生物体中的配合物

目录

摘要 (1)

关键词 (1)

1. 配合物的认识 (1)

1.1 什么是配位化合物 (1)

1.2 配合物的组成 (1)

2．生物体中的配合物 (1)

2．1 哺乳动物体中配合物的研究 (1)

2．2 配合物对人类发展的帮助 (2)

2. 3 鉻配合物对人体的作用 (2)

2．4 芦丁钐配合物与血清白蛋白的相互作用 (2)

3. 展望 (3)

参考文献 (3)

生物体中的配合物

摘要配合物与生物体和医学的关系十分密切。生物体中许多必需的金属元素都是以配合物形式存在的。铬的配合物对人体具有重要的作用。配合物对人类发展具有前瞻的作用。芦丁钐配合物与血清白蛋白的相互作用。

关键词配合物 DNA 生物体无机化学

配合物是生物无机化学的核心，生物无机化学主要研究无机元素，这些配合物对生命体至关重要。本文主要是对配合物的简单认识，并对高等动物、植物中的配合物，给以简单的了解

1．配合物的认识

1．1 什么是配位化合物

由一个中心元素(原子或离子)和几个配位体(阴离子或分子)以配位键相结合形成的复杂离子(或分子)称“配合单元”，带有电荷的配合单元称“配离子”。凡是由配合单元组成的化合物叫“配位化合物(coordination compound)”，简称“配合物”，它与生物体和医学的关系十分密切。生物体中许多必需的金属元素都是以配合物形式存在的，如维生素B12、血红素、叶绿素等，它们调节着生物体的正常生理活动。某些药物，有的本身就是配合物，如硝普钠等；有的在体内形成配合物发挥其作用，如依地酸钙等。

1.2 配合物的组成

内层（配离子）,外层,配位键,离子键中心原子,配位原子,配体数,配离子电荷数,内层和外层 ,配离子是配合物的特征部分，由中心原子(离子)和配体组成，称为配合物的内层(inner sphere)。通常把内层写在方括号之内，配合物中与配离子带相反电荷的离子称为配合物的外层(outer sphere)。配合物的内层与外层之间以离子键结合，在水溶液中配合物易解离出外层离子，而配离子很难解离。配离子与外层离子所带电荷的总量相等，符号相反。显然，配位分子只有内层，没有外层。

2．生物体中的配合物

2．1 哺乳动物体中配合物的研究

或其他配体(如CO等)的由于血红素蛋白质(Hb)的重要的生理功能,对于Hb与O

2

,HbCO或Hb与其复合及解离过程,早在1920年代就已经有所研究。长时间以来,HbO

2

他配体的复合及解离过程作为基本问题引起很大重视和兴趣。特别是有关血红蛋白配合物的光解过程动力学和热力学过程曾经有过不少研究,如利用光声量热法研究血红蛋白配合物的光解过程中产生的焓变和结构体积变化等。对于化学或生化类配合物在光解反应中的量子产率,显然是研究光解过程中非常重要而必不可少的参量。量子产率可以有效地反应蛋白质和配体分子的结合和解离机制,但是同时也很容易受到实验中包括温度、压强和溶液浓度、pH值等各种因素的影响。因此对于量子产率的研究

是各种配合物光解动力学和热力学研究的热点之一。

Hoshino等人曾经对化学类配合物的光解反应进行了仔细的研究,并阐述了比较完整的理论模型,但是,对于不同物种的肌红蛋白(Mb)或血红蛋白(Hb)结合不同配体分子的光解量子产率的测量和研究,至今很少有详细的研究和报道。对于不同物种的血红蛋白配合物的光解反应问题,过去曾经对不同哺乳动物(人牛、猪、马、兔)的氧合血红蛋白(HbO

2

)和碳氧血红蛋白(HbCO)的光解反应的焓变和结构体积变化进行了测量和计算。但是在计算量子产率的过程中,理论模型有问题,因此其结果需重新进行修正。利用脉冲激光技术对五种哺乳动物:人、牛、猪、马、兔的HbCO进行光解反应的量子产率进行测量和研究,首先测量得到有关五种哺乳动物的HbCO因光解引起的光吸声系数的变化,然后根据有关理论模型。计算五种哺乳动物的HbCO光解量子产率,计算结果说明五种哺乳动物的HbCO光解量子产率各不相同。其中猪、牛、马的量子产率很接近,兔子的量子产率比较小,与其他动物的差别尤为突出.研究其它特殊物种的血红蛋白的光解反应过程,有望对不同物种的Hb配合物光解动力学和热力学过程有更深刻的了解。

2．2 配合物对人类发展的帮助

新生血管对于肿瘤的生长、浸润和转移起重要作用。实体瘤的生长和代谢需要持续的血管生长。新生血管是肿瘤营养、代谢、浸润和转移的重要通道。目前认为肿瘤能释放出使血管形成的激活因子,如:碱性成纤维生长因子、酸性成纤维生长因子和血管内皮生长因子等。这些激活因子活化静止状态的血管内皮细胞使之处于增生状态,形成新生血管。新生血管内皮细胞的分子组成与正常血管不同(如αv整合素)。某些新生血管生长因子受体和细胞基质金属蛋白酶等。只能在肿瘤新生血管内皮细胞上表达,而很少在正常静止状态下的血管内皮细胞上表达。CNGRC基序是Pasqualini等利

用噬菌体展示技术筛选到的可以特异结合氨基酞酶N/CD

13

蛋白的配体。而氨基酞酶

N/CD

13

只表达在肿瘤新生血管内皮细胞上,在正常处于静止状态的血管内皮细胞上很少表达。阿霉素、前凋亡肽、肿瘤坏死因子-α与GGCNGRC短肽偶联,表现出显著的抗肿瘤活性。另外99mTc标记的小分子短肽,如精-甘-天肽,生长抑素等已经作为肿瘤受体显像剂被广泛深入地研究。但利用NGR衍生物作为肿瘤新生血管受体显像剂并未推广。

2.3 鉻配合物对人体的作用

动物的多种器官后发现其中均含有微量铬(Ⅲ),排除它不是外源性污染物后,明

确了它也是人体的一种必需微量元素,成人体内含铬总量大约为6 mg或更少。并且随年龄的增加,其含量还会减少,因而老年人都有缺铬现象。当人缺铬时就会引起葡萄糖、脂肪和蛋白质的代谢发生紊乱。血液中的葡萄糖在临床上称为血糖,正常情况下它在血液中保持一个恒定值,如果机体摄入过量糖时,多余部分即贮入肝脏,血糖不足时再返回到血液中。血糖的这种调节作用,除依靠体内分泌的胰岛素外,还需要有一种

铬（Ⅲ)与烟酸形成的配合物:[Cr(H

2O)

4

(C

5

H

5

N·COOH)2]3+即称为葡萄糖耐量因子(GTF)

的参与。GTF中的四个水分子在体内的弱碱性条件下可以被甘氨酸、谷氨酸以及半胱氨酸等氨基酸所取代,形成铬(Ⅲ)与烟酸及氨基酸的配合物,这种配合物不但对糖代谢起作用,也参与脂肪及蛋白质代谢。纯的铬(Ⅲ)离子,只有在进入人体一定时间之后,结合成GTF时才能发挥生理作用。这种现象现在认为是当铬(Ⅲ)被盐酸等携带至一个还原性的生理环境时,即还原成铬(Ⅱ),而由惰性状态转变成活性状态。体内缺铬后胰岛素生物活性降低,糖耐受量受损,严重时出现糖尿及糖尿病。补充铬后,人体内的葡萄糖能较快转化为脂肪使血糖浓度降低,糖的利用得到改善。给糖尿病患者补充适量铬(150μg/日~1 000μg/日)后,观到50%的病人改善了异常耐糖量。铬(Ⅲ)在体内与脂肪及胆固醇代谢的关系,通过一系列实验和临床研究证明,缺铬时血液中的脂肪尤其是胆固醇含量增加,进而沉积在动脉内膜,形成动脉粥样硬化症。因此补充铬在预防及治疗动物粥样硬化,降低血脂及血糖等方面均有良好作用。补充铬(Ⅲ)时可以直接用铬盐,但更多的是用含铬较多的酿酒酵母或其他有机铬。家畜肝脏、牛肉等中含铬量也较高,而且活性大。粮、粗面粉、糙米、红糖、粗糖以及蘑菇等中铬量也多,但食粮在精加工过程中却会损失大量的铬。例如,100 g全麦中含铬量为175μg,精白粉中只含23μg,比前者少7倍;而特级精白糖比原糖含铬量减少12~17倍以上,比红糖还低3~12倍。最近报道,当向断奶后小牛的饲料中分别添加300 ppm,400 ppm,500 ppm(μg/kg)含有有机铬的酵母,120天后,它们的体重分别增加4.5%,10.5%和13.5%,这说明适量补充铬后,能较大改善幼畜的发育状况。

2．4 芦丁钐配合物与血清白蛋白的相互作用

血清白蛋白( Serum Albumin , SA) 在哺乳动物体内起着重要的贮存和运输作用。因此, SA 与内源或外源物质的相互作用一直是生命科学、临床医学和环境科学重要的研究课题。SA 是一种内源性荧光大分子, 用荧光光谱法可以简便、灵敏、直观地反映出它与其他物质之间的相互作用情况。所以, 荧光光谱法成为人们研究血清白蛋白与其他物质相互作用的主要手段。芦丁，分子中52羟基和邻二酚羟基, 完整的大p共轭体系, 强配位氧原子与合适的空间构型,可与金属离子生成配合物。

研究结果表明, 芦丁钐配合物对牛血清白蛋白和人血清白蛋白的荧光都存在猝灭作用, 此荧光猝灭过程是由于形成复合物而引起的静态猝灭, 且都发生分子内的非辐射能量转移。依据热力学参数与作用力的关系确定芦丁钐配合物与BSA 之间的作用力主要为范德华力、氢键; 而与HSA 之间的作用力主要为静电引力。同步荧光光谱表明配合物的加入使HSA 和BSA 的构象都发生变化, 酪氨酸残基所处环境的疏水性增加, 而色氨酸残基所处环境的疏水性降低。这说明该稀土配合物对白蛋白的作用和构象都很明显, 很可能稀土钐配合物是一类具有明显的抗菌、抗病毒、促凝血等活性的药物。

3. 展望

近年来,随着无机光化学的发展、配合物的光化学、光物理过程的研究越来越深入,配合物光化学为化学家们提供了一个宽阔的极富潜力的研究领域。激发态配合物

具有很好的电子转移、能量传递特性以及活泼的化学反应性,它可以作为一种很好的光电转换材料、荧光材料、感光材料和非线性光学材料.激发态配合物能进行许多基态配合物所无法进行的反应,促进了人们对光化学的深刻理解和对基态化学的回顾,由此产生新的概念并推动配合物光化学乃至整个化学邻域概念上的进步,特点是利用可见光(太阳光)的反应,对解决人类的能源危机具有十分重要的意义。

主要参考文献:

[1] 吴锦绣, 李梅, 宋玉民等. 芦丁钐配合物与血清白蛋白的相互作用[J]. 光谱学与光谱分析,

2009,29(8), 2200～2203

[2] 王平红, 张岐, 王流等. 金属配合物与D NA 的相互作用[D]. 甘肃：西北师范大学，2005,

60～71

[3] 干宁，魏丹毅，王志颖等. Nd-四甘醇醛缩苯丙氨酸Sch Iff 碱配合物与DNA 相互作用的光

谱研究[J]. 光谱实验室, 2006,23(6)，1164～1165

[4] 杨频宋宇飞. 金属配合物键合DNA的研究进展[J]. 化学进展, 2000,12(1) , 33～40

[5] 吴爱芝,王晓琴,卢文彪等。生物体系中含锰金属酶模型配合物的结构研究进展[J]. 广州化

学, 2005，30（2）, 58～61

[6] 王平红一些金属配合物与DNA相互作用的研究[D]. 海南：海南大学, 2006, 18～25

[7] 赵瑾瑜,渠敏,李家璜等.利用脉冲激光技术研究哺乳动物碳氧血红蛋白光解量子产率[J].

南京大学学报(自然科学), 2011,47(2), 156～163

The organisms complexes

Chemistry and Environment Science College of Inner Mongolia Normal Abstract：They consist of a core elements (atomic or ion) and several ligand (anion or molecules) to coordinate bond phase formed by the combination of

complex ions (or molecules) says "cooperate unit", with charge cooperation unit called "complex ion". It and biology and medicine are closely related. Many of the biology necessary metal elements are complex form of existence. Chromium complexes play an important role to the human body. Complexes of human development has the function of prospective. Rutin samarium complexes and serum albumin interaction.

Keywords：Complexes DNA Organisms Inorganic chemistry