談談生命元素

蔣高明

（一）生命元素的組成

構成生命的基本物質是元素，這些元素以大分子的形态存在于生命體之中。構成生命基本物質的元素為生命元素。元素周期表中有103種元素，但這些元素并不都是生命所必需的。研究發現，生命必需元素共28種，包括氫、 硼、碳、氮、氧、氟、鈉、鎂、矽、磷、 硫、氯、鉀、鈣、釩、鉻、錳、鐵、钴、鎳、銅、鋅、砷、硒、溴、钼、錫和碘。其實，硼僅是某些綠色植物和藻類生長的必需元素，而哺乳動物并不需要硼。因此，人體必需元素實際上為27種。

在28種生命必需的元素中，按體内含量高低可分為大量元素（常量元素）和微量元素。大量元素指含量占生物體總質量0.01%以上的元素。如氧、碳、氫、氮、磷、硫、氯、鉀、鈉、鈣和鎂。這11種元素在人體中含量變化在0.03%~62.5%之間，合計占人體總質量的99.95%。

微量元素指占生物體總質量0.01%以下的元素，如鐵、矽、鋅、銅、溴、錫、錳等。這些微量元素合計僅占人體總質量的0.05%左右。微量元素含量雖小，但在生命活動過程中的作用是十分重要的。在微量元素中，已被确認與人體健康和生命有關的有18種，即鐵、銅、鋅、钴、錳、鉻、硒、碘、鎳、氟、钼、釩、錫、矽、锶、硼、铷、砷。

生命元素中，大量元素主要分布在元素周期表中的第一、第二和第三周期，分别為第一周期的氫；第二周期的碳，氮，氧；第三周期的鈉，鎂，磷，硫，第四周期的鉀，鈣，其質量總和占生命體的99.95%以上。除第二周期的硼，第三周期的矽，微量元素主要分布在元素周期表中的第四周期，如釩，鉻，錳，鐵，钴，鎳，銅，鋅，砷，硒等。第五周期以後，基本沒有元素參與生命體組成，如出現了就是污染造成的。

應當指出的是，不同生物體元素含量是不同的，如禾本科植物含矽多，海島的鳥類排洩物中含磷多，海帶中含碘多，但大量元素與微量元素的總體含量趨勢是一緻的。碳、氫、氧、氮、硫、磷是生命元素中比較重要的元素。構成生命元素中比較堅硬的金屬元素為鈣，在元素周期表中排第20位，之後出現的金屬尤其重金屬元素，在生物體中都是極其微量的，多則對生命構成威脅。

（二） 大量元素的功能

① 碳、氫、氧、氮、硫、磷 組成生物體蛋白質、脂肪、碳水化合物和核糖核酸，提供基礎結構單元，也是組成地球生命的物質基礎。

② 鈉、鉀和氯 主要功能是調節體液滲透壓，電解質平衡和酸堿平衡。通過鈉-鉀泵，将鉀離子、葡萄糖和氨基酸輸入細胞内部，維持核糖體的最大活性，以便有效地合成蛋白質。鉀離子也是穩定細胞内酶結構的重要輔因子。同時，鈉離子、鉀離子還參與神經信息的傳遞。

③ 鈣和氟 是骨骼、牙齒和細胞壁形成時的必要結構成分（如磷灰石、碳酸鈣等），鈣離子還在傳遞激素信号，觸發肌肉收縮和神經信号，誘發血液凝結和穩定蛋白質結構中起着重要的作用。

④ 鎂 參與體内糖代謝及呼吸酶的活性，是糖代謝和呼吸不可缺少的輔因子。既與乙酰輔酶A形成有關，還與脂肪酸的代謝有關。鎂參與蛋白質合成時起催化作用；與鉀離子、鈣離子、鈉離子協同作用共同維持肌肉神經系統的興奮性，維持心肌正常結構和功能。在植物中，鎂參與的重要生化合成過程是光合作用，在此過程中含鎂的葉綠素捕獲光子，并利用該能量固定二氧化碳而放出氧。

（三） 微量元素的作用

① 鐵 主要功能是作為機體内運載氧分子的呼吸色素。哺乳動物血液中血紅蛋白和肌肉組織中的肌紅蛋白的活性部位，都由鐵（II）和卟啉組成。含鐵蛋白（如細胞色素、鐵硫蛋白）是生物氧化還原反應中的主要電子載體，它是所有生物體内能量轉換反應中不可缺少的物質。

② 銅 主要功能與鐵相似，起着載氧色素（如血藍蛋白）和電子載體（如銅藍蛋白）的作用。除此之外，銅對調節體内鐵的吸收、血紅蛋白的合成以及形成皮膚黑色素、影響結締組織、彈性組織的結構和解毒作用都有關系。

③ 鋅 是許多酶的輔基或酶的激活劑。鋅在維持維生素A的正常代謝功能及對黑暗環境的适應能力，維持正常的味覺功能和食欲，對生長發育尤其是對促進兒童的生長和智力發育具有重要的作用。

④ 錳 是水解酶和呼吸酶的輔因子。沒有含錳酶就不可能進行專一的代謝過程，如尿素的合成。錳也參與組建植物光合作用中光解水反應中心。此外，錳還與骨骼的形成和維生素C合成有關。

⑤ 钼 是固氮酶和某些氧化還原酶的活性組分，參與氮分子的活化和黃嘌呤、硝酸鹽以及亞硫酸鹽代謝。阻止緻癌物亞硝胺的形成，抑制食管和腎對亞硝胺的吸收，從而防止食道癌和胃癌發生。

⑥ 钴 是體内重要維生素B-12的組分。維生素B-12參與體内很多重要的生化反應，主要包括脫氧核糖核酸（DNA）和血紅蛋白合成、氨基酸代謝和甲基轉移等。

⑦ 鉻 是胰島激素的輔因子，也是胃蛋白酶的重要組分，還經常與核糖核酸（RNA）共存。其主要功能是調節血糖代謝，幫助維持體内所允許的正常葡萄糖含量，并和核酸脂類、膽固醇合成以及氨基酸利用有關。

⑧ 釩、錫、鎳 是人體有益元素。釩能降低血液中膽固醇含量；還具有胰島素的作用，對糖尿病人有一定的好處。錫可能與蛋白質的生物合成有關。鎳能促進體内鐵的吸收、紅細胞的增長和氨基酸合成等。

⑨ 矽 是骨骼、軟骨形成的初期階段所必需的組分。同時，能使上皮組織和結締組織保持必需的強度和韌性，保持皮膚機械穩定性以及血管壁通透性，還能排除機體内鋁的毒害作用。

⑩ 硒 是谷胱甘肽過氧化物酶的必要構成部分，具有保護血紅蛋白免受過氧化氫和過氧化物損害的功能，同時具有抗衰老和抗癌的生理作用。

（11）碘和溴 參與甲狀腺素的合成。溴以有機溴化物的形式存在于人和高等動物的組織和血液中，其生物功能有待進一步确證。

（12）砷 是合成血紅蛋白的必需成分。

（13）硼 對植物生長是必需的，尚未确證為人體必需的營養成分。

（四）污染元素

污染元素是指存在于生物體内，阻礙生物機體正常代謝過程，影響生理功能的微量元素。根據資料報道，人體内發現的元素有70多種，占元素周期表所有元素的67%，超出生命必需元素（28種，占27%）的40%，增加的元素是由于環境污染造成的。随着自然資源開發和現代大工業發展, 尤其工業化農業發展與工業化食物開發，環境與食物污染問題十分突出。某些元素（如汞、鉛、镉等）通過大氣、水源和食物等途徑侵入人體，在體内積累而成為人體中的污染元素。

即使是生命必需的元素，它們在體内的含量都有一個最佳的含量範圍，超過或低于這個範圍，對健康産生不利影響。硒是重要的生命必需元素，成人每天攝取量以100μg左右為宜，若長期低于50μg可能引起癌症、心肌損害等；但過量攝入，又可能造成腹瀉，神經官能症及缺鐵性貧血等中毒反應，甚至死亡。同時，生命必需元素的存在形式對人體健康也直接有關。鐵在生物體内不能以遊離态存在，隻有存在于特定的生物大分子（如蛋白質）包圍的封閉狀态之中，才能擔負正常的生理功能，鐵一旦成為自由鐵離子就會催化過氧化反應産生過氧化氫和一些自由基，幹擾細胞代謝和分裂，導緻病變。

（五）如何理解生命元素

從生命的角度如何理解生命元素呢？第一，生命元素是自然存在的，以可以被生命利用的形态進入生命體，并構成生命體的一部分；第二，這些元素可以循環利用，生命死亡了但元素不會死亡；第三，曾經構成過生命，又組成新的生命元素，或通過礦化作用直接進入新生命，或者沉睡到岩石、或遊離在大氣，漂流在水體中，被生命重新利用；第四，生命體僅利用了元素周期表中27%的元素組成生命體，多餘的是環境污染造成的，過量增加的元素尤其重金屬元素會造成癌症等惡性疾病發生。

生命元素來自大自然，大都是通過生物合成作用，即以有機體的形态出現的。最初對有機物的定義，就是生命有機體合成的物質，後來人類能夠合成尿素等有機物之後，有機物才擴大了範圍。“有機物”原意是來自生物體的物質，因為早期發現的有機物都是從生物體内分離出來的。健康的有機物，或多樣性的自然食物，含有構成生命的主要元素，不需要人工合成也能夠滿足正常需求，且是安全的。個别缺素現象，如缺碘、缺硒等，可以通過食物獲取，而非藥物。

對于農業來言，那些天然有機物中存在的元素是最好的生命元素。人工合成的化合物，盡管取材來自自然界，但經曆的不是生命過程，沒有參與過生命合成，而是高溫高壓有催化劑參與的非生命過程，要麼不能降解，有麼對環境有害，對生物有害，這些物質如農藥、地膜、激素、防腐劑、添加劑等等。圍繞人類食物鍊，人類發明了5萬多種化學物質，這些物質中的元素大多沒有經曆過生命過程。如重金屬也是以微量元素名義，添加到動物飼料中去的，動物排洩物中增加的重金屬會污染土地，進而污染食物，造成了人體中出現了非預期的元素。

要獲得健康的食物和健康的身體，人類最好大量使用自然的生命元素，盡可能少地使用非生命元素。

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