4第四章 锌(Zn)

• 红细胞：7.6～16.1(14.2)mg/L (Fe1000,Cu1.0)
• 血 浆：0.79～1.7(1.1)mg/L
• 血 清：0.67～1.83(1.15)mg/L
• 发样中含量：80～300(180)μg/g (Fe25,Cu8.0)
• 尿样中含量：270～660 μg/24h
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1
2 3
5
4
碳酸肝酶使二氧化碳水合的机理示意图
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组氨酸
1、锌与水键合的示意图
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2、锌上水失去H+变成羟基
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3、锌上羟基氧亲核攻击CO2中的C
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C
4、CO2中的一个双键被打开，单键氧与 锌键合
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第四章 锌（Zn)
• • • • • • • • 锌的元素化学 生物体内的锌 锌在体内存在的形式 锌的功能与作用 锌的吸收 与锌有关的疾病 锌的测定 研究进展
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第一节
• 概述
锌的元素化学
Zincum原子序数： 30，位于过渡系的 中央,主要稳定氧化 数+2 。地壳中含量 75微克/克，海水中 含量15微克/克，人 体内30微克/克。
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使肽键一 分为二
精氨酸
谷氨酸
羧肽酶
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2、锌起结构作用的酶：
天冬氨酸转氨甲酰酶 6个锌离子结 合在这里
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功能
催化作用 非催化作用 催化作用 催化作用 催化、调节作用 催化作用 催化作用
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1、锌起催化作用的酶： 碳酸酐酶和羧肽酶。 ①碳酸酐酶:1933年，Meldrum和
Roughton从血液中分离得一个可逆催化CO2 水合作用的酶，从而命名它为碳酸酐酶。 1940年，Keilin和Men从牛红血球中制得纯碳 酸酐酶，并确定含有0.33%的锌。事实上，这 种酶存在于大多数动、植物组织中，它不但 起催化作用，而且还有光合作用、钙化、维 持pH值和离子输送等一系列生理过程中承担 功能。
亮氨酸﹥苯丙氨酸﹥丙氨酸﹥甘氨酸
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4、锌起催化与非催化作用的酶： 醇脱氢酶
牛肝醇脱氢酶为两个亚甲基组成， 每个亚甲基是374个氨基酸的肽链（分 子量为40000），结合两个锌离子。它 在体内催化下列反应：
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含锌金属酶
酶名称
醇脱氢酶 超氧化物岐化酶 端基dNT转录酶 碱性磷酸酯酶 氨基肽酶 羧肽酶 裂合酶 异构酶 连接酶
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来源
脊椎动物、植物 脊椎动物、植物 癌病毒 哺乳动物、细菌 哺乳动物、细菌 动物
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中国人发锌元素含量图
含 量
图 示 色 阶
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第二节 生物体内的锌
小米 17 韭菜
单位：μg/g
10
玉米 高粱米 小麦 黄豆 绿豆 花生米 芝麻 松蘑 白菜
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文献量 58篇 16篇 10篇 13篇 33篇 10篇 7篇 31篇 42篇
占总统计量比例 26.3% 7.3% 4.5% 5.9% 15.0% 4.5% 3.2% 14.1% 19.1%
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锌在元素周期表中的位置
Zn
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570 87 66 14 48 520 218 75 210 120 48 27 27 200 400 600
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干重 湿重
200 100 160 800
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体内血液中锌元素含量范围
• 全 血：4.8～9.3(7.0)mg/L (Fe447,Cu1.0)
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锌元素的发现
• 我国在南北朝时期（公元前5、6世纪） 以黄铜形式开始使用锌。但由于Zn的沸 点低（923。C）,在于炭火共热时温度高 于1000 。C，锌变成气态，随烟散失，由 此得不到纯正的锌。 • 有记载的说明锌真正广泛应用是在近500 年左右。
微量元素与人体健康
佘振宝
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笔试小考——时间5分钟
1、当人体内铜元素缺乏时，可能会有哪些疾病或 症状？ 2、若健康人发中Cu含量为8mg/Kg，Zn含量为 150mg/Kg，当被测试者发中Cu含量为4mg/Kg， Zn含量为300mg/Kg，你认为被测试者可能会患 上哪种类疾病？若受测试者为10岁儿童，其体征 如何？
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续前页
-人碳酸酐酶的多级结构
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-人碳酸酐酶的多级结构
HCAC是一个扁园形的分子， 大小为41×42×55Å。每一个 分子都包含一个锌原子。图中， 含有α －螺旋，β －折叠。以 锌离子为中心的活性部位由γ 、 δ 、ε 、和δ 四个β －折叠和 两个α －螺旋所三面裹绕，锌 离子与三个组氨酸的咪唑环上 人碳酸肝酶 的氮原子所配位。第四个配位 体是水或羟基。
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42 10 30 43 33 50 9 50 15
鸭蛋黄 黄鱼 带鱼 鲤鱼 乌贼鱼 虾肉 虾皮 人乳 牛乳
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26 36 26 26 26 63 84 3 4
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锌在体内的含量和分布 成年人
2g～3g/人，பைடு நூலகம்均2.3g/人
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续前页-碳酸酐酶
CO2水合反应是碳酸肝酶最重要的生 物功能，也是迄今为止已知催化效率最高 的酶。在没有催化剂时，反应
CO2 H 2O
K1 K2
H 2CO3 的速率是十分慢的，
k1=0.037/s,
k2=104 /s;
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天冬氨酸转氨甲酰酶分子量为31万，含有6 个锌离子，其主要存在于动物肝中，作用是催 化下述缩聚反应：
这是嘧啶生物合成的关键前体，嘧啶可抑制酶的 活性，调解嘌呤激活酶的活性的平衡。
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3、锌起活性调节作用的酶： 亮氨酸氨基肽酶 亮氨酸氨基肽酶有6个相同的亚基 组成，每个亚基含有两个锌离子、分 子量为54000。它的作用是催化水解蛋 ﹥ 白肽链的N端氨基酸，当N端氨基酸为 亮氨酸时，水解速率最快。水解速率 次序为：
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锌与生物的相关性发现
• • • • • 1570年，Paracelsus发现锌 1860年，Forchhammer从植物中检出锌 1871年，Lechartier and Bellamy从动物中检出锌 1869年，Reulin发现锌与生物的生长发育有关 公元前1500年，我国开始用含锌的炉甘石治疗局 部疾病， • 1750年——1850年间，西欧各国已系统应用氧化 锌基硫化锌治疗疾病。
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22 29 30 37 29 39 36 45 4
芹菜 菜花 水萝卜 土豆 番茄 胡萝卜 青椒 南瓜 苦瓜
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18 3 3 3 2 17 9 18 24
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第二节 生物体内的锌
海带 32 鸡蛋黄
单位：μg/g
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紫菜 黑木耳 瘦猪肉 猪肝 猪心 牛肉 鸡肉 鸡肝 鹅肉
C
5、另一碳氧键被打开，氢离子转移， 形成三电子π键
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②羧肽酶
Zn
从小牛胰腺中提取羧肽酸A的结构和 锌基活性部位
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肽 键 被 羧 肽 酶 水 解 的 机 理
而酶存在时
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k1=108 /s ,
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使反应提高7个数量级。
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续前页-碳酸酐酶
使反应提高7个数量级对于人来说， 微血管循环体系中快速地把CO2 带走是 生命攸关的事情。 碳酸肝酶通常有两个同功酶：CAC 和CAB。人们研究了人血的HCAB、HCAC 和牛血的BCAB、BCAC ，在这些同功酶 中HCAC和BCAB具有较高活性，热稳定性 也高。
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锌是人体必需的微量元素之一。
近二十年来 ,
国内外学者对人体内微量元素锌进
行深入广泛的研究 ,研究结果已证明锌
在人体生长发育过程中具有及其重要的 生理功能及营养作用，锌对人体健康的
影响越来越被人们所关注。
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（Fe4.5g/R,Cu70mg/R)
主要分布在各种脏器和肌肉等软 组织细胞内。 总量的62%在肌肉中。 总量28%在骨骼中。 含量如下图，单位：mg/kg
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锌在体内的含量和分布
眼 前列腺 骨 肺 肌肉 胰 肾 心脏 肝 0
第三节 锌在体内存在的形式及特性
锌
被融合在生物大分子配位体——蛋 白质、核酸、膜（主要是膜蛋白等）中， 生成稳定的含金属的生物大分子配合物— —金属蛋白、金属核酸配合物等。目前， 已知这些含锌的生物大分子几乎参与生物 体内大多数的新陈代谢过程，其中包括碳 水化合物、脂类、蛋白质及核酸的合成和 降解过程。就含锌酶而言，按IUB酶命名 委员会分类的六大类酶中都有它的存在。
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续前页-碳酸酐酶
从结构上看：HCAB、BCAC ，都是 一个单肽链组成的蛋白， HCAB有260个 氨基酸， BCAC有259个氨基酸，它们有 60%的氨基酸的顺序是相同的，但是 HCAC、BCAB之间的氨基酸顺序更为接近。 事实是，在以锌离子为中心的8Å活性中 心环境中HCAC与BCAB是相同的。
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谷氨酸
精氨酸
组氨酸 Zn
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肽键 谷氨酸 精氨酸
Zn
组氨酸
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Trace element and phsical health
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2000年至2003年有关锌元素与人体健康国内论文
专 题 内 容 1.锌与儿童健康、疾病 2.锌与心、脑血管疾病 3.锌与癌症 4.锌与孕妇、妇科疾病 5.锌与临床 6.锌与免疫、代谢 7.锌与动物作用机理 8.锌对人类相关的动物、 植物的影响 9.锌的分析测试