生物無機(jī)化學(xué)

生物無機(jī)化學(xué)第1頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六生物無機(jī)化學(xué)一、概述二、生命元素與生物配體三、金屬蛋白四、金屬酶五、生物膜與離子載體第2頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六生物膜細(xì)胞膜plasmamembrane細(xì)胞器膜線粒體膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜溶酶體膜核膜重要作用： 細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定 物質(zhì)代謝 能量轉(zhuǎn)換 信息傳遞2.生物膜第3頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六細(xì)胞膜第4頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六組成： 主要由脂質(zhì)（lipid）和蛋白構(gòu)成 脂質(zhì)體以磷脂為主， 磷酸甘油酯（phosphoglyceride）R(14~24)16.18第5頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六膜脂均為兩性分子親水部分——極性頭疏水部分——疏水尾雙分子層內(nèi)外親水，中間疏水第6頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六膜結(jié)構(gòu)－－ 流動鑲嵌模型①雙分子層：膜脂分子可以自由橫向運(yùn)動 流動性、柔韌性、高電阻、離子通透性②膜蛋白：自由側(cè)向擴(kuò)散，但不能翻轉(zhuǎn) 少許有專一結(jié)合。第7頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六3.跨膜運(yùn)送 生物膜是細(xì)胞和各種細(xì)胞器的屏障，選擇性地允許一些分子、離子通過。功能：*穩(wěn)定細(xì)胞分子體積、pH值、物質(zhì)成分、酶活動環(huán)境；*攝取、濃縮有用物質(zhì)； 排出多余、無用物質(zhì)；*保持濃度梯度，傳遞生物信息；*智能化——識別物種，控制數(shù)量。第8頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六被動運(yùn)送：順濃度梯度，不耗能*簡單擴(kuò)散：遵循擴(kuò)散定律，速度的梯度對于離子比較困難，疏水層阻擋，游泳過河*促進(jìn)運(yùn)送：依靠某些物質(zhì)幫助過河，小分子離子載體：ionophore 形成脂溶性離子載體配合物,坐船離子通道：ionicchannel，貫穿膜兩側(cè),隧道運(yùn)送方式第9頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六主動運(yùn)送：逆濃度梯度，耗能離子泵：ionicpump，需要離子載體和蛋白質(zhì)幫助鈉泵，鈣泵胞飲pinocytosis和胞吐exocytosis作用質(zhì)膜內(nèi)陷形成第10頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六4.鈉泵 [K+]細(xì)胞內(nèi)>細(xì)胞外 [Na+]細(xì)胞內(nèi)<細(xì)胞外 鈉泵，逆濃度梯度 運(yùn)送K+、Na+K+Na+質(zhì)膜上的專一運(yùn)送系統(tǒng) 速率取決于內(nèi)部[Na+]，成正比 能量由ATP水解提供第11頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六第12頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六6.天然離子載體 目前已知的天然離子載體均為抗菌素（antibiotic）1).環(huán)狀離子載體2).鏈狀離子載體3).通道離子載體第13頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六1).環(huán)狀離子載體*纈氨霉素 36元環(huán)+二縮酯肽

環(huán)內(nèi)腔有多個(gè)氧原子，堿金屬配位，1:1 外側(cè)疏水殘基，疏水外層，脂溶性。第14頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六功能：由環(huán)境改變而觸發(fā)的可逆配位，在一定條件就會解離釋放出K+，完成跨膜運(yùn)動。第15頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六*大四內(nèi)酯 無活菌素：八配位K+,4個(gè)呋喃氧，4個(gè)羰基氧 與堿金屬形成1:1配合物第16頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六2)鏈狀離子載體 由一系列雜環(huán)連接而成 分子鏈上有多個(gè)能與金屬離子配位的含氧基 一端OH 另一端COOH*，也稱羧基離子載體尼日利亞菌素(nigericin) K+、H+逆向跨膜運(yùn)送

莫能霉素(monensin) 運(yùn)送Na+ Na+>>K+>Rb+>Li+>Cs+第17頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六第18頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六3）通道離子載體 大環(huán)多羥基多烯內(nèi)酯類抗菌素多烯部分：親脂多羥基部分：親水膠束,內(nèi)部親水性通道運(yùn)送正負(fù)離子和小分子選擇性不強(qiáng)第19頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六7.合成離子載體 模擬天然離子載體結(jié)構(gòu)和功能大環(huán)配體：冠醚、穴醚鏈狀多齒配體①冠醚crownether 第20頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六②穴醚 第21頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六生物無機(jī)化學(xué)一、概述二、生命元素與生物配體三、金屬蛋白四、金屬酶五、生物膜與離子載體六、金屬與核酸的相互作用第22頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六核苷酸第23頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六DNA單鏈結(jié)構(gòu)第24頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六堿基配對第25頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)第26頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六六、金屬與核酸的相互作用1.與核苷酸體內(nèi)有重要的游離核苷酸，如ATP在核苷酸中，存在配位基團(tuán)磷酸 中堿基 強(qiáng)戊糖 弱第27頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六金屬離子： Ca2+、Mg2+ Cu2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+M2+–ATP配合物 Mg2+、Ca2+與磷酸成鍵，又與N-7配位。 兩種配位形式大螯合環(huán)外配位層(macrochelatedoutersphere)大螯合環(huán)內(nèi)配位層(macrochelatedinnersphere)第28頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六第29頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六2.與DNA和RNA的相互作用RNA： 天然RNA中含有Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Al3+、Cr3+、Mn2+、Zn2+多種陽離子結(jié)合牢固 一般方法很難分離 生理功能不清楚 推測Mn2+、Zn2+對RNA起穩(wěn)定作用第30頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六第31頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六第32頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六染色體末端端粒結(jié)構(gòu)第33頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六第34頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六3.金屬離子對DNA、RNA功能的影響DNA復(fù)制： 脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶，需Mg2+、Mn2+和Co2+存在時(shí)才把dATP、dGTP、dCTP、dTTP搬運(yùn)到DNA聚合酶上。DNA聚合酶本身含有ZnDNA聚合酶在Mg2+、Mn2+和Co2+存在下，開始復(fù)制轉(zhuǎn)錄RNA： Mg2+、Mn2+、Co2+對RNA聚合酶有激活作用 Mg2+使RNA聚合酶具有識別核糖核苷作用，不混入脫氧者第35頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六翻譯：

Mg2+的存在使t-RNA識別密碼，但[Mg2+]大到一定程度，會出現(xiàn)錯(cuò)碼。過多[Mg2+]，不能識別密碼的第三個(gè)字母，即UUC與UUA不分，PheLeu

第36頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六4.鋅指蛋白 基因的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯，一般需要與特定蛋白結(jié)合而激活啟動，復(fù)制激活因子、轉(zhuǎn)錄因子等含有鋅指蛋白結(jié)構(gòu)第37頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六第38頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六第39頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六5.DNA構(gòu)型探針 DNA二級構(gòu)象無可靠方法測定 用金屬配合物作DNA構(gòu)型探針 用于判別B-DNA和Z-DNA B-DNAZ-DNA 大部分 少部分 堿基內(nèi)側(cè) 外側(cè) 疏水保護(hù) 保護(hù)少 易受攻擊，導(dǎo)致基因突變致癌第40頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六例：黃曲霉素B1 強(qiáng)烈的阻礙B-DNA作用 2-乙?；鶡晒馑? 與A-8`-C結(jié)合,使DNABZ導(dǎo)致基因突變，致癌。其它致癌物：作用于：嘌呤N7嘧啶C5甲基化，破壞B－Z平衡第41頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六DNA堿基加成物形成位點(diǎn)（化學(xué)致癌）

第42頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六探針配合物： J.Barton（加州大學(xué)伯克利）為代表合成了一系列帶正電荷、手性、熒光金屬配合物，代表：[Ru(phen)3]2+二氮雜非手性拆分對映體與 左右第43頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六與DNA作用 其中一個(gè)phen插入堿基之間 另兩個(gè)在大溝中，要求空間匹配右手旋對映B-DNA左手旋對應(yīng)Z-DNA熒光譜第44頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六6.抗癌藥物順鉑1965年，B.Rosenberg 電場對細(xì)菌生長的影響細(xì)胞分裂受到抑制，300倍大的菌絲Pt電極培養(yǎng)液中加了NH4Cl其它電極則無此現(xiàn)象。進(jìn)一步研究表明，電流作用， 使PtPt2+溶液 生成cis-[Pt(NH3)2Cl2] 抑制細(xì)胞分裂第45頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六1969，Rosenberg抗癌活性 與DNA上的G結(jié)合，抑制DNA復(fù)制1970s，臨床商業(yè)化 腎毒性，頭頸部癌 泌尿系統(tǒng)毒性 鉑、鉑族化合物第二代、第三代 第46頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六其中，NH3是保留基團(tuán)，與Pt結(jié)合牢固 Cl是離去基團(tuán)反式異構(gòu)體中，Cl-的離去速度比順式快5～10倍 迅速被取代，不