生物無機化學(xué)緒論

1、關(guān)于生物無機化學(xué)緒論第一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月主要內(nèi)容1 生物無機化學(xué)概述2 與生物無機研究有關(guān)的配位化學(xué)原理3 重要的生物配體及其金屬配合物4 氧載體5 生物氧化還原反應(yīng)中的金屬蛋白和金屬酶6 固氮作用及其化學(xué)模擬7 光合作用及其化學(xué)模擬8 催化水解反應(yīng)的金屬酶9 生物體內(nèi)金屬離子的選擇、攝取和調(diào)控第二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月一、概論生物學(xué)有機化學(xué)、 N、生命的基本物質(zhì): 蛋白質(zhì)、糖、 脂肪、核酸第三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月無機元素Na、K、Ca、Mg、ClNa：電荷載體，滲透壓平衡K：電荷載體，滲透壓平衡Mg：結(jié)構(gòu)，水解酶，異構(gòu)酶Ca

2、：結(jié)構(gòu)，觸發(fā)劑，電荷攜帶第四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月高等動物必需微量元素的發(fā)現(xiàn)歷史 元素年代元素年代鐵（Fe）17世紀(jì)鉻（Cr）1959碘（I）1850錫（Sn）1970銅（Cu）1928釩（V）1971錳（Mn）1931氟（F）1971鋅（Zn）1934硅（Si）1972鈷（Co）1935鎳（Ni）1974鉬（Mo）1953砷（As）1975硒（Se）1957第五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月20世紀(jì)70年代成為獨立學(xué)科生物學(xué)無機化學(xué)生物無機化學(xué)Bioinorganic ChemistryJournal of Inorganic Biochemistry 第六張

3、，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月研究對象：無機元素在體內(nèi)的存在形式、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與生物活性之間的關(guān)系。研究手段：配合物化學(xué)、超分子化學(xué) 生物無機化學(xué)在分子水平上研究生物體內(nèi)與無機元素有關(guān)的各種相互作用，側(cè)重從生物學(xué)的角度研究無機元素及化合物對生物體的生理和病理作用。通過創(chuàng)造在不同程度再現(xiàn)生命現(xiàn)象的模擬體系，加深對生命過程的認(rèn)識。 第七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月生物無機化學(xué)研究的范圍固有元素Steady State 金屬蛋白 微量元素固有元素non-Steady State 過量，缺乏 基因疾病外來金屬元素 毒性，污染 微量元素外來金屬元素 藥物 成像劑 放射性同位素金屬元

4、素第八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月研究方法生物無機化學(xué)物理和結(jié)構(gòu)化學(xué)作用機理溶液化學(xué)溶液作用方式合成化學(xué)模型化合物 依據(jù)無機化學(xué)的原理和方法，特別是配位化學(xué)的原理來研究第九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月二、生命體中的元素Beneficial 10Essential 18Harmful 5第十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月生命必需元素 (essential elements)維持生命所必需的元素存在于正常的組織中在各種物種中保持一定的濃度范圍若從機體排出將引起生理和結(jié)構(gòu)的變態(tài),重新引入，上述變態(tài)消除。H C O N P S Cl I Na K Ca Mg M

5、n Fe Co Cu Zn Mo第十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月有益元素 beneficial elements The life can merely be maintained, but not healthy. 沒有這些“有益元素”生命尚可維持，但并不能認(rèn)為是健康的。B F Si Se V Sr Sn Cr Ni W第十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月有害元素 harmful elements At a certain level, these elements can result in poisoning.Pathological changes in p

6、hysiology and morphology, can be observed.一定濃度之下，會引起中毒反應(yīng)，可覺察到生理上或形態(tài)上的病變，甚至導(dǎo)致細(xì)胞壞死。Cd Hg Pb As Be第十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月體重70kg的人體中元素的平均含量元素含量/g人1元素含量/g人1H6580Cl115C12590Fe6N1815Zn12O43550Mn1P680Mo1S100Co1Na70Cu1K250Ni1Mg42I1Ca1700第十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月O, C, H, N, P, +S, Ca, Na,K, Cl, MgFe, Zn, Cu,

7、V, Cr.Bulk Elements： 11種，它們構(gòu)成人體總重量的99.95%。其中主族元素是蛋白質(zhì)、糖、核酸等生命物質(zhì)的基本材料。Trace Elements： 它們在生物體內(nèi)的含量小于0.05%，但卻起著重要的作用。第十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月含金屬的生物分子蛋白質(zhì)、酶和肽核酸與金屬的配合物低分子量金屬配合物第十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月不同的金屬離子與蛋白結(jié)合蛋白質(zhì)及肽酶水解酶羧肽酶(Zn)氨肽酶(Mg, Zn)磷酸脂酶(Mg, Zn, Cu)氧還酶氧化酶(Fe, Cu, Mo)羥化酶(Fe, Cu)超氧化物歧化酶(Cu, Zn, Mn)異構(gòu)酶及

8、合成酶的輔酶維生素B12輔酶(Co)調(diào)節(jié)蛋白和調(diào)節(jié)肽鈣調(diào)蛋白(Ca)人血漿促生長因子(Cu)鋅指蛋白(Zn)運送及儲存蛋白電子載體細(xì)胞色素(Fe)鐵硫蛋白(Fe)藍(lán)銅蛋白(Cu)金屬儲存及運送蛋白和結(jié)構(gòu)蛋白鐵蛋白(Fe)運鐵蛋白(Fe)金屬硫蛋白(Cu,Zn, Hg, Cd.)膠原蛋白(Ca)載氧蛋白血紅蛋白(Fe)肌紅蛋白(Fe)血藍(lán)蛋白(Cu)血釩蛋白(V)碳酸酐酶第十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月核酸及類似物核苷酸及環(huán)核苷酸ATP-金屬離子(物質(zhì)傳遞)核 酸RNA-金屬離子(傳遞遺傳信息)金屬離子與核酸作用金屬離子會使DNA熔點升高。金屬離子和DNA 的磷酸結(jié)合，使帶負(fù)電的

9、磷酸基之間的排斥作用減弱，穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)。第十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月金屬離子與生物小分子作用生物小分子 光敏氧化物質(zhì)葉綠素(Mg)無機硬組織骨及軟骨(Ca, P, Si)離子載體纈氨霉素(K+) 離子霉素 (Ca2+) 第十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月生命必需無機元素在生物體中的主要生理功能催化作用 已知眾多的酶中，大約1/3涉及金屬元素 結(jié)構(gòu)作用 穩(wěn)定大分子結(jié)構(gòu)、維持蛋白質(zhì)特定構(gòu)象 調(diào)控作用 堿金屬和堿土金屬離子在生物體內(nèi)調(diào)控 作用；且離子流可通過細(xì)胞膜和各種界 面?zhèn)鬟f信息輸運作用 某些含金屬元素的生物大分子是電子、 雙氧的載體 第二十張，PPT共五十五

10、頁，創(chuàng)作于2022年6月Bertrand定則-最適宜濃度定律每一種元素，在生物體內(nèi)都有一個安全的最佳濃度范圍。元素濃度超過一定界限后，不管是哪種元素都是潛在的有害元素。第二十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月體內(nèi)元素濃度生物效應(yīng)關(guān)系圖元素濃度有益生物效應(yīng) 缺乏 適合 中毒 死亡第二十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月微量生命必需元素含量異常對哺乳動物的影響元素不足的影響過量的影響Zn侏儒病，發(fā)育不全，皮炎貧血癥Ca畸形骨骼，手足抽筋動脈粥樣硬化，膽結(jié)石Fe貧血癥擴尿癥，鐵塵Mg驚厥麻木Cu貧血癥，頭發(fā)卷曲或褪色黃疸，威爾遜氏病癥Co貧血癥心力衰竭，紅細(xì)胞增加V血性膽固醇降低

11、生長減弱第二十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月有毒元素過量對哺乳動物的影響元素過量的影響B(tài)e吸入引起肺癌Hg腦炎，神經(jīng)炎Sb心臟病Pb貧血癥，腦損傷，腎癌Cd高血壓第二十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月有毒元素元素濃度有益生物效應(yīng)可耐受 中毒 死亡第二十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月國際生物無機化學(xué)會議（ICBIC）簡介 ICBIC 1970年 美國 無機化學(xué)與模型研究方法ICBIC0 1976年 英國 無機化學(xué)和生物交叉地帶發(fā)展ICBIC1 1983年 意大利 ICBIC2 1985年 葡萄牙ICBIC3 1987年 荷蘭ICBIC4 1989年 美國I

12、CBIC5 1991年 英國 金屬識別、儲存、輸送和組裝ICBIC6 1993年 美國 固氮酶的分子結(jié)構(gòu)以及自然界 N2轉(zhuǎn)變?yōu)镹H3的功能及其機理ICBIC7 1995年 德國 金屬離子對基因調(diào)節(jié)影響International-Conference-on-Biological-Inorganic-Chemistry第二十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月ICBIC8 1997年 日本 丙烯腈水合酶合成丙烯酰胺ICBIC9 1999年 美國 ICBIC10 2001年 意大利 中樞神經(jīng)系統(tǒng)的生物無機化學(xué)ICBIC11 2003年 澳大利亞 金屬離子在細(xì)胞的交通圖， 以及許 多交通干線的

13、劃分 和金屬離子的走向ICBIC12 2005年 美國ICBIC13 2007年 奧地利ICBIC14 2009年 日本ICBIC15 2011 Vancouver, CanadaICBIC16 2013 Grenoble, FranceICBIC17 2015.07 Beijing, China第二十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月國際應(yīng)用生物無機化學(xué)學(xué)術(shù)討論會（ISABC）簡介 ISABC1 1990年 武漢 金屬藥物和抗癌藥ISABC2 1992年 廣州 生物礦化和生物材料ISABC3 1994年 澳大利亞 利用生物電子轉(zhuǎn)移 設(shè)計制作生物傳感器ISABC4 1997年 南非

14、環(huán)境生物無機化學(xué)ISABC5 1999年 希臘 地中海貧血International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry 第二十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月ISABC6 2001年 英國ISABC7 2003年 墨西哥ISABC8 2004年 香港 小分子修飾使蛋白 酶功能改變和關(guān)閉ISABC9 2006年 阿根廷 ISABC10 2009年 匈牙利ISABC11 2011年 西班牙 巴塞羅那ISABC12 2013年 中國 廣州ISABC13 2015年 愛爾蘭 Galway第二十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月

15、王夔計亮年倪嘉纘 生物無機化學(xué)家，中科院院士第三十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月血紅蛋白(Hemoglobin)的結(jié)構(gòu)第三十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月結(jié)合氧的部位血紅素輔基第5個部位來自蛋白的第93位His血紅素中Fe的配位第三十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月肌紅蛋白(Myoglobin)的結(jié)構(gòu)第三十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月帶有咪唑基的游離血紅素與CO結(jié)合肌紅蛋白與CO形成的復(fù)合物氧合肌紅蛋白CO對Fe的親和力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氧！第三十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月葉綠素第三

16、十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月在自然界中，維生素B12常以輔酶的形式存在，是最主要的輔酶之一。VB12對維持肌體正常生長以及紅細(xì)胞的產(chǎn)生都是極其重要的。第三十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 鑒于生物無機化學(xué)正處于向前發(fā)展的階段，并迅速向各方面滲透，對其研究內(nèi)容，目前只能作一大致概括 。主要有：生物無機化學(xué)研究的內(nèi)容 第三十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(1). 金屬離子及其化合物與生物大分子的相互作用與核酸、核苷酸的相互作用 金屬離子對DNA構(gòu)象的影響；金屬離子特別是金屬配合物對不同構(gòu)型DNA選擇性的結(jié)合。第三十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022

17、年6月(2).金屬蛋白和金屬酶化學(xué)結(jié)構(gòu)與功能的研究（a）金屬離子的成鍵位置（b）活性中心周圍微環(huán)境（c） 蛋白鏈在保證金屬離子正常工作的貢獻(xiàn)（d） 蛋白鏈與底物的結(jié)合方式第四十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(3). 電子傳遞反應(yīng)生命過程的核心是能量傳遞，而能量傳遞的中心過程是電子傳遞。生物體內(nèi)電子傳遞與化學(xué)反應(yīng)中的電子傳遞有著重要的區(qū)別；研究生物介質(zhì)的中長程電子傳遞是生物無機化學(xué)的一個重要方向。 第四十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(4). 生物礦化自然界中，無論是細(xì)菌、微生物，還是植物、動物，都可以在體內(nèi)形成礦物，稱為生物礦物材料（骨、牙、軟骨、軟體動物外骨骼、蛋殼

18、等）。它們是礦物與基質(zhì)構(gòu)成的復(fù)合材料，其高度的裝配有序性、特殊的理化性質(zhì)、可控的動態(tài)性質(zhì)和特殊的生物功能都引起人們的關(guān)注。研究生物礦化這一生物無機化學(xué)基本反應(yīng)，有望在醫(yī)學(xué)和新材料的應(yīng)用方面取得突破。第四十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(5).金屬離子與細(xì)胞相互作用的研究是金屬攝入、轉(zhuǎn)運、分布以及它們的生物效應(yīng)的化學(xué)基礎(chǔ)；是解釋生物效應(yīng)的分子機理的必需。細(xì)胞復(fù)雜的反應(yīng)體系：組分、多物種、多反應(yīng)、反應(yīng)物定位。事實上，生物化學(xué)所研究的所有生物分子都只存在于細(xì)胞內(nèi)。第四十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月硒：地方性疾病克山病心臟損傷性疾病大骨節(jié)病慢性對稱性畸形骨關(guān)節(jié)病(6). 探討常見的疾病的發(fā)病與某些金屬元素與非金屬元素之間的關(guān)系，研究調(diào)節(jié)和控制這些元素來防止病變的發(fā)生。第四十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月一些在藥用上有較大價值的元素釩： 第四十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(7).合成新藥 合成抗癌藥物，抗艾滋病藥物，研究其抗病機理；合成人造血液（輸氧及機理）；合成解毒劑，用于清除重金屬中毒；合成某些絡(luò)合劑（藥）去除有害細(xì)菌生存的某些金屬元素。第四十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(8). 離子載體（