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1、化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院第一节 化学与生命第二节 营养元素第三节 营养与饮食第五章第五章 化学与营养化学与营养 化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院 纵观生命现象、生物种类、生物个体的表现，纵观生命现象、生物种类、生物个体的表现，真可谓无奇不有。在广阔的地球表面，无论是在真可谓无奇不有。在广阔的地球表面，无论是在大气层中漂浮的细菌、真菌和植物的孢子以及在大气层中漂浮的细菌、真菌
2、和植物的孢子以及在海洋深处邀游的鱼虾类生物，还是陆地上南北两海洋深处邀游的鱼虾类生物，还是陆地上南北两极的企鹅和北极熊等等，到处都是极的企鹅和北极熊等等，到处都是生命表现形式生命表现形式的存在，其外观的存在，其外观千差万别、形式各异千差万别、形式各异，充满了地，充满了地球上的海洋、陆地和天空球上的海洋、陆地和天空。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院 据诗经记载的动、植物有据诗经记载的动、植物有300多种，自多种，自然系统记载的巳多达然系统记载的巳多达9000多种。据统计，到目多种。据统计，
3、到目前为止，动物约有前为止，动物约有85万种，植物约有万种，植物约有40万种，共万种，共约约125万种，也有的记载约万种，也有的记载约200万种甚至更多。万种甚至更多。尽管世界上的生物种类繁多、千奇百怪尽管世界上的生物种类繁多、千奇百怪，但是组但是组成生命最基本的分子却基本相同。成生命最基本的分子却基本相同。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院 科学家们在认识生命的过程中先后经历了科学家们在认识生命的过程中先后经历了个体个体形态形态水平、水平、细胞细胞水平直至现在的水平直至现在的分子分子水平
4、三个层水平三个层次。今天的生命科学正朝着两个方向发展，其一次。今天的生命科学正朝着两个方向发展，其一是从更宏观的角度，即是从更宏观的角度，即从群体或群落乃至全球生从群体或群落乃至全球生物圈物圈去认识生命。其二是从更微观的角度，去认识生命。其二是从更微观的角度，从分从分子或原子子或原子去认识生命，从去认识生命，从DNA（脱氧核糖核酸）（脱氧核糖核酸）水平和蛋白质水平去揭示生命现象的本质，诠释水平和蛋白质水平去揭示生命现象的本质，诠释生命的奥秘生命的奥秘。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院化学
5、与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院 5000万年前，产生了现代哺乳动物；万年前，产生了现代哺乳动物；500万年万年的时候，人和猿在进化上开始分离，各自走上了的时候，人和猿在进化上开始分离，各自走上了不同的进化道路。经过漫长的岁月，生命终于完不同的进化道路。经过漫长的岁月，生命终于完成了从无到有、从单一到多样、从简单到复杂、成了从无到有、从单一到多样、从简单到复杂、从低级到高级的演化过程。从低级到高级的演化过程。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与
6、营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院 生命体实质是大气圈、水圈和地表岩石圈运动生命体实质是大气圈、水圈和地表岩石圈运动及物质作用的结果，地球形成初期的第一代大气及物质作用的结果，地球形成初期的第一代大气的化学成分主要是氢和氦。但随着地球上火山爆的化学成分主要是氢和氦。但随着地球上火山爆发，内部物质不断冲出地壳、散落大气圈、水团发，内部物质不断冲出地壳、散落大气圈、水团和地表层，以及宇宙外部恒星传入的元素积累，和地表层，以及宇宙外部恒星传入的元素积累，地球的第二代大气地球的第二代大气“原始大气原始大气”产生了，如果存产生了，如果存在生命体，那也一定是还原型的，无需氧的原始在生
7、命体，那也一定是还原型的，无需氧的原始生物体。生物体。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院 细菌、蓝藻属原核生物中许多都是厌氧的，地细菌、蓝藻属原核生物中许多都是厌氧的，地球大气团能出现游离氧，那还是蓝藻等生命体所球大气团能出现游离氧，那还是蓝藻等生命体所创造的奇迹。根据地质学上红色页岩的出现，说创造的奇迹。根据地质学上红色页岩的出现，说明地球约在明地球约在20多亿年前，大气由还原型的变成了多亿年前，大气由还原型的变成了氧化型的，大气中出现了游离氧分子，并且在大氧化型的，大气中出现了游离氧分
8、子，并且在大气的平流层，构筑了臭氧层。它有效的阻遏了太气的平流层，构筑了臭氧层。它有效的阻遏了太阳和宇宙辐射，更好地保护了生命，扩大了生命阳和宇宙辐射，更好地保护了生命，扩大了生命生存空间，使得生命从海洋中扩展到陆地上。生存空间，使得生命从海洋中扩展到陆地上。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院 化学进化的全过程又可分为四个阶段：无机小分子物质无机小分子
9、物质生生成成形形成成组组成成演变第一第一阶段阶段场所场所实验实验第二第二阶段阶段场所场所过程过程第三第三阶段阶段场所场所过程过程第四第四阶段阶段场所场所过程过程 原始大气19531953、美国米勒、美国米勒 原始海洋原始海洋聚合、缩合聚合、缩合原始海洋原始海洋原始海洋原始海洋浓缩、凝聚浓缩、凝聚长期演变、长期演变、相互作用相互作用特点特点特点特点原始界膜和原始界膜和原始的原始的 物物质交换质交换原始新陈代谢和繁殖原始新陈代谢和繁殖有机小分子物质有机小分子物质有机高分子物质有机高分子物质多分子体系多分子体系原始生命原始生命生命的起源化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化
10、学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院Miller的模拟实验装置第一阶段第一阶段 美国人 S.Miller,模拟原始地球环境，通过电火花(模拟闪电)，从无机物有机物分子,类似实验，结果相似。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院第三、四阶段第三、四阶段1 1）多分子体系的形成和原始生命的出现）多分子体系的形成和原始生命
11、的出现 生物大分子生物大分子 多分子体系多分子体系 才显出生命现象才显出生命现象 2 2）多分子体系的产生：）多分子体系的产生：团聚体学说团聚体学说-奥巴林：奥巴林：原始新陈代谢和繁殖原始新陈代谢和繁殖化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院原始生命，诞生的三个条件：原始生命，诞生的三个条件：能源能源 各种无机及有机分子各种无机及有机分子 形成原始膜形成原始
12、膜生命进化的主要历程生命进化的主要历程生命进化经历的地质年代生命进化经历的地质年代,由远及近由远及近,依次为太古代依次为太古代(距今距今3427亿年亿年)、元古代、元古代(276)、古生代、古生代(62.3)、中生代、中生代(2.30.7)及新生代及新生代(7000万万)。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院 构成生物体的有机大分子，最基本的可分为构成生物体的有机大分子，最基本的可分为蛋白质、核酸蛋白质、核酸和和高分子碳氢化合物高分子碳氢化合物 。氨基酸、。氨基酸、多肽、蛋白质大分子具有多种
13、作用和功能，是多肽、蛋白质大分子具有多种作用和功能，是生命体的生命体的基本结构物质基本结构物质之一；而核苷酸、核酸之一；而核苷酸、核酸大分子是大分子是高度有序，能传递遗传信息高度有序，能传递遗传信息的物质；的物质；碳水化合物、多糖则可为生命活动碳水化合物、多糖则可为生命活动提供能量提供能量 。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院富含蛋白质的物质富含蛋白质
14、的物质化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院+nH2OH2O核苷酸多核苷酸图51 核酸的形成化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院核核酸酸的的示示意意图图化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院核酸的组成核酸的组成化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学
15、与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院 “团聚体团聚体”有一些类似细胞的特性，就可吸纳有一些类似细胞的特性，就可吸纳氨基酸、催化剂和酶等，当氨基酸、催化剂和酶等，当“团聚体团聚体”吸纳糖后，吸纳糖后，再吸纳酶。在其内部可形成淀粉；让其吸纳核苷再吸纳酶。在其内部可形成淀粉；让其吸纳核苷酸和相应的分解酶或合成酶等，其内部就可以发酸和相应的分解酶或合成酶等，其内部就可以发生复杂的生复杂的生物化学反应生物化学反应。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院化学与人类系列讲座化学与人类系
16、列讲座化学与营养化学与营养第五章化学与营养第五章化学与营养湖南理工学院化学与化工学院湖南理工学院化学与化工学院 “团聚体团聚体”并不是一个简单的并不是一个简单的静态热力学平衡静态热力学平衡系统系统，由于团聚体存在有选择性的物质吸纳进入，由于团聚体存在有选择性的物质吸纳进入和有秩序性的物质推出，它不仅扮演把各种反应和有秩序性的物质推出，它不仅扮演把各种反应维持在一个平衡的独立体系，而且，在不同光照、维持在一个平衡的独立体系，而且，在不同光照、温度、酶的作用下，温度、酶的作用下，“团聚体团聚体”的生化反应表现的生化反应表现出出多种多样的类似生命活动的现象多种多样的类似生命活动的现象，也体现了生，也体现了生命起源中非细胞形态的大分子、多分子体系构成命起源中非细胞形态的大分子、多分子体系构成及所能表现出的类似生命现象的及所能表现出的类似生命现象的活动的过程活动的过程。