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第7章 水和矿物质

我们知道组成细胞的基本元素是:氧O、碳C、氢H、氮N、硅Si、钾K、钙Ca、磷P、镁Mg,其中氧O、碳C、氢H、氮N四种元素占90%以上。根据是否含碳元素,细胞化学物质可分为两大类:无机物和有机物。下面就让我们一起来了解一下细胞的各个物质吧……

我们每天都需要大量饮用水,可以说水是生命之源。那么你知道人为什么要喝水吗?我们平时喝的矿泉水为什么有利于健康呢?

水在细胞中不仅含量 最大,而且由于它具有一些特有的物理化学属性,使其在生命起源和形成细胞有序结构方面起着关键的作用。

可以说没有水,就不会有生命。水在细胞中以两种形式存在:一种是游离水,约占95%;另一种是结合水,通过氢键或其他键同蛋白质结合,约占4%~5%。随着细胞的生长和衰老,细胞的含水量逐渐下降。

水在细胞中的主要作用是溶解无机物、调节温度、参加酶反应、参与物质代谢和形成细胞有序结构。水之所以具有这么多的重要功能是和水的特有属性分不开的。

1.人体对水的需求量

人每天都要饮用一升左右的水。人要是不喝水,七天就会死亡。构成机体的基本单位是细胞,水主要储存在细胞内液(其中62%左右是水)和细胞外液(如血液中90%以上是水,还有淋巴、唾液、皮肤和肾脏分泌的体液等)中。因此在人体组织成分中含量最多的是水,约占体重的60%~70%。

水是一切生命活动必需的物质,是人饮食中的基本成分,是人体必需的七种营养物质之一。在人体内,它是维持正常生理活动的重要营养物质;它参与物质代谢过程,有助于物质的消化、吸收、生物氧化及排泄;它调节体温,保持人体的正常温度;它是器官、关节及肌肉的润滑剂和清洁剂,起着良好的润滑(如关节腔中的浆液、湿润咽喉的唾液等)和清洁(如泪液)作用;它保持腺体分泌,充实体液等。

2.水分子结构

从化学结构上看,水分子似乎很简单,仅是由2个氢原子和1个氧原子构成(H2O)。然而水分子中的电荷分布是不对称的,一侧显正电性,另一侧显负电性,从而表现出电极性,是一个典型的偶极子。正由于水分子具有这一特性,它既可以同蛋白质中的正电荷结合,也可以同负电荷结合。蛋白质中每一个氨基酸平均可结合2.6个水分子。

由于水分子具有极性,产生静电作用,因而它是一些离子物质(如无机盐)的良好溶剂。

水分子间可形成氢键

由于水分子是偶极子,因而在水分子之间和水分子与其他极性分子间可建立弱作用力的氢键。在水中每一氧原子可与另两个水分子的氢原子形成两个氢键。氢键作用力很弱,因此分子间的氢键经常处于断开和重建的过程中。

水分子可解离为离子

水分子可解离为氢氧离子(OH-)和氢离子(H+)。在标准状况下总有少量水分子解离为离子,大约有107mol/L水分子解离,相当于每109个水分子中就有2个解离。但是水分子的电解并不稳定,总是处于分子与离子相互转化的动态平衡之中。

3.无机盐

无机盐又被称为矿物质。除了水以外,无机盐也是细胞中的重要物质。细胞中无机盐的含量很少,约占细胞总重的1%。无机盐在细胞中解离为离子,离子的浓度除了具有调节渗透压和维持酸碱平衡的作用外,还有许多重要的作用。我们常说的矿泉水就是含有这些无机盐的饮用水。

主要的阴离子有Cl-、PO4-和HCO3-,其中磷酸根离子在细胞代谢活动中最为重要:①在各类细胞的能量代谢中起着关键作用;②是核苷酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的组成成分;③调节酸碱平衡,对血液和组织液的酸碱度起缓冲作用。所以说常喝矿泉水能补充人体所需的阴离子,保持人体健康。

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