生物無機(jī)化學(xué)

生物無機(jī)化學(xué)主要內(nèi)容生命體中的元素載氧金屬蛋白金屬酶和金屬輔酶生物無機(jī)化學(xué)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用RaFrRnAtPoBiPbTlHgAuPtIrOsReWTaHfLaBaCsXeISbSbSnInCdAgPdRhRuTcMoNbZrYSrRbKrBrSeAsGeGaZnCuNiCoFeMnCrVTiScCaKArClSPSiAlMgNaNeFONCBBeLiHeH一、生命體中的元素藍(lán)色為生命必需元素自然界存在90多種元素，人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了60多種，約2/3；酶的約1/3含有金屬元素生命必需元素

(essentialelements)維持生命所必需的元素存在于正常的組織中在各種物種中保持一定的濃度范圍體重70kg的人體中元素的平均含量元素含量/g·人―1元素含量/g·人―1H6580Cl115C12590Fe6N1815Zn1~2O43550Mn<1P680Mo<1S100Co<1Na70Cu<1K250Ni<1Mg42I<1Ca1700生命體必需元素>99.95%宏量元素O,C,H,N,P,S,Ca,Na,K,Cl,Mg微量和痕量元素Fe,Zn,Cu,V,Cr,Mn,Mo,Co,NiSn,F,I,Se,Si,As,B,Cd,Hg,Pb…..不同的金屬離子與蛋白結(jié)合蛋白質(zhì)及肽酶水解酶羧肽酶(Zn)氨肽酶(Mg,Zn)磷酸脂酶(Mg,Zn,Cu)氧還酶氧化酶(Fe,Cu,Mo)羥化酶(Fe,Cu)超氧化物歧化酶(Cu,Zn,Mn)異構(gòu)酶及合成酶的輔酶維生素B12輔酶(Co)調(diào)節(jié)蛋白和調(diào)節(jié)肽鈣調(diào)蛋白(Ca)人血漿促生長(zhǎng)因子(Cu)鋅指蛋白(Zn)運(yùn)送及儲(chǔ)存蛋白電子載體細(xì)胞色素(Fe)鐵硫蛋白(Fe)藍(lán)銅蛋白(Cu)金屬儲(chǔ)存及運(yùn)送蛋白和結(jié)構(gòu)蛋白鐵蛋白(Fe)運(yùn)鐵蛋白(Fe)金屬硫蛋白(Cu,Zn,Hg,Cd..)膠原蛋白(Ca)載氧蛋白血紅蛋白(Fe)肌紅蛋白(Fe)血藍(lán)蛋白(Cu)血釩蛋白(V)碳酸酐酶金屬離子與生物小分子作用生物小分子

光敏氧化物質(zhì)葉綠素(Mg)無機(jī)硬組織骨及軟骨(Ca,P,Si)離子載體生命必需的無機(jī)元素在生物體中的

主要生理功能催化作用

已知眾多的酶中，大約1/3涉及各種金屬元素(酸堿，氧還反應(yīng))

結(jié)構(gòu)作用結(jié)構(gòu)性物質(zhì)(Ca)、穩(wěn)定大分子結(jié)構(gòu)、 維持蛋白質(zhì)特定構(gòu)象

調(diào)控作用堿金屬和堿土金屬離子在生物體內(nèi)調(diào)控作用；且離子流可通過細(xì)胞膜和各種界面?zhèn)鬟f信息輸運(yùn)作用某些含金屬元素的生物大分子是 電子、雙氧的載體

Bertrand定則--最適宜濃度定律每一種元素，在生物體內(nèi)都有一個(gè)安全的最佳濃度范圍。元素濃度超過一定界限后，不管是哪種元素都是潛在的有害元素。體內(nèi)元素濃度－生物效應(yīng)關(guān)系圖元素濃度有益生物效應(yīng)

缺乏

最適合

中毒死亡微量生命必需元素含量異常

對(duì)哺乳動(dòng)物的影響元素不足的影響過量的影響Zn侏儒病，發(fā)育不全，皮炎貧血癥Ca畸形骨骼，手足抽筋動(dòng)脈粥樣硬化，膽結(jié)石Fe貧血癥擴(kuò)尿癥，鐵塵Mg驚厥麻木Cu貧血癥，頭發(fā)卷曲或褪色黃疸，威爾遜氏病癥Co貧血癥心力衰竭，紅細(xì)胞增加V血性膽固醇降低生長(zhǎng)減弱其它元素有益元素(beneficialelements)

——缺乏仍可維持生命中性元素(contaminatingelements)

——生理尚不能確定有毒元素(pollutingelements)

——阻礙正常的生命過程有毒元素過量對(duì)哺乳動(dòng)物的影響元素過量的影響B(tài)e吸入引起肺癌Hg腦炎，神經(jīng)炎Sb心臟病Pb貧血癥，腦損傷，腎癌Cd高血壓二、載氧金屬蛋白血紅蛋白和肌紅蛋白：脊椎動(dòng)物的氧載體蚯蚓血紅蛋白：某些海洋蠕蟲如星蟲的氧載體血藍(lán)蛋白：軟體動(dòng)物如蝸牛等的氧載體血釩蛋白：某些海鞘類動(dòng)物的氧載體脊椎動(dòng)物載氧金屬蛋白血紅蛋白(hemoglobin)

普遍存在于脊椎動(dòng)物的血液中，是血紅細(xì)胞的主要成份。生物功能：從肺部攝取氧氣，隨血液運(yùn)輸?shù)饺?，滿足各有機(jī)組織所需的氧。肌紅蛋白(myoglobin)

普遍存在于脊椎動(dòng)物的肌肉中。生物功能：儲(chǔ)存和提供肌肉活動(dòng)所需要的氧。均含有血紅素(heme)血紅素是一類鐵卟啉配合物的總稱。天然血紅素可分為：血紅素a：細(xì)胞色素氧化酶血紅素b：血紅蛋白，肌紅蛋白，細(xì)胞色素p450血紅素c：細(xì)胞色素c肌紅蛋白（Mb）一條多肽鏈(珠蛋白)一個(gè)Fe(II)血紅素b分子量17000不同Mb的AA數(shù)目和排列順序不完全相同。人體Mb有152AA鐵卟啉埋藏在疏水袋中Fe(II)的第五配位位置為組氨酸咪唑側(cè)鏈的NFe(II)的第六配位位置是氧分子75%肽鏈由alfa螺旋構(gòu)成1962NobelPrizeforChemistry血紅蛋白（Hb）分子量約為64500可以看成是4個(gè)肌紅蛋白的集合體四個(gè)亞基，分兩種類型（和）亞基含141個(gè)氨基酸亞基含146個(gè)氨基酸亞基之間不存在任何共價(jià)鍵每個(gè)亞基都各含一個(gè)鐵

(II)血紅素b輔基6.4×5.5×5.0nm血紅蛋白的生物功能運(yùn)輸氧氣運(yùn)輸二氧化碳Hb+O2

HbO2HbNH2+CO2

HbNHCOOH三、金屬酶和金輔酶屬金屬離子為配位和活性中心Fe、Cu、Zn、Mo、Mn、Ni等均含蛋白質(zhì)鏈催化效率高使反應(yīng)加速106或更高專一性強(qiáng)

往往一種酶只能催化一種生化反應(yīng)，故酶的種類繁多含鋅蛋白迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大約幾百種含鋅蛋白，承擔(dān)著20多種不同的生物功能。幾乎涉及生物體新陳代謝的每一個(gè)方面，包括碳水化合物，脂類，蛋白質(zhì)及核酸的合成和降解過程。近年來發(fā)現(xiàn)各種鋅指蛋白在遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制上承擔(dān)著重要的功能。部分重要的鋅酶

酶

生物功能

酶

生物功能碳酸酐酶CO2可逆水合DNA聚合酶DNA合成羧肽酶蛋白質(zhì)和肽C－末端氨基酸的水解RNA聚合酶RNA合成嗜熱菌蛋白酶肽鍵水解堿性磷酸酯酶磷酸單酯水解氨肽酶水解肽鏈N－末端超氧化物歧化酶二肽酶水解二肽谷氨酸脫氫酶鋅起催化作用的酶

——碳酸酐酶(CarbonicAnhydrase,CA)第一個(gè)被確定的鋅酶，存在于大多數(shù)動(dòng)物，植物組織中，最重要的生物功能是催化二氧化碳水合反應(yīng)，它的存在使得反應(yīng)速率提高了9個(gè)數(shù)量級(jí)。這對(duì)于從哺乳動(dòng)物微血管循環(huán)體系中快速把二氧化碳帶走是生命莜關(guān)的。不但起催化作用，而且在鈣化，維持酸度，離子輸送等一系列生理過程中承擔(dān)功能。四、生物無機(jī)化學(xué)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用無機(jī)元素作為藥物研究致病機(jī)理無機(jī)元素作為藥物抗憂郁藥物（Li）

1970年，F(xiàn)DA首次批準(zhǔn)鋰鹽可用于急性精神病的治療金的藥物治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎；治療痢疾；具有抗癌和抗愛滋病的活性砷的藥物治療梅毒和混睡癥；雄黃(As4S4)治療白血病鉍的藥物－－治療胃潰瘍鉑的藥物－－抗癌抗癌鉑配合物1969年發(fā)現(xiàn)鉑配合物具有抗癌作用。1971進(jìn)入臨床一期實(shí)驗(yàn)。1978年證實(shí)可以治療卵巢癌和睪丸癌。目前應(yīng)用最廣泛的抗癌藥物之一。普遍用于臨床的是順鉑和碳鉑。過去20多年中，使青年人的睪丸癌的死亡率從100%下降到10%。順鉑具有抗癌活性的二價(jià)鉑配合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：順式構(gòu)型－－兩個(gè)氨或胺類配體在順位；兩個(gè)中等取代活性的酸根陰離子配位。cisplatincis-diamminedicchloroplatinum(II)cis-DDPtrans-diamminedicchloroplatinum(II)trans-DDP順鉑的抗癌機(jī)理cis-GGcis-GADNA