2010年无机化学课件 第11章 生物无机化学.pptVIP

第十一章 生物无机化学 2010 主要内容 概述 生命体中的元素 载氧金属蛋白 电子载体 金属酶和金属辅酶 生物无机化学在医学上的应用 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。 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 生命体必需元素 不同的金属离子与蛋白结合 金属离子与生物小分子作用 生命必需的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涉及各种 金属元素 结构作用 结构性物质、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 其它元素 有益元素(beneficial elements) ——缺乏仍可维持生命 中性元素(contaminating elements) ——生理尚不能确定 有毒元素(polluting elements) ——阻碍正常的生命过程 有毒元素过量对哺乳动物的影响 有毒元素 三、载氧金属蛋白 血红蛋白和肌红蛋白：脊椎动物的氧载体 蚯蚓血红蛋白：某些海洋蠕虫如星虫的氧载体 血蓝蛋白：软体动物如蜗牛等的氧载体 血钒蛋白：某些海鞘类动物的氧载体 脊椎动物载氧金属蛋白 血红蛋白(hemoglobin) 普遍存在于脊椎动物的血液中，是血红细胞的主要成份。生物功能：从肺部摄取氧气，随血液运输到全身，满足各有机组织所需的氧。 肌红蛋白(myoglobin) 普遍存在于脊椎动物的肌肉中。生物功能：储存和提供肌肉活动所需要的氧。 均含有血红素(heme) 卟啉 卟吩的衍生物 高度共轭的稳定体系，拥有26个离域?电子组成的大?键 具有芳香性 金属卟啉 血红素 是一类铁卟啉配合物的总称。 肌红蛋白（Mb） 血红蛋白（Hb） 血红蛋白的生物功能 铁与氧键合的几种模型 影响血红蛋白氧合作用的因素 氧分压 酸度（Bohr效应） 某些小分子配体，如CO, NO等。结合能力：NOCOO2 四、电子载体 系列复杂的电子转移反应 不催化底物分子，只传递电子 FeIII/FeII、CuII/CuI、CoIII/CoII、MnIII/MnII等 Fe-S蛋白、蓝铜蛋白、细胞色素 铁硫蛋白 植物型铁硫蛋白 光合作用放氧 光合作用的电子传递 光合作用的膜上模型 卡尔文循环（ C3途径） 五、金属酶和金辅酶属 金属离子为配位和活性中心 Fe、Cu、Zn、Mo、Mn、Ni等 均含蛋白质链 催化效率高 使反应加速106或更高 专一性强 往往一种酶只能催化一种生化反应，故酶的种类繁多 含锌蛋白 迄今为止，已经发现大约几百种含锌蛋白，承担着20多种不同的生物功能。几乎涉及生物体新陈代谢的每一个方面，包括碳水化合物，脂类，蛋白质及核酸的合成和降解过程。近年来发现各种锌指蛋白在遗传物质的转录和复制上承担着重要的功能。 部分重要的锌酶 锌起催化作用的酶 ——碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase, CA) 第一个被确定的锌酶，存在于大多数动物，植物组织中， 最重要的生物功能是催化二氧化碳水合反应，它的存在使得反应速率提高了9个数量级。这对于从哺乳动物微血管循环体系中快速把二氧化碳带走是生命莜关的。 不但起催化作用，而且在钙化，维持酸度，离子输送等一系列生理过程中承担功能。 碳酸酐酶活性中心的结构 碳酸酐酶中锌的配位环境 CA催化CO2可逆水合作用的可能历程 六、生物无机化学在医学上的应用 补充缺乏的无机元素 排除金属中毒 无机元素作为探针和药物 研究