生物无机化学导论 PPT

法，去研究和阐明参与生物体（尤其是人体）
中化学反应的痕量元素（痕量金属元素）所起
的作用及它们同生物功能之间的相互关系的一
门科学。
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1. 研究内容：
－－在分子水平上研究生物体内与无机元素 (金属和非金属)有关的各种相互作用。
研究重点：
－－研究金属与生物配体形成的具有生物活 性的配合物的组成、结构、状态和功能。
艰难而意义重大
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1.生物无机化学研究的范围和内容
2.无机化学元素与生物功能的关系
3.金属蛋白质金属离子的功能
4.金属酶的功能
5.金属的信使功能
6.金属离子与核酸的相互作用
7.金属离子的运输与贮存
8.医药中的金属
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1.2无机化学元素与生物功能的关系
H
He
Li Be Na Mg
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生物无机化学是在无机化学和生物化学的 发展和推动下产生的，他是介于无机化学和生 物化学之间的一门边缘科学。
生物无机化学虽然已成为近些年（约20年）
十分活跃的学科领域之一，但是还处于生长期。
因此，要给他下一个严格的定义，无疑也是困
难的。但是，简单地说，所谓生物无机化学，
就是利用无机化学特别是配位化学的理论和方
胰岛素+GTF（Cr）
铁传递蛋白+铁蛋白
生物防御
SOD（Zn）
谷胱甘肽过氧化物酶（Se）
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3. 研究方法 逐步模拟： 用再现生命现象的模拟体系，用化学的理论、
方法和手段进行研究。 特别是配位化学的方法。
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模拟思路：生物活性配合物
M+
② 活性中心
①M
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① 生物离子探针
用大小相近、配位类型相似的金属离子来模拟 生物体内金属离子的状态和功能。
⑤生物环保：
用微生物、藻类、植物治理污水
凤眼莲吸收Cd2+、Pb 2+、Hg2+等重离
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⑥大宝天天见： SOD蜜，
SOD：一种含Zn蛋白，超氧化物歧化 酶，能有效去除氧自由基，抗衰老功能。
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现已认识到，无机元素不仅对维持生物大 分子的结构至关重要，而且广泛参与各种 生命过程。
包括： 物质传输，信息传递 生物催化，能量转换
两种角度 生物学家，强调生理、病理作用 化学家，分子水平，研究其状态与功能
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生物活性配合物
金属离子本身（或其水合离子）常常并没有某 种生物活性，
只有与具有特定结构的配体结合成配位化合物 后，才表现出特定的活性。
e.g. Fe2+ + O2 — Fe3+ Fe2+– heme–Hb —O2 可逆载氧
绿色为生命必需元素
B C N O F Ne Al Si P S Cl Ar
生物无机化学导论
化学大与家好 化工系
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参考书目： 《生物无机化学原理》 S. J. Lippard and J.M. Berg 著，席振峰，姚光庆等译 北京大学出版社，2000
《生物无机化学导论》 计亮年，中山大学出版社，1992
《生命科学中的微量元素》 王夔主编，中国计量出版社，1991
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常见生物活性配合物的功能：
固碳
叶绿素（Mg）
固氮
固氮酶（Mo）
载氧
血红蛋白（Fe）
肌红蛋白（Fe）
蓝铜蛋白（Cu）
生物解毒 金属硫蛋白（Cu、Zn）
细胞色素P450（Fe）
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常见生物活性配合物的功能：
细胞调节
钙调蛋白
ATP配合物
各种酶系统
生物矿化
钙结合蛋白
膜运送
离子载体
内稳态调控
随着微量分析技术的提高，无机元素的功能 更多地被发现，几乎渗透到生命过程的各个 阶段。
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1960s~1970s，更多无机元素在生物体中被发现 1970，Vinginia国际生物无机化学讨论会
《Bioinorganic Chemistry》论文集 1971，《Bioinorganic Chemistry》创刊 1979，更名 J. Inorganic Biochemistry，本领域重要杂 志 1973，开始出版的系列丛书，H. Sigel主编
配位原则：
生物配体与金属的结合，遵循Lewis软硬酸碱规则。
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软硬酸碱理论是在Lewis酸碱电子对理论基础上提出 的。该理论是根据金属离子对多种配体的亲和性不同， 把金属离子分为两类。一类是“硬”的金属离子，称 为硬酸；另一类是软的金属离子，称为软酸。硬的金 属离子一般是半径小，电荷高。在与半径小，变形性 小的阴离子（硬碱）相互作用时，又较大的亲和力， 这是以库仑力为主的作用力。软的金属离子由于半径 达，本身又较大的变形性，在与半径大，变形性大的 阴离子（软碱）相互作用时，发生相互间的极化作用 （*软酸软碱作用），这是一种以共价键力为主的相 互作用力。
《Metal Ions in Biological Systems》 1983，定期召开国际生物无机化学会议（两年一届）
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生物无机化学是蓬勃发展的研究领域
研究特点：工作比较零散，发展初期，不系统。 特别是早期的工作，主要是生物学家、营养学
家从医学、免疫、环保等方面研究各自遇到的问题， 没有系统地从化学的角度进行研究。
什么是生物无机化学
顾名思义，生物无机化学是介于生物化学和 无机化学之间的边缘交叉学科。
新兴学科，研究内容十分广泛。
研究什么呢？
生物科学： 一切有生命的东西
细菌 — 植物 — 动物 — 人
无机化学：(莫勒定义) 元素及其化合物
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•1982 莫勒定义无机化学：
－－除去碳氢化合物和其大部分衍生物外，无 机化学是对所有元素和它们的化合物的性质和 反应进行实验研究和理论解释的。
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现实生活中随处可见与生物无机相关的问题： ① 矿泉水：
－－－－K+, Na+, Ca2+, Mg2+ 生命必需元素
②吃饭为什么要加盐？NaCl －－－－Na在植物中含量少。 而对人类是必需的。
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③ 补碘、补锌、补铁、补钙
为什么补？
高效补钙可能吗？
缺铁性贫血？
④北京市6岁以下儿童铅超标69％（1999年 统计）
探针离子
待测离子
Ln3+ (Pr3+, Nd3+) Ca2+
Co2+
Zn2+
Mn2+
Mg2+
Tl+
K+
光、电、磁活性
惰性
可用谱学方法测试
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② 特征配体： 用简单的金属配合物模拟复杂的生物原型 铁卟啉 血红素 人工离子载体 模拟酶
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③ 用化学方法再现生物功能 光合作用 —— 光解水制氧 固氮 —— 合成氨