生物无机化学探索生命现象的利器重点.ppt

生物无机化学 探索生命现象的利器 形成 自生物化学学科诞生后，人们逐渐认识到：生命现象归根到底主要是化学反应。 作为生物化学学科研究的对象相当一段时间主要是有机物，如蛋白质、脂肪和糖等。但随着研究的深入，发现在生物体内除早期认识到个别金属元素在生物体中的重要作用外，金属元素（还有个别非金属元素）在生命体中发挥重要生物功能是一个普遍现象。于是围绕金属元素生物学效应的学科逐渐形成。这便是生物无机化学。 无机元素的生理功能 构成人体组织的重要成分:Ca Mg P（80%）（骨骼、牙 齿铁） （血红蛋白）、磷 （核酸） 调节细胞膜的通透性: Na K 维持神经和肌肉的兴奋性:Ca Mg Na K （钙镁升高、肌肉兴奋性降低；钠钾相反） 组成激素、活性蛋白质和多种酶类的成分，并参与酶的激活（镁离子激活磷酸酯酶） 无机元素缺乏的症状 生物无机化学在探索生命现象中的作用 生物无机化学一般从研究小分子(例如钾、钠、钙、镁等离子)对生物体的作用入手。 载氧金属蛋白 血红蛋白和肌红蛋白的组分中均含血红素(heme)。它是由铁(Ⅱ)和原卟啉形成的金属卟啉配合物。 人工合成酶 弄清金属元素和酶的结构、关系，就非常有可能人工合成出高催化效率的酶，使化学工业发生一场根本性的变革。在这方面，固氮制肥料的研究已取得了不少成绩。 金属酶和金属辅酶 金属酶(mtalloenzyme)中均含蛋白质链，通常其中的金属离子既是配位中心又是活性中心。 金属酶有催化效率高，专一性强的特点。 生物体各种组成部分的自我更新或新陈代谢，归根结底是通过成千上万种化学反应来实现，而这些化学反应几乎又都是在一类特殊的蛋白质——酶的催化之下进行的。酶是镁、锌、锰、铜等金属元素不可缺少的组成部分。酶作为催化剂，其催化效率高得惊人。例如同样是使过氧化氢分解成为氧气和水，过氧化氢酶的催化效率比一般化工厂常用的无机催化剂高出一千万倍!换句话说，在相同的条件下，用普通催化剂催化需要一年甚至一百万年才能完成的化学反应，酶只需要一秒钟。 固氮细菌 倘若根据遗传工程学，把固氮基因转移到小麦、水稻、玉米等主要粮食作物根系的细菌中去，就能使它们获得大豆那样的固氮能力，为作物提供氮肥。 还有人设想，把固氮基因干脆转移到动物甚至人体肠道细菌的细胞中去，以实现肠道细菌利用所固定的氨态氮来制造氨基酸、蛋白质等，达到部分营养自造的目的。 这并非空想，因为白蚁和船蛆早已具备此功能，它们的肠内都有固氮细菌，能靠含氮量很低的食物生活。现已有人在蚕丝生产上努力，如果最终能把产生丝蛋白的基因引入细菌细胞中，使它具备合成丝蛋白的能力，那么就可以在发酵罐中生产蚕丝，大大缩短生产周期，使整个生产实现工业化。 防治环境疾病 当前，由于环境受到污染，某些化学元素进入人体，从而引起疾病已是不争事实。 例如汞是水俣病的根源；镉积聚在肾脏、动脉和肝中，会干扰某些需锌的生物酶的作用。而通过生物无机化学的研究表明，由于镉和锌的性质相似，而镉对某些肾组织比锌有更大的亲和作用，因此它能不可逆地取代锌，从而改变了依靠锌的一切生物化学反应，最终引起尿蛋白症、糖尿病、水肿甚至癌症等。 所以，研究化学元素的作用，将有助于防治因环境污染所引起的各种疾病，做到对症下药，有的放矢。 选择婴儿的性别 生物无机化学的研究显示，食盐在人体内的作用主要由钠离子实现，它能调节血液的酸碱度，使其维持恒定，以适合于细胞的新陈代谢。 最近，关于食盐的研究又有惊人的发现，利用食盐可以选择婴儿的性别。其基本原则是，欲生男孩，女性在怀孕前应多吃一些咸食，以增加体内的钠和钾的含量；欲生女儿，就多吃乳酪、牛奶、鸡蛋，未发酵的干酪、甜黄油等含钙和镁丰富的食物。 研究者认为，这些食谱能对卵巢产生化学影响，卵巢又将影响到卵子对精子的选择，从而组合成男或女的染色体，最终孕育成男婴或女婴。 前景 生物无机化学在探索生命现象中所显示出来的非凡作用，已引起了科学家的极大关注。它的前景未可限量。 * *