關于生物無機化學緒論第一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二主要內容1生物無機化學概述2與生物無機研究有關的配位化學原理3重要的生物配體及其金屬配合物4氧載體5生物氧化還原反應中的金屬蛋白和金屬酶6固氮作用及其化學模擬7光合作用及其化學模擬8催化水解反應的金屬酶9生物體內金屬離子的選擇、攝取和調控第二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二一、概論生物學有機化學Ｈ、Ｃ、Ｏ

N、Ｐ、Ｓ生命的基本物質:

蛋白質、糖、脂肪、核酸第三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二無機元素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：結構，水解酶，異構酶Ca：結構，觸發(fā)劑，電荷攜帶第四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二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第五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二20世紀70年代成為獨立學科生物學無機化學生物無機化學BioinorganicChemistryJournalofInorganicBiochemistry

第六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二研究對象：無機元素在體內的存在形式、結構、性質與生物活性之間的關系。研究手段：配合物化學、超分子化學

生物無機化學在分子水平上研究生物體內與無機元素有關的各種相互作用，側重從生物學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識。

第七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二生物無機化學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素第八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二研究方法生物無機化學物理和結構化學作用機理溶液化學溶液作用方式合成化學模型化合物

依據(jù)無機化學的原理和方法，特別是配位化學的原理來研究第九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二二、生命體中的元素Beneficial10Essential18Harmful5第十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二生命必需元素(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體排出將引起生理和結構的變態(tài),重新引入，上述變態(tài)消除。HCONPSClI

NaKCaMgMnFeCoCuZnMo第十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二有益元素beneficialelementsThelifecanmerelybemaintained,butnothealthy.

沒有這些“有益元素”生命尚可維持，但并不能認為是健康的。BFSiSeV

SrSnCrNiW第十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二有害元素harmfulelementsAtacertainlevel,theseelementscanresultinpoisoning.Pathologicalchangesinphysiologyandmorphology,canbeobserved.一定濃度之下，會引起中毒反應，可覺察到生理上或形態(tài)上的病變，甚至導致細胞壞死。CdHgPbAsBe第十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二體重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第十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二O,C,H,N,P,+S,Ca,Na,K,Cl,MgFe,Zn,Cu,V,Cr…..BulkElements：

11種，它們構成人體總重量的99.95%。其中主族元素是蛋白質、糖、核酸等生命物質的基本材料。TraceElements：

它們在生物體內的含量小于0.05%，但卻起著重要的作用。第十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二含金屬的生物分子蛋白質、酶和肽核酸與金屬的配合物低分子量金屬配合物第十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二不同的金屬離子與蛋白結合蛋白質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)異構酶及合成酶的輔酶維生素B12輔酶(Co)調節(jié)蛋白和調節(jié)肽鈣調蛋白(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胞色素(Fe)鐵硫蛋白(Fe)藍銅蛋白(Cu)金屬儲存及運送蛋白和結構蛋白鐵蛋白(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)血藍蛋白(Cu)血釩蛋白(V)碳酸酐酶第十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二核酸及類似物核苷酸及環(huán)核苷酸ATP-金屬離子(物質傳遞)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的磷酸結合，使帶負電的磷酸基之間的排斥作用減弱，穩(wěn)定雙螺旋結構。第十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二金屬離子與生物小分子作用生物小分子

光敏氧化物質葉綠素(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+)第十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二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

結構作用

穩(wěn)定大分子結構、維持蛋白質特定構象

調控作用

堿金屬和堿土金屬離子在生物體內調控作用；且離子流可通過細胞膜和各種界面?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

第二十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二Bertrand定則--最適宜濃度定律每一種元素，在生物體內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。第二十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二體內元素濃度－生物效應關系圖元素濃度有益生物效應

缺乏

適合

中毒死亡第二十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二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，紅細胞增加V血性膽固醇降低生長減弱第二十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二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高血壓第二十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二有毒元素元素濃度有益生物效應可耐受中毒死亡第二十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二國際生物無機化學會議（ICBIC）簡介

ICBIC―1970年美國無機化學與模型研究方法ICBIC―01976年英國無機化學和生物交叉地帶發(fā)展ICBIC―11983年意大利ICBIC―21985年葡萄牙ICBIC―31987年荷蘭ICBIC―41989年美國ICBIC―51991年英國金屬識別、儲存、輸送和組裝ICBIC―61993年美國固氮酶的分子結構以及自然界

N2轉變?yōu)镹H3的功能及其機理ICBIC―71995年德國金屬離子對基因調節(jié)影響International-Conference-on-Biological-Inorganic-Chemistry第二十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二ICBIC―81997年日本丙烯腈水合酶合成丙烯酰胺ICBIC―91999年美國ICBIC―102001年意大利中樞神經(jīng)系統(tǒng)的生物無機化學ICBIC―112003年澳大利亞金屬離子在細胞的交通圖，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第二十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二國際應用生物無機化學學術討論會（ISABC）簡介

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移設計制作生物傳感器ISABC―41997年南非環(huán)境生物無機化學ISABC―51999年希臘地中海貧血InternationalSymposiumonAppliedBioinorganicChemistry第二十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二ISABC―62001年英國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

中國廣州ISABC―132015年

愛爾蘭Galway第二十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二王夔計亮年倪嘉纘

生物無機化學家，中科院院士第三十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二血紅蛋白(Hemoglobin)的結構第三十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二結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的配位第三十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二第三十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二肌紅蛋白(Myoglobin)的結構第三十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二帶有咪唑基的游離血紅素與CO結合肌紅蛋白與CO形成的復合物氧合肌紅蛋白CO對Fe的親和力遠遠高于氧！第三十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二葉綠素第三十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二在自然界中，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胞的產生都是極其重要的。第三十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二

鑒于生物無機化學正處于向前發(fā)展的階段，并迅速向各方面滲透，對其研究內容，目前只能作一大致概括。主要有：生物無機化學研究的內容

第三十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二(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構象的影響；金屬離子特別是金屬配合物對不同構型DNA選擇性的結合。第三十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二(2).金屬蛋白和金屬酶化學結構與功能的研究（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（d）蛋白鏈與底物的結合方式第四十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二(3).電子傳遞反應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。生物體內電子傳遞與化學反應中的電子傳遞有著重要的區(qū)別；研究生物介質的中長程電子傳遞是生物無機化學的一個重要方向。第四十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二(4).生物礦化自然界中，無論是細菌、微生物，還是植物、動物，都可以在體內形成礦物，稱為生物礦物材料（骨、牙、軟骨、軟體動物外骨骼、蛋殼等）。它們是礦物與基質構成的復合材料，其高度的裝配有序性、特殊的理化性質、可控的動態(tài)性質和特殊的生物功能都引起人們的關注。研究生物礦化這一生物無機化學基本反應，有望在醫(yī)學和新材料的應用方面取得突破。第四十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二(5).金屬離子與細胞相互作用的研究是金屬攝入、轉運、分布以及它們的生物效應的化學基礎；是解釋生物效應的分子機理的必需。細胞——復雜的反應體系：組分、多物種、多反應、反應物定位。事實上，生物化學所研究的所有生物分子都只存在于細胞內。第四十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二硒：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系，研究調節(jié)和控制這些元素來防止病變的發(fā)生。第四十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二第四十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二一些在藥用上有較大價值的元素釩：

第四十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二(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，