资源简介

课 题：项目三 生命中的元素
教学目的：
1、能够熟悉常见的必需宏量元素及它们的作用。
2、能够了解必需微量元素、可能必需微量元素及具有潜在毒性，但低剂量对人体又具有必需功能的微量元素的常见作用。
课 型：新授课
课 时：
本章安排4个课时。
教学重点：
重点：能够了解必需微量元素、可能必需微量元素及具有潜在毒性，但低剂量对人体又具有必需功能的微量元素的常见作用。
教学难点：
难点：能够熟悉常见的必需宏量元素及它们的作用。
教学过程：
教学形式：讲授课，教学组织采用课堂整体讲授和分组演示。
教学媒体：采用启发式教学、案例教学等教学方法。教学手段采用多媒体课件、视频等媒体技术。
作业处理：
完成每个项目后的项目检测。
板书设计：
本课标题 绪论 课次 2
授课方式 理论课□ 讨论课□ 习题课□ 其他□ 课时安排 4
学分 共2分
授课对象 院系、专业：医学专业 任课教师
教材及参考资料 1.《药用基础化学技术》，主编：周建庆 ；江苏教育出版社。 2.本教材配套视频教程及学习检查等资源。 3.与本课程相关的其他资源。
教学基本内容 教学方法及教学手段
课堂导入 每一个项目的开头都有学习目标，然后介绍项目相关的理论知识，其中穿插有例题从而帮助巩固和运用所学知识。书中还会有相关的知识拓展，拓宽学生视野，学习完理论知识后还配有相关的实训项目，加强学生动手操作能力。最后配有项目检测测试学生知识掌握情况。 参考以下形式： 1.衔接导入 2.悬念导入 3.情景导入 4.激疑导入 5.演示导入 6.实例导入 7.其他形式
本章基本知识汇总 任务一 生命中的必需宏量元素 生命中的必需宏量元素占人体总重量的99%，分别为：C、N、O、H、Ca、P、Na、K、S、Cl、Mg，共计11种。 一、 碳 碳是一切生命的重要物质基础，虽然在地球上所有活细胞中碳的质量百分比只有18%，但因为碳可以生成单键、双键和叁键，因而碳化合物的数量众多，这是其他元素难以企及的。 1、形成糖类化合物 碳元素在生命体中最主要的作用是形成糖类化合物，人的一生中大约需要14t糖。自然界的糖类资源丰富，主要来源于植物的光合作用：CO2+H2O+太阳光叶绿素糖类+O2糖类化合物包括单糖、低聚糖和多糖。常见的单糖包括葡萄糖、果糖、核糖及脱氧核糖等。低聚糖包括蔗糖、麦芽糖等。多糖由大量单糖缩合而成，包括淀粉、纤维素及糖原等。 糖类化合物的主要生理功能包括氧化放出能量，转化为糖原和脂肪等。最新研究显示糖类还具有生物信息识别功能，深入研究糖脂和糖蛋白有助于揭示细胞识别、免疫原理及对药物、激素的反应。人体中出现糖类代谢疾病时，主要表现为糖尿病。 2、形成脂类化合物 脂类化合物主要由C、H、O三种元素组成，是一类种类繁多的物质，常见具有重要生理功能的脂类及衍生物包括中性脂肪、磷脂、糖脂、甾族化合物及脂溶性维生素等。 脂类化合物的功能包括供给和储存能量，参与构成细胞和组织，保护器官、维持体温，促进脂溶性维生素的吸收，供给脂肪酸，调节生长等。人体中出现脂类代谢疾病时，主要表现为心血管类疾病。 3、碳元素在生命体中的循环 碳对于所有生命体来说，不仅参与了构成机体，而且还为生命提供能源。生物通过呼吸从糖类化合物中获得能量，同时释放出二氧化碳：C6H12O6（葡萄糖）+6O26CO2+6H2O+38ATP（三磷酸腺苷）这个反应和光合作用的反应共同构成了碳元素的循环，其中二氧化碳既参与形成糖类化合物，又是糖类化合物代谢的产物，因此碳的循环对生命体而言至关重要，一旦碳的循环终结，生命体也随之终结。 二、 氮 生命体中的氮元素主要以氨基的形式参与形成蛋白质、核酸等，从而形成了细胞和组织的结构物质。相比较于糖类和脂类而言，蛋白质、核酸是更大的生物分子。 1、形成氨基酸、多肽和蛋白质 氨基酸含有氨基和羧基，通过相互结合可以形成多肽和蛋白质。自然界已发现180多种氨基酸，但参与蛋白质合成的氨基酸只有20种。这20种氨基酸的不同组合，构成了1010~1012种不同的蛋白质。 （1） 酶。酶是最大也是最特殊的一类蛋白质，其特殊性在于对体内的新陈代谢反应起着催化剂的作用，几乎参与所有的生命活动。酶是生命体内一切化学变化的启动者，它的活动是生命活动的开始。 （2） 胰岛素。胰岛素是一种激素，主要控制生物体糖类物质的代谢。在体内葡萄糖含量较高时，胰脏会分泌少量的胰岛素从而增强了细胞对葡萄糖的吸收，降低血液的含糖量。 2、 参与形成核酸和基因 核酸是生物体中重要的大分子，不同的排列顺序形成基因。基因决定了遗传信息的储存、复制和传递，并且控制蛋白质的形成。核酸的组成成分中包括五种碱基，这五种碱基都是含氮元素的杂环有机化合物。 3、其他重要的含氮化合物 生命体的神经系统中存在大量含氮的神经活性物质，大部分都是由氨基酸转变而成的胺类化合物，称为神经递质，包括多巴胺、乙酰胆碱等。植物体当中还含有微量的硝酸盐，也是典型的含氮化合物。 4、氮元素在生命体中的循环 生命体的所有氮元素都来源于土壤中的NO-3，植物吸收后在酶的参与作用下最终转化为谷氨酸，然后再由谷氨酸转变为生命体内其他的必需氨基酸。 三、 氧 氧在所有生命体的细胞中质量百分比要占到65%，是含量最多的元素。氧以单质形态参与生命体的呼吸过程及最基本的代谢反应，以化合物的形态和碳、氢等元素共同构成了生命体。 1、光合作用6CO2+6H2O光合作用呼吸作用C6H12O6+6O2↑大气在地球诞生初期是不含氧的。现代大气中含有的氧气成分几乎全部来源于亿万年中植物的光合作用。 在进化过程中，产生了一种可以利用太阳能进行光合作用的植物——蓝藻，通过分解水产生氧气。 2、 呼吸作用 随着氧气的增多，生命体逐渐进化学会利用氧，在分解葡萄糖时，氧参与进来获得氢形成水分子并释放出能量，这个过程是光合作用的逆反应，称为呼吸作用。 氧是地球上数量最多的元素，人可以短时间内不摄入食物和水，但如果缺氧几分钟后就会死亡，所以氧对于生命体来说是至关重要的。但是长期研究也表明，氧是一种潜在的“毒性物质”。将人暴露在高浓度的氧气中会引起胸痛、咳嗽，逐步损伤肺泡引起水肿，并且这些损伤都是无法修复的，所以在高浓度氧气环境下工作的人员，如潜艇中的水兵等，容易引起因氧气浓度过高而出现急性神经中毒，从而导致痉挛。 四、 氢 人体中氢的质量含量只有10%，但数量却是最多的，占原子总数量的三分之二。氢在生命体中的主要作用包括和碳元素共同组成生命中的有机物质，和氧元素组成了与生命密不可分的水分子，构成人体的体液，维持了人体正常的酸碱平衡，最重要的是以氢离子形式参与了很多生化反应。生命体中和氢元素有关的过程有： 1、酸碱平衡 由于存在相当数量的由氢离子参与的缓冲溶液，所以人的体液、分泌物能够维持一定的pH值不变，而相对稳定的pH值又能够使其中存在的酶最大限度地发挥作用。 人的血液pH值范围必须维持在7.35~7.45之间，而人体在代谢过程中会产生10~20mol的碳酸，如果这些酸不能够及时排除，就会导致血液酸中毒，所以人体血液中存在大量符合酸碱平衡原理的缓冲对，利用氢离子的转移，从而能保证血液pH值的正常。 2、体液的pH值稳定 人的体液有20多种，这些体液都有自己的pH值范围，而pH值是靠氢离子的浓度来决定的。大多数体液近中性略偏碱性，包括胰液、胆汁、血浆等，但也有少量是偏酸性的，典型代表是显强酸性的胃液，另外汗液、尿液等显弱酸性。 3、人的味觉 甜味物质带有氢原子并且和味蕾之间形成了两个氢键，即舌头的味觉感受器和甜味物质之间产生了化学吻合，从而使人产生了甜味的感觉。而食物的酸性则是由其中的氢离子刺激味蕾而产生，使人觉得酸味的有机酸pH值在3.7~4.9之间，无机酸则相对更低一些。 人体为了维持正常的酸碱性，通过多种途径来调节体内氢离子的浓度，主要手段为：① 加速呼吸来排除体内多余的二氧化碳；② 加速氢离子的排泄，同时延长肾脏中碳酸氢盐停留的时间。 五、 钙和磷 钙和磷在人体中含量依次占第五至六位，钙也是人体中含量最多的金属元素。它们二者之间有着极其密切的关系。 钙和磷是骨骼和牙齿的主要成分。人体骨骼中的钙和磷相互结合形成无机盐的结晶，以羟磷灰石的形式牢固地结合在胶原纤维上，保持骨骼的坚硬。同时在人体缺乏时，骨骼中的钙磷可以随时调动出来进行补充，某种意义上骨骼也可以称为是人体钙磷的仓库。 人体中大部分的钙都形成骨盐，另外有极少数分布于体液中，但正是这极少数的钙离子作为重要的信使能够调节肌肉收缩、激活酶等，参与了很多的生理活动。 人体中的磷约四分之三集中在骨骼和牙齿当中，作为骨盐的主要成分。另外还有一部分以磷化物的形式作为生物氧化后储存能量的物质，包括三磷酸腺苷（ATP）、磷脂、磷蛋白、磷酸肌酸等。以三磷酸腺苷形式存在的磷，是能量的最佳载体。 六、 钠和钾 钠和钾是人体中除钙元素之外最重要的两大金属元素。钠离子和氯离子存在于细胞外液中，钾离子存在于细胞内液中，共同维持细胞内外的渗透压平衡。钠和钾也存在一定的比例关系。 1、维持细胞内外渗透压的平衡 人体细胞为了维持一定的渗透压，需要吸收和排除水分，钠和钾都参与了这个过程，如果体内钠盐偏多，人体会加大吸收水分，引起血量增大从而加重心脏负担，因此高血压病人必须在饮食中控制钠盐摄入，可以推荐钾盐代替。另外过高的血钾也对人体不利，会降低心肌的兴奋性引起心跳骤停。 2、维持体内电解质和电荷平衡 正常情况下人体的细胞内外电解质是平衡的，钠和钾离子起到保证神经和肌肉活动、调节水分等作用。如果电解质平衡出现紊乱，就会出现疲乏、恶心等症状，严重时甚至会出现虚脱。人体每天要摄入6g左右的钠盐和2~5g的钾盐，以平衡从尿液和汗液当中排出的部分。 3、形成Na+?K+泵 细胞内外进行各种物质交换是通过细胞膜上的特殊通道而进行的，而这种交换需要能量，有一种Na+?K+?ATP酶，可以在细胞膜上使Na+、K+形成浓度梯度，帮助细胞内外的物质进行交换，从而保证生理活动的正常。 4、其他功能 钠和钾是大脑和神经系统的重要活性成分，缺少它们生命体基本上毫无功能，完全没有复杂性可言。钾离子也是一些酶的辅酶，例如钾离子参与形成丙酮酸激酶，而该酶是用来促进糖分解的。 七、 硫和氯 硫和氯是人体中非常重要的两大非金属元素，分别列人体元素含量的第八和第十位。 1、硫 硫元素是氨基酸的组成之一，在常见的22种氨基酸中，有3种氨基酸是含有硫元素的。所有的蛋白质平均含硫量约为0.24%，人的头发中含有较多的胱氨酸，因此含有比较丰富的硫。硫存在于很多的维生素当中，如维生素B1称为硫胺素，维生素B2称为核黄素，还有硫辛酸等，均为含硫的维生素类。人体每天摄入的硫主要是通过含硫的氨基酸来实现的，在蛋类、豆类食物中较多，另外有些植物中含有维生素B和丰富的硫酸盐，也是硫的来源之一。 2、氯 氯是体液和细胞的主要成分之一，尤其在人体的胃液当中。胃液的主要成分是盐酸，包含了大量的氯离子。另外在血液当中氯离子的含量也很多，和其他离子一起参与维持人体的酸碱平衡。整体来说氯元素并不直接参与形成生命体，但作为电解质的一部分参与了生命活动。 八、 镁 镁在人体中的质量百分比占第11位，约为0.01%，对生命体而言是一种非常重要的元素，它是生命体的重要催化剂，尤其体现在植物的光合作用中。正常人每天摄取镁420~3200mg。 1、镁是叶绿素的中心离子 叶绿素是植物光合作用的关键因素，而叶绿素的中心离子就是镁离子。叶绿素分a和b两种，比例约为3∶1，在植物的光合作用中各自发挥作用。绿叶蔬菜和粗盐中均含有较为丰富的镁，只要平时注意饮食，人体一般不会缺镁。 2、 镁是很多酶的重要激活因子，并且参与形成很多酶 镁可以激活脱氧核糖核酸酶，是生物遗传过程中所必需的金属元素。镁还可以激活其他酶包括谷氨酰胺合成酶、腺苷三磷酸酶等，这些酶参与催化了几十种生化反应。在蛋白质的合成中镁的参与也非常重要，离子浓度过低会导致蛋白质合成中断。另外镁的催化还体现在葡萄糖的氧化过程当中。 任务二 生命中的必需微量元素 生命中的必需微量元素是指含量低于人体质量0.1%的元素，分别是：Fe、I、Zn、Se、Cu、Mo、Cr、Co共8种。由于它们在生命体中的含量较低，因此人类认识这些元素在生命中的意义和作用经历了相当长的过程。 一、 铁 铁是最早发现的必需微量元素，与生命的活动休戚相关。植物活动中，铁形成氧化还原蛋白参与光合作用，缺铁会导致植物生长不良。另外植物的呼吸也需要含铁酶的参与。铁在人体中分为血红素铁和非血红素铁两类形式，几乎所有组织中都存在，但大部分存在于血红蛋白中，参与体内氧与二氧化碳的转运、交换和组织呼吸等过程。 二、 碘 人体的甲状腺中存在相当数量的碘，在需要时会水解产生甲状腺素，通过血液输送到身体的各组织当中。甲状腺素实际上是一种含碘的氨基酸，它的作用非常广泛，不仅能促进物质和能量代谢，而且还能促进脑和身体的生长发育。 碘来源于食物、饮水及呼吸从空气摄入的微量碘，这些各种形式的碘首先被人体吸收，然后还原成碘化物进行利用。碘主要从尿液中排出，如果排出量低于40μg·d-1，可怀疑是否患有碘缺乏症。 碘缺乏症是世界范围内影响最广的一种地方病，缺碘会导致甲状腺素合成障碍，刺激甲状腺增生，从而引起甲状腺肿。婴幼儿重度缺碘会引起表现为身材矮小、痴呆、聋哑等症状的先天性地方克汀病。沿海地区因为空气和水中含碘量都较高，所以人群相对不易缺碘。而其他地区的人群则容易出现碘缺乏症，目前甲状腺肿主要采用往食盐中加碘的办法来进行防治。 三、 锌 锌是DNA、RNA聚合酶的成分，而DNA、RNA又在细胞分裂中控制着蛋白质的合成，当缺锌时，这两种酶难以形成，间接影响了细胞分裂的正常进行。由于胎儿及婴儿都处于脑细胞分裂时期，缺锌使脑细胞分裂受到抑制，导致细胞总体数量减少，因而大脑得不到正常的发育进一步影响智力。 夜行动物眼中含有较多的锌，而人眼中的含锌量则非常低，仅相当于夜行动物的1/250~1/30，主要是因为眼中对光敏感的物质——视紫红质，需要有视黄醛的参与才能生成，而视黄醛的生成又需要醇脱氢酶的催化，醇脱氢酶就是一种含锌酶，所以视网膜是人体含锌最高的部位。 另外锌还与体内多种酶的活性有关，这些酶几乎都参与了机体的代谢和控制，因而缺锌则会引起某些代谢的紊乱。另外锌可以促进上皮组织修复，有利于伤口愈合，可以促进淋巴细胞的分裂，增强免疫能力等。 四、 硒 硒是谷胱甘肽还原酶的重要成分，有利于谷胱甘肽的形成。而谷胱甘肽是一种还原剂，能够抑制自由基及过氧化物的生成，从而可以保护生物膜不被破坏。而人眼中谷胱甘肽含量很高，一旦缺硒会导致谷胱甘肽合成不足，自由基和过氧化物增多，破坏生物膜引起白内障。成年人肝、肾中硒较多。 在人体吸入的氧中，大部分被正常利用，而极少部分则转化成了性质极活泼的氧自由基，它们对人体来说是剧毒物质，而谷胱甘肽可以有效抑制其数量。一旦硒缺乏导致谷胱甘肽减少，则氧自由基会过量堆积引起身体损伤。 硒在化合物形态下吸收较好，元素形态的硒不溶于水，对生命体来说毫无作用。动物内脏含硒最多，植物当中大蒜也含有较为丰富的硒，而人工合成的食品则几乎不含硒。 五、 铜 人体中铜的含量非常低，在0.1~0.2g，但铜却是生命体不可缺少的元素。人的血浆当中含有铜蓝蛋白，可以将二价铁氧化成三价铁从而促进血红蛋白的生成。而植物生长时也需要铜参与叶绿素的合成，另外叶绿体中含有的铜蛋白，可以通过铜的价态变化传递电子，一旦铜缺乏会导致植物枯死，因此需要喷洒波尔多液（硫酸铜）。 大多数动物的血液是红色的，主要是存在含铁较多的血红蛋白，利用血红蛋白来输送氧气。但也有些蓝色血液的动物，如虾蟹等，它们不依赖血红蛋白，而是利用血蓝蛋白来运输氧气，这些血蓝蛋白就主要含有铜元素。 人体缺铜或者吸收过多，都会损伤脑及神经组织，缺铜会引起脑神经萎缩、智力低下等，而吸收过多则易出现肝硬化及脑组织病变等，因此合理地补充铜对人体来说非常重要，常见的虾蟹、牡蛎均含有较多的铜。 六、 钼 钼在地壳中的含量非常低，但却是一种生命体必需的微量元素。钼主要是在+5~+6价之间进行循环，作为电子的受体和给体。植物的光合作用，微生物的固氮均和钼有很大关系。一般来说，大多数的植物含钼量均不低于1×10-6，如果钼出现缺乏，则会导致黄斑病，严重时会大量死亡。在人体中钼对心肌有保护作用，通常心肌梗死的病人心肌中钼的含量低于常人，尤其坏死的部分钼含量更低。 正常人每天只需很少量的钼即可，常吃的肉类及豆类食物均能补充足够的钼量。但摄入过多会导致痛风、骨多空症等。 七、 铬 铬在人体中含量很低，主要是+3价形态，是球蛋白新陈代谢所必不可少的重要元素，另外在糖代谢中，铬能够提高胰岛素的功效，加快代谢的速度，因此铬不足会导致糖代谢紊乱。精制糖和精白粉中三价铬含量很低，长期食用会因糖代谢紊乱引起高血压、动脉粥样硬化等疾病。铬还能促进人体的生长发育，对儿童补铬会使他们的发育加速。另外铬是铬氨酸酶的组成部分，该酶的存在会促进生成更多的黑色素。 八、 钴 钴是唯一参与形成维生素的金属元素。钴参与形成了维生素B12，该维生素的实质就是一种含钴的络合物，人体缺乏维生素B12会导致恶性贫血。 人类无法自身合成维生素B12，因此需要从食物当中获得。各类食物中维生素B12的含量均较低，相对于植物性食物而言，动物性食物的含量稍高一些，尤其肝中含量最高。因为钴盐有毒，过多的摄入会影响氧的代谢，使心脏类的疾病恶化。 古人常有“水土不服”的说法，常指出门在外身体会觉得不舒服，其实主要是由于各地的化学元素分布不同而导致人短时间内不能适应造成的，进一步理解就是由于地理环境不同使得各地的微量元素出现差异，从而出现使人难以接受的结果。某种微量元素的缺乏甚至会导致地方病。如我国的兴安岭、长白山一带会出现克山病，研究发现是由于土壤中缺少了硒，进一步影响了当地的食物引起的。另外在安第斯山脉，喜马拉雅山脉和阿尔卑斯山脉出现的甲状腺肿，则是由于缺碘造成的。 任务三 生命中的其他元素 生命中的其他元素包括可能必需的微量元素和具有潜在毒性，但低剂量对人体又具有必需功能的微量元素。 一、 可能必需的微量元素 这类元素较多，相对主要的是锰、硅、镍、硼、钒等。 锰参与植物中叶绿素的光合作用，缺乏锰的叶绿体会失去放氧的能力。锰还参与形成精氨酸酶等酶类，例如被人们所熟知的超氧化物歧化酶，即SOD，就含两个锰离子，研究表明SOD的数量减少跟人的衰老有一定的联系。锰也参与造血功能，锰可以改善机体对铜、铁的吸收利用，促进红细胞的成熟。 硅对于人体主要是有助于骨骼和皮肤的健康，缺硅容易导致骨骼变形，皮肤失去弹性。和人相比，硅在动物和植物中的重要性更大，所有的植物几乎都含有硅，在单细胞植物硅藻的细胞壁上充满了氧化硅，动物的毛发和羽毛中也含有一定的硅。 微量的镍具有刺激血液生成的作用，能促进红细胞的再生，镍过多会使人中毒，导致头发变白。粉末状的四羰基镍［Ni（CO）4］则已被确认为致癌物质，主要是通过呼吸道进入人体，引起肺出血等呼吸障碍及呼吸系统癌症。 硼对高等植物的作用体现在能够促进植物体内糖的转运和代谢，缺硼会导致叶中糖累积过多，而茎中不足。硼还能维护叶绿体膜的结构等。 钒能够促进造血功能，充足的钒可使动物体内血红蛋白及红细胞数量增多。另外钒与人体的脂肪代谢有着密切的关系。 二、 具有潜在毒性，但低剂量对人体又具有必需功能的微量元素 这类微量元素包括氟、铝、锡、锂等，它们都具有潜在毒性，所以人体的需要非常少。 氟是人体形成强硬骨骼和预防龋齿的重要元素。老年人缺氟会使骨骼变脆，易破碎从而变成残废，同时氟是形成牙釉质的基本成分，因此缺氟也会导致龋齿。为预防龋齿，很多国家在饮用水中添加少量的氟。但氟过量会对骨骼造成严重伤害，还导致甲状旁腺机能亢进，损伤神经系统等，所以氟对生命体来说存在潜在的毒性。 一般认为铝为人体长期摄入会影响组织和细胞的磷酸化过程，降低某些消化酶的活性，因此世界卫生组织规定人每天摄入的铝不应超过50mg。 锡可以促进蛋白质和核酸的形成，可以维持一些化合物的立体结构，过多则会导致中毒。目前常用有机锡化物做合成树脂、除草剂的稳定剂，而有机锡化物对神经系统有剧烈的毒性，因此要尽量避免接触。 锂可以取代钠，因此当锂过量或钠不足时，会造成可逆性的肾损伤，锂甚至还可以作为治疗周期性躁狂症的特效药。 1．教学以学生学习教材的基本内容为主，系统全面地学习产业经济学基础的基本内容。 2．通过案例为学生讲解产业经济学基础的素质要求和培训要点。 3．整个教学过程中，各教学点可根据实际情况，进行拓展知识的讲解。
讨论题、思考题： 围绕本章主题做情景模拟训练，以增强理解，加深印象。可以参考教材、资料包、或者其他案例。
作业： 完成项目检测。

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