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1、生物无机化学高等无机化学·2012年12月主要内容概念和研究方向、研究对象、研究内容历史发展及现状研究热点及未来方向1.概念及研究方向、研究方法、研究内容生物无机化学在我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，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，我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。从广义上讲,生物无机化学是一门用无机化学(其中主要是配位化学)的理论和方法研究金属离子等无机元素及其相关化合物与生物体内分子的作
2、用和机理的学科。含金属药物等对生物体,生命生理过程的影响生物无机化学生物体内物质相关化合物与各种无机元素微量金属离子之间的相互作用金属离子以及金属酶,金属蛋白的结构,功能以及模拟研究无机元素在生物体内的循环,环境污染研究方向(i)用各种物理化学方法直接研究生物体系中金属酶和金属蛋白等含金属物种的结构,功能以及作用机理.(ii)用模拟的方法来研究重要生物过程和生物大分子配合物的结构以及结构与功能之间的关系,包括活性中心的结构模拟,功能模拟以及利用基因突变等方法对原型化合物进行局部修改,从而观测修改对其结构,功能的影响等.研究方法研究内容1.1生物体系中
3、的金属离子（元素）1.2碱金属及碱土金属的生物无机化学1.3天然氧载体1.4电子传递蛋白1.5含铁加氧酶1.6含锌酶1.7固氮酶1.8辅酶B121.1生物体系中金属离子(元素)1.1.1必需元素与有毒元素1.1.2金属酶和金属蛋白1.1.3金属药物1.1.4稀土生物无机化学1.1.1必需元素与有毒元素必需元素(essentialelements)又称生物必需元素或生命元素.Cotzias等人给生物必需元素下了一个较为完整的定义,认为生物必需元素需要同时具备以下几个条件:(1)元素在不同的生物组织内均有一定的浓度;(2)去除这些元素后会使生物造成相同或
4、相似的生理或结构上的不正常;(3)恢复该元素的存在可以消除或预防这些不正常;(4)元素有专门生物化学上的功能.生物必需元素宏量结构元素(bulkstructralelements)宏量矿物元素(macrominerals)微量金属元素(tracemetalelements)超微量元素(ultratracemetalelements)微量和超微量非金属元素C,H,O,N,P,S Fe,Zn,Cu Na,K,Ca,Mg Mn,Co,Mo,Ni,Cr,V,Cd,Sn,Pb,Li I,F,Se,Si,As,B返回有毒元素又称有害元素,指那些存在于生物体内影响
5、正常的代谢,生命和生理过程的元素.Cd,Hg,Pb,Tl,As,Sb,Be,Ba,In,Te,Se,V,Cr,Nb等,镉汞铅铊砷锑铍钡铟碲硒钒铬铌其中Cd,Hg,Pb,As等为剧毒元素.必需元素中:C,H,O,N,P,S,Na,K,Ca,Mg,Fe,Zn,Cu,Mn,Co,Mo,Ni,Cr,V,Cd,Sn,Pb,Li,I,F,Se,Si,As,B关键:在生物体内的量是否合适,太少可能引起某些疾病的不正常,导致缺乏症,太多则可能引起中毒,直至死亡.Bertrand等人提出了生物必需元素的最佳营养定律;缺乏不能成活,适量最好,过量有毒.摄入量过量缺乏适量
6、生物效应1.1.2金属酶和有机蛋白定义:金属酶：结合有金属离子的生物酶,也就是说必须有金属离子参与才有活性的酶.分类:天然金属酶根据其催化的反应类型不同可以分为氧化还原酶(oxidoreductase),转移酶(transferase),水解酶(hydrolase),异构化酶(isomerase),裂解酶(lyase)和合成酶(synthetase,或称连接酶ligase)六种.金属酶(1)金属离子与蛋白链结合,从而使蛋白具有特定的高级结构(构象)和稳定性,而且这种若定的结构和稳定性与其催化活性之间有密切关系;(2)通过金属离子与底物分子间的相互作用
7、,使底物分子定向,从而发生专一性强,选择性高的催化反应;(3)形成催化反应活性中心(activecenter),从而为酶提供催化反应的活性部分(activesite).作用定义金属蛋白(metalloprotein).生物活性配合物以蛋白质作为配体并且具有特定的生物功能。例如:具有电子传递作用的铁硫蛋白,运输和储存氧分子的血红蛋白和肌红蛋白,还有储存铁的铁蛋白和输送铁的铁传递蛋白等.金属蛋白金属酶或金属蛋白都是由含金属离子部分和不含金属离子的蛋白两部分组成.其中不含金属离子的蛋白部分则被称为脱辅基酶(apoenzyme)或脱辅基蛋白(apoprote
8、in),而含金属离子的非蛋白部分则称为辅基或辅因子(cofactor).有些辅基与蛋白结合较牢固,如血红蛋白
