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生物无机化学5
延安大学化学与化工学院教学方案 章节名称 第章 氧载体 授课方式 理论课(√);实验课( );实习( ) 教学时数 2 教学目的及要求 教学目的 应用理论知识解决生物无机化学中的。了解的及其生物意义。 时间分配 第一节 第二节 1.0 1.0 重点 难点 教学重点。教学点 讨论 思考 作业 讨论题目:血红蛋白的结构在结合氧气后的变化。 思考题目: 如果自己合成天然氧载体,如何进行分子设计; 人工血液能否应用于实际治疗中。 练习作业:3道题。 教学手段 多媒体教学 参考 文献 《中国化学史》,周嘉华、赵匡华著,广西教育出版社。 《无机化学》,武汉大学、吉林大学编,高等学校教育出版社。 《环境生物无机化学》,彭安,王文华著,北京大学出版社,1991年。 [授课提纲6] 第章 氧载体 天然氧载体分为三类:含血红素辅基的蛋白;不含血红素的铁蛋白;含铜的蛋白。 血液主要成分为血浆、血细胞和血小板三种。血细胞又分为红细胞和白细胞。血液中含有各种营养成分,如无机盐、氧、代谢产物、激素、酶和抗体等,有营养组织、调节器官活动和防御有害物质的作用。血液的功能是什么运输参与体液调节保持内环境稳态防御功能。 (a) 他把卟吩的四个吡咯环编为I、II、III、IV;它们的8个顶点依次为1、2、…、8;四个次甲基分别为α、β、γ、δ。1960年国际纯粹化学和应用化学联合会 (IUPAC) 提出新的命名原则。卟啉是重要的生物配体。哺乳动物体内约70%的铁元素与卟啉形成配合物。血红素是铁卟啉一类配合物的总称。血红素与相应的蛋白质结合成为血红素蛋白。这个高度共轭体系极易受吡咯环及次甲基的取代基的电子效应影响,表现为各不相同的电子光谱。卟啉环上的四个吡咯氮原子表现酸碱两种性质。 2.卟啉与金属离子配位作用 卟啉的四个吡咯氮原子均能与金属离子配位形成金属卟啉。卟啉环骨架的结构参数。卟啉与不同的金属离子配位以后,吡咯氮原子与中心金属离子的距离各有不同,卟啉环骨架又具有一定程度刚性。在金属卟啉分子里,如果轴向配体不同,它的性质就可能发生变化。 血紫质病系由先天性卟啉代谢紊乱,卟啉前体或叶啉在体内聚积所致。临床表现。根据卟啉的病理生理,当血红素生成障碍,失去负反馈作用,就失去对a-氨基酸酮戊酸合成酶的抑制作用。 1.血红蛋白和肌红蛋白的结构 2.血红蛋白的主要功能 3.血红素的铁与氧键合的几种理论模型 4.影响血红蛋白和肌红蛋白与O2键合的因素: O2分压的影响; pH值的影响;某些小分子配体的作用。 三、蚯蚓血红蛋白:蚯蚓血红蛋白分子含有铁,但不含铁卟啉辅基,是一种非血红素铁蛋白。对星虫的蚯蚓血红蛋白的研究比较详细,它的相对分子质量为108000,由8个亚单位组成。每个亚单位含有113个氨基酸残基和两个铁离子。从其它一些组织和物种中也分离到以其它低聚物形式存在的蚯蚓血红蛋白。蚯蚓血练蛋白的主要生理功能是在低等生物体内输送氧。 四、血蓝蛋白:血蓝蛋白是以一价铜离子作为辅基的蛋白质。它存在于软体动物 (如章鱼、乌贼、蜗牛等) 和节足动物 (如螃蟹、虾、蜘蛛等) 的血液里。组成血蓝蛋白的亚单位数目较多。每个亚单位都含有两个Cu (I) 离子,相对分子质量一般为50000~74000。不同蛋白质所含亚单位数目不同。软体血蓝蛋白是圆柱状分子,含有10~20亚单位,每个亚单位有7~8个功能单元(氧分子结合部位)。 第二节 氧载体的模型化合物 一、氧载体模型化合物研究概况 天然氧载体在生物体内输送或贮存氧气,主要是通过结合到蛋白质上的铁铜过渡金属与氧分子可逆配位来实现的。人们除了直接用天然氧载体作研究对象之外,还合成了许多结构较简单并能可逆载氧的模型化合物进行研究。目前,已知道CO2+、 Fe2+ 、Mn2+、Rh+、Ir+、Ru0、Os0、Ni0、Pt0 等过渡金属的配合物具有可逆载氧性能。 1985年人们就发现Co(II) 盐的氨水溶液露置空气中变色。 1898年Werner等确证变色的物种是[(NH3) 5Co (O2) Co (NH3) 5]4+。 1969年Floriani和Caldenrazzo研究了水杨醛亚胺合钻及其衍生物,发现它们在常温下可逆载氧,并首次成功分离出1:1型固体载氧配合物[Co(3-MeO-salen)]Py·O2。 二、钴(II)氧载体 1.钴(II)配合物的载氧反应和结构 钴(II)离子能与讲多配体生成钴(II)配合物。其中有一些能可逆载氧。在生成的钴氧加合物中,钴 (II) 形式上被氧化,O2形式上被还原。O2在1:1氧加合物中被还原为超氧离子O2?,在2:1氧加合物中被还原为过氧离子O22?。在钴(II)氧载体中一般以N、O、S
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