第1章 生物无机化学-绪论.ppt

生物无机化学 Bioinorganic Chemistry 主要内容 一、概论 无机元素 Na：电荷载体，渗透压平衡 K：电荷载体，渗透压平衡 Mg：结构，水解酶，异构酶 Ca：结构，触发剂，电荷携带 高等动物必需微量元素的发现历史 20世纪70年代成为独立学科 研究对象：无机元素在体内的存在形式、结构、性质与生物活性之间的关系。 研究手段：配合物化学、超分子化学 研究方法 二、生命体中的元素 生命必需元素 (essential elements) 维持生命所必需的元素 存在于正常的组织中 在各种物种中保持一定的浓度范围 若从机体排出将引起生理和结构的变态,重新引入，上述变态消除。 体重70kg的人体中元素的平均含量 不同的金属离子与蛋白结合 金属离子与生物小分子作用 生命必需无机元素在生物体中的主要生理功能 催化作用 已知众多的酶中，大约1/3涉及金属元素 结构作用 稳定大分子结构、维持蛋白质特定构象 调控作用 碱金属和碱土金属离子在生物体内调控 作用；且离子流可通过细胞膜和各种界 面传递信息 输运作用 某些含金属元素的生物大分子是电子、 双氧的载体 Bertrand定则--最适宜浓度定律 每一种元素，在生物体内都有一个安全的最佳浓度范围。 元素浓度超过一定界限后，不管是哪种元素都是潜在的有害元素。 体内元素浓度－生物效应关系图 微量生命必需元素含量异常对哺乳动物的影响 有毒元素过量对哺乳动物的影响 有毒元素 血红蛋白(Hemoglobin)的结构 肌红蛋白(Myoglobin)的结构 生物无机化学研究的内容 鉴于生物无机化学正处于向前发展的阶段，并迅速向各方面渗透，对其研究内容，目前只能作一大致概括 。主要有： (1). 金属离子及其化合物与生物大分子的相互作用 与核酸、核苷酸的相互作用 金属离子对DNA构象的影响；金属离子特别是金属配合物对不同构型DNA选择性的结合。 (3). 电子传递反应 生命过程的核心是能量传递，而能量传递的中心过程是电子传递。生物体内电子传递与化学反应中的电子传递有着重要的区别； 研究生物介质的中长程电子传递是生物无机化学的一个重要方向。 (4). 生物矿化 自然界中，无论是细菌、微生物，还是植物、动物，都可以在体内形成矿物，称为生物矿物材料（骨、牙、软骨、软体动物外骨骼、蛋壳等）。它们是矿物与基质构成的复合材料，其高度的装配有序性、特殊的理化性质、可控的动态性质和特殊的生物功能都引起人们的关注。 研究生物矿化这一生物无机化学基本反应，有望在医学和新材料的应用方面取得突破。 (5).金属离子与细胞相互作用的研究 是金属摄入、转运、分布以及它们的生物效应的化学基础； 是解释生物效应的分子机理的必需。 细胞——复杂的反应体系：组分、多物种、多反应、反应物定位。 事实上，生物化学所研究的所有生物分子都只存在于细胞内。 硒：地方性疾病 一些在药用上有较大价值的元素钒： (7).合成新药 (8). 离子载体（ionophore） 能运载金属离子通过生物膜的有机配体。 金属离子与细胞的相互 作用研究直接关联。 储量和产量，我国占世界首位。 近年发现，稀土作为微量肥料添加剂、 微量饲料料添加剂能显著提高农作物、家畜的产量。 是否有毒？ 人们长期食用是否危险？ 结合氧的部位 血红素辅基 第5个部位来自蛋白的第93位His 血红素中Fe的配位 带有咪唑基的游离血红素与CO结合 肌红蛋白与CO形成的复合物 氧合肌红蛋白 CO对Fe的亲和力远远高于氧！ 叶绿素 在自然界中，维生素B12常以辅酶的形式存在，是最主要的辅酶之一。VB12对维持肌体正常生长以及红细胞的产生都是极其重要的。 (2).金属蛋白和金属酶化学结构与功能的研究 （a）金属离子的成键位置 （b）活性中心周围微环境 （c） 蛋白链在保证金属离子正常工作的贡献 （d） 蛋白链与底物的结合方式 克山病——心脏损伤性疾病 大骨节病——慢性对称性畸形骨关节病 (6). 探讨常见的疾病的发病与某些金属元素与非金属元素之间的关系，研究调节和控制这些元素来防止病变的发生。 合成抗癌药物，抗艾滋病药物，研究其抗病机理；合成人造血液（输氧及机理）；合成解毒剂，用于清除重金属中毒；合成某些络合剂（药）去除有害细菌生存的某些金属元素。 (9). 金属酶和模拟酶的应用 在研究金属酶化学结构与功能关系的基础上，合成模拟酶，并应用于生产是极富生命力的研究领域。 缬氨霉素能转运K+ (10). 稀土生物无机化学 计亮年，莫庭焕