生物无机化学简介
生物无机化学的认识
生物无机化学的认识生物无机化学是无机化学、生物化学、医学等多种学科的交叉领域。
其研究对象是生物体内的金属（和少数非金属）元素及其化合物，特别是衡量金属元素和生物大分子配体形成的生物配合物，如各种金属酶、金属蛋白等。
侧重研究它们的结构-性质-生物活性之间的关系以及在生命环境内参与反应的机理。
生物无机化学虽然听起来有些不实用，其实在生活中，我们经常可以看到一些运用了生物无机化学的地方。
比如农业方面，我们熟知的化肥，就运用了生物无机化学的知识，农作物的生长发育，不仅需要常量营养元素，还需要如铁、锰、铜、锌、钼等微量元素，这些微量元素和氮、磷、钾同等重要，不可代替。
同样，在我们熟知的一些保健品，像“脑白金”、“黄金搭档”等等，都是补充我们人体内的微量元素的保健食品。
以我们最熟悉的钙来说，从小我们的父母就给我们补钙，喝牛奶、吃钙片等等方式，可见钙对于我们的重要性。
人体缺钙，就容易腿软、抽筋、蛀牙，但钙多了也不行，人体内的钙过量容易得佝偻病。
所以，微量元素虽然重要，但是也不能过多。
生物无机化学无疑正在迅速发展。
生物无机化学主要分为两部分：一是研究生物体本身微量元素的作用，二是研究外界微量元素对机体的影响。
含有微量元素的蛋白是生物无机化学中偏向生物领域的研究对象，做此项研究主要依靠生物化学技术。
含有微量元素的蛋白是微量元素与蛋白质形成的配合物，与酶的区别在于含有微量元素的蛋白并不表现催化活性，但却有其他的重要功能。
现在的研究在于发现新的蛋白，确定其结构、性质。
现在热门的蛋白有硒蛋白，因为硒蛋白是硒在体内存在和发挥生物功能的主要形式。
硒的作用，主要在癌症、神经退行性疾病和病毒等方面，但结论不统一。
现在主要在探索新的硒蛋白作为预防药物开发、癌症治疗和药物筛选靶标。
如杜明等通过硫酸铵沉淀等方法,从富硒灵芝中获得了一种新的含硒蛋白,并研究了它的抗氧化活性与其硒含量间的关系。
研究发现该蛋白的抗氧化活性与其硒含量具有相关性。
生物无机化学
生物无机化学又称无机生物化学和生物配位化学。
为生物化学和无机化学间的边缘学科。
主要研究生物体内存在的各种元素，尤其是微量金属元素与体内有机配体所形成的配位化合物的组成、结构、形成、转化，以及在一系列重要生命活动中的作用。
生物体内存在有钠、钾、钙、镁、铁、铜、钼、锰、钴、锌等十几种元素，它们能与体内存在的糖、脂肪、蛋白质、核酸等大分子配体和氨基酸、多肽、核苷酸、有机酸根、O2、Cl-、HCO婣等小分子配体形成化合物，主要是配位化合物。
生物无机化学 - 类型生物无机化学金属蛋白为一类含金属元素的蛋白：①含铁蛋白有血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素C等，其中铁除与卟啉结合成血红素基外（见金属卟啉），并与蛋白质链上某一个或两个氨基酸连接。
血红蛋白和肌红蛋白分子中的血红素铁只与蛋白质链上一个组氨酸相连，尚有一个空的配位位置，能可逆地结合一个氧分子,具有运载和贮存氧分子的功能。
细胞色素C中血红素基的铁原子与蛋白链上两个氨基酸残基相连，无载氧能力，是重要的电子传递体。
②蓝铜蛋白是含铜的重要金属蛋白，其中铜仅与蛋白链上的氨基酸残基相结合,形成扭曲的四面体构型，呈显著的蓝色，如血浆蓝铜蛋白和质体蓝素，前者参与调节组织中铜的含量，后者是一系列生物过程中的重要电子传递体。
③铁硫蛋白是含铁、硫原子的天然原子簇金属化合物与蛋白质链上半胱氨酸结合的金属蛋白，如植物型铁氧还蛋白是含Fe2S2原子簇的金属蛋白,其中每个铁原子分别与蛋白质链上两个半胱氨酸相连；细菌铁氧还蛋白含有Fe4S4原子簇,每个铁原子分别与蛋白质链上一个半胱氨酸相连。
铁硫蛋白是生物体中重要的电子传递体，如铁氧还蛋白在叶绿体的光合作用和固氮酶的固氮过程中起传递电子的作用。
生物无机化学金属酶许多金属蛋白能催化体内的化学反应，是生物体中的催化剂。
金属原子与蛋白质结合较强的称金属酶，较弱的称金属激活酶。
金属酶中金属原子常是活性中心的组成部分，如羧肽酶和碳酸酐酶都是锌酶，前者能催化肽和蛋白质分子羧端氨基酸的水解，后者能催化体内代谢产生的二氧化碳的水合反应。
生物无机化学-1
铁卟啉 血红素
人工离子载体 模拟生物膜
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
艰难而意义重大
生物无机化学
一、概述 二、生命元素与生物配体
二、生物元素与生物配体
1. 生命元素
在自然界稳定存在的90余种元素，在生命体中已 被发现了60多种。
它们对生命体有怎样的影响，起什么样的作用？ 根据目前人类对它们的认识，分为四类： 1). 必需元素 2). 辅助营养元素 3). 沾染元素
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。 待测离子 光电磁惰性 探针离子 光电磁活性 可用谱学方法测试 Ca2+ Ln3+ (Pr3+, Nd3+)
Zn2+
Mg2+
Co2+
Mn2+
K+
Tl+
② 特征配体：
用简单的金属配合物模拟复杂的生物原型
CO2 +H2O
25º C, pH=7
k1
HCO3- + H+
k1=0.037s-1
加入CA
k1=4～6107s-1
提高了9个数量级，是目前已知酶效率最高的一个 反应。
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。 研究特点：工作比较零散，发展初期，不系统。
HN
+
NH
..
His
蛋白质中的配位基团
－SH －S－CH3
Cys Met
蛋白质中的配位基团
-NH3+
酚 －OH 胍N
2024高考化学中的生物无机化学基础
2024高考化学中的生物无机化学基础化学作为一门学科，广泛应用于各个领域。
在高考化学科目中，生物无机化学是一个重要的基础内容。
本文将从生物无机化学的定义、重要性以及在2024年高考中的应用等方面进行论述。
一、生物无机化学的定义生物无机化学是研究无机元素在生物体内的化学行为和作用的学科。
它主要关注无机化合物在生物体内的形成、转化和功能发挥等过程。
无机元素在生物体内的重要作用和特殊功能，成为生物无机化学研究的重要基础。
二、生物无机化学的重要性1. 组成生命体的基本元素：生物体所需的元素主要包括有机元素和无机元素，其中有机元素包括碳、氢、氧、氮等，而无机元素则包括钠、钾、镁、钙等。
这些无机元素在生物体内具有重要的生理功能，如维持细胞结构、酸碱平衡调节、神经传导等。
2. 酶的活性：无机元素在酶的结构与功能中起到了至关重要的作用。
许多酶活性需要特定的无机离子配合，如镁离子在DNA聚合酶中催化DNA合成过程，锌离子参与呼吸链酶的催化反应等。
了解这些无机元素与酶的关系，可以帮助我们更好地理解酶的催化原理，为生物化学的研究提供重要依据。
3. 药物研发与治疗：无机化合物在药物研发和治疗中扮演重要的角色。
例如，铂类化合物是治疗肿瘤的有效药物，硝酸甘油则被广泛应用于心血管疾病的治疗。
了解无机化合物在生物体内的作用机制，可以为药物的研发提供理论指导，推动医药领域的进步。
三、生物无机化学在2024年高考中的应用1. 基础知识考查：2024年高考化学试题中，有可能会涉及无机元素的周期表、元素周期律、元素的化学性质等基础知识。
学生需要掌握无机元素的周期变化规律、常见元素的性质特点等，以便于正确回答相关的选择题、填空题等。
2. 反应与平衡考查：生物无机化学中的反应与平衡也是2024年高考化学中可能出现的考点之一。
例如，生物体内的酸碱平衡调节机制、金属离子与配体的配位反应等都是生物无机化学中的重要内容。
考生需要理解这些反应与平衡的原理，能够运用知识解答相关的计算题或综合题。
化学中的生物无机化学知识点
化学中的生物无机化学知识点一、介绍生物无机化学是化学与生物学的交叉学科，研究化学在生物体内的应用及相关的生物化学过程。
本文将介绍几个重要的生物无机化学知识点。
二、生物无机离子1. 钠离子（Na+）和钾离子（K+）钠离子和钾离子是细胞内外的主要无机离子，维持细胞内外的离子平衡，调节细胞内外的渗透压，参与神经传导和肌肉收缩等生理功能。
2. 钙离子（Ca2+）钙离子是维持骨骼健康和骨代谢的关键离子，参与血液凝固、神经传递、肌肉收缩等生理过程。
3. 铁离子（Fe2+和Fe3+）铁离子是血红蛋白和肌红蛋白中的关键成分，参与氧气的运输和储存，是体内能量代谢的重要催化剂。
4. 锌离子（Zn2+）锌离子是近百个酶的辅助因子，参与体内各种物质的代谢、细胞分裂和免疫功能等。
三、生物无机化合物1. 水水是生物体内最重要的无机化合物，构成了生物体的主要组成部分，参与生物体内的代谢过程和维持生理平衡。
2. 磷酸磷酸在生物体内起着重要的催化、存储和能量转换的作用，是细胞内ATP（三磷酸腺苷）等重要物质的组成部分。
3. 含氮化合物生物体中的氨基酸、核苷酸和蛋白质等含氮化合物在生物体内具有重要的结构和功能作用。
四、生物矿物元素1. 钙（Ca）钙是骨骼和牙齿中最主要的矿物元素，对于维持骨骼的健康和生长发育至关重要。
2. 锌（Zn）锌是许多酶和蛋白质中的辅助成分，对于免疫系统的正常功能和维持皮肤的健康有重要影响。
3. 铜（Cu）铜是体内一些重要酶的组成部分，如铜锌超氧化物歧化酶，对维持生物体内氧化还原平衡具有重要作用。
4. 碘（I）碘是甲状腺激素的组成部分，对人体的正常生长和发育、代谢和神经系统的正常功能至关重要。
五、生物金属蛋白1. 血红蛋白和肌红蛋白血红蛋白和肌红蛋白是含有铁离子的生物金属蛋白，负责运输氧气和储存氧气。
2. 胰岛素胰岛素是含有锌离子的生物金属蛋白，调节血糖水平，参与糖代谢。
3. 细胞色素细胞色素是含有铁离子的生物金属蛋白，参与电子传递链中的电子转移。
生物无机化学(自然科学门类)
具有类似于卟啉环的结构，含有镁原子，其中镁与环的四个氮原子结合。在植物光合作用中，叶绿素能起将 光能转变为化学能的作用。
为一类能与碱金属、碱土金属等元素结合，生成脂溶性配位化合物，从而增大金属离子透过生物膜可能性的 物质。离子载体有天然和合成的两种：天然离子载体如缬氨酶素等，能使正常情况下不易通过线粒体内膜的钾离 子得以顺利通过；合成的离子载体主要为冠醚，如二苯并18-冠-6为环状多醚，其中央空穴的大小，决定与金属 离子配位的选择性。二苯并18-冠-6的碱金属配位化合物的稳定性有以下次序：K+>Na+>Cs+>Li+。
研究热点
·金属蛋白和金属酶的结构和性质 ·金属离子及其配合物与生物大分子的作用 研究金属作为DNA探针，与DNA定位结合，DNA定位切割—金属核酸酶 DNA分子光开关 基因芯片 DNA生物传感器 DNA计算机 生物矿物 电子传递反应 生命过程的核心问题之一是能量转换（如呼吸和光合作用），而能量转换的中心过程是电子传递，因此在蛋 白质和核酸介质中长程电子传递（long-range electron transfer）是近几年来生物无机化学研究的热门课题 之一。 DNA究竟是一根分子导线还是绝缘体，是迩来激烈争论的焦点。
与此同时，在生物化学深入到涉及金属离子的生物过程时，必然地与当时正在迅速发展起来的配位化学结合。 原来研究溶液配位化学的主要学者均纷纷研究生物配体和金属离子的溶液化学。R.ams，nD.Perrin，mirskh， ams等等先后进人这个领域，使之成为生物无机化学的另外一个分支。
到后来人们认为，晶体结构与生物介质中的结构未必相同，应该研究溶液中的结构和构象。恰在此时，核磁 共振技术大发展，为研究生物大分子的溶液结构创造了条件。于是开拓了结构化学和溶液化学结合、探索含金属 生物大分子结构与功能关系的新领域。生物无机化学的另外一个分支是通过合成模型化合物或结构修饰研究结构机理关系，它是合成化学介人生物无机化学的结果。这三个分支构成了延续30多年的生物无机化学的主流。
02-生物无机化学简介
运送及储存蛋白
水解酶
羧肽酶(Zn) 氨肽酶(Mg, Zn) 磷酸脂酶 (Mg, Zn, Cu)
钙调蛋白(Ca) 人血浆促生长因子(Cu) 锌指蛋白(Zn)
电子载体
金属储存 及运送蛋白
细胞色素和结构蛋白源自氧还酶氧化酶 (Fe, Cu, Mo) 羟化酶(Fe, Cu) 超氧化物歧化酶 (Cu, Zn, Mn)
异构酶及合 成酶的辅酶
维生素B12 辅酶(Co)
(Fe) 铁硫蛋白 (Fe) 铜蓝蛋白 (Cu)
铁蛋白(Fe) 运铁蛋白(Fe) 金属硫蛋白(Cu, Zn, Hg, Cd..) 胶原蛋白(Ca)
载氧蛋白
血红蛋白 (Fe) 肌红蛋白 (Fe) 血蓝蛋白 (Cu) 血1钒0 蛋白 (V)
金属蛋白和金属酶
16
碳酸镧（Fosrenol)
高磷酸血症（血液中磷的浓度过高）常出 现在长期透析慢性肾功能衰竭的患者。如 不得到有效治疗，高磷酸盐血症可能导致 肾性骨营养不良 ，造成一系列骨疾病，表 现为骨痛、脆骨症、骨骼畸形和骨折。此 外，有证据表明高磷酸盐血症还可能引起 心血管疾病，透析患者中近半数就死于心 血管疾病。在美国269，000透析的肾病患 者中，尽管控制饮食，采取低磷饮食，仍 有80%发展高磷酸血症。碳酸镧因为它与 食物中的磷酸盐生成难溶的磷酸镧，通过 消化道排出体外，从而降低磷酸盐的吸收。 FOSRENOL 于2004年10月获美国食品及 药物管理局 (FDA) 批准，目前作为处方药 在美国出售。2005年3月，欧盟监管部门 准许 FOSRENOL 在欧盟16个成员国销售。
R.D. Kornberg
诺贝尔化学奖(2006年) “For his studies of the molecular basis of eukaryotic transcription”
生物无机化学
NO2 CN CN
OH
OC6H5
无水 K2CO3
+
CN CN
DMF， N2 ， 80℃
实验投料：腈与酚mol比为1：1，无水K2CO3为5g /1.73g，DMF 为5ml/1.73克，无水K2CO3和DMF在反应前都需干燥。 步骤请查相应文献，主要是后处理的步骤。
所得产品需算产率，测熔点，红外表征。
蛋白质的结构示意图
3. 核苷、核苷酸和核酸
嘌呤碱或嘧啶碱与戊糖结合形成核苷，核苷与磷酸结合 形成核苷酸，核苷酸进一步结合形成核酸。
一个核苷酸的核糖或脱氧核糖第5’位的磷酸与另一核苷 酸的核糖或脱氧核糖第3’位的－OH基相互连成3’，5’－ 磷酸二酯键
核苷酸的碱基与金属配位
核苷酸中的碱基通过大π键 与金属离子配位
3.组成金属酶或作为酶的活化剂
4.“信使”作用 生物体需要不断协调体内各种生物过程，要求有各种传递信息 系统。化学信使是Ca离子。 5.影响核酸的物理化学性质 金属离子可以通过酶的作用影响核酸的复制、转录和翻译过程。
金属离子可以直接影响核酸的物理化学性质和生物活性。
6.调节体液的物理化学特性（Na+,k+,Cl-)
生物膜，进入癌细胞核的配合物与DNA链上C、O
原子发生取代，形成稳定的五元螯合，破坏了两
条多核苷酸上鸟嘌呤和胞嘧啶之间的氢键，使
DNA结构遭到破坏而丧失复制功能，癌细胞分裂 受阻。
2.钌配合物
与抗癌作用有关的金属钌是Ru(Ⅱ)、Ru(Ⅲ)。 Ru(Ⅱ)属中间酸，倾向于与含氮原子的吡啶，嘌呤，嘧啶 等 中 间 碱 结 合 ， Ru(Ⅲ) 倾 向 于 硬 酸 ， 它 与 硬 碱 如 Cl— ， RCOO － 等酸根更易形成配合物。Ru(Ⅲ)配合物有氧化性， Ru(Ⅱ)配合物 有还原性。人体正常细胞含氧丰富，而癌细胞 因分裂过快而缺 氧。 Ru(Ⅲ)配合物作药原，经还原活化产生抗癌作用的机理．例 如，当[Ru(NH3)5X]X2， (X＝Cl－或CH3COO－)进入人体时， 在正常细胞内，因有O2 存在，钌保持Ru(Ⅲ)氧化态，它对 DNA配合能力低。在癌细胞内，因缺氧造成还原性环境， Ru(Ⅲ)被还原成Ru(Ⅱ)，Ru(Ⅱ)与Cl－或CH3COO－结合能力 弱，而很容易枝DNA分子中 含氮碱基所取代，破坏癌细胞 DNA的活性，起到抗癌作用。
生物无机化学
生物无机化学生物无机化学是一门研究生物体内无机元素的运动和变化的学科，是生物学和化学的重要综合学科。
它研究了生物体内无机物质的化学反应过程，以及它们在维持生命活动中扮演的重要角色。
一般来说，它研究无机物质的使用和积累是如何影响生物体的适应性和物质代谢的问题。
无机元素是生物体的主要成分，占生物体质量的95％以上，因此，它们对生物进行生长、繁殖、代谢和发育有着至关重要的作用。
这些无机元素包括氧（O）、碳（C）、氢（H）、氮（N）、硫（S）、磷（P）、氟（F）、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）和铁（Fe）等。
当然，这些无机元素在生物体内以亚稳态的形式存在，例如水（H2O）、空气（O2）、硫酸盐（SO2）、氨基酸（NH3）和糖（C6H12O6）等。
无机物质的重要作用还包括维持物质本身的构造和形状。
无机物质在生物体内是分子和细胞构成的原料，它们构成了生物体内大部分的固有结构。
因此，这些无机元素赋予了生物有机体外形、结构和功能。
此外，无机物质还可以提供额外的能量，以便满足生命活动的需要。
无机物质的摄取也是生物体内有机物质代谢的重要因素，这是因为无机物质提供了熔融结构的稳定性，为有机物质的变化提供了必要的条件。
例如，钙可以与蛋白质结合，维持细胞的结晶、固定和可靠的状态。
无机物质的运行和积累也是调节生物体内物质代谢过程的重要因素，因为它们可以为物质代谢提供必要的催化剂和调节剂。
例如，钠、钙、镁、钾等无机物质可以促进有机物质的合成或转化，并调节氨基酸、糖、脂质和核酸的浓度和结构。
此外，无机物质还可以支持生物体的极性分布，这是细胞信号传导的主要组成部分，它们可以帮助细胞调节和协调其物质代谢过程。
综上所述，生物无机化学是一门研究无机元素（氧、碳、氢、氮、硫、磷、氟、钾、钙、镁和铁）在生物体内的运动和变化的学科，它着眼于研究无机元素（水、空气、硫酸盐、氨基酸和糖）在维持生命活动中的重要作用，以及它们调节物质代谢的重要作用。
生物无机化学
金属离子的生理功能
金属离子参与细胞分裂、肌肉收缩、神经脉冲的 传递等过程。金属离子对维持细胞壁结构、对脂蛋白 膜加固有重要作用；金属离子还直接影响核糖体的结 构，从而影响蛋白质的正常合成过程。 体内金属离子的种类及浓度失调，将影响正常的 生命活动，如体内缺乏铁、铜、钴会引起贫血；镉离 子过量与心血管病的发病有关；硒过量对肌体有毒， 但过低能引起病毒诱发癌；先天性铜代谢障碍能引起 威尔逊氏病。
（7）生物矿化 生物矿物材料（骨、牙、软骨、软体动物外骨 骼、蛋壳等）是矿物与基质构成的复合材料，其高 度的装配有序性、特殊的理化性质、可控的动态性 质和特殊的生物功能都引起人们的关注。 研究生物矿化这一生物无机化学基本反应，有望 在医学和新材料的应用方面取得突破。
生物无机化学
研究
生物无机化学的研究课题：
生物无机化学
研究
生物无机化学的研究对象：
生物体内存在的各种元素，尤其是微量金属 元素与体内有机配体所形成的配位化合物的组 成、结构、形成、转化，以及在一系列重要生 命活动中的作用。
生物无机化学
研究
生物无机化学的研究对象：
生物体内存在有钠、钾、钙、镁、铁、铜、 钼、锰、钴、锌等十几种元素，它们能与体内 存在的糖、脂肪、蛋白质、核酸等大分子配体 和氨基酸、多肽、核苷酸、有机酸根、O2、 Cl-等小分子配体形成化合物，主要是配位化 合物。 如：金属蛋白，金属酶，维生素B12和B12 辅酶，叶绿素，离子载体
生物无机化学
概况
生物无机化学的特点
（1）应用无机化学，尤其是配位化学的理论 和方法，研究无机元素、无机化合物与生物体 系或模拟体系相互作用 （2）强调生物大分子的结构，尤其是活性中 心周围微环境对生物功能的影响。
生物无机化学
一、1.生物无机化学：生物无机化学是介于生物化学与无机化学之间的内容十分广泛的边缘学科。
广义地说，生物无机化学是在分子水平上研究生物体内与无机元素（包括生命金属与大部分生命非金属）有关的各种相互作用的学科。
2.生物配体：生物配体（bio-lig-and）包括蛋白质、肽、核酸、糖、糖蛋白及脂蛋白等大分子，也包括一些有机、无机离子如有机酸根、碳酸氢根、磷酸氢根等，以及某些维生素和激素小分子配位体；广义地讲，氧分子、一氧化碳分子等也是生物配体。
3.人造血液：氟碳化合物在水中的超细乳状液。
这种奇妙的白色血液注入人体后，同人体正常血中的红细胞一样，具有良好的载氧能力和排出二氧化碳的能力，可以说，它是一种红细胞的代用品。
4.最适营养浓度定律：适量微量元素能使动植物茁壮成长，而当缺少或过多吸收微量元素之后，生物就不能正常成活，甚至会死亡。
6.天然氧载体：能把从外界吸收的氧运送到身体的各种组织。
7.配体疗法：选择合适的整合剂与其结合成稳定的配合物而排除体外的方法。
8.离子载体：能与碱金属、碱土金属等元素结合，生成脂溶性配位化合物，从而增大金属离子透过生物膜可能性的物质。
9.血红素蛋白：色素蛋白质之一。
为血红素和蛋白质的结合体的总称。
10.Bohr效应：CO2浓度的增加降低细胞内的骗pH，引起红细胞内血红蛋白氧亲和力下降的现象。
11.金属蛋白：含有以一定比例结合金属离子的蛋白质。
12.铁硫蛋白：仅以铁硫复合物为辅基的一组蛋白质。
13.单加氧酶：催化分子氧的一个氧原子进入底物中的酶类。
14.双加氧酶：催化氧分子中两个氧原子参入到被氧化的物质的酶。
15.铁蛋白：贮铁蛋白质，广泛存在于动植物组织中，由24条多肽链(亚基)形成一中空的球形壳，其中央孔穴可容纳4500个铁原子(正3价)，铁为可溶、可使用形式，主要与羟基和磷酸基团结合。
二、1.如何确定一种元素是必需元素？若生物体在缺少某种元素的培养基下不能维持正常的生命活动，重新补充该元素后，生命活动恢复正常，则该元素为必需元素。
生物无机化学导论
生物无机化学导论一名词解释1 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，就是利用无机化学特别是配位化学的理论和方法，去研究和阐释参与生物体尤其是人体中化学反应的痕量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2 蛋白质二级结构:肽链中主链原子的局部空间构象，由氢键组成，包括α螺旋，β折叠，β转角，无规则卷曲3蛋白质四级结构：蛋白质由两条或以上独立三级结构的多肽链组成，结构指亚基的立体排布，相互作用及接触部位的布局4 蛋白质变性作用：蛋白质受到某些物理因素和化学因素的影响，使其分子内部原有的高级构象发生变化时，蛋白质的理化性质和生物学功能都随之改变或丧失，但并未导致其一级结构的变化称为变性作用5 生物膜离子通道：是各种无机离子跨膜被动运输的通路。
包括被动运输和主动运输6 离子通道型受体：实质就是表面受体蛋白。
是贯穿细胞膜或内质网膜的具有离子通道功能的亲水性蛋白质7 简单扩散：指离子依赖浓度梯度和电位梯度通过生物膜，它遵循运送速度与浓度梯度成正比的扩散率8 光合磷酸化作用：叶绿体内如果有ADP和无机磷供应，在光照下就可化合成A TP，这个由光照引起的生成ATP的过程称为光合磷化作用9 环境化学：是在化学学科的传统理论和方法的基础上发展起来，以化学物质在环境中出现和引起的环境问题为研究对象，研究有害物质在环境介质中的存在，化学特性，行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学10 环境污染物：进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质称为环境污染物11 修复：是指采取人为或自然过程，使环境介质中的污染物去除或无害化，使受污染场址恢复原有功能的技术12 MerR蛋白：一种在转录上控制汞解毒基因表达的细胞内汞传感器二简答1 核苷酸的碱基上的酮基与烯醇式互变有什么发生条件？对DNA有什么影响？答：核酸中五种碱基中的酮基和氨基，均位于碱基环中氮原子的邻位，可以发生酮式-烯醇式或氨基-亚氨基之间的结构互变。
生物无机化学
生物无机化学生物无机化学是一门研究物质的性质和变化的学科，它涉及到生物体内的无机物质，比如元素和离子。
它还涉及对于生物系统中无机物质的转化、分解和合成，以及它们所发挥的作用。
无机物质是生物体中的基础物质，它们为生物进行维持、生长和繁殖提供重要情况，在构成生物体和参与其机能中发挥着至关重要的作用。
无机物质主要可以分为元素、离子和无机化合物三类，这三类物质在生物体中具有重要的功能。
元素是生物体的基本构成单位，它们构成了有机物质；离子是构成无机物质的基本组成单位，它们参与复杂的生物反应；无机化合物是由元素和离子组合而成的物质，它们可以携带有电荷，并且可以与有机物质发生反应。
无机物质在生物体中的运用主要包括三个方面，分别是：一、无机元素在生物体中的作用：无机元素主要可以分为构成有机物质的元素，构成大分子物质的元素以及参与调节生物体机能的元素。
构成有机物质的元素是指，无机元素参与构成有机物质，如蛋白质、核酸等有机大分子。
构成大分子物质的元素是指参与构成有机物质大分子的元素，例如碳、氢、氧、氮等元素；参与调节生物体机能的元素，如钙、磷、钾、钠等元素，它们参与调控生物体的内部环境及其机能。
二、无机离子在生物体中的作用：无机离子是构成无机物质的基本组成单位，它们具有电荷，可以与有机物质发生反应，可以影响生物体的生化反应。
无机离子的主要作用是参与生物体内的复杂反应；决定生物体细胞体内外酸碱度；参与酶的活性调节，影响信号转导和调控；参与蛋白质的合成及功能的实现。
三、无机物质的合成及分解：无机物质在生物体中的合成及分解可以分为生物合成和非生物合成两类。
生物合成是指受到生物活动支配，由一定的细胞组织完成无机物质的合成，如脂、核酸、糖类等；而非生物合成，是指无机物质在物理化学作用下的变化，如溶剂的分解等，这些改变的物质主要是微粒，如折射率、溶解度、电荷浓度等物理和化学性质发生了变化。
生物无机化学是一门很有挑战性的学科，它研究的是生物体内无机物质，涉及无机元素、离子及无机物质的合成及分解。
化学中的生物无机化学
化学中的生物无机化学生物无机化学是化学中的一个重要领域，它研究生命体系中包含的元素、化合物及其反应。
生物无机化学不仅仅涉及到人类的健康与生命，还包括了环保、农副业、矿产资源等广泛领域。
生物无机化学中主要研究两种元素：碳和氮。
它们是生命体系中最为重要的元素，其在生命过程中发挥着重要的角色。
碳元素是生命中最重要的元素，构成了所有的其他生物分子。
生命体系中的所有有机分子都含有碳元素。
碳元素的重要性体现在生命体系几乎所有的化学反应中。
这是因为碳元素与其他元素的化学键相对较弱，从而使得其很容易与其他元素结合形成复杂的生物体系。
氮元素在生命体系中同样起着很重要的作用。
氮元素在生命体系中的主要功能是构建氨基酸，这是构建蛋白质的基本单位。
氮可以通过固氮过程从大气中转化为生物体系中的有机分子或无机分子。
生命体系中的这一过程称为氮循环。
在生物无机化学中，铁、钼和钠这些元素也扮演着重要的角色。
比如，铁元素是血红蛋白的组成部分，血红蛋白是人体中运输氧气的一种血红蛋白。
同时，铁元素也是其他一些酶的组成部分，这些酶在人体的代谢过程中起着很重要的作用。
钼元素是一种微量元素，它可以作为有机反应的催化剂。
钠元素则在维持人体内细胞渗透压、平衡电位和细胞电导等方面发挥着重要作用。
化学在生命体系中发挥的作用还涉及到了对环境的保护。
比如，人类在生产工业中产生的大量废水中含有高浓度的重金属，这些重金属直接进入生态环境会对环境造成非常严重的破坏。
生物无机化学提供了有效的解决办法，就是利用微生物中的细胞壁、菌丝等生物材料，对含有重金属的废水进行吸附处理。
通过这种方法，可以有效去除废水中的重金属，并且还可以控制废水中的有机物质和氮磷等重点污染物的排放，保护生态环境。
同时，生物无机化学还可以在农副业中发挥重要作用。
比如，生物活性肥料中含有丰富的未经降解的有机物，这些有机物可以增加土壤活性质、提高土壤的孔隙度，从而改善土壤质量。
这种肥料中还含有大量铁、锌、钾等对作物生长发育尤为重要的微量元素。
生物无机化学绪论
看一个例子，人体内的过氧化氢酶是一 种以铁（Ⅲ）-原卟啉为辅基的金属酶，它 的结构十分复杂，分子量达22万左右。过 氧化氢酶分子中铁（Ⅲ）-原卟啉（即高铁 血红素，其结构类似于亚铁血红素）是酶 催化过氧化氢分解为水和氧的的活性中心。 人们用铁（Ⅲ）与三亚乙基四胺合成了三 亚乙基胺铁（Ⅲ）配合物。用来模拟过氧 化氢酶的模拟化合物，获得成功。用这一 简单的模拟化合物来进行诸如催化机理的 研究，就很方便。这一模拟化合物对双氧 水分解速度与过氧化氢酶催化速度相当。
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此后，又由美国著名化学家施劳得尔 （G.M.Schrauzer ）发起，成立了生物 无机化学国际协会。在此期间，不少学术 性期刊也相继为生物无机化学开辟了专门 栏目，以供有关论文发表。在美、意、苏、 德、日等国，以无机生物化学或生物无机 化学命名的专著不断出版，稍后进入80年 代末90年代初，我国作者也由有关专著出 版（郭德威编，申泮文校 生物无机化学概 要等）这些著作的出版给人们展示了该学 科的发展前景。
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又如维生素B12，结构极其复杂，人们为 了了解B12的化合物本质及性质和B12作用机 理，合成许多结构简单的B12的模拟化合物。
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1-5
生命元素
周期表中109种元素，其中稳定元素为90种 左右。这些元素，均可在地球表面找到。人们把维 持生命所需的元素称为生物体必须元素，简称生命 元素。 生命元素特征：（1）存在于正常组织中.(2) 在各组织中有一定的浓度.(3)如果机体缺乏这种 元素,将会引起生理或结构变化，重新引入这种元 素，又会复原。
3
随着无机化学和生物化学的发展，近代 物理信息涌现和时间技术的不断提高，人 们已能在分子水平上研究生物体的化学本 质和生物体在生命活动过程中的化学变化 规律。在研究中发现，某些痕量金属元素 及非金属元素在各种不同的生物过程中起 着极其重要的作用。为此，无机化学和生 物化学工作者及其它（为医学、营养学、 临床化学）工作者，各自展开大量的研究。 自50年代起，通过一些会议，促进了有关 工作者的接触和研究成果的交流。
生物无机化学(一)
生物无机化学（一）引言概述：生物无机化学是一门研究生物体内无机化合物及其在生物体中的生物功能和生物过程中的作用的学科。
无机元素是构成生物体的重要组成部分，其在生物体内扮演着多种重要的角色，例如作为酶的辅助物质、参与代谢过程以及形成生物体内的重要结构等。
本文将着重探讨生物无机化学的五个主要方面，包括生命系统中的必需无机元素、微量金属离子的生物功能、生物无机化学反应、无机元素在生物体内的传递和转运以及生物体内的无机物质循环。
正文：1. 生命系统中的必需无机元素- 无机元素的定义和分类- 生命系统中的主要必需无机元素- 必需无机元素的来源和摄取途径- 必需无机元素在生物体内的作用和代谢方式- 缺乏必需无机元素对生物体的影响2. 微量金属离子的生物功能- 微量金属离子在生物体内的存在形式- 微量金属离子的生物催化作用- 微量金属离子参与的生物反应和生物过程- 微量金属离子的生理调节作用- 微量金属离子缺乏或过量对生物体的影响3. 生物无机化学反应- 生物体内的无机化学反应类型和机制- 生物体内的氧化还原反应- 生物体内的配位反应和络合反应- 生物体内的酸碱反应- 生物体内的沉淀和溶解反应4. 无机元素在生物体内的传递和转运- 无机元素的转运蛋白和膜通道- 无机元素的转运机制和调控- 无机元素的跨细胞传递- 无机元素的进入和排出途径- 无机元素在转运过程中的选择性和特异性5. 生物体内的无机物质循环- 生物体内的无机物质转化和利用- 生物体内的无机物质的储存和释放- 生物体内的无机物质的循环途径- 生物体内的无机物质循环的调控机制- 生物体内的无机物质循环与生物地球化学循环的联系总结：生物无机化学作为一门重要的学科，对于深入了解生物体的结构、功能及其与生物环境的相互关系具有重要意义。
通过对生物无机化学的研究，可以揭示生物体内无机元素在生物体中的生理和生物化学功能，并为生物体内的催化反应、代谢过程以及无机物质循环等方面提供指导和理论基础。
第9章+1节+生物无机化学概述
第九章 生物无机化学
bioinorganic chemistry
随着现代科学与技术的快速发展，某 些金属、非金属元素在各种不同的生物过 程中的重要性被人们认识，生物无机化学 成为无机化学的一个重要分支学科。 生物无机化学是一门交叉学科，是医 学、营养学、临床化学等学科的基础。
第一节 生物无机化学概述
2.生命体中元素分类
• 根据其存在、生物效应等。 生命体中存在的元素 生命必需元素
宏量元素 微量元素
有毒元素
生命必需元素：维持生命活动必需，缺少 会导致病态或死亡。 生命有毒元素：影响生命体正常新陈代谢、 和生理功能的元素。
3.生物体中元素在周期表中分布
• 已经证实：生物体中至少含有27种必需元素 (包括Sn) ；
• 一.生物无机化学的含义
• 利用无机化学理论和方法，研究和阐明 参与生物体中化学反应的无机离子、及化合 物在生物体中的存在状态、分布、代谢、作 用和生物功能之间的相互关系的一门科学。 • 配位化学具有重要地位。
生命体中无机化合物的来源 主动：食物链 被动：与环境作用
二.生物无机化学的研究范畴
• 1.生物无机化学的发展历史
• 生物无机化学研究对象的特点：复杂多样、研究 环境要求高、样品对外界条件反应敏感等。
研究方法：现代科学技术成果，主要为化学方法。
光谱分析及物性与生物效应关系； 研究 手段 同位素示踪及物质转运模型； 生物效应物分离与离体模拟； 流行病学与地球化学研究；
三.生物体中无机化合物的存在
• 1.生命体中元素的种类
• 周期表中109种元素，其中稳定元素为90种 左右。这些元素，均可在生命体中找到。 • 人们把维持生命所需的元素称为生物体必须 元素，简称生命元素。 生命元素特征：（1）存在于正常组织中； (2)在各组织中有一定的浓度；(3)如果机体缺 乏这种元素，将会引起生理或结构变化，重 新引入这种元素，又会复原。
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细胞色素P-450的活性部位
P-450是一类具有不同分子量、不同生化特征及不同催 化功能的血红素蛋白的总称. 其活性部位含有卟啉铁结 构单元, 轴向第五配体是来自半胱氨酸残基的硫,第六 配位可能是水或羟基, 目前还不是很清楚. 在哺乳动物 体内, 可催化300多种脂溶性化合物进行氧化－还原反 应, 如如羟化、环氧化、N,O-脱烷基、N,S-氧化等。
DNA的一级结构： 是指组成DNA链的核苷酸顺序，它 是决定遗传信息的载体。核酸的一级结构是指核酸中 各单核苷酸的种类核排列次序。
核酸的二、三级结构：
核酸的二、三级结构是指核酸的构象，DNA的二级结 构为双股螺旋结构，两条核酸之间通过碱基对之间的 氢键结合。
金属蛋白和金属酶
蛋白质分为简单蛋白和结合蛋白，简单蛋白是指水解 产物只有氨基酸的蛋白， 结合蛋白是由简单蛋白与 非蛋白两部分组成， 非蛋白部分称为辅基，辅基可以 是有机化合物－糖类、酯类和核酸，也可以是金属离 子，凡是有金属部分的结合蛋白统称为金属蛋白，如 血红蛋白(氧载体), 蓝铜蛋白和铁硫蛋白(电子传递体)
固氮酶(Nitrogenase)的结构及活性部位
•钼铁蛋白P簇对的结构
固氮作用的机理
研究表明, 固氮酶催化N2和其它 底物还原时电子传递顺序如下:
铁钼辅基与N2结合的模式可能有 如下两种: •钼铁蛋白 •铁钼辅基的结构
碳酸酐酶(Carbinic anhydrase)的结构
碳酸酐酶广泛存在于动物, 植物和某些微生物体内, 能 催化CO2的水合作用, 人和 动物血液中的碳酸酐酶由 单一肽链组成, 每个分子含 一个Zn(II)离子和约260个 氨基酸残基.
血蓝蛋白(Hemocyanin)的结构血蓝蛋(Hemocyanin)的活性部位
组成血蓝蛋白的亚单元较多, 每个亚单元都含有两个 Cu(I)离子，构成一个氧合中心, 其生理功能是输送氧
， 氧合血蓝蛋白的铜是Cu(II)并呈蓝色。每个Cu(I)离子 与三个组氨酸残基(His)的咪唑N原子配位, 未氧合时, 铜离子间距为46 pm, 氧合后Cu(II)是 4或5配位的。
其衍生物. • 3). 复杂的生物大分子, 如: 氨基酸, 卟啉,核苷
酸, 蛋白质, 核酸等, 分子量可大可小, 配位原 子一般为N, S, O等.
•氨基酸、肽、蛋白质
• 组成蛋白质的基本单元是氨基酸， 不同的蛋白质分 子
• 是由20多种－氨基酸构成的， －氨基酸可用如下 通
• 式表示，不同的氨基酸只是R-取代基不同。
目前的研究领域和现状
1. 无机药物化学:
铂抗癌药, 非铂类Ru, Rh, Sn, Ti, Ga等金属抗癌药, V, Bi, Au, Li, Cu, Zn, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, 及RE(稀土)金属药物.
2. 金属酶和金属蛋白的结构和功能的模拟:
Cyt C, P-450, SOD, ADH, B12, 等结构和功能的模拟
5. 5. 研究金属离子与生物配体所形成的配合 物, 或人工合成某些模拟化合物, 揭示结构, 性质与生物功能之间的关系.
• 生物配体: 在生物体中可与金属离子形成具 有一
• 定生物活性的分子或离子的物质称为生物配 体.
• 它大体上包括下列三类:
• 1). 简单酸根离子, 如: Cl-, HCO3-, HPO42-等. • 2). 简单分子, 如水, 氧, 羧酸, 碳水化合物及
2. 不含血红素的铁蛋白, 如蚯蚓血红蛋白 (Hemerythrin).
3. 含铜的蛋白, 如血蓝蛋白(Hemcyanin).
血红蛋白(Hemoglobin)的结构
血红蛋白(Hemoglobin-Hb)的活性部位
哺乳动物的血红蛋白是由四个亚单元()或() 组成，每个亚单元都含一个Fe(II)卟啉辅基，其结构 如上图. 亚单元第87位组氨酸和亚单元第92位组氨 酸上的咪唑N原子是轴向配体, 第六配位是氧(O2).
碳酸酐酶(Carbinic anhydrase)的活性部位
碳酸酐酶的活性部位是Zn2+ 离子与三个组氨酸咪唑N和 一个羟基或水形成的四面体 构型的配位单元. 研究表明, 脱去Zn(II)离子, 则失去催 化活性, 加入Co(II)后活性 可恢复50%.
•碳酸酐酶(Carbinic anhydrase)的催化机理
HbNH + CO2 HbNHCOOH
血液循环就依靠血红蛋白的这一功能，有效地把O2从 肺部输送到各组织，再把CO2从肺部运送到肺部呼出
肌红蛋白(Myoglobin)的结构
肌红蛋白(Myoglobin－Mb)的活性部位
肌红蛋白是一条由153个氨基酸残基组成的多肽, 卟啉 Fe(II)与His-93配位，第六配位原子为水, 氧合时为O2 分子. Hb和Mb活性部位都是疏水环境, 并含有大量的 还原性物质, 如抗坏血酸、谷胱甘肽、NADPH2等, 从 而保证Fe(II)不被氧化为Fe(III), 失去结合O2能力。
3. 稀土生物无机化学的应用:
稀土肥料及饲料添加剂
4. 离子探针及其应用: 5. 仿生材料:
生物矿化, 生物膜
乙醇脱氢酶(Alcohol dehydrogenase)的结构
乙醇脱氢酶(Alcohol dehydrogenase)的活性部位
乙醇脱氢酶的活性中心是1 个组氨酸残基咪唑N原子, 2 个半胱氨酸S原子和水配位 的Zn(II)离子, 它在辅酶 NAD+/NADH存在下催化由 醇氧化到醛的反应:
CH3CH2OH + NAD+
CH3CHO + NADH + H+
固氮酶(Nitrogenase)的结构
从各种微生物分离出来的固氮酶都是由钼铁蛋白和铁蛋 白两种相对独立, 相互分离的蛋白组成的, 铁蛋白是依赖 于ATP供给能量的电子传递体, 具有把电子传递给钼铁 蛋白的功能, 钼铁蛋白是结合底物分子和催化底物还原 底部位, 二者协同作用完成催化功能. 其结构如上图.
核苷酸和核酸：
生命活动主要通过蛋白质来体现，而生物的遗传特征 则主要决定于核酸。
• 核苷酸组成中，腺苷二磷酸(ADP)和腺苷三磷酸 (ATP),
• 都是生物细胞中的高能物质， 多磷酸核酸的功能之 一
• 就是将糖氧化释放出来的能量储存于高能键中。
核酸的结构：
按其分解后所含戊糖的组成不同， 核酸可分为两类： 即核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA). RNA主要存 在于细胞质内， DNA主要存在于细胞核内。它们各有 四种碱基， 其中腺嘌呤(A), 鸟嘌呤(G), 和胞嘧啶(C)为 它们共有，尿嘧啶(U)和胸腺嘧啶(T)则分别为RNA和 DNA单独具有.
• 在氨基酸分子中，氨基N和羧基O可作为配位原子， 与
• 金属离子特别是过渡金属离子配位， 此外， R基团
氨基酸聚合的方式是一个氨基酸的氨基和另一个氨基 酸的羟基脱去一个分子水， 形成肽键。
N端
肽键
C端
蛋白质是由很多个氨基酸组成的多肽大分子，由1条或 多条肽链按各自特殊方式组合而成，蛋白质中含氨基 酸数目为数十个到数万个。蛋白质分子的内部结构分 为四个层次：
一级结构：蛋白质分子中肽链氨基酸的排列顺序 二级结构：蛋白质分子中肽链本身的折叠方式，如： 螺旋。 三级结构：由于各个氨基酸残基不同性质的侧链的相 互作用， 使多肽不同长度的螺旋肽链和走向无序的 松散肽段按确定的方式形成紧密的折叠结构(如折叠)
， 这种特定的空间结构称为蛋白质的三级结构。
四级结构：在某些蛋白质分子中， 整个分子是由若干 条多肽链组成的， 其中以共价键结合的最小多肽结构 单元称为亚单元， 各亚单元可以相同， 也可以不同， 蛋白质分子是多个亚单元构成的聚集体，亚单元构成 的聚集是蛋白质的四级结构。亚单元之间的作用力是 静电作用， 氢键，疏水基团的相互作用等，不包括共 价键。
生物无机化学简介
2020年5月26日星期二
• 3. 探讨某些常见疾病的发病原因与金属元 素之间的联系, 以调节和控制这些元素来防 止病变的发生.
4. 合成新的药物, 研究药理. 如合成抗癌药物和 具有抗癌机理, 合成载氧人造血液及研究载 氧机理, 合成某些人体过量的和有害的金属 元素的解毒剂(常为配位体), 并探讨其作用机 理.
细胞色素C(Cytochrome C)的结构
细胞色素C的活性部位
马心细胞色素C也含有卟啉铁结构单元轴向第五配体 是His-18咪唑氮，第六配体是Met-80(蛋氨酸)的甲基 硫，其基本生物功能是通过分子中的血红素铁的价态 的可逆变化在生物体中起电子和氢的传递作用。
•细胞色素P-450(P-450)的结构
化酶有效地清除. 天然超氧化物歧化酶( Superoxide
Dismutase, SOD)有三种: Cu-Zn-SOD, Fe-SOD, Mn-
SOD. 其中Cu-Zn-SOD研究得比较深入.
超氧化物歧化酶(SOD)-的结构
• Cu-ZnSOD
Mn-SOD
超氧化物歧化酶Cu-Zn-SOD的活性部位
超氧化物歧化酶(SOD)
生物体生存的必要条件之一是通过呼吸作用产生能量,
基本过程是将氧还原为水: O2 + 4H+ + 4e 2H2O 该 反应由细胞色素C氧化酶催化, 还原分两部进行:
O2 + e O2-
O2- + e O22-
超氧自由基阴离子O2-和过氧离子O22-都是高活性的有
毒物质, 可以由过氧化氢酶, 过氧化物酶和超氧化物歧
。
金属蛋白和金属酶：
血红蛋白(氧载体), 蓝铜蛋白和铁硫蛋白(电子传递体) 。
金属酶是一类具有特殊催化功能的一类蛋白, 它是生物 体内十分温和条件下完成化学变化的催化剂, 酶催化的 特点是: 高效和高选择性.
•载氧蛋白
按蛋白质载氧的活性部位化学本质， 天然载氧 体可分为三类：