生物無(wú)機(jī)化學(xué)緒論

關(guān)于生物無(wú)機(jī)化學(xué)緒論第1頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容1生物無(wú)機(jī)化學(xué)概述2與生物無(wú)機(jī)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2頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、概論生物學(xué)有機(jī)化學(xué)Ｈ、Ｃ、Ｏ

N、Ｐ、Ｓ生命的基本物質(zhì):

蛋白質(zhì)、糖、脂肪、核酸第3頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月無(wú)機(jī)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：結(jié)構(gòu)，觸發(fā)劑，電荷攜帶第4頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月高等動(dòng)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5頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月20世紀(jì)70年代成為獨(dú)立學(xué)科生物學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)生物無(wú)機(jī)化學(xué)BioinorganicChemistryJournalofInorganicBiochemistry

第6頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月研究對(duì)象：無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)化學(xué)在分子水平上研究生物體內(nèi)與無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)元素及化合物對(duì)生物體的生理和病理作用。通過(guò)創(chuàng)造在不同程度再現(xiàn)生命現(xiàn)象的模擬體系，加深對(duì)生命過(guò)程的認(rèn)識(shí)。

第7頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月生物無(wú)機(jī)化學(xué)研究的范圍固有元素SteadyState

金屬蛋白微量元素固有元素non-SteadyState

過(guò)量，缺乏基因疾病外來(lái)金屬元素毒性，污染微量元素外來(lái)金屬元素藥物成像劑放射性同位素金屬元素第8頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月研究方法生物無(wú)機(jī)化學(xué)物理和結(jié)構(gòu)化學(xué)作用機(jī)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(wú)機(jī)化學(xué)的原理和方法，特別是配位化學(xué)的原理來(lái)研究第9頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、生命體中的元素Beneficial10Essential18Harmful5第10頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月生命必需元素(essentialelements)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(jī)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。HCONPSClI

NaKCaMgMnFeCoCuZnMo第11頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有益元素beneficialelementsThelifecanmerelybemaintained,butnothealthy.

沒(méi)有這些“有益元素”生命尚可維持，但并不能認(rèn)為是健康的。BFSiSeV

SrSnCrNiW第12頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有害元素harmfulelementsAtacertainlevel,theseelementscanresultinpoisoning.Pathologicalchangesinphysiologyandmorphology,canbeobserved.一定濃度之下，會(huì)引起中毒反應(yīng)，可覺(jué)察到生理上或形態(tài)上的病變，甚至導(dǎo)致細(xì)胞壞死。CdHgPbAsBe第13頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2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―1H6580Cl115C12590Fe6N1815Zn1~2O43550Mn<1P680Mo<1S100Co<1Na70Cu<1K250Ni<1Mg42I<1Ca1700第14頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月O,C,H,N,P,+S,Ca,Na,K,Cl,MgFe,Zn,Cu,V,Cr…..BulkElements：

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。TraceElements：

它們?cè)谏矬w內(nèi)的含量小于0.05%，但卻起著重要的作用。第15頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2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16頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2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(zhǎng)因子(Cu)鋅指蛋白(Zn)運(yùn)送及儲(chǔ)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(chǔ)存及運(yùn)送蛋白和結(jié)構(gòu)蛋白鐵蛋白(Fe)運(yùn)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17頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2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(huì)使DNA熔點(diǎn)升高。金屬離子和DNA的磷酸結(jié)合，使帶負(fù)電的磷酸基之間的排斥作用減弱，穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)。第18頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2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(wú)機(jī)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19頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月生命必需無(wú)機(jī)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(guò)細(xì)胞膜和各種界面?zhèn)鬟f信息輸運(yùn)作用

某些含金屬元素的生物大分子是電子、雙氧的載體

第20頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2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(gè)安全的最佳濃度范圍。元素濃度超過(guò)一定界限后，不管是哪種元素都是潛在的有害元素。第21頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2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22頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微量生命必需元素含量異常對(duì)哺乳動(dòng)物的影響元素不足的影響過(guò)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(dòng)脈粥樣硬化，膽結(jié)石Fe貧血癥擴(kuò)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血性膽固醇降低生長(zhǎng)減弱第23頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有毒元素過(guò)量對(duì)哺乳動(dòng)物的影響元素過(guò)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24頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有毒元素元素濃度有益生物效應(yīng)可耐受中毒死亡第25頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月國(guó)際生物無(wú)機(jī)化學(xué)會(huì)議（ICBIC）簡(jiǎn)介

ICBIC―1970年美國(guó)無(wú)機(jī)化學(xué)與模型研究方法ICBIC―01976年英國(guó)無(wú)機(jī)化學(xué)和生物交叉地帶發(fā)展ICBIC―11983年意大利ICBIC―21985年葡萄牙ICBIC―31987年荷蘭ICBIC―41989年美國(guó)ICBIC―51991年英國(guó)金屬識(shí)別、儲(chǔ)存、輸送和組裝ICBIC―61993年美國(guó)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(jī)理ICBIC―71995年德國(guó)金屬離子對(duì)基因調(diào)節(jié)影響International-Conference-on-Biological-Inorganic-Chemistry第26頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ICBIC―81997年日本丙烯腈水合酶合成丙烯酰胺ICBIC―91999年美國(guó)ICBIC―102001年意大利中樞神經(jīng)系統(tǒng)的生物無(wú)機(jī)化學(xué)ICBIC―112003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劃分和金屬離子的走向ICBIC―122005年美國(guó)ICBIC―132007年奧地利ICBIC―142009年日本ICBIC―15

2011Vancouver,CanadaICBIC―16

2013

Grenoble,FranceICBIC―17

2015.07

Beijing,China第27頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月國(guó)際應(yīng)用生物無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)（ISABC）簡(jiǎn)介

ISABC―11990年武漢金屬藥物和抗癌藥ISABC―21992年廣州生物礦化和生物材料ISABC―31994年澳大利亞利用生物電子轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)制作生物傳感器ISABC―41997年南非環(huán)境生物無(wú)機(jī)化學(xué)ISABC―51999年希臘地中海貧血InternationalSymposiumonAppliedBioinorganicChemistry第28頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ISABC―62001年英國(guó)ISABC―72003年墨西哥ISABC―82004年香港小分子修飾使蛋白酶功能改變和關(guān)閉ISABC―92006年阿根廷

ISABC―102009年

匈牙利ISABC―112011年

西班牙巴塞羅那ISABC―122013年

中國(guó)廣州ISABC―132015年

愛(ài)爾蘭Galway第29頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月王夔計(jì)亮年倪嘉纘

生物無(wú)機(jī)化學(xué)家，中科院院士第30頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月血紅蛋白(Hemoglobin)的結(jié)構(gòu)第31頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)合氧的部位血紅素輔基第5個(gè)部位來(lái)自蛋白的第93位His血紅素中Fe的配位第32頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第33頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月肌紅蛋白(Myoglobin)的結(jié)構(gòu)第34頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2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(duì)Fe的親和力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氧！第35頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月葉綠素第36頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2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(duì)維持肌體正常生長(zhǎng)以及紅細(xì)胞的產(chǎn)生都是極其重要的。第37頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

鑒于生物無(wú)機(jī)化學(xué)正處于向前發(fā)展的階段，并迅速向各方面滲透，對(duì)其研究?jī)?nèi)容，目前只能作一大致概括。主要有：生物無(wú)機(jī)化學(xué)研究的內(nèi)容

第38頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2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(duì)DNA構(gòu)象的影響；金屬離子特別是金屬配合物對(duì)不同構(gòu)型DNA選擇性的結(jié)合。第39頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2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40頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3).電子傳遞反應(yīng)生命過(guò)程的核心是能量傳遞，而能量傳遞的中心過(guò)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(zhǎng)程電子傳遞是生物無(wú)機(jī)化學(xué)的一個(gè)重要方向。第41頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4).生物礦化自然界中，無(wú)論是細(xì)菌、微生物，還是植物、動(dòng)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(dòng)物外骨骼、蛋殼等）。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(dòng)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(wú)機(jī)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42頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2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(yùn)、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(jī)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(shí)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43頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2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(duì)稱性畸形骨關(guān)節(jié)病(6).探討常見(jiàn)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(lái)防止病變的發(fā)生。第44頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第45頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一些在藥用上有較大價(jià)值的元素釩：

第46頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(7).合成新藥

合成抗癌藥物，抗艾滋病藥物，研究其抗病機(jī)理；合成人造血液（輸氧及機(jī)理