02-生物无机化学简介
生物无机化学与环境课件
农业生产
农药、化肥、兽药等农用化学 品的使用，以及农业废弃物的
排放。
城市生活
生活垃圾、污水、废气等城市 废弃物的排放。
交通运输
汽车尾气、船舶排放等。
环境污染对生物体的影响
01
02
03
急性毒性
短期内大量接触污染物导 致的中毒症状，如呼吸困 难、抽搐等。
慢性毒性
长期接触低浓度污染物导 致的慢性中毒，如致癌、 致畸、致突变等。
微量元素在生物体内含量虽少， 但却参与多种酶的催化反应和 信号转导等重要生理过程。
无机元素在生物体内的转化
无机元素在生物体内通过一系列的化 学反应和代谢过程实现转化和利用。
碳在生物体内通过光合作用和呼吸作 用被吸收和利用，参与构成生物体的 有机物质。
氧在生物体内通过呼吸作用被吸入， 经过一系列的氧化反应释放能量，同 时产生二氧化碳和水。
生物无机化学与环境 课件
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REPORTING
• 生物无机化学概述 • 无机化学与生物体的关系 • 环境污染与生物无机化学 • 生物无机化学的未来发展 • 案例分析
目录
PART 01
生物无机化学概述
REPORTING
WENKU DESIGN
定义与特点
定义
生物无机化学是一门研究生物体内与无机物质相互作用的科学，主要探讨无机 物质在生物体内的存在形式、性质、反应机制及其与生物大分子的相互作用。
特点
生物无机化学具有跨学科的特点，涉及化学、生物学、医学等多个领域。它关 注生物体内无机离子的运输、代谢、调控以及与生物大分子的相互作用，揭示 生命过程中无机物质的重要作用。
生物无机化学的应用领域
第一季度
第二季度
生物无机化学简介
金属蛋白和金属酶：
蛋白质
简单蛋白
结合蛋白
(简单蛋白 + 非蛋白部分) 含金属离子
金属蛋白
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.
20
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载氧蛋白
2O2- + 2H+ H2O2 + O2
X-射线结构分析证实: Cu(II)的配体为4个组氨酸残基和水分子, 而Zn(II)离子由3个组氨酸和一个天冬氨酸残基配位, 形成变形四 面体, 其中, His-61的咪唑基是Cu(II)和Zn(II)的桥联配体. 采用取 代活性中心离子的实验方法证实: Cu(II)离子是催化中心, Zn(II) 离子只起次要的结构作用.
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.
2
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. 主要为第二和第三类配体.
3
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。
化学与生物学的交叉：生物无机化学
生物学和化学是两门紧密相关的科学，它们在许多领域有着深刻的交叉。
其中一个交叉学科就是生物无机化学，它探索和研究的是生物体内的无机物质及其与生物体活动之间的相互作用。
生物无机化学主要关注的是无机元素在生物体内的重要性以及它们在生命过程中的功能。
无机元素是构成生物体的重要成分之一，它们参与了生物体内的许多基本过程，例如能量转化、物质运输、信号传导等等。
生物无机化学通过研究这些无机元素的作用机制和相互作用，揭示了生物体内的复杂生物化学过程。
在生物无机化学中，金属元素是一个重要的研究对象。
金属元素在生物体内广泛存在，并且扮演着重要的角色。
例如，铁元素在血红蛋白中的存在使其能够运输氧气。
锌元素参与了许多酶的催化反应，起到了关键的作用。
钙元素则在神经传递和肌肉收缩中发挥着重要的功能。
这些金属元素与蛋白质以及其他生物分子之间的相互作用，决定了其在生物体内的生理功能。
不仅金属元素，在生物无机化学中还研究了其他一些无机物质的作用。
例如，硫化物在生物体内与铁元素结合形成铁硫簇，参与了一系列生化反应。
氧化物则在呼吸过程中发挥着重要的作用。
硝酸盐则是植物体内一种重要的氮源。
这些无机物质和生物体内的其他分子之间的相互作用，为生命的维持提供了必要的条件。
生物无机化学的研究方法包括许多化学和生物学的技术手段。
化学合成、光谱分析、电化学方法等是生物无机化学的常用技术手段。
同时，生物学的方法也被应用于生物无机化学的研究中。
例如，结构生物学的技术可以解析无机物质与生物大分子之间的空间结构，从而揭示其相互作用机制。
生物无机化学的研究对于理解生命的本质和其发生的机制具有重要意义。
它可以揭示生物体内许多关键过程的底层原理，为生物学和医学的发展提供重要的基础。
例如，通过对金属元素在神经细胞中的作用的研究，我们可以更好地理解神经递质的信号传导机制，并为相关疾病的治疗提供新的思路。
综上所述，生物无机化学是化学与生物学的交叉学科之一，研究了无机元素在生物体内的功能和相互作用。
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。
生物无机化学导论
要点三
安全性与防护
在使用放射性同位素进行医学诊断和 治疗时，需要严格遵守安全操作规程 ，确保医护人员和患者的安全。同时 ，对于放射性废物的处理和储存也需 要采取严格的防护措施，以防止对环 境造成污染。
06
生物无机化学发展趋势与挑战
新型纳米材料在生物医学中应用前景
药物传递系统
纳米材料可以作为药物载体，实现药物的定向传递和缓释，提高 药物治疗效果。
生物无机化学导论
汇报人：XX
• 生物无机化学概述 • 生物体内无机元素及其功能 • 生物无机化合物种类与性质 • 生物体内无机物质代谢途径及调控机
制 • 生物无机化学在医学领域应用 • 生物无机化学发展趋势与挑战
01
生物无机化学概述
生物无机化学定义与发展
定义
生物无机化学是研究生物体内无 机物质的结构、性质、功能和相 互作用的科学。
发展历程
自20世纪60年代以来，随着现代 化学和生物学技术的飞速发展， 生物无机化学逐渐成为一个独立 的研究领域。
研究对象与领域
研究对象
生物体内的无机物质，如金属离子、 非金属元素及其化合物等。
研究领域
包括生物矿化、金属蛋白、金属酶、 生物无机药物、生物无机纳米材料等 。
与其他学科关系
与生物化学关系
生物化学研究生物体内有机物质的结构和功能，而生物无 机化学则关注无机物质在生命过程中的作用。两者相互补 充，共同揭示生命的奥秘。
与医学关系
生物无机化学在医学领域具有广泛应用，如研究金属离子 在疾病诊断和治疗中的作用，开发新型生物无机药物等。
与环境科学关系
生物无机化学关注生物体内无机物质的代谢和排放，与环 境科学密切相关。例如，研究重金属污染对生物体的影响 及其生物修复等。
生物无机化学(二)
生物无机化学（二）引言概述：生物无机化学（二）是一门研究生物体内无机物质的特性、作用及相关反应的学科。
本文将从五个大点的角度探讨生物无机化学的重要内容。
首先，我们将介绍生物体内的无机离子，包括其重要性、常见离子以及其在生命过程中的作用。
接着，将探讨生物体内的金属蛋白质，包括金属负载蛋白质、金属离子的结合方式以及金属离子的功能。
然后，我们将讨论金属酶的特性和功能，包括氧化还原酶、类铁酶和类铜酶等。
随后，我们将研究生物体内的无机物质的动力学过程，包括金属离子的吸附、解吸和转运。
最后，我们将总结整篇文章，强调生物无机化学的重要性和未来研究的方向。
正文：1. 生物体内的无机离子- 无机离子在生命过程中的重要作用- 常见的生物无机离子及其功能- 离子平衡与生物体的稳态调节- 离子通道和转运蛋白在离子平衡中的作用- 营养元素在生命过程中的作用2. 生物体内的金属蛋白质- 金属蛋白质的重要性及分类- 金属负载蛋白质的结构和功能- 金属离子的结合方式和选择性- 金属离子在蛋白质功能中的作用- 金属离子的催化功能和电子传递3. 金属酶的特性和功能- 氧化还原酶的基本原理和分类- 类铁酶和类铜酶的结构和催化机制- 金属酶在生物体内的作用和生理功能- 金属酶的调节和活性控制- 金属酶在生物医学和工业领域的应用4. 生物体内无机物质的动力学过程- 金属离子的吸附和解吸过程- 离子通道和转运蛋白在离子平衡中的作用- 金属离子转运的机制和调节- 细胞对金属离子的内稳态调节- 生物体内金属离子的利用和排除5. 总结生物无机化学研究的深入对于理解生物体内无机物质的特性及其对生命过程的作用具有重要意义。
通过研究生物体内的无机离子、金属蛋白质、金属酶以及无机物质的动力学过程，我们可以更好地理解生物体内的无机化学反应和调控机制。
未来，对于生物无机化学的研究还应该深入探索更多金属离子的角色和功能，并寻求在医学和工业方面的应用前景，以推动生物无机化学领域的发展。
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。
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。
02-生物无机化学简介
33
Small Molecules to Drugs, Wiley-VCH: Weinheim, 2003.
DNA 结构
34
配合物与DNA作用
小分子化合物与DNA相互作用的三种基本模式： （A）静电相互作用、（B）小沟结合和（C）插入作用。
35
核酸探针
▪生物学上的核酸探针是一类具有特异顺序的
DNA或RNA克隆片段。它们能专一性地与受 检靶DNA进行分子杂交，从而对核酸进行定性 和定量分析。
42
43
G4-DNA抑制端粒酶活性
44
G-Quadruplex识别
Telomerase inhibition in the TRAP
assay (Telomere Repeat Amplification
“生物无机化学简介 ”
巢晖
生物无机与合成化学教育部重点实验室 无机化学与材料研究所，化学与化学工程学院
中山大学，广州
生命起源
地球生命起源于最早形成的有机碳水化合物分子
2
生命起源
这些最早的 碳水化合物 分子产生于 强大的闪电 电荷与地球 发展早期阶 段的水的相 互作用。
3
生命的化学
化学进化假说(无机物有机物), 1922年, 苏联生物化学家奥巴林。
22
稳态荧光和时间分辨荧光光谱
研究生物大分子的动 态结构，及配合物与 DNA相互作用等。
23
圆二色光谱
可以帮助确定生物 大分子的二级结构， 研究外来配体（底 物、抑制剂）与金 属蛋白和金属酶结 合引起的金属蛋白 和金属酶活性部位 的变化。
24
拉曼光谱仪
显微共焦拉曼光谱 仪，主要研究物质 分子振动光谱和微 观结构。
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。
生物无机化学简介培训课件
▪ 融合化学和生物学相关学科的技
术和方法，通过研究外源性化学 物质及其对生命体系的影响而达 到了解和调控生命体系的目的。
▪ 传统的生物学研究生命过程的途
径是用基因突变的方法，利用天 然存在的变种或无序引入突变或 定点突变干扰正常的生命过程， 再用对照方法弄清楚这些过程的 内在联系和相互关系。化学生物 学利用化学小分子干扰生命过程， 从而来分析这些变化。
2
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
生命的化学
化学进化假说(无机物有机物), 1922年, 苏联生物化学家奥巴林。
1953年, 美国化学家米勒证实该
假说, 合成出11种氨基酸。
3
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电子载体
金属储存 及运送蛋白
细胞色素
和结构蛋白
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)
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A. Kornberg
诺贝尔生理医学奖(1959年)
“For the discovery of the mechanisms in the biological synthesis of ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid”
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。
生物无机化学导论
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
生物无机化学在科学的广袤领域中，生物无机化学宛如一颗璀璨的明珠，闪耀着独特的光芒。
它将无机化学的原理和方法巧妙地融入到生命体系的研究中，为我们揭示了生命现象背后的化学奥秘。
生物无机化学，简单来说，就是研究生物体内无机元素的存在形式、作用机制以及它们与生物大分子之间相互作用的科学。
这门学科的出现并非偶然，而是随着化学、生物学等相关领域的不断发展而逐渐形成的。
在生物体内，有许多无机元素发挥着至关重要的作用。
比如铁，它是血红蛋白的核心成分，负责运输氧气。
没有铁，我们的血液就无法有效地将氧气输送到身体的各个部位。
再比如锌，它参与了众多酶的催化过程，对新陈代谢起着关键的调节作用。
还有钙，不仅构成了骨骼的主要成分，还在神经信号传导、肌肉收缩等生理过程中扮演着不可或缺的角色。
这些无机元素在生物体内可不是孤立存在的，它们与生物大分子如蛋白质、核酸等有着密切的相互作用。
以金属蛋白为例，金属离子与蛋白质的结合使得蛋白质具有了特定的结构和功能。
例如，铜蓝蛋白中的铜离子能够促进电子传递，参与体内的氧化还原反应。
生物无机化学的研究方法也是多种多样的。
科学家们会运用各种先进的技术手段，如 X 射线衍射、核磁共振、质谱分析等，来解析生物大分子与无机元素结合的结构和性质。
通过这些方法，我们能够更加深入地了解生物体内的化学过程。
在疾病的研究与治疗方面，生物无机化学也有着重要的应用。
比如，某些疾病的发生可能与体内无机元素的失衡有关。
例如，缺铁会导致贫血，而过量的铅摄入则可能损害神经系统。
通过研究这些元素在疾病中的作用机制，科学家们能够开发出更有效的诊断方法和治疗药物。
此外，生物无机化学还在药物研发中发挥着重要作用。
许多药物的作用机制都与无机元素有关。
比如，铂类抗癌药物就是通过与癌细胞内的 DNA 结合，从而抑制癌细胞的生长和分裂。
生物无机化学的发展也为环境保护提供了新的思路。
了解生物对无机元素的吸收、转化和排泄机制，可以帮助我们更好地处理环境中的重金属污染等问题。
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。
7
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。
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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
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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”
8
化学生物学
▪ 融合化学和生物学相关学科的技
术和方法，通过研究外源性化学 物质及其对生命体系的影响而达 到了解和调控生命体系的目的。
6
A. Kornberg
诺贝尔生理医学奖(1959年)
“For the discovery of the mechanisms in the biological synthesis of ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid”
“把生命理解成化学”
7
核糖核酸酶
细胞色素C氧化酶
血蓝蛋白
脲酶
11
血红蛋白的结构
血红蛋白
H H
NH
H
H N
N
HN
H
H 卟啉环配体
H
H
血红蛋白中的血色素基团
12
钙调蛋白的结构
钙和天冬氨酸 (asp)和谷氨酸 (glu)的O原子配位，形成为四 面体构形
13
碳酸酐酶的水解作用过程
CO2的水合: CO2+H2O HCO3- + H+
La2(CO3)38H2O
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砒霜
治疗白血病
砒霜
As3+
18
H.B. Gray
Professor of CIT 美国科学院院士 “通过将无机化学知识运用到生 物过程而对于理解控制金属蛋白 中的电子传递过程的物理和化学 机理起到了积极作用。 ”
19
蚯蚓血红蛋白
▪ 2003年4月14日，美、日、德、
法、英、中等6国科学家宣布 人类基因组序列图绘制成功， 人类基因组计划的所有目标全 部实现。
5
《自然》：重新认识人类基因组
1. Nature, 2007, 447, 799-816. 2. Genome Research, 2007, 17(6)
由美国国立人类基因组研究所 （NHGRI）组织成立的，包括全世界 11个国家80家科研机构35个小组的研究 人员。继“人类基因组计划”后最大 的国际合作计划之一——“DNA元件百 科全书”计划（ENCODE）日前发表 了一系列重要文章，挑战了关于人类 基因组的传统理论，即人类基因蓝图 不是由孤立的基因和大量“垃圾DNA 片段”组成的，而是一个复杂的网络 系统，单个基因、调控元件以及与编 码蛋白无关的其他类型的DNA序列一 道，以交叠的方式相互作用，共同控 制着人类的生理活动。
14
红桃K
Hans Fischer 诺贝尔化学奖(1930年)
"for his researches into the constitution of haemin and chlorophyll and especially for his synthesis of haemin"
含卟啉铁,免疫调节、改善营养性贫血。
▪ 传统的生物学研究生命过程的途
径是用基因突变的方法，利用天 然存在的变种或无序引入突变或 定点突变干扰正常的生命过程， 再用对照方法弄清楚这些过程的 内在联系和相互关系。化学生物 学利用化学小分子干扰生命过程， 从而来分析这些变化。
JUNE 2005
9
与蛋白结合的金属离子
蛋白质及肽
酶
调节蛋白和调节肽
“生物无机化学简介 ”
巢晖
生物无机与合成化学教育部重点实验室 无机化学与材料研究所，化学与化学工程学院
中山大学，广州
生命起源
地球生命起源于最早形成的有机碳水化合物分子
2
生命起源
这些最早的 碳水化合物 分子产生于 强大的闪电 电荷与地球 发展早期阶 段的水的相 互作用。
3
生命的化学
化学进化假说(无机物有机物), 1922年, 苏联生物化学家奥巴林。
1953年, 美国化学家米勒证实该
假说, 合成出11种氨基酸。
4
人类基因组计划
▪ 美国科学家 于 1985年率 先提
出，由美国、英国、德国、日 本、法国、中国六个国家的科 学家共同参加的旨在阐明人类 基因组30亿个缄基对的序列， 发现所有人类基因，破译人类 全部遗传信息，使人类在分子 水平上真正全面认识自我的科 学计划。
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疯牛病
(A ) 由铜离子引起的 蛋白质结构的变化 模型;
(B) Prion 蛋白质部 分顺序。 曾风靡英国的疯牛病(Prion disease)则是由于铜离子导致的神 经毒性而引起的。Prion蛋白中重复出现的每一段序列(PHGGGW GQ ) 是螺旋结构, 当它与铜离子结合后引起二级结构发生转变, 成为折叠 片, 因而聚集成PrPsc。PrPsc蛋白聚集引起病变并带有传染性。铜离子 在疯牛病的发病机理中扮演着至关重要的角色.