第14章 原子光谱分析在生物和医药领域内的应用（韩南银、曹晔）

14.1 概述 自然界有一百多种化学元素，其中包括92种天然元素和15种人造元素，如果除去人造元素，目前人体内未能测出的元素有5种惰性元素，即氦、氖、氩、氪和氙，以及鍀、钷、钫等6种金属元素，计11种，所以人体所有可测得的元素共81种。这些元素可以分成四类：必需常量元素、必需微量元素、可能必需微量元素、非必需微量元素和有害微量元素。 必需常量元素有氢、氧、钠、钾、碳、氮、硫、磷、钙、氯、镁11种，它们约占人体总重量的99.95%。 按照国际微量元素学术会议和世界卫生组织(WHO)公认的看法，必需微量元素是指具有明显的营养作用，人体生理过程中必不可少的一类元素，缺乏这些元素将产生特征性生化反应紊乱和病理变化，补充这些元素就能纠正病理变化或治愈缺乏这些微量元素引起的疾病。目前确定的必需微量元素有14种，包括铁、铜、锰、锌、钴、钼、铬、钒、镍、氟、硒、碘、硅、锡。 可能必需微量元素是指具有一定生物学作用或医疗、预防、保健效能，又具有某些必需微量元素生物及生化特征，但目前尚未被WHO及多数国际组织认可的微量元素，有锶、锗、溴等。 非必需微量元素是指未发现其营养作用，又无明显毒害作用的元素，有钡、钛、铌、铷、硼等。 有害微量元素是指既无营养作用却有积蓄现象，并有明显毒害作用的元素有铅、铋、铍、汞、镉、铊、砷等，其中镉、汞、铅、砷的毒性已为人所共知，而铍和铊对人体的毒害作用则尚未为许多人所完全了解。 化学元素不仅是构成人体的基本成分，而且对人体的生长发育、疾病与健康、衰老与死亡起着重要作用。生命科学是二十一世纪全球的热点研究领域，随着科学技术的发展和生活水平的提高，微量元素与人体健康的关系越来越受到重视。在医学领域，从人体构成来看，占人体总重量万分之一以下者即为微量元素，这些微量元素，共占人体总重量的万分之三左右。微量元素在生物体内的含量虽小，但在生命活动过程中起着十分重要的作用却是。概括地讲，主要表现在以下几个方面。 ⑴ 作为生物酶系统的组成部分。酶是一种高度专一的催化剂，包含了许多非蛋白质物质----辅基，即由部分有机分子和金属离子所构成。这类代谢酶可分为两类，一类是金属酶，其中金属和酶蛋白结合牢固，只有与金属离子结合才具有酶的活性。很多微量元素都是特殊金属酶的必需成分，如细胞色素C中的Fe2+、细胞色素氧化酶中的Cu2+ 等。另一类是金属激化酶，金属与酶并不牢固，可用透析法将金属析出。该酶在起生物反应的催化作用时，必须与金属离子结合，否则不能起作用，如有机钴制剂维生素B12 。 ⑵ 参与激素的作用。① 微量元素可直接参与激素物质的结构组成。如甲状腺中合成含碘的甲状腺素，碘与甲状原氨酸结合形成具有激素活性的甲状腺素。② 微量元素与激素可形成复合物。如鋅与胰岛素所发生的相互关系。鋅通过组氨酸的咪唑环与胰岛素形成复合物，鋅可促进胰岛的B细胞中的胰岛素与蛋白体的键合与释放。若将胰岛素碘化，则胰岛素对鋅的键合能力下降，这是由于碘取代了组氨酸咪唑环上的鋅所致。③ 激素可与酶体系中组成成分的金属离子发生相互作用。例如，甲状腺素可与Cu2+、Mg2+、Co2+、Zn2+键合，从而使激素成为上述离子的载体。激素或许可以直接影响体内离子的转运，或者可以改变细胞膜的通透性。所以当内分泌腺切除或者功能减退时，激素的载体作用也随之消失，从而使血液与细胞外液的金属离子比例发生变化。在激素与离子的相互作用中，可能会发生金属离子间的相互协同效应或拮抗作用。