| 词条 | 生物无机化学 |
| 释义 | 又称无机生物化学或生物配位化学。是无机化学、生物化学、医学等多种学科的交叉领域，20世纪60年代以来逐步形成的。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，特别是痕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。为便于研究，常用人工模似的方法合成具有一定生理功能的金属配位化合物。 简介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。 类型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。 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。一系列的金属酶还含其他金属离子，许多氧化还原酶含价态可变的铁、铜、钼、钴等过渡金属元素，如固氮酶是含铁、钼原子的酶，由铁蛋白和铁钼蛋白组成，在生物体中能催化氮合成氨的反应。 维生素B12和B12辅酶维生素B12是钴原子和可啉的配位化合物，钴原子与可啉环中四个氮原子结合，在轴向又与连结于可啉环的一个核苷酸的苯并咪唑基相连，此外还与一个氰根配位。当氰根被另一个腺苷基代替时，即为B12辅酶。B12对机体的正常生长和营养、细胞和红细胞的生成以及神经骨髓系统的功能有重要作用。B12的生理功能均以辅酶形式实现。 叶绿素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。 离子载体为一类能与碱金属、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+。 研究方法生物无机化合物的模拟 含金属元素的生物无机化合物的功能常能用较简单的金属配合物或类似物来模拟，此种化合物称模型化合物。模型化合物常具有被模拟体系的结构特点或有一定的有关生物活性。通过模型化合物的研究，常能了解复杂的被模拟体系的结构与其功能间的关系。例如，曾合成一系列篱笆式、帽式、尾巴碱式的血红素，它们并无肽链，但能像血红蛋白、肌红蛋白一样可逆地结合和放出氧分子。通过模型化合物的研究，了解到血红素必须存在于疏水环境中，周围的位阻效应是保证血红蛋白、肌红蛋白可逆结合氧分子的条件，而其中的二价铁必须具有不被氧化成三价的必要结构因素。又如，通过对一系列铜与多肽配位化合物的结构和性质研究，了解到蓝铜蛋白分子中铜原子周围有扭曲的四面体配位，使蓝铜蛋白具有显著的蓝色和高的还原电势。模拟体系与天然体系总有差别，用模拟体系的研究结果来说明天然体系的结构、功能和机理时必须谨慎。 无机离子生物探针 用一些其他的金属元素替代生物无机化合物中的原有金属元素，从而用各种波谱方法来研究和确定体系的结构和作用。所用的金属离子称生物探针。用作探针的金属离子应与原有离子有相近的半径，并能保持原有体系的结构特点和一定的生物活性。例如，用半径与锌相近的钴离子作探针，代替羧肽酶中的锌，从而根据含钴酶的光谱推断羧肽酶中锌的配位环境；用锰离子做探针，根据含锰羧肽酶的核磁共振谱确定了羧肽酶中锌和一水分子或羟基相连。 生物无机化学 金属离子的生理功能 在生物体中金属离子尚有许多重要的生理功能。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。 为控制体内金属元素的正常含量，常用一些金属螯合剂（见螯合作用）来排除体内过量的金属元素。例如，1、2－二巯基丙醇可排除汞、铅、锑等元素；EDTA（乙二胺四乙酸）可排除多种有害元素及过量金属；青霉胺可治疗威尔逊氏病等等。某些金属配合物具有杀菌、抗病毒和抗癌等生物活性。其中顺式 -二氯二氨合铂对生殖泌尿系统癌有较好疗效，它能抑制癌细胞中DNA（脱氧核糖核酸）的复制。 在中国的发展生物无机化学的蕴生和发展差不多经历了半个世纪，而作为一个独立学科的建立，却是近30年的事情，通常人们把国际期刊Journal of Inorganic Biochemistry的创立（1971年）作为标志。众所周知，这个学科是在无机化学和生物学的相互交叉、渗透中发展起来的一门边沿学科。它的基本任务是从现象学上以及从分子、原子水平上研究金属与生物配体之间的相互作用。而对这种相互作用的阐明有赖于无机化学和生物学两门学科水平的高度发展。由于应用理论化学方法和近代物理实验方法研究物质（包括生物分子）的结构、构象和分子能级的飞速进展，使得揭示生命过程中的生物无机化学行为成为可能，生物无机化学正是这个时候作为一门独立学科应运而生。生物无机化学在中国较早就有一些不同学科的研究者在如生物矿化等方面开展工作；但是作为一门学科的出现，似应以全国第一次生物无机化学会议（1984年，武汉）的召开为标志。总之，从80年代初，中国从事不同学科的化学家顺应国际上这一新学科的发展，不少人纷纷转到生物无机这块园地进行耕耘。 生物无机化学作者： 郭子建 孙为银 出版社： 科学出版社 出版日期： 2006年02月 ISBN： 7-03-016502-0/O.2376 开本： 16 开 类别： 无机化学化工,生物化学化工 页数： 229 页 简介 生物无机化学近年来取得了令人瞩目的进展。本书系统地介绍了生物无机化学的形成、发展以及最新的研究成果。在介绍生物大分子的结构、性能和研究生物大分子的物理化学方法的基础上，着重介绍了含铁、锌、铜、钼、镍等金属酶、金属蛋白体系及其模拟研究。此外，还对含钴辅因子的结构及功能、神经生物体系中的碱金属、碱土金属离子、无机药物化学及生物矿化等进行了简要介绍。编写中注重了内容的基础性、实用性和启发性。 目录 前言 第一章 生物无机化学概论 第一节 生物无化化学的历史沿革和现状 第二节 生命必需元素及其动态平衡 第三节 金属中心的结构与功能：金属生物大分子的分类 第四节 21世纪的生物无机化学问题 参考文献 第二章 生物大分子的结构及性质 第一节 蛋白质及其组成与结构 第二节 核酸 第三节 其他生物分子 参考文献 第三章 生物无机化学中的物理化学方法 第一节 X射线单晶衍射法 第二节 X射线吸收光谱 第三节 核磁共振谱 第四节 电子顺磁共振光谱 第五节 其他物理化学方法简介 参考文献 第四章 天然含铁氧载体及其模拟物 第一节 血红蛋白和肌红蛋白 第二节 蚯蚓血红蛋白 第三节 重要模型化合物----合成氧载体 参考文献 第五章 血红素蛋白及催化钵系 第一节 细胞色素：电子传递 第二节 细胞色素：P-450 第三节 甲烷单加氧酶、双加氧酶 第四节 过氧化物酶及过氧化氢酶 参考文献 第六章 铁-硫蛋白和其他非血红素铁蛋白 第一节 铁-硫蛋白 第二节 铁-硫蛋白模拟物 第三节 含铁核苷酸还原酶及其他 参考文献 第七章 铁的吸收、转运及储备 第一节 铁载体 第二节 运铁蛋白 第三节 运铁蛋白受体 第四节 储铁蛋白 第五节 铁的生物学调控 参考文献 第八章 含锌酶和含锌蛋白 第一节 概述 第二节 锌肽酶 第三节 碳酸酐酶 第四节 核酸酶 第五节 锌指蛋白 第六节 金属硫蛋白 参考文献 第九章 含铜蛋白及含铜酶 第一节 含铜电子传递蛋白----I型铜蛋白 第二节 铜锌超氧化物坡化酶----II型铜蛋白 第三节 含铜氧载体----III型铜蛋白 第四节 多铜蛋白 第五节 重要模型化合物 参考文献 第十章 钼酶及含钼蛋白 第一节 固氮酶 第二节 双氮的配位化学 第三节 固氮酶模拟 第四节 钼转氧酶及其模拟 参考文献 第十一章 镍酶 第一节 尿素酶及其模拟 第二节 氢化酶及其模拟 第三节 一氧化碳脱氢酶和乙酰铺酶A合成酶 第四节 超氧化歧化酶 参考文献 第十二章 辅酶B12及其相关化学 第一节 钴-碳键的形成与断裂 第二节 氧化-还原反应 第三节 重排反应 第四节 甲基转移反应 参考文献 第十三章 神经生物无机化学 第一节 钠、钾、钙的生物无机化学和调控 第二节 离子通道 第三节 离子泵 第四节 神经系统中的过渡金属离子 参考文献 第十四章 医药中的金属：药物与疾病 第一节 概述 第二节 治疗药物 第三节 诊断药物 第四节 金属离子与神经退行性疾病 参考文献 第十五章 生物体系的矿化与自组装 第一节 生物矿化概论 第二节 主要的生物矿物 第三节 生物矿化的机理 第四节 生物矿化的体外模拟 第五节 展望 |
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