第九章-无机物质与生物大分子的相互作用预案.ppt

主要内容 生物体中的化学元素 Chemical elements in organisms 无机物质与酶的相互作用 Interaction between inorganics and enzymes 无机物质与核酸的相互作用 Interactions between inorganics and nucleic acids 教学要求 掌握生物体中的化学元素的分类和主要功能； 了解金属离子与生物分子配合物； 了解金属离子与酶蛋白作用的方式； 掌握金属配合物对酶的抑制作用； 了解金属与核酸共价配位、静电、嵌插、断裂作用； 从自然界发现新的生物活性物质，寻找它们在生物体中的靶位点，研究小分子与生物大分子之间的相互作用、构效关系和作用机制，进一步在分子和化学键水平上研究它们在调控生理过程中的分子识别、信息传递是当前最活跃的前沿研究领域之一。 无机小分子与生物大分子相互作用的研究与许多疾病关系极其密切。不仅对于阐明其作用机制及结构与活性关系，而且对于在分子水平上揭示生物体系分子识别、信息传递的化学原理都具有重要意义。 第一节 生物体中的化学元素 生物体中的化学元素的分类和主要功能 金属离子与生物分子配合物 一、生物体内化学元素的分类和主要功能 1、生物体中的化学元素的分类 必需元素：分为常量元素和微量元素。 非必需元素 有毒元素 必需元素 ①生命过程的某一环节需要该元素；②生物体具有主动摄入并调节其体内分布和水平的元素；③存在于体内的生物活性化合物的有关元素；④缺乏该元素时引起生化生理变化 人体内的30多种元素中有11种为常量元素：C/Ｈ/Ｏ/Ｎ/S/P/Cl/Ca/Mg/Na/K,约占99.95%，其余微量元素 常量元素 人体内的30多种元素中有11种为常量元素：C/Ｈ/Ｏ/Ｎ/S/P/Cl/Ca/Mg/Na/K 约占99.95%，其余微量元素 2、生物体中的化学元素的主要功能 结构材料 运载作用 组成金属酶或作为酶的激活剂 调节体液的物理、化学特性 “信使”作用 3、生物体系中无机元素的存在方式 在生物物质中，除碳、氢、氧和氮参与各种有机化合物外，其他生物元素各具有一定的化学形态和功能，这些形态包括它们的游离水合分子、与生物大分子或小分子配体形成的络合物预计构成硬组织的难溶化合物…… 无机结构物质:钙、氟、磷和少量的镁，以难溶无机化合物存在于硬组织中，CaCO3 游离方式存在的离子:阳离子钠、镁、钾、钙和阴离子，分别以游离水合离子和阴离子形式存在于细胞内外液中 生物大分子：系指蛋白质、肽、核酸及类似物等需要金属结合的大分子 小分子：形成大分子单体（如硒代半胱氨酸）；与大分子建立平衡的相对低分子质量配体络合物…... 二、金属离子与生物分子配合物 金属离子或其水合离子本身常不具备生物活性，或者活性不够，只有与具有特定结构的配体结合成配体化合物后，才表现出特定的活性。 生物配体：蛋白质、肽、核酸、糖以及糖蛋白、脂蛋白等生物大分子配体、一些无机离子、有机离子、维生素和激素等小分子配体，O2分子、CO分子 不同配体所含的各种配位基团决定了对金属的配位能力和配位方式，从而决定了生物功能。 生物配体所提供的配位原子一般是具有孤对电子的Ｎ、Ｏ、S等。 金属离子与生物分子配合物类型 水相阴离子：在体液或细胞的水相中有简单和复杂的阴离子 氨基酸、多肽的金属配合物：α-氨基酸常利用α-碳上的氨基和羧基作为配位基团同金属离子作用，形成稳定的五元环螯合物，Zn(Gly)2.2H2O 蛋白质的金属配合物：蛋白质分子中有很多氨基酸残基，其中起配伍作用的基团主要是组氨酸残基咪唑基、半胱氨酸残基的巯基，其次是谷氨酸残基、天冬氨酸残基的羧基、羟基…… 核苷酸、核酸与金属离子的配合：碱基上的氮原子、氧原子，磷酸根羟基氧原子，戊糖的羟基氧原子都能和金属离子配位。 金属酶（蛋白） 碳酸酐酶活性中心结构 分子量30000Da的含锌酶。 在人的红细胞碳酸酐酶高级结构，氨基酸序列上并不邻近的3个组氨酸残基相互靠近 咪唑环上的氮原子 卟啉环具有一个略成平面的π键系统，由4个吡咯氮原子围成一个“空洞”。 从卟啉环中心到每个吡咯氮原子距离204pm，与4个氮同时配位的金属离子可在卟啉平面上或高于平面，与离子半径有关，而离子半径又与金属离子的电子构型有关。 与Fe 2+、Mg 2+，形成极稳定的化合物，卟啉环上连接不同的侧链基团后形成不同类型血红素和叶绿素。 叶绿素：含镁的卟啉衍生物，构成高等动物和绝大多数藻类发生光合作用的必备组分； 血红素：其辅基构成金属蛋白有载氧作用的血红蛋白家族，起电子传递作用的细胞色素家族和过氧化酶、氧化酶、水化酶、过氧化氢酶等。 血红蛋白分子中血红素 的载氧和脱氧形式 在蛋白质与核酸中，许多金属离子以配位方式结合在其作用位点