他,人 65181081.00.252.75,生命形式多样，但基本元素构成是基本一致的；,杆菌 69151181.21.005.00,用实验动物的饲养实验来研究各种元素成份在营养学上的必要性。要证明某一种微量元素在营养学上是必不可少的，至少需要做下面三个方面的实验:,1让实验动物摄入缺少某一种元素的膳食,观察是否出现特有的病症。,2向膳食中添加该元素
5、后，实验动物的上述特有病症是否消失。,3进一步阐明该种元素在身体中起作用的代谢机理。,人体元素成份的营养学意义,只有上述三条都弄清楚，才能确定某种元素是否为营养上必需的元素。 常量元素的重要性比较容易认识。微量元素的营养学研究困难大得多。所以，一些微量元素在1950s 或 1970s 以后才确证为人体必需微量元素。,P Zn Cu Co Mg、Mn、Mo 1918 1934 1925 1935 1931 Schwarz 发现 Se（硒）元素的缺乏与肝脏疾病有关，硒可防止维生素E缺乏性肝坏死。,人体必需元素,几个例子（重要性的体现）,钙 1 人每天需要摄入多少钙？,从粪、尿、汗中排出 32045
6、0 mg 吸收率约 40% 320 x 100/40=800 mg,半斤牛奶，含钙300毫克， 25克虾皮， 含钙500毫克 500克豆浆，含钙120毫克， 150克豆腐，含钙500毫克,人体每天需要补充钙的数量 成人 800 mg 婴儿（10个月） 400 mg 幼儿（3岁） 600 mg 少年（10岁） 800 mg 青年（1218岁） 1000 mg 老年 1200 mg 孕妇/哺乳 1500 mg,2、钙参加几乎每一种生理代谢过程,Ca 在体内的生理作用（ 1.2 kg / 70 kg 2%） 骨骼及牙齿 血浆中 99% 10克 需要 Ca 参与的生理过程 肌肉：肌肉收缩 免疫： 白细
7、胞吞噬功能 循环： 血液凝固 内分泌：激素分泌 毛细血管通透性 骨骼： 骨骼形成 微循环改善 神经： 神经肌肉应激性 泌尿： 生殖： （ Ca 调节多种酶的活性）,婴、幼、少儿-佝偻病 老年人-骨质疏松症 上海地区骨质疏松症患者 男 20.1% 女48.1% 其中 60岁以上 男 24.9% 女75.5% 上海地区老年人骨折发生率 城区 16.5% 农村 6.9%,缺钙引起的疾病,高血压,（还带来别的效应）,缺钙,反常钙内流,血管,内壁细胞中钙反常积储 平滑肌细胞,血管内皮细胞钙化，损伤 胆固醇，脂类沉积 细胞因子分泌 血小板，血细胞粘附 平滑肌细胞，或纤维细胞增生 导致动脉硬化,血管外周阻力
8、增大,高血压,血管收缩,肾结石肾结石中重要成分是钙； 但是，限制钙摄入恰恰会使肾结石加重。,草酸钙：草酸来自蔬菜，食物中钙可使草 酸在肠道中结成草酸钙，从粪便中排出。,缺钙,反常钙内流，损伤肾细胞,肾脏对钙回收功能受损,高钙尿液与尿中草酸结合形成结石。,尿钙排出 增多,结（直）肠癌：,Ca2+,高脂膳食刺激,钙与脂酸结合,排出体外,高胆汁酸,刺激直肠细胞癌变,钙与胆汁酸结合,排出体外,影响钙吸收的因素 维生素D,促小肠吸收钙 促骨骼释放钙 促肾细胞回收钙,使血清钙,甲状旁腺素（PTH）,促小肠吸收钙 促骨骼释放钙 促肾细胞回收钙,使血清钙,抑骨骼释放钙 抑肾细胞回收钙,降血钙素（Calcito
9、nin)，甲状腺分泌,使血清钙,Zn,羧基肽酶,（小圆球代表 Zn2+）,乙醇脱氢酶,Fe 氧的运送和酶的活性有关，缺少时，引起缺铁性贫血。 Cu 发生冠心病的主要原因，与酶的活性有关。 Mo （钼）与酶的活性、食道癌的发病率和防治有关。 I 缺碘产生地方性甲状腺肿，幼儿发生呆小症， Mn （锰）与酶的活性有关。 Co （钴）与酶的活性有关。青春期少女0.015mg/每日。 V （钒）软体动物富有钒；鱼体含量较低。,微量元素的生物学作用,Zn （锌）在青少年的发育生长，癌症等的发病和防治起有作用。,Ni （镍）植物中1555ppm,人为0.1ppm；急性白血病.25g/ml,Sn （锡）影响骨
10、钙化速度；,Si （硅）矽肺，Si浸润细胞。,F （氟）与牙齿健康有关，缺氟产生龋齿；过多则斑齿和氟中毒。,Se （硒）缺硒产生克山病，与肝功能，冠心病发病和防治有关.,人体的元素成分 说明：日推荐量是美国FDA建议的每种微量元素每日摄入量。 在生物体中，碳、氢、氧、氮、磷、硫、氯等几种非金属元素，含量比较多，钠、钾、镁、钙等金属元素，含量也比较多，以上统称常量元素。写在表的右侧的铁、锌等金属元素和硅、硒等非金属元素，在生物体内 含量甚少，称为微量元素。 碳、氢、氧、氮、磷、硫这几种元素，是构成如蛋白质、核酸、糖类、脂类等生物分子的重要原料，氯、钠、钾等参与体内水盐平衡；碘是甲状腺素的重要成分；而镁、钙、铁、锌等配合体内蛋白质成分，参与酶活性调节，氧的输送等重要功能。,小结,1、组成生物体的化学元素主要有20多种。 2、非生物界和生物界在物质组成上具有统一性，又具有差异性。 3、根据化学元素的含量分为常量元素和微量元素。 4、各种化学元素在生物体内都有一定的生物学作用。,
