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1、第 8章 生 物 無(wú) 機(jī) 化 學(xué) n 掌 握 生 物 無(wú) 機(jī) 化 學(xué) 基 本 概 念n 掌 握 金 屬 蛋 白 的 分 類 及 其 作 用n 掌 握 仿 生 合 成 基 本 概 念 及 原 理n 了 解 金 屬 中 毒 的 原 因 及 解 毒 機(jī) 理n 了 解 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用n 了 解 生 物 固 氮 的 意 義 及 方 法 生 物 無(wú) 機(jī) 化 學(xué) 生 命 體 的 無(wú) 機(jī) 化 學(xué) 。 研 究 生 物 體 內(nèi) 的 金 屬 元素 和 其 它 無(wú) 機(jī) 元 素 在 生 物 體 內(nèi) 的 形 態(tài) 、 結(jié) 構(gòu) 特 征 、特 性 和 功 能 , 從 分 子 水 平 上 研 究

2、它 們 與 生 物 分 子相 互 作 用 的 科 學(xué) 。 一 、 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用二 、 金 屬 離 子 中 毒 和 解 毒三 、 無(wú) 機(jī) 材 料 仿 生 合 成四 、 生 物 固 氮 第 一 節(jié) 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用1.1 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 存 在 形 式 1.2 金 屬 生 物 分 子 的 分 類 及 功 能1.3 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用 第 一 節(jié) 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用1.1 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 存 在 形 式 金 屬 離 子 在 生 命 體

3、 中 通 常 不 以 游 離 態(tài) 存 在 ， 而 是 與生 物 分 子 配 合 形 成 金 屬 配 合 物 。 生 命 體 中 的 生 物 分 子 包 括 氨 基 酸 、 肽 和 蛋 白 質(zhì) ， 均可 以 和 金 屬 離 子 配 合 形 成 配 合 物 。 第 一 節(jié) 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用1. 氨 基 酸 和 金 屬 離 子 配 位 氨 基 酸 和 金 屬 離 子 配 位 時(shí) ， 一 方 面 利 用 分 子 中 的 -COO基 氧 原 子 和 金 屬 發(fā) 生 共 價(jià) 結(jié) 合 ， 另 一 方 面 是 由 -NH2基 中 的 氮原 子 提 供 孤 電 子 對(duì) 與 金 屬

4、離 子 形 成 配 鍵 。1.1 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 存 在 形 式 氨 基 酸 在 絲 氨 酸 ， 蘇 氨 酸 和 酪 氨 酸 中 的 -OH基 也 能 進(jìn) 行 配位 。 另 外 ， 組 氨 酸 的 咪 唑 基 ， 半 胱 氨 酸 的 SH基 以 及蛋 氨 酸 的 -C-S-C-(硫 醚 )基 都 是 重 要 的 配 位 基 團(tuán) 。 第 一 節(jié) 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用2. 肽 和 金 屬 離 子 配 位 肽 與 金 屬 離 子 配 位 時(shí) ， 一 般 以 肽 分 子 中 的 O或 N原 子 作 為配 位 原 子 。1.1 金 屬 離 子 在 生 命

5、 體 中 的 存 在 形 式 肽 與 多 肽 氨 基 酸 彼 此 以 肽 鍵 結(jié) 合 成 肽 鏈 ， 肽 鍵 是 由 一 個(gè) 氨 基 酸 的 氨基 與 另 一 個(gè) 氨 基 酸 的 羧 基 結(jié) 合 失 去 一 分 子 水 而 成 。 多 個(gè) 氨 基 酸 通 過(guò) 肽 鍵 首 尾 相 接 形 成 肽 鏈 ， 肽 鏈 中 的 氨 基 酸已 經(jīng) 不 再 是 原 來(lái) 的 完 整 的 分 子 ， 稱 為 氨 基 酸 殘 基 。 超 過(guò) 十 個(gè) 殘基 的 肽 稱 為 多 肽 。 第 一 節(jié) 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用3. 蛋 白 質(zhì) 和 金 屬 離 子 配 位 蛋 白 質(zhì) 與 金 屬 離

6、子 結(jié) 合 與 氨 基 酸 或 短 肽 鏈 有 所 不 同 。在 金 屬 蛋 白 質(zhì) 分 子 中 ， 兩 個(gè) 配 位 原 子 之 間 往 往 隔 著 數(shù) 目 很多 的 氨 基 酸 殘 基 。 起 配 位 作 用 的 氨 基 酸 殘 基 有 ： 半 胱 氨 酸 ，蛋 氨 酸 ， 酪 氨 酸 ， 谷 氨 酸 ， 天 冬 氨 酸 ， 賴 氨 酸 ， 精 氨 酸 和組 氨 酸 等 。1.1 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 存 在 形 式 蛋 白 質(zhì) 蛋 白 質(zhì) 由 氨 基 酸 構(gòu) 成 ， 由 一 條 或 多 條 肽 鏈 按 特 殊 方 式 組 合 成 蛋 白 質(zhì) 分 子 。 以 各 種 氨 基

7、 酸 按 一 定 順 序 排 列 構(gòu) 成 的 肽 鍵 骨 架 -蛋 白 質(zhì) 的 基 本結(jié) 構(gòu) 。 蛋 白 質(zhì) 的 相 對(duì) 分 子 量 可 高 達(dá) 106， 小 的 也 有 104以 上 。蛋 白 質(zhì) 的 一 級(jí) 結(jié) 構(gòu)在 蛋 白 質(zhì) 多 肽 鏈 中 ，一 個(gè) 肽 鍵 的 羰 基 氧 可 能和 另 一 個(gè) 肽 鍵 的 亞 胺 氫 形 成 氫 鍵 ： 通 過(guò) 氫 鍵 形 成 的 多 肽 鏈 的 空 間 排 布 ， 即 多 肽 鏈 主 干 的 構(gòu) 象 。二 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 一 般 有 兩 種 ： 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 和 折 皺 結(jié) 構(gòu)蛋 白 質(zhì) 的 二 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 折 皺 結(jié) 構(gòu) 蛋 白 質(zhì)

8、 三 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 蛋 白 質(zhì) 四 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 第 一 節(jié) 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用1.2 金 屬 生 物 分 子 的 分 類 及 功 能含 金 屬 離 子 的 生 物 分 子 （ 金 屬 生 物 分 子 ） 的 分 類 金 屬 蛋 白 ： 含 有 金 屬 離 子 的 蛋 白 質(zhì)金 屬 酶 ： 能 執(zhí) 行 催 化 功 能 的 金 屬 蛋 白金 屬 酶 之 外 的 其 它 金 屬 蛋 白 ：（ 大 致 可 分 為 四 大 類 ） 電 子 載 體 蛋 白 小 分 子 載 體 蛋 白 金 屬 貯 運(yùn) 蛋 白 金 屬 調(diào) 節(jié) 蛋 白 1. 電 子 載 體 蛋 白 電 子 載 體 蛋

9、 白 主 要 有 三 種 ： 含 鐵 血 紅 素 的 細(xì) 胞 色 素類 蛋 白 , 含 Fe-S簇 合 物 的 鐵 硫 類 蛋 白 和 含 Cu的 藍(lán) 銅 蛋 白 。 它 們 利 用 具 有 氧 化 還 原 性 的 金 屬 離 子 Cu2+/Cu+, Fe3+/Fe2+作為 生 物 體 中 電 子 接 受 的 載 體 蛋 白 中 心 , 成 為 生 物 體 中 電 子傳 遞 鏈 的 重 要 環(huán) 節(jié) 。 2. 小 分 子 載 體 蛋 白 小 分 子 載 體 蛋 白 主 要 包 括 O2, NO, CO等 小 分 子 的 結(jié) 合和 運(yùn) 載 蛋 白 。 其 中 氧 運(yùn) 載 蛋 白 有 血 紅 蛋 白

10、 -肌 紅 蛋 白 類 , 血 藍(lán) 蛋 白 和蚯 蚓 血 紅 蛋 白 三 類 , 血 紅 蛋 白 是 以 血 紅 素 為 輔 基 的 含 鐵 金屬 蛋 白 , 蚯 蚓 血 紅 蛋 白 是 含 雙 核 鐵 的 金 屬 蛋 白 , 血 藍(lán) 蛋 白是 含 銅 中 心 離 子 的 金 屬 蛋 白 。 3. 金 屬 貯 運(yùn) 蛋 白 金 屬 貯 運(yùn) 蛋 白 主 要 是 指 一 些 承 擔(dān) 生 命 必 須 元 素 在 體 內(nèi) 貯存 和 轉(zhuǎn) 運(yùn) 作 用 的 金 屬 蛋 白 ， 主 要 有 Fe, Zn, Cu蛋 白 。 如 鐵 蛋 白 是 鐵 的 貯 存 蛋 白 , 每 個(gè) 蛋 白 分 子 內(nèi) 腔 可 貯 存

11、4900個(gè) 無(wú) 機(jī) 鐵 離 子 , 以 避 免 過(guò) 量 鐵 離 子 對(duì) 其 它 生 物 分 子 的 毒害 作 用 , 而 當(dāng) 生 物 體 需 要 鐵 時(shí) , 又 可 從 中 取 出 , 由 運(yùn) 鐵 蛋 白 輸送 到 需 要 鐵 的 生 物 分 子 的 合 成 過(guò) 程 中 去 。 4.金 屬 調(diào) 節(jié) 蛋 白 金 屬 調(diào) 節(jié) 蛋 白 是 近 幾 十 年 來(lái) 發(fā) 現(xiàn) 的 具 有 重 要 生 物 功 能的 一 類 金 屬 蛋 白 。 生 物 體 中 某 些 蛋 白 質(zhì) 能 夠 在 金 屬 離 子 的調(diào) 制 下 生 成 具 有 各 種 特 定 蛋 白 質(zhì) 結(jié) 構(gòu) 的 金 屬 蛋 白 , 它 們 與 其它

12、 蛋 白 質(zhì) 或 核 酸 作 用 , 結(jié) 合 于 特 定 的 部 位 , 從 而 啟 動(dòng) 或 調(diào) 制一 系 列 后 續(xù) 的 生 物 化 學(xué) 反 應(yīng) , 或 者 控 制 和 調(diào) 節(jié) DNA和 RNA的 轉(zhuǎn) 錄 , 翻 譯 和 表 達(dá) 。 其 中 最 典 型 的 有 以 Ca調(diào) 蛋 白 為 代 表 的鈣 結(jié) 合 蛋 白 , 重 金 屬 蛋 白 和 近 年 來(lái) 發(fā) 現(xiàn) 的 各 種 鋅 指 類 蛋 白 。 5. 金 屬 酶 金 屬 酶 是 一 種 以 三 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 的 蛋 白 質(zhì) 大 分 子 為 配 體 的 金屬 配 合 物 , 它 具 有 獨(dú) 特 的 催 化 活 性 , 是 生 物 體 中 廣 泛

13、 存 在 的生 物 催 化 劑 。 生 物 體 中 各 種 復(fù) 雜 的 生 物 化 學(xué) 反 應(yīng) 能 在 溫 和 條 件 下 (室溫 , 常 壓 , 中 性 介 質(zhì) )下 迅 速 進(jìn) 行 , 根 本 原 因 在 于 生 物 體 中 存 在著 各 種 具 有 高 催 化 效 率 的 酶 。 它 的 催 化 效 率 比 一 般 普 通 的無(wú) 機(jī) 有 機(jī) 催 化 劑 高 7-13個(gè) 數(shù) 量 級(jí) , 例 : 1mol Fe 3+在 0C, 1秒 內(nèi) 可 以 催 化 分 解 10-5mol H2O2, 同 樣 條 件 下 , 1mol H2O2酶 可 催 化 分 解 105 mol H2O2。 酶 的 催

14、 化 作 用 具 有 高 度 專 一 性 , 即 一 種 酶 只 作 用 于 某 一類 或 某 一 種 特 定 的 物 質(zhì) (底 物 ), 在 現(xiàn) 已 知 的 2000多 種 酶 中 , 約有 1/3酶 在 行 使 其 催 化 活 性 時(shí) 需 要 金 屬 離 子 。 這 些 金 屬 離 子 或是 直 接 參 與 了 催 化 活 性 部 位 的 構(gòu) 成 , 或 是 它 的 存 在 有 利 于 底物 和 酶 的 結(jié) 合 , 或 是 通 過(guò) 穩(wěn) 定 的 酶 分 子 構(gòu) 象 起 到 調(diào) 控 活 性 的作 用 。 金 屬 離 子 與 酶 蛋 白 的 結(jié) 合 強(qiáng) 度 各 不 相 同 , 根 據(jù) 強(qiáng) 度 差

15、 異 , 可 分 為 金 屬 酶 和 金 屬 激 活 酶 。 金 屬 酶 一 般 含 有 化 學(xué) 計(jì) 量 的 金 屬 離 子 作 為 輔 因 子 , 它們 與 蛋 白 肽 鏈 之 間 的 結(jié) 合 相 當(dāng) 牢 固 , 通 常 金 屬 -酶 蛋 白 配 合物 的 結(jié) 合 常 數(shù) 達(dá) 到 107-108 mol-1 L。 金 屬 激 活 酶 雖 然 也 需 要 金 屬 離 子 的 參 與 才 能 表 現(xiàn) 出 活性 , 但 金 屬 離 子 與 酶 蛋 白 的 結(jié) 合 并 不 牢 固 。5a. 金 屬 酶 參 與 金 屬 酶 組 成 的 主 要 是 過(guò) 渡 金 屬 離 子 Fe, Zn, Cu, Mn,

16、 Co, Mo, Ni等 , 它 們 在 氧 化 還 原 酶 、 轉(zhuǎn) 移 酶 、 水 解 酶 、 聚 合酶 、 異 構(gòu) 酶 和 連 接 酶 六 大 類 酶 中 以 金 屬 酶 的 形 式 存 在 , 并發(fā) 揮 著 獨(dú) 特 的 作 用 。 a. Lewis酸 的 作 用 帶 正 電 荷 的 金 屬 離 子 通 過(guò) 吸 電 子 誘 導(dǎo) 效 應(yīng) 使 底 物 局 部顯 正 電 性 , 從 而 使 羧 基 或 水 分 子 易 于 對(duì) 底 物 進(jìn) 行 親 核 攻 擊 , 導(dǎo) 致 底 物 分 子 水 解 , 如 在 許 多 水 解 酶 (羧 肽 酶 , 碳 酸 酐 酶 )中Zn2+ 的 作 用 。b. 橋

17、聯(lián) 作 用 底 物 與 酶 蛋 白 同 時(shí) 結(jié) 合 在 金 屬 離 子 上 , 以 金 屬 離 子 為橋 梁 使 得 底 物 分 子 與 酶 分 子 更 易 接 近 , 甚 至 處 于 同 一 配 位球 體 內(nèi) , 便 于 各 種 酶 促 反 應(yīng) 的 進(jìn) 行 , 如 羧 肽 酶 中 Zn 2+起 底 物肽 鏈 的 錨 柱 作 用 , 在 它 的 橋 聯(lián) 作 用 下 , 才 開(kāi) 始 一 系 列 的 構(gòu)象 變 化 , 完 成 肽 鏈 上 端 氨 基 酸 的 水 解 反 應(yīng) . c. 模 板 作 用 金 屬 離 子 通 過(guò) 立 體 化 學(xué) 特 性 , 對(duì) 酶 或 底 物 的 空 間 構(gòu) 象 進(jìn) 行調(diào)

18、 整 , 促 使 酶 與 底 物 具 有 相 互 匹 配 的 構(gòu) 象 , 從 而 激 活 或 增 強(qiáng) 酶的 活 性 , 例 如 : 某 些 金 屬 離 子 對(duì) 以 磷 酸 吡 哆 醛 為 輔 因 子 的 酶 的活 性 的 增 強(qiáng) 作 用 , 就 是 這 種 模 板 效 應(yīng) 的 具 體 體 現(xiàn) 。d. 結(jié) 構(gòu) 固 定 作 用 金 屬 離 子 能 固 定 酶 蛋 白 的 特 定 幾 何 構(gòu) 象 , 以 便 于 某 一 特 定底 物 附 著 其 上 , 這 種 結(jié) 構(gòu) 固 定 作 用 在 肝 醇 脫 氫 酶 中 十 分 明 顯 。e. 電 子 傳 遞 作 用 在 許 多 氧 化 還 原 酶 中 ,

19、金 屬 離 子 通 過(guò) 氧 化 態(tài) 的 變 化 起 著 電 子 傳 遞 的 作 用 , 如 細(xì) 胞 色 素 酶 中 Fe2+/Fe3+中 心 和 超 氧 化 物 歧 化酶 中 Cu+/Cu2+ 中 心 等 。 5b. 金 屬 激 活 酶 在 生 物 體 的 眾 多 酶 中 , 有 一 種 需 要 由 金 屬 離 子 或 金 屬配 合 物 作 為 輔 因 子 激 活 其 生 物 活 性 , 以 實(shí) 現(xiàn) 其 催 化 底 物 的生 物 反 應(yīng) 的 功 能 , 這 一 類 酶 稱 為 金 屬 激 活 酶 。 輔 因 子 若 為 金 屬 離 子 , 金 屬 離 子 稱 為 激 活 劑 , 若 為 配 合

20、物 , 配 合 物 稱 為 輔 酶 。 在 金 屬 激 活 酶 中 , 金 屬 離 子 或 金 屬 配 合 物 與 蛋 白 質(zhì) 肽 鏈 結(jié)合 較 弱 , 金 屬 離 子 是 作 為 此 類 酶 的 輔 因 子 起 作 用 的 。 它 們 在 酶促 反 應(yīng) 中 可 以 穩(wěn) 定 底 物 的 構(gòu) 型 , 使 之 適 合 于 酶 蛋 白 的 結(jié) 合 ； 或使 底 物 的 構(gòu) 型 有 利 于 它 在 蛋 白 質(zhì) 上 的 取 向 和 反 應(yīng) ； 也 可 以 因其 結(jié) 合 , 改 變 蛋 白 質(zhì) 的 構(gòu) 象 ； 或 通 過(guò) 電 荷 作 用 , 改 變 蛋 白 質(zhì) 分子 的 電 荷 分 布 , 使 離 域 底

21、 物 與 其 它 分 子 結(jié) 合 。 第 一 節(jié) 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用1.3 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用 第 一 節(jié) 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用1. 宏 量 金 屬 元 素 Na+和 K+ Na+： 體 液 中 濃 度 最 大 和 交 換 最 快 的 陽(yáng) 離 子 血 漿 中 Na+濃 度 達(dá) 152 10-3 molL-1主 要 功 能 ： 調(diào) 節(jié) 滲 透 壓 ， 保 持 細(xì) 胞 中 最 適 水 位 ， 通 過(guò) 鈉 泵 作 用 將 葡 萄 糖 、 氨 基 酸 等 營(yíng) 養(yǎng) 物 質(zhì) 輸 入 細(xì) 胞 參 與 神 經(jīng) 信 息 的 傳 遞

22、 ； 保 持 血 液 和 腎 中 的 酸 堿 平 衡 。K+： 半 徑 比 Na+大 ， 電 荷 密 度 較 低 ， 擴(kuò) 散 通 過(guò) 脂 質(zhì) 蛋 白 細(xì) 胞 膜 時(shí) 幾 乎 與 水 一 樣 容 易 。 細(xì) 胞 液 中 含 K + 濃 度 為 154 10-3 molL-1主 要 功 能 ： 某 些 內(nèi) 部 酶 的 輔 基 ， 起 激 活 酶 的 作 用 。 葡 萄 糖 的 新 陳 代 謝 作 用 需 要 高 濃 度 的 K+, 用 核 糖 體 進(jìn) 行 蛋 白 質(zhì) 合 成 也 需 要 高 濃 度 的 K+ K+起 著 穩(wěn) 定 細(xì) 胞 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 的 作 用 。 Na+, K+在 細(xì) 胞 內(nèi)

23、外 分 布 不 均 勻細(xì) 胞 內(nèi) 部 ： K+： 154 10-3 molL-1, Na+： 10 10-3 molL-1細(xì) 胞 外 部 ： Na+： 152 10-3 molL-1， K+： 5 10-3 molL-1離 子 泵 的 機(jī) 制 離 子 泵 的 運(yùn) 行 機(jī) 理 ATP ：三 磷 酸 腺 苷Na+ 第 一 節(jié) 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用2. 宏 量 金 屬 元 素 Ca2+ Ca2+在 細(xì) 胞 內(nèi) 的 濃 度 : 10-5mol-1L-1 , 在 細(xì) 胞 外 的 濃 度 : 10-3molL-1 鈣 也 是 依 靠 金 屬 泵 機(jī) 制 維 持 這 種 濃 度 分

24、 布 的 ， 這 種 濃 度 分 布 可防 止 碳 酸 鹽 和 磷 酸 鹽 在 細(xì) 胞 內(nèi) 沉 淀 。 Ca2+的 主 要 生 物 功 能 ： (a) 穩(wěn) 定 蛋 白 質(zhì) 構(gòu) 象 ， 如 DNA酶 和 微 生 物 蛋 白 酶 中 的 Ca2+的 作 用 (b) 形 成 各 種 生 物 體 的 固 體 骨 架 物 質(zhì) ， 如 骨 骼 和 生 物 殼 體 , 大 部分 是 由 羥 基 磷 灰 石 Ca 10(PO4)6(OH)12組 成 的 (c) 促 進(jìn) 血 液 凝 固 和 調(diào) 節(jié) 心 律 (d) 引 發(fā) 某 些 生 理 活 動(dòng) 的 功 能 ， 肌 肉 收 縮 的 觸 發(fā) 器 ， 釋 放 激 素

25、 的 信 使 等 鈣 媒 介 蛋 白 與 Ca2 結(jié) 合 而 被 激 活羧 基 COO- 刺 激 Ca2+流 入 與 媒介 蛋 白 結(jié) 合 媒 介 蛋 白 激活 增 加酶 催 化 活 性細(xì) 胞 外 內(nèi)Ca2+受 刺 激 Mg2+是 一 種 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 的 穩(wěn) 定 劑 和 細(xì) 胞 內(nèi) 酶 的 輔 因 子 , 細(xì) 胞 內(nèi) 的 核苷 酸 以 Mg2+配 合 物 的 形 式 存 在 。Mg2+傾 向 于 與 磷 酸 根 結(jié) 合 , 所 以 Mg2+對(duì) 于 DNA復(fù) 制 和 蛋 白 質(zhì) 生 物 合 成 是 不 可 缺 少 的 。Mg2+在 光 合 作 用 中 具 有 重 要 功 能 。葉 綠 素 a

26、：Mg2+ 的 大 環(huán) 化 合 物 , 能 吸 收 可見(jiàn) 光 區(qū) 的 紅 光 和 藍(lán) 至 近 紫 外 光 , 為 光 合 作 用 提 供 能 量 。第 一 節(jié) 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用3. 宏 量 金 屬 元 素 Mg2+ Fe是 人 體 中 最 豐 富 的 過(guò) 渡 金 屬 元 素 ， 一 般 含 量 為 4 5g, 鐵在 人 體 中 的 分 布 和 功 能 是 多 樣 的 。第 一 節(jié) 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用4. 微 量 金 屬 元 素 Fe2+ (a) 血 紅 蛋 白 (H b)和 肌 紅 蛋 白 (Mb) 血 紅 蛋 白 (H emoglob

27、in H b)： 血 液 中 紅 細(xì) 胞 的 主 要 成 分 ， 在 成 熟 的 紅 細(xì) 胞 中 ， Hb占 濕重 的 32 ， 干 重 的 97 。 血 液 中 的 紅 色 即 是 由 紅 細(xì) 胞 中 的 Hb造 成 的 。主 要 功 能 ： 運(yùn) 輸 和 呼 吸 O2和 CO2， 人 體 肺 部 吸 入 的 O2約 有 98 是 由 紅 細(xì) 胞 中 的 Hb運(yùn) 送 到 全 身 的 組 織 中 去 ， 其 余 2 溶 解在 血 液 中 。肌 紅 蛋 白 (Myoglobin, Mb)：主 要 功 能 ： 肌 肉 中 的 載 氧 物 質(zhì) ， 貯 存 和 提 供 肌 肉 活 動(dòng) 所 需 要的 氧

28、， 在 氧 氣 分 壓 較 低 的 情 況 下 ， 它 與 氧 的 結(jié) 合 能 力 比 Hb強(qiáng) ，在 肌 肉 缺 氧 時(shí) ， 它 便 釋 放 O 2以 供 肌 肉 收 縮 的 需 要 ， 在 人 的 心肌 ， 鳥(niǎo) 的 飛 翔 肌 肉 中 ， Mb的 含 量 很 高 。 Hb和 Mb: 血 紅 素 (heme)為 活 性 中 心 的 金 屬 蛋 白血 紅 素 : Fe( )和 卟 啉 形 成 的 金 屬 卟 啉 配 合 物H b和 Mb的 結(jié) 構(gòu) 血 紅 素卟 啉 高 自 旋 亞 鐵 脫 氧 低 自 旋 正 鐵 氧 合 Fe-N 218pm Fe-N 201pm 血 紅 蛋 白 血 紅 素 以

29、Fe( )為 中 心 離 子 的 蛋 白 質(zhì) 配 合 物 。一 條 多 肽 鏈 和 一 個(gè) Fe( )-血 紅 素 基 團(tuán) 組 成 。 分 子 量 約 為 17000，肽 鏈 上 的 組 氨 酸 殘 基 的 咪 唑 側(cè) 鏈 和 血 紅 素 基 團(tuán) 中 的 Fe( )配 位 ，使 兩 者 連 接 在 一 起 。Mb的 結(jié) 構(gòu) 不 同 生 物 的 Mb蛋 白 的 氨 基酸 數(shù) 目 和 排 列 順 序 不 完 全相 同 。人 體 Mb含 152個(gè) 氨 基 酸 ，巨 頭 鯨 含 153個(gè) 氨 基 酸 , 但二 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 和 三 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 是 類似 的 ， 由 八 段 螺 旋 和 一些 非 螺 旋

30、松 散 肽 鏈 折 疊 纏繞 而 成 特 殊 的 空 間 構(gòu) 象 。 H b 的 結(jié) 構(gòu) 四 個(gè) Mb的 集 合 體 , 相 對(duì) 分 子 量 為 65000， 含 兩 種 亞 單 元 : 和 每 個(gè) 亞 單 元 含 有 一 條 多 肽 鏈和 一 個(gè) 血 紅 素 基 團(tuán) ，鏈 含 有 141個(gè) 氨 基 酸 ，鏈 含 有 146個(gè) 氨 基 酸 。亞 單 元 之 間 不 存 在 共 價(jià) 鍵 。和 亞 單 元 中 ：Fe( )是 中 心 離 子 ， 6個(gè) 配 位 基 ，4個(gè) 被 卟 啉 環(huán) 中 的 N原 子 所 占 據(jù) ，第 五 個(gè) 位 置 被 組 氨 酸 (his) 殘 基 的 咪 唑 側(cè) 鏈 的

31、N原 子 所 占 據(jù) 。 I. 保 護(hù) 血 紅 素 基 團(tuán) 中 Fe( )不 被 氧 化 到 Fe( )Hb和 Mb中 蛋 白 質(zhì) 鏈 的 功 能II. 保 證 肌 紅 蛋 白 和 血 紅 蛋 白 的 可 溶 性III. 降 低 血 紅 素 對(duì) CO的 親 和 力 血 紅 蛋 白 和 肌 紅 蛋 白 的 功 能 血 紅 蛋 白 ： 負(fù) 責(zé) 輸 送 ， 從 肺 部 攝 取 O2然 后 通 過(guò) 血 液 循 環(huán) 將 O2(Hb) 輸 送 到 各 組 織 中 去 ； 肌 紅 蛋 白 ： 負(fù) 責(zé) 貯 存 ， 從 血 紅 蛋 白 處 接 受 氧 氣 ， 和 肌 紅 蛋 白 結(jié)(Mb) 合 的 氧 氣 被

32、貯 存 ， 以 供 細(xì) 胞 呼 吸 所 用 。Hb載 輸 送 氧 氣 時(shí) ， 與 O2的 結(jié) 合 和 解 離 取 決 于 O2的 分 壓 2 2OPH bH bOK 氧 飽 和 度 ： 可 結(jié) 合 氧 的 最 高 摩 爾 數(shù)實(shí) 際 結(jié) 合 氧 的 摩 爾 數(shù)Y 2 22 2O O22 O OKH bP KPH bO Y H bO H b KH bP H b 1 KP Hb + O2 = HbO2肺 泡 中 氧 氣 分 壓 約 為 100mmHg, 高 于 靜 脈 血 的 氧 氣 分 壓 ， 血 紅 蛋白 可 從 肺 泡 中 攝 取 氧 ， 形 成 氧 合 血 紅 蛋 白 。細(xì) 胞 組 織 中

33、氧 分 壓 為 40mmHg, 又 低 于 動(dòng) 脈 血 氧 的 分 壓 ， 血 液 循 環(huán)所 帶 來(lái) 的 氧 可 以 釋 放 到 組 織 中 去 ， 起 輸 送 氧 氣 的 作 用 。 人 體 中 血 紅 蛋 白 和 肌 紅 蛋 白 的 氧 合 曲 線曲 線 上 部 較 平 坦 ：P(O2)從 100mmHg80mmHg時(shí) ,Y降低 0.02， 當(dāng) 人 從 平 原 進(jìn) 入 高 山 時(shí) ， 肺部 的 P(O2)變 化 較 大 ， 但 肺 部 血 液 中 Y變 化 較 小 ， 仍 然 保 持 著 人 體 組 織 中 O2的 供 應(yīng) 。曲 線 中 部 較 陡 ： 在 P(O2)變 化 不 大 情況

34、下 ， 也 能 保 證 血 液 流 經(jīng) 組 織 時(shí) ，釋 放 出 足 夠 的 氧 氣 以 供 組 織 需 要 。 血 紅 蛋 白 中 的 一 個(gè) 血 紅 素 與 O 2結(jié) 合 后 會(huì) 引 起 亞 單 元 構(gòu) 象 的微 妙 變 化 ， 有 利 于 其 它 三 個(gè) 血 紅 素 基 團(tuán) 與 O2的 結(jié) 合 ， 這 稱 為 亞基 間 的 合 作 效 應(yīng) 。 Y pH值 有 較 大 影 響 肌 紅 蛋 白 為 單 體 蛋 白 ,沒(méi) 有 合 作 效 應(yīng) ,氧 合 程 度 與 氧 分 壓 之 間 具 有 正 常 關(guān) 系 ， 氧 合 曲 線 呈 拋 物 線 形 。 Mb (b) 細(xì) 胞 色 素 ： 一 類 氧

35、 化 還 原 酶 ， 是 卟 啉 型 配 體 與 Fe配 位 的 一 組 血紅 素 蛋 白 ， Fe原 子 處 于 埋 藏 在 蛋 白 質(zhì) 分 子 內(nèi) 的 卟 啉 配 位環(huán) 境 中 ， 通 過(guò) 活 性 部 位 上 的 Fe( ) 和 Fe( )之 間 的 穿 梭變 化 而 起 作 用 。 細(xì) 胞 色 素 C 唯 一 可 溶 的 細(xì) 胞 色 素 ， 最 典 型 的 氧 化 還 原 蛋 白 酶 ， 在 呼 吸鏈 的 細(xì) 胞 色 素 還 原 酶 和 細(xì) 胞 色 素 氧 化 酶 之 間 傳 遞 電 子 。 散 發(fā) 于 心肌 的 多 發(fā)性 心 肌 壞死克 山 病 軟 骨 內(nèi) 化骨 障 礙 和大 骨 關(guān)

36、節(jié)畸 形大 骨 病第 一 節(jié) 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用5. 微 量 金 屬 元 素 Se 克 山 病 Keshan disease 心 臟 肉 眼 觀 察 心 臟 體 積 增 大 ， 甚 至 呈 球 形 心 壁 擴(kuò) 張 心 壁 可 見(jiàn) 許 多 彌 漫 分 布 、 大 小 不 等 的 土 黃 色 及 白 色 瘢 痕 ； 心 室 壁 附 壁 血 栓 形 成 。 患 克 山 病 而 半 身 癱 瘓 的 彝 族 兒 童 克 山 病 患 者 主 要 病 變 在 心 肌 ， 由 于 心肌 細(xì) 胞 受 損 ， 心 臟 收 縮 能 力 減 弱 ， 最 終導(dǎo) 致 心 力 衰 竭 而 死 亡

37、 。 其 機(jī) 理 是 缺 硒 后脂 質(zhì) 過(guò) 氧 化 物 酶 活 性 增 強(qiáng) 造 成 脂 質(zhì) 過(guò) 氧化 物 增 多 、 自 由 基 代 謝 紊 亂 ， 引 起 心 肌纖 維 壞 死 ， 心 肌 小 動(dòng) 脈 和 毛 細(xì) 血 管 損 傷 。而 含 硒 的 谷 胱 甘 肽 過(guò) 氧 化 物 酶 可 使 脂 質(zhì)過(guò) 氧 化 物 分 解 ， 從 而 保 護(hù) 了 心 肌 細(xì) 胞 膜的 完 整 。 不 同 人 群 硒 的 推 薦 攝 入 量 (RNI) g/d 年 齡 硒 年 齡 硒00.51471114 15 202025354550 1850孕 婦 早 期 中 期 晚 期乳 母 5050 50505065 成

38、 年 人 硒 的 UL為 40 g/d 含 硒 較 多 的 食 物谷 類 ： 豆 及 豆 制 品 類 ， 芝 麻 ， 麥 芽 等 肉 類 ： 瘦 肉 ， 海 鮮 （ 如 龍 蝦 ， 金 槍 魚(yú)等 ） ， 動(dòng) 物 內(nèi) 臟 （ 如 肝 ， 腎 等 ） 蔬 菜 及 其 他 ： 大 蒜 ， 蘑 菇 ， 海 帶 ， 紫菜 ， 木 耳 ， 堅(jiān) 果 ， 葵 花 籽 等 其 癥 狀 為 ： 胃 腸 障礙 、 腹 水 、 貧 血 、 毛 發(fā)脫 落 、 指 甲 及 皮 膚 變 形 、肝 臟 受 損 。 正 常 人 如 攝入 超 過(guò) 800g/d硒 有 產(chǎn) 生中 毒 的 危 險(xiǎn) 。硒 越 多 越 好 嗎 ？No!

39、多 硒 多 事 兒 ！ Zn 在 人 體 中 的 含 量 為 2 3g, 僅 次 于 鐵 ， 比 Cu高 6倍 ， 人 體中 的 Zn， 大 約 1/3 1/4儲(chǔ) 存 在 皮 膚 和 骨 骼 中 ， 血 液 中 的 鋅 ， 12-20 在 血 漿 ， 75-80 在 紅 細(xì) 胞 ， 3 在 白 細(xì) 胞 。 紅 細(xì) 胞 中 的 鋅主 要 在 碳 酸 酐 酶 中 。Zn2+的 主 要 生 物 功 能 ：(1) Zn2+易 與 PO43 結(jié) 合 ， 磷 酸 酯 被 堿 性 磷 酸 酯 酶 水 解 的 過(guò) 程與 Zn有 密 切 的 關(guān) 系 。(2) Zn2+可 以 促 進(jìn) 創(chuàng) 口 愈 合 ， 可 以

40、將 視 網(wǎng) 膜 固 定 在 脈 絡(luò) 膜 上 。(3) Zn還 在 遺 傳 學(xué) 上 ， 人 體 的 骨 骼 發(fā) 育 等 生 理 活 動(dòng) 中 起 重 要作 用 ， 侏 儒 癥 就 是 先 天 性 缺 鋅 的 結(jié) 果 。第 一 節(jié) 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用6. 微 量 金 屬 元 素 Zn2+ 銅 在 人 體 中 的 含 量 為 100 150mg, 主 要 作 用 是 進(jìn) 行 氧化 還 原 反 應(yīng) 。 銅 存 在 于 12種 酶 中 ， 如 血 藍(lán) 蛋 白 ， 超 氧 化 物 歧 化 酶 ，藍(lán) 銅 蛋 白 等 。第 一 節(jié) 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用7.

41、微 量 金 屬 元 素 Cu2+ (a) 血 藍(lán) 蛋 白 血 藍(lán) 蛋 白 在 某 些 動(dòng) 物 的 血 液 中 是 載 氧 體 ， 比 如 蝸 牛 , 章 魚(yú) ,螃 蟹 等 。 天 然 的 血 藍(lán) 蛋 白 分 子 量 約 7 8 106。 每 個(gè) 分 子 含 120個(gè) 亞 單 元 ， 有 著 特 征 的 深 藍(lán) 色 ， O2分 子 結(jié) 合 在 兩 個(gè) Cu+上 。 (b) 超 氧 化 物 歧 化 酶 （ SOD） 牛 超 氧 化 物 歧 化 酶 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 SOD 可 以 清 除 人 體 的 超 氧 負(fù) 離 子 自 由 基 , 被 譽(yù) 為 人 體中 的 清 道 夫 ， 具 有 防 御 氧

42、 的 毒 性 ， 抗 腐 蝕 損 傷 ， 延 緩 衰 老 ，防 治 腫 瘤 等 多 種 生 物 功 能 。 牛 超 氧 化 物 歧 化 酶 Cu與 Zn的 結(jié) 合 部 位 Cu2Zn2SOD活 性 部 位 的 喇 叭 筒 結(jié) 構(gòu) 喇 叭 筒 結(jié) 構(gòu) 可 使 SOD能 夠 高 效 率 地 清 除 氧自 由 基 血 漿 中 90 95 的 銅 結(jié) 合 在 銅 藍(lán) 蛋 白 中 ， 這 是 一 種 藍(lán) 色 的蛋 白 質(zhì) ， 分 子 量 為 151000， 每 個(gè) 分 子 中 含 有 8個(gè) 銅 原 子 ， 4個(gè) 為Cu( ), 四 個(gè) 為 Cu( )， 藍(lán) 色 來(lái) 源 于 Cu( )。 在 鐵 的 新

43、陳 代 謝 中 ， Fe( )氧 化 成 Fe( )需 要 銅 藍(lán) 蛋 白 的 催化 氧 化 ， 以 利 于 Fe( )和 蛋 白 質(zhì) 的 結(jié) 合 形 成 運(yùn) 鐵 蛋 白 ， 然 后 將鐵 疏 運(yùn) 到 骨 髓 合 成 血 紅 蛋 白 ， 銅 藍(lán) 蛋 白 還 能 在 肝 臟 中 將 Fe( )還 原 到 Fe( )， 用 于 合 成 血 紅 蛋 白 ， 可 見(jiàn) ， 沒(méi) 有 銅 ， 鐵 就 不 能傳 遞 ， 不 能 結(jié) 合 在 血 紅 素 中 ， 紅 細(xì) 胞 就 不 能 成 熟 ， 缺 銅 也 會(huì) 引起 貧 血 癥 。(c) 銅 藍(lán) 蛋 白 B12目 前 已 知 唯 一 含 Co的 生 物分 子

44、, 是 唯 一 含 金 屬 離 子 的 維 生 素 。人 體 中 Co的 含 量 為 2 5mg, 主 要 集中 在 肝 臟 中 。 B12 是 一 種 反 磁 性 的Co的 配 合 物 。在 B 12輔 酶 中 含 有 Co-C鍵 ， 這 是 在 生命 系 統(tǒng) 中 發(fā) 現(xiàn) 的 第 一 種 有 機(jī) 金 屬 化合 物 ， 在 自 然 界 中 是 罕 見(jiàn) 的 。 維 生 素 B12 ， B12輔 酶 第 一 節(jié) 金 屬 離 子 在 生 命 體 中 的 作 用8. 痕 量 金 屬 元 素 Co2+ B12和 B12輔 酶 可 參 與 多 種 重 要 的 新 陳 代 謝 ， 具 有 多 種 生 理 功

45、 能 ，如 參 與 蛋 白 質(zhì) 的 合 成 ， 葉 酸 的 儲(chǔ) 存 ， 以 及 硫 醇 酶 的 活 化 ， 其 主要 功 能 是 促 使 紅 細(xì) 胞 成 熟 ， 缺 少 B12， 血 液 中 會(huì) 出 現(xiàn) 一 種 沒(méi) 有 細(xì)胞 核 的 巨 紅 細(xì) 胞 ， 引 起 惡 性 貧 血 癥 。 第 二 節(jié) 金 屬 離 子 中 毒 和 解 毒2.1 金 屬 離 子 中 毒2.2 解 毒 方 法 及 原 理 第 二 節(jié) 金 屬 離 子 中 毒 和 解 毒2.1 金 屬 離 子 中 毒1. 金 屬 中 毒 的 原 因 (a) 封 閉 了 生 物 分 子 必 要 的 功 能 基 團(tuán) , 使 生 物 分 子 喪

46、失 正 常 功 能 例 ： 親 硫 的 Hg( ), Pb( ), Cd( )容 易 和 蛋 白 質(zhì) 分 子 中 的 Cys(半 胱 氨 酸 )殘 基 的 巰 基 (-SH)結(jié) 合 , 而 后 者 處 于 很 多 酶 的 活 性 部 位 ; (b) 置 換 了 生 物 分 子 中 必 需 的 金 屬 離 子 例 ： Be( )能 置 換 Mg( ) 進(jìn) 入 激 酶 , 但 Be( )不 能 使 這 些 酶 具 有 生 物 活 性 ; (c) 改 變 了 大 生 物 分 子 的 活 性 構(gòu) 象 , 生 物 大 分 子 的 功 能 發(fā) 揮 取 決 于 其 特 定 的 構(gòu) 象 , 而 不 適 當(dāng) 的

47、 金 屬 離 子 可 能 改 變 甚 至 破 壞 這 種 構(gòu) 象 。 2. 汞 中 毒 汞 具 有 較 高 的 蒸 氣 壓 , 汞 蒸 氣 能 被 肺 吸 收 , 溶 解 于 血 液 中 , 然 后 進(jìn) 入 大 腦 , 對(duì) 中 樞 神 經(jīng) 造 成 不 可 逆 轉(zhuǎn) 的 傷 害 。 汞 和 汞 的 化 合 物 在 某 些 厭 氧 細(xì) 菌 的 作 用 下 , 轉(zhuǎn) 變 為(CH3)2Hg和 CH3Hg+, 在 魚(yú) 類 和 哺 乳 動(dòng) 物 體 內(nèi) 發(fā) 現(xiàn) 的 汞 化 合 物 多為 CH3HgX。 RHgCl能 和 細(xì) 胞 膜 作 用 , 改 變 細(xì) 胞 膜 的 通 透 性 , 破 壞 血 紅 細(xì)胞 。

48、汞 對(duì) 蛋 白 質(zhì) 和 酶 的 作 用 , 是 由 于 它 和 蛋 白 質(zhì) 中 的 半 胱 氨 酸殘 基 的 巰 基 結(jié) 合 , 堵 塞 了 酶 的 -SH基 團(tuán) , 抑 制 了 SH-酶 的 活 性 . 汞中 毒 的 病 癥 是 顫 抖 , 呆 滯 , 運(yùn) 動(dòng) 失 調(diào) , 嚴(yán) 重 時(shí) 死 亡 。 最 嚴(yán) 重 的 汞 中 毒 病 例 發(fā) 生 在 日 本 的 水 俁 , 被 稱 作 ” 水 俁 病” , 是 因 為 當(dāng) 地 的 漁 民 吃 了 含 CH 3HgCl的 魚(yú) , 患 上 了 這 種 病 。 3. 鎘 中 毒 鎘 中 毒 主 要 來(lái) 自 鎘 金 屬 和 Cd( ) 鹽 以 及 它 的

49、螯 合 物 , Cd( )的 毒 性 作 用 可 能 是 因 為 Cd( )和 Zn( ) 性 質(zhì) 相 似 , 可 以在 許 多 含 鋅 酶 中 取 代 鋅 , 從 而 抑 制 了 含 鋅 酶 的 活 性 . 如 ： 堿 性 磷 酸 酯 酶 , 醇 脫 氫 酶 , 碳 酸 酐 酶 等 含 鋅 酶 都 可 以 因 為 鎘的 取 代 而 失 去 活 性 . Cd( )可 以 強(qiáng) 烈 地 與 蛋 白 質(zhì) 半 胱 氨 酸 殘 基 的 -SH結(jié) 合 , 抑 制 -SH-酶 的 活 性 。由 于 Cd 2+半 徑 與 Ca2+ 半 徑 大 小 相 近 , 能 取 代 骨 骼 中 的 Ca2+而 引起 骨

50、痛 病 ， 但 是 飲 食 的 性 質(zhì) 可 以 影 響 鎘 的 吸 收 , 當(dāng) 飲 食 中 鈣 的含 量 低 時(shí) , 在 肝 和 腎 中 積 累 的 鎘 含 量 比 鈣 含 量 高 50%,鈣 含 量 高時(shí) , 鎘 吸 收 少 ， 說(shuō) 明 鎘 的 代 謝 和 鈣 的 代 謝 之 間 存 在 某 種 聯(lián) 系 。 4. 鉛 中 毒 Pb和 Hg( ) , Cd( )相 似 , 會(huì) 抑 制 -SH酶 的 活 性 , 鉛 中 毒 的典 型 癥 狀 是 貧 血 。 這 是 由 于 卟 啉 的 代 謝 過(guò) 程 出 現(xiàn) 混 亂 造 成 的 。 鉛 實(shí) 際 上 影 響 到 血 紅 素 合 成 的 各 個(gè) 階

51、段 , 常 影 響 到 鐵 嵌 入 卟啉 環(huán) 的 過(guò) 程 。 工 業(yè) 中 有 機(jī) 鉛 是 一 個(gè) 重 要 的 鉛 來(lái) 源 , 如 汽 油 中 的 抗 爆 劑Et4Pb, 在 體 內(nèi) 會(huì) 分 解 為 無(wú) 機(jī) Pb( ), Pb( )不 僅 影 響 卟 啉 的 代謝 過(guò) 程 , 而 且 還 會(huì) 在 神 經(jīng) 組 織 中 積 累 起 來(lái) , 傷 害 腦 和 神 經(jīng) , 尤其 影 響 兒 童 的 智 力 發(fā) 展 。 5. 鈹 中 毒 鈹 已 經(jīng) 成 為 一 個(gè) 環(huán) 境 污 染 的 嚴(yán) 重 問(wèn) 題 , 鈹 的 毒 性 機(jī) 制就 是 由 于 鈹 能 夠 和 Mg( )競(jìng) 爭(zhēng) , 而 且 由 于 它 具 有

52、更 大 的 電荷 /半 徑 比 值 , 它 的 結(jié) 合 能 力 強(qiáng) 于 Mg( )。 有 好 幾 種 酶 的活 性 可 被 Be( )抑 制 , 而 且 這 種 抑 制 一 旦 產(chǎn) 生 , 使 用 Mg( )置 換 也 難 于 失 其 再 生 , Be( )也 破 壞 DNA的 合 成 , Be( )特 別 容 易 在 細(xì) 胞 核 內(nèi) 積 累 , 抑 制 核 分 裂 能 力 。 硒 是 有 益 身 體 健 康 的 , 因 為 它 能 阻 止 過(guò) 氧 化 氫 的 氧 化 作 用 , 但是 過(guò) 量 的 硒 會(huì) 引 起 器 官 畸 變 . 如 在 飲 食 中 每 克 食 物 中 的 硒 含 量 若

53、大 于 5g, 會(huì) 引 起 肝 壞 死 和肌 肉 營(yíng) 養(yǎng) 不 良 癥 。家 畜 吃 了 富 硒 的 飼 料 會(huì) 患 家 畜 暈 倒 癥 (急 性 硒 中 毒 ). 但 是 , 如果 每 克 食 物 中 的 硒 含 量 為 3g的 日 常 劑 量 卻 又 可 以 促 進(jìn) 羊 的 生長(zhǎng) 。 金 槍 魚(yú) 體 內(nèi) 的 汞 含 量 很 高 , 但 觀 察 不 到 金 槍 魚(yú) 有 任 何 中 毒 現(xiàn)象 , 同 時(shí) 發(fā) 現(xiàn) 金 槍 魚(yú) 體 內(nèi) 的 硒 含 量 也 非 常 高 , 而 且 當(dāng) 動(dòng) 物 食 用金 槍 魚(yú) 肉 時(shí) , 可 以 緩 解 汞 中 毒 , 這 說(shuō) 明 硒 的 存 在 可 以 抑 制 汞

54、的毒 害 作 用 .6. 硒 中 毒 7. 鋁 中 毒 鋁 的 毒 性 主 要 來(lái) 自 它 的 高 Z/r值 , 因 此 它 與 硬 的 氧 配 體 (磷 酸 鹽 )能 形 成 比 Ca2+, Mg2+離 子 更 穩(wěn) 定 的 配 合 物 , 如 果 讓 Al3+穿 透 生 物細(xì) 胞 , 它 將 是 一 個(gè) 很 強(qiáng) 的 毒 素 . 因 為 它 干 擾 磷 酸 根 離 子 正 常 的 生理 功 能 . 在 生 理 pH條 件 下 , 幾 乎 所 有 溶 解 的 Al3+ 都 是 以 Al(OH)4- 形 式存 在 , 作 為 一 個(gè) 帶 負(fù) 電 荷 的 物 種 , 不 容 易 穿 透 生 物 膜

55、, 也 不 象 Al3+ 那 樣 結(jié) 合 磷 酸 根 離 子 . 因 此 , Al3+ 通 常 不 穿 透 人 體 的 關(guān) 鍵 性 器 官如 大 腦 的 細(xì) 胞 。 如 果 消 化 系 統(tǒng) 和 排 泄 系 統(tǒng) 的 正 常 保 護(hù) 機(jī) 制 遭 到 破 壞 , 則 會(huì) 造成 Al 3+ 離 子 可 能 在 體 內(nèi) 蓄 積 , 使 骨 骼 敗 壞 (骨 骼 軟 化 癥 )和 大 腦 受損 (導(dǎo) 致 癡 呆 癥 )。 硅 酸 鹽 在 生 理 pH條 件 下 , 生 成 可 溶 性 的 鋁 硅酸 鹽 而 促 進(jìn) Al的 排 泄 。 鋁 在 人 體 中 的 吸 收 部 位 與 鈣 相 同 , 主 要 位

56、于 小 腸 的 上 部 , 其 吸收 可 能 與 Ca2+競(jìng) 爭(zhēng) 可 溶 性 蛋 白 有 關(guān) , 從 而 干 擾 Ca, P 的 代 謝 , 鋁 的毒 性 主 要 表 現(xiàn) 在 對(duì) 神 經(jīng) , 骨 骼 和 細(xì) 胞 遺 傳 三 個(gè) 方 面 的 毒 害 。 第 二 節(jié) 金 屬 離 子 中 毒 和 解 毒2.2 解 毒 方 法 及 原 理1. 細(xì) 菌 解 毒 的 幾 種 機(jī) 制 細(xì) 菌 發(fā) 展 了 對(duì) 有 害 離 子 (如 Cd2+, Pb2+, Ag+, 汞 及 砷 化物 )的 抵 御 能 力 , 包 括 用 跨 膜 離 子 泵 將 這 些 離 子 運(yùn) 出 細(xì) 胞 , 將 它 們 氧 化 和 還 原

57、 成 較 大 揮 發(fā) 性 或 較 小 毒 性 的 物 種 , 或 者利 用 簡(jiǎn) 單 配 體 , 蛋 白 質(zhì) 及 細(xì) 胞 膜 將 這 些 離 子 結(jié) 合 或 螯 合 除去 等 。 (a) 與 外 膜 的 結(jié) 合 作 用 (b) 通 過(guò) 化 學(xué) 還 原 或 甲 基 化 作 用 形 成 易 揮 發(fā) 物 種(c) 被 配 體 或 蛋 白 質(zhì) 結(jié) 合 (d) 用 離 子 通 道 運(yùn) 出 細(xì) 胞 外細(xì) 菌 清 除 重 金 屬 的 幾 種 機(jī) 制 酵 母 , 真 菌 , 高 等 植 物 以 及 動(dòng) 物 體 內(nèi) 都 含 用 來(lái) 結(jié) 合 重 金 屬 的金 屬 硫 蛋 白 (MT), 它 們 是 富 含 半 胱

58、氨 酸 的 小 分 子 蛋 白 , 它 是 參 與銅 , 鋅 體 內(nèi) 平 衡 的 重 要 蛋 白 質(zhì) , 對(duì) 于 其 它 非 必 需 金 屬 來(lái) 說(shuō) , MT的作 用 是 解 毒 , MT對(duì) 金 屬 吸 收 的 順 序 是 ： Zn( ) Pb( ) Cd( ) Cu( ), Ag( ), Hg( ), Bi( ) MT同 時(shí) 在 體 內(nèi) 還 起 到 協(xié) 調(diào) 鋅 銅 含 量 的 穩(wěn) 態(tài) 調(diào) 控 的 作 用 。 研究 表 明 , MT是 在 體 內(nèi) 過(guò) 量 金 屬 離 子 的 誘 導(dǎo) 下 合 成 的 , 實(shí) 驗(yàn) 發(fā) 現(xiàn) , 如 果 動(dòng) 物 飼 料 中 Cd2+, Cu2+, Zn2+的 量 增

59、加 , 則 動(dòng) 物 肝 , 腎 等 器 官 中合 成 的 MT的 量 也 會(huì) 增 加 。 如 果 事 先 給 動(dòng) 物 注 射 小 劑 量 的 有 害 金 屬 Pb2+, 然 后 再 注 射 大量 Pb 2+, 則 不 會(huì) 發(fā) 生 中 毒 現(xiàn) 象 , 而 一 次 性 地 注 射 大 量 Pb2+, 則 引 起動(dòng) 物 中 毒 。 原 因 是 在 少 量 Pb2+ 誘 導(dǎo) 下 , 動(dòng) 物 體 內(nèi) 合 成 了 一 定 量地 MT, 起 到 了 預(yù) 防 的 作 用 , 增 強(qiáng) 了 肌 體 抵 御 重 金 屬 離 子 毒 性 的機(jī) 能 。 MT所 提 供 的 生 物 體 的 自 身 解 毒 作 用 及 某

60、 些 元 素 對(duì) 金 屬 毒 性的 抗 據(jù) 作 用 是 有 限 的 。 2. 金 屬 硫 蛋 白 (MT)的 解 毒 機(jī) 理 3. 解 毒 劑 的 解 毒 原 理 利 用 配 位 能 力 更 強(qiáng) 的 配 體 將 有 害 金 屬 離 子 從 其 結(jié) 合 部 位 奪取 下 來(lái) , 形 成 更 穩(wěn) 定 的 而 且 對(duì) 生 物 體 無(wú) 害 的 配 合 物 , 并 且 能 夠 迅速 排 出 體 外 。 同 時(shí) , 一 個(gè) 有 效 的 解 毒 劑 還 應(yīng) 滿 足 藥 理 學(xué) 要 求 , 如較 好 的 水 溶 性 , 能 抗 代 謝 降 解 , 容 易 通 過(guò) 細(xì) 胞 膜 , 與 有 毒 金 屬 生 成的

61、配 合 物 容 易 排 出 體 外 等 。 常 見(jiàn) 的 幾 種 重 要 的 金 屬 中 毒 解 毒 劑 ： Lewis氣 (Cl-CH=CH-AsCl2)是一 種 氣 體 有 機(jī) 砷 化 合 物 , 能 引 起 人 的肺 及 皮 膚 發(fā) 生 潰 爛 , 在 第 二 次 世 界 大戰(zhàn) 中 被 納 粹 用 作 化 學(xué) 武 器 , BAL可以 有 效 地 解 除 其 毒 性 , 此 外 , BAL還可 以 解 除 Hg, Au, Tl, Al中 毒 , 但 對(duì) Pb的 效 果 較 差 , BAL有 較 好 的 水 溶 性 和脂 溶 性 , 但 選 擇 性 較 差 。(a) 2,3-二 巰 基 丙 醇

62、 (BAL, 不 列 巔 抗 Lewis毒 氣 劑 ) (b) 二 巰 基 丁 二 酸 鈉 與 BAL相 似 , 二 巰 基 丁 二 酸 鈉也 能 與 體 內(nèi) 蛋 白 質(zhì) 和 酶 分 子 上 的巰 基 競(jìng) 爭(zhēng) 奪 取 重 金 屬 離 子 , 從 而 發(fā)揮 解 毒 作 用 , 它 對(duì) 酒 石 酸 銻 鉀 的 解毒 效 力 是 BAL的 10倍 , 而 毒 性 僅 為BAL的 3.5%, 臨 床 上 用 于 治 療 Sb, Pb, Hg, As 的 中 毒 和 預(yù) 防 Cd, Co和Ni中 毒 。 D-青 酶 胺 是 青 霉 素 水 解 生 成 的 水 溶 性 物 質(zhì) , 其 結(jié) 構(gòu) 是 在 半胱

63、 氨 酸 上 附 加 兩 個(gè) 甲 基 , D-青 酶 胺 和 N-乙 酰 -D-青 酶 胺 分 子 中也 含 有 形 成 螯 合 物 的 供 體 S, N, O, 能 牢 固 地 螯 合 Cu2+, Cr3+, Au+, Pb2+, Hg2+等 重 金 屬 離 子 , 形 成 穩(wěn) 定 而 可 溶 性 的 配 合 物 , 由尿 排 出 。 青 酶 胺 能 排 除 人 體 中 過(guò) 量 的 銅 , 是 治 療 Wilson病 的 有效 藥 物 。(c) D-青 酶 胺 和 N-乙 酰 -D-青 酶 胺 能 和 Be2+形 成 穩(wěn) 定 的 配 合 物 , 是 治 療 鈹 中 毒 的 有效 解 毒 劑

64、, 水 楊 酰 胺 (SAM)也 具 有 同 樣 的 作 用 。(d) 金 精 三 羧 酸 (ATA) (e) 氨 羧 螯 合 劑 以 EDTA為 代 表 的 氨 羧 螯 合 劑 是 成 員 最 多 的 解 毒 劑 系列 , 包 括 有 乙 二 胺 四 乙 酸 (EDTA), 環(huán) 己 烷 二 胺 四 乙 酸(CDTA), 二 乙 三 胺 五 乙 酸 (DTPA), 三 乙 四 胺 六 乙 酸 (TTHA), 雙 乙 氨 基 硫 醚 四 乙 酸 (BADS)等 , 均 用 于 治 療 重 金 屬 中 毒 , 氨羧 螯 合 劑 因 對(duì) 多 種 金 屬 離 子 具 有 強(qiáng) 的 螯 合 能 力 而 著

65、 稱 , 但 這同 時(shí) 也 帶 來(lái) 了 副 作 用 , 長(zhǎng) 期 使 用 會(huì) 導(dǎo) 致 人 體 內(nèi) 必 須 的 金 屬 離子 的 正 常 濃 度 的 下 降 , 影 響 諸 多 金 屬 酶 的 活 性 , 引 起 嚴(yán) 重 的后 果 。 第 三 節(jié) 無(wú) 機(jī) 材 料 仿 生 合 成3.1 仿 生 合 成 的 發(fā) 展 及 定 義3.2 仿 生 合 成 的 技 術(shù) 原 理3.3 仿 生 合 成 示 例 3.1 仿 生 合 成 的 發(fā) 展 及 定 義l 仿 生 合 成 的 發(fā) 展 及 現(xiàn) 狀l 仿 生 合 成 的 定 義l 仿 生 合 成 材 料第 三 節(jié) 無(wú) 機(jī) 材 料 仿 生 合 成 3.1.1 仿 生

66、 合 成 的 發(fā) 展 及 現(xiàn) 狀3.1 仿 生 合 成 的 發(fā) 展 及 定 義l 早 在 幾 百 萬(wàn) 年 前 ,自 然 界 就 已 經(jīng) 形 成 了 結(jié) 構(gòu) 高 度 有 序 的無(wú) 機(jī) -有 機(jī) 復(fù) 合 材 料 ,例 如 牙 床 、 骨 骼 、 貝 殼 等 。l 20世 紀(jì) 中 期 ， 仿 生 合 成 的 概 念 才 被 提 出 。l 在 當(dāng) 代 ， 隨 著 研 究 的 深 入 ,仿 生 合 成 的 概 念 被 應(yīng) 用 于 更 多 的 領(lǐng) 域 ,仿 生 合 成 在 開(kāi) 辟 合 成 新 型 材 料 的 途 徑 方 面 的前 景 不 可 限 量 。第 三 節(jié) 無(wú) 機(jī) 材 料 仿 生 合 成 3.1.2 仿 生 合 成 的 定 義3.1 仿 生 合 成 的 發(fā) 展 及 定 義仿 生 合 成 (biomimetic synthesis)也 稱 ： 有 機(jī) 模 板 法 (organic template approach) 模 板 合 成 (template synthesis) 將 生 物 礦 化 的 機(jī) 理 引 入 無(wú) 機(jī) 材 料 合 成 ， 以 有 機(jī) 物的 組 裝 體 為 模 板 ， 去 控