细胞化学< 目的A通过名称和符号辨认人体基本的化学元素。 所有物质，无论有生命还是无生命，都由化学元素这一基本单位构成。110 种化学元素中，有92种是自然界存在的，而共中的22种广泛分布于大多数动物 组织中。人体的化学组成总结于表2.1。 表21人体的化学组成 化学元素 体成% 95% 钙(C) 磷(P) 3% 钾(K) 硫(S) 氯{C) 微址 硅(S) 2.1原子和分于的概急及区别。 原子(a©m)是元素保持其化学特性的最小单位。每一种元素仅由一种原子构成，例 如：碳，生命体的关键元案，仅仅由碳原子构成。 分子(molecule)由两个或更多的原子通过化学健化合而成。分子可由同种元素的原子 构成（氧分子O2》也可以由不同元素的原子构成（硫化盆分子，HS)。原子是化学元素的 最小单位，而分子是化合物的最小单位。水是生命必需的化合物，由分子构成，每个分子包 含一个氧原子和两个氢原子(HO)。 化学又称为中心科学，因为化学的基本原理同时又是了解其他各类科学的 包括生物学和生理学。化学在培养墨多工作者中起者非常重要的作用」 要了解人体的正常或异带功能，必须先了解组成人体的原子、分子以及它们之 问的相互作用。药理是一门关于药物的科学，包括药物的我分、用论及对身体 的影响。药物是对人体机能有特定影响的化合物。 司的B描述原子的结构 vey 原子由三种基本粒于组成：质子(proton)、中子(neutron)和电子(elec tron)。松子的基本特性通常从两方面描述：质量和电荷（表2.2）。规定碳原子 的质量为12，电子所带的电荷为“一1”，作为参照标准。质子和中子位于原子 核内，质子的数量称力原子序数[atomic number,(Z)]。对某种化半元素的所有
第2章细胞化学 19 愿子来说原子序赞都是相同的：每个原子原子接中的康子教也围定：而原子核妹正好有了 个电子国绕， 使原子在整体上星电中性。电子围绕原子核运动， 就像太阳系的行星绕太阳 运行。 电子既有波动性，又有粒子性， 因此研究电子的能级水平是非常有意义的。把这些能 级水平设想为连续的电子层，元素的化学性质便可以通过Z个电子在各层的分布来解释。 表22亚原子粒子，相对质量和电荷 扣对陵量（近使】 电荷 质子（争） +1 中子(n的 0 电子{。 1/1840 2.2氢(Z=1)、碳(Z=6)和钾(Z=19)的结构慨图。 元素的电子层通常用围绕原子核外的同心圆表示（图2.1）。前四层分别容纳2、8、8 和18个电子。原子的电子依次进入电子层，只有当内层电子充满后才进入下一电子层。 图21原子的能级水平或电子层表达式 2.3什么是网位素？ 质子数相同而中子数不同的同一元素的原子互称为同位素。例如：碳元素，除了标准的 含6个中子的外，还有含7个和8个中子的碳。元素周期表中给出的化学元素的相对原子质 量是该元素所有同位素质量的平均值。例如：6个中子的碳相对质量为12.0000：而碳的相 对原子质量为12.01115。原子核中中子的数量与质子的数量接近，如表2.2所示，所以元 素的原子址近似于2。但这一原则更适用于小原子，对于大原子而言出入较大。因为同 元素的不同同位素之间电子层结构相同，所以它们的化学性质相同。然而，质量上的差异也 会导致稳定性和其他性质上的差异。 同位素有重要的医学用途。虽然所有的同位素其化学性质相同，但某些同位素有 李射性，可通过放射限相仪出来。放射竿家常用射性同位素来新和治疗疾， 季即把放射性司位素注入病人体内， 追踪同位素的运动、细胞摄取、组织分布及排港。 目的C描述分子的键和结构。 +rvey 分子的结构是由原子通过化学键(bo)结合而成。离子键 (ionic bond)形 成的条件是，原子失取子成得由子而正 成负的电荷，此时带电荷的原子被称为 离子 正负离子之间强烈吸引。原子之问共用电子时形成共价健(covalent bod)。分子形成、破杯或原子之甸重排就是化学反应发生的过程。在化学表示 法中，下桥表示在化合物分子中梅种元素的原子个数
人体解与生理学 2.4 计算水(H2O)、 二第化碳(C02)和葡萄(CH206)的分子量 分子量(MW)是组成分子的所有原子的原了量的总和（表2.3）。 表2,3水、二氧化碳和葡葡辅的分子量 原子量H=1 2×1e2 水H,O) 原子量0=16 1×16=16 MW=18 二氧化碳〔C0】 68 1x2- 原子量C-12 6×12=2 能(CHnO) 版子H= 12×1=12 原子量0=16 6x16=9% MW=180 2.5分子中原子是通过何种健结合在一起的？ ,离子是带电荷的原子，是由于原子最外电子层失去或得到“个或 一多个子赛其失去电中性得电千相限子带负电欧为食调离子《太电后 原子带正电称为正（阳）离子(cation)。离子键就是存在于正、负离子间的电吸引力。离子 键和共价键的强度不一样，共价键是电子共用而非转移。NaC1分子是通过离子键结合的 (图2.2)。与大多数离子化合物-一样，NaC1有很高的熔点， 这是因为离子间有很强的吸引 力。离子键在水中很容易由奥 钠正离子 的原子N 氧原了(C 氧化钠分手NaC 图2.2Nad分子中（一个）商子健的形成.氯化纳分子(NaC) 共价键(covalent bond),很多原子可以共用而不是完全转移电子，它们可以共用1对 2对或3对电子。这种原子之间共用电子的形式称为共价键。共价键牢固， 用 条短线表万 共用一对电子。例如，在氧分子02中，有两对电子共用（图2.3）可表示为0=0。 +⊙ 氧原于 图2.3氧分子中共价馨的形成
第2章细胞化学 ·21 氢键(hydrogen bond),当氢原千和其他原子（如氧)形成共价键时，由于较大的敏原 子对共用电子吸引力较大而使氢原子常带有部分正电荷。带部分正电荷的氢原子亲和化合物 中其他分子里带部分负电荷的氧原子，这种吸引力称为氢健（图2.4）。它不是新形成的化 学键而是分子之间的一种“瑞键”。氢键不如共价键或离子键作用强，但它在决定水和其他 许多与生命相关的化合物的性质中发挥重要的作用。 氧 水分子 图24水分间氢的构成。 从很多方百讲，水都是一种独特的化合物。它不但覆盖了地球约70%的 、表面积，还是在常温下，惟一的能以三种不司状态（固、液和气态）存在的化 小心合物。水占任何生今体体重的绝大部分，并在表面张方、后附力，内爽性和毛 细血管活动方面发挥特殊作用。这些性质以及水沸点 冰点的特性都是由于水 分子同氯镜的作用。水是一种常见的溶剂，几乎所有的生化反应都由水作介质。水的存在及 其特性，是戏们人体几乎所有物质的稳态得以实现的基。 目的D理解摩尔的概念。 与升或米一样，摩尔(mle)也是度量单位。它是一种质量单位，1摩尔通 e常含有6.022×10 个分子，而1摩尔氰分子含6.022×10个氮原子。1藤尔任 何锁质的质是都与该物质分子量数字相同。 2.62mol度盐(NaC)垂量是多少克？ NaC1的分子量=23+35=58 2mol (58g/mol)=116g 2.7在1ml(毫升)水中有多少水分子？ 1ml H2O=1g 1mal H2O=18g 1mlH,0=6.022×102 (1ml)(18/ml)(1mol/18g)(6.022×102个分子/mol)=3.34×102个分千
2 人体朝网与生理与 目的E混合物、溶液、悬浮液和胶体。 srvey 两地我污种以上的物质混合币拔此间不形成化学踺，结果就是混合物(x ture),溶液《数ui0肌》是所有参与混合的物所的分子实求均匀分布纸混合物 溶液，指体浴解在液体中，如盐水：还有，如今金中的金属的相互溶解。悬浮 液(pes1on)是一种物需的浮于另一种质中而形成的形合物，恒达 不到分子水平的湖匀分布。悬浮液中短粒可从混合物中流积，如房间里的灰尘从空气中沉 积，但咬体的颗粒太大而不发生沉积（降） 2,8什么是溶剂利溶质？ 在有机化学中，溶液是一种最重要的混合物。很多生物溶液都足一些因体物质溶解在水 中.这时 水担当溶液中溶剂的作用 而固体物质热、糖戏蛋白质，都是溶质。给溶剂··个 实用的定义就是溶液中占绝大部分的那种物质，通常是水，而其他的物质都看作是溶质。但 这种区别，在合金中却不太适用，合金可能是两种或多种物质的等量混合。 2.9如何测量溶液的浓度？ 溶液中溶质的浓度可以用多种方法测量，最合适的方法是视雅易或常要而定。比如，测 溶液 质的百分数法就非常常相。质量章尔浓度(maiy)是每Ikg溶剂中所含溶质的 摩尔数，摩尔浓度(molarity)(M)是每升溶液中所含溶质的摩尔数。对牛物溶液而言，摩 尔浓世是最常用的一种测定方法。 目的F酸、碱和pH使。 y 任何水样中，部有少量的水分子以离子状态存在。如日（氢离子）和DH (氢氧保离子)。纯水中，H的餐目￥于OH的数H,每和沫度都是10？M。分 学物质加入水中制成溶液，增加H*浓度的物质称酸(acid):增加OH浓度约物 质称为碱(bas)。溶液的酸碱性用pH值的数值来表示，是氯离子浓度的负对 2.10什么是纯水的pH值 因为纯水的氯离子浓度为107M,它的pH催为7。这是取H浓度的对数，等-7， 然后改变其符号使其成为正数。因此，如果一种溶液的H'浓度为10~M,pH值就是2。 2.11什么是强酸？什么足稀酸？ 强酸是指在水中能完电离的酸或者说是每个酸分子布水溶液中都失去共质子。典 型的强酸有盐酸 (HCI)和疏酸(H,S))。弱酸仅部分电离，或者说在水溶液中有部分分 子，而不是全部酸分子失去质子，通常强酸对溶液H偵的改变比弱酸显著得多。然而，弱 酸及其形成的盐在有机化学中是极承要的，因为他们是缓冲液的基础。 2.12盐的定义。 发大是华州华先春干吉酒 (一个酸)和NaOH(一个碱)反应形成食盐(NaCI)为例： Hg+NagH一→k9+Na9