当前课程知识点：大学化学 > 第十一章 元素与生命化学概论 > 生命化学概论-生命元素-氧 > Video
同学们好
下面我们了解一下
生命元素
在生命体中
C、H、N、O的含量
是比较高的
我们首先了解一下
O元素
O2是所有动植物和人类
不可缺少的物质
而光合作用
是植物在太阳能的作用下
将无机物CO2和水
转化为糖
并放出O2的过程
有关光合作用的机理
可以分为三步
第一步是水的光解
也就是说水
在光的作用下
在植物体内
叶绿素催化下
将水分解为
[H]和O2的过程
这一步放出了O2
第二步涉及ATP的合成
ATP是三磷酸腺苷
它是由磷酸和核苷形成的
磷酸酯
ATP由ADP合成而来
ADP是二磷酸腺苷
也就是说
只有两个磷酸基团
那么它加一分子磷酸之后
可以得到三磷酸腺苷
这一步需要吸收能量
所以呢光
提供了这一部分能量
然后ATP用于下一步的分解
然后放出能量
供于光合作用
第三步是暗反应
所谓暗反应
是不需要光进行作用的
这一步涉及的是
将CO2
变为糖的过程
它是利用的
叶绿体中的C5化合物
与CO2反应
来完成的
C5的化学名称叫做
1,5-二磷酸核酮糖
它可以看作
酮糖与两分子的磷酸
缩合所形成的
磷酸酯化合物
我们知道核糖是一个
五碳的全糖
而核酮糖
则是一个五碳的酮糖
C5分子与CO2反应
可以变为
两分子的3-磷酸甘油酸
甘油我们知道它的结构
是如图所示
又叫做丙三醇
而甘油酸
则是其中的一个C
变成了羧基碳
所以叫做甘油酸
而对于3-磷酸甘油酸来说
则是3位的这个-OH
与磷酸缩合
形成了磷酸酯键
这是碳酸分子的结构情况
而碳酸呢在植物体内
通过一定的能量的作用下
可以多步的转换为糖
而这个能量
是由NADPH以及ATP
和ADP之间的相互转换
所释放的能量所提供的
最后得到的总反应
是CO2与[H]反应
得到糖和水
这个反应的条件就是
酶以及相应的能量
也就是ATP提供的
这个能量作用
这就是光合作用的
基本的机理情况
而对于O2来说
浓度过低
会对生命体造成危害
但是
如果O2的浓度过高
同样
也会对生命体造成危害
就是氧中毒
氧中毒的原因
是由于O2浓度过高
导致其中活性氧的浓度
也增大
因此对生命体造成危害
而活性氧是由氧形成的
含氧的活性分子
这些化合物
通常比较活泼
易于氧化一些化合物
具有比较强的氧化性
比如说
超氧阴离子自由基
以及羟基自由基OH*
H2O2和单线氧等等
它们的形成
由这几步形成的
第一个
O2在酸性条件下
得到电子变为水的
这个半反应
是对生命体不会产生危害的
但是
下面3个反应
O2得到电子变为
超氧阴离子
H2O2
以及羟基自由基的反应
这个产物
对人体都是有危害的
首先我们了解一下
单线态氧
单线态和三线态氧
指的是它的自旋多重度
是单线态或者三线态
对于单电子自旋来说
我们都知道
它的自旋磁量子数
s等于±1/2
对于自旋方向向上的
为+1/2
向下的为-1/2
这是单电子的自旋
而对于多电子的体系来说
用总的自旋磁量子数
来表示它的自旋情况
它是由单电子加和得到的
也就是说
几个单电子的s加和
最后得到
它总的自旋量子数S
而2S+1表示它的自旋多重度
当S等于0的时候
也就是说
电子自旋方向相反
一个+1/2
和一个-1/2
叠加之后
S等于0
因此2S+1是等于1的
1我们称之为单重态
或者单线态
而如果两个电子
是自旋平行排列
都是为+1/2
因此得到的大S是1
2S+1就等于3
这样的体系
我们把它称作三重态
或者叫做三线态
而对于O2来说
在分子结构一章我们
了解到
按照分子轨道理论
O2它的分子轨道
以及它的电子排布式
是这样的
从σ2s一直到π2pz
这些个轨道的
电子都是充满的
而且自旋反平行排列
得到的s是等于0的
也就是说
自旋是相互抵消的
而能量最高的两个π
反键轨道
它能量简并
有两个电子去占据
因此按照洪特规则
两个电子分占两个轨道
得到(π*2py)1和(π*2pz)1
这样的电子排布
两个电子自旋平行排列
因此它的S
总自旋量子数为1
2S+1自旋多重度等于3
因此是属于三线态
而对于这种电子排布来说
它的能量是最低的
因此是O2分子的基态
也就是说O2分子
有两个单电子存在
是一个磁性的分子
而对于O2受到能量的激发
电子排布发生变化
比如说
它从σ2s到π2pz
排布方式不变
而原来简并的
π*2py和π*2pz反键轨道
它的电子出现了
重新的排布
由原来的两个单电子
占据两个轨道
变为两个电子
进入了一个轨道
按照泡利原理
一个轨道上只能容纳
自旋反平行排列的
两个电子
因此呢
两个电子的自旋方向相反
±1/2抵消
得到S为0
这样2S+1等于1
因此对于O2的这个形态来说
是单重态
或者说叫做
单线态的O2
由于两个电子进入了一个轨道
自旋反平行排列
它的能量要高于
O2的基态的
因此是一种激发态
它是属于第一激发态
第一激发态
它的能量比较高
因此活性比较大
它意欲参加一些氧化反应
所以在生命体中
单线态的O2是有危害的
活性氧可以氧化
蛋白质上的
氨基酸的巯基以及氨基
使得蛋白质失去活性
这就是活性氧的危害
对于蛋白质来说
它组成的氨基酸
含有巯基基团-SH
它可以在活性氧的作用下
形成S-S键
比如说半胱氨酸
半胱氨酸含有巯基
它可以在活性氧的作用下
形成如图所示的S-S键
使得蛋白质的结构
发生了改变
使得蛋白质失去活性
除此之外
它也可以对
氨基酸发生作用
它氧化DNA上的碱基
使得碱基结构发生改变
影响碱基的配对
导致细胞的死亡
比如说
活性氧可以氧化胞嘧啶
以及鸟嘌呤
在羟基自由基的作用下
经过多步的反应
最后由胞嘧啶
变为5-羟基尿嘧啶
从结构可以看出来
发生了非常大的变化
而对于鸟嘌呤来说
它可以在
羟基自由基的作用下
八位上的C原子上的H
被-OH取代
形成8-羟基鸟嘌呤
如何清除生物体中的
活性氧自由基呢
在生命体中
自身可以产生一些酶
这些酶可以达到清除
活性氧自由基的目的
这种酶叫做超氧化物歧化酶
英文名称简称SOD
它是由过渡金属
Cu、Mn、Zn
所形成的金属蛋白
这种酶可以催化
超氧阴离子
歧化为H2O2和O2
从而达到清除
超氧阴离子自由基的目的
值得一提的是
在SOD的催化下
产生的O2
是三线态的O2
对人体不会有危害
但是如果在化学条件下
进行反应
歧化导致的O2
可以产生单线态的O2
会对人体造成危害
除此之外
维生素c也可以达到
清除活性氧自由基的目的
维生素c它是一种还原剂
它的结构如图所示
是一个六碳的糖类
它含有两个-OH基团
这两个-OH基团
可以被氧化
变为碳氧基团
而活性氧自由基
可以氧化维生素c
从而消耗了
活性氧自由基
达到了清除的目的
关于生命元素
氧的内容
我们就了解到这里
-1.1 不一样的大学化学
--Video
-1.2 化学体系的建立
--Video
-1.3 应该了解的化学
--Video
-1.4 课程学习的必要准备
--Video
-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
--Video
-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
--Video
-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
--Video
-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
--Video
-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
--Video
-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
--Video
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
--Video
-4.1 离子键理论—离子键价键构型
--Video
-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
--Video
-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
--Video
-4.2 共价键理论—现代价键理论
--Video
-4.2 共价键理论—共价键的性质
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
--Video
-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
--Video
-4.6 分子间作用力-分子的极性
--Video
-4.6 分子间作用力-分子间作用力
--Video
-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
--Video
-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
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-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
