《高等无机化学》课件

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1、第8章生物无机化学掌握生物无机化学基本概念掌握金属蛋白的分类及其作用掌握仿生合成基本概念及原理了解金属中毒的原因及解毒机理了解金属离子在生命体中的作用了解生物固氮的意义及方法目标&要求引言生物无机化学生命体的无机化学。研究生物体内的金属元素和其它无机元素在生物体内的形态、结构特征、特性和功能,从分子水平上研究它们与生物分子相互作用的科学。一、金属离子在生命体中的作用二、金属离子中毒和解毒三、无机材料仿生合成四、生物固氮第一节金属离子在生命体中的作用1.1金属离子在生命体中的存在形式1.2金属生物分子的分类及功能1.3金属离子在

2、生命体中的作用第一节金属离子在生命体中的作用1.1金属离子在生命体中的存在形式金属离子在生命体中通常不以游离态存在，而是与生物分子配合形成金属配合物。生命体中的生物分子包括氨基酸、肽和蛋白质，均可以和金属离子配合形成配合物。第一节金属离子在生命体中的作用1.氨基酸和金属离子配位氨基酸和金属离子配位时，一方面利用分子中的-COO－基氧原子和金属发生共价结合，另一方面是由-NH2基中的氮原子提供孤电子对与金属离子形成配键。1.1金属离子在生命体中的存在形式丙氨酸氨基酸在丝氨酸，苏氨酸和酪氨酸中的-OH基也能进行配位。另外，组氨酸的

3、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团。第一节金属离子在生命体中的作用2.肽和金属离子配位肽与金属离子配位时，一般以肽分子中的O或N原子作为配位原子。1.1金属离子在生命体中的存在形式肽与多肽氨基酸彼此以肽键结合成肽链，肽键是由一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基结合失去一分子水而成。多个氨基酸通过肽键首尾相接形成肽链，肽链中的氨基酸已经不再是原来的完整的分子，称为氨基酸残基。超过十个残基的肽称为多肽。第一节金属离子在生命体中的作用3.蛋白质和金属离子配位蛋白质与金属离子结合与氨基酸或

4、短肽链有所不同。在金属蛋白质分子中，两个配位原子之间往往隔着数目很多的氨基酸残基。起配位作用的氨基酸残基有：半胱氨酸，蛋氨酸，酪氨酸，谷氨酸，天冬氨酸，赖氨酸，精氨酸和组氨酸等。1.1金属离子在生命体中的存在形式蛋白质蛋白质由氨基酸构成，由一条或多条肽链按特殊方式组合成蛋白质分子。以各种氨基酸按一定顺序排列构成的肽键骨架---蛋白质的基本结构。蛋白质的相对分子量可高达106，小的也有104以上。蛋白质的一级结构在蛋白质多肽链中，一个肽键的羰基氧可能和另一个肽键的亚胺氢形成氢键：通过氢键形成的多肽链的空间排布，即多肽链主干的构象

5、。二级结构一般有两种：α－螺旋结构和γ－折皱结构蛋白质的二级结构α－螺旋结构γ－折皱结构蛋白质三级结构蛋白质四级结构第一节金属离子在生命体中的作用1.2金属生物分子的分类及功能含金属离子的生物分子（金属生物分子）的分类金属蛋白其他金属蛋白金属蛋白：含有金属离子的蛋白质金属酶：能执行催化功能的金属蛋白金属酶之外的其它金属蛋白：（大致可分为四大类）电子载体蛋白小分子载体蛋白金属贮运蛋白金属调节蛋白1.电子载体蛋白电子载体蛋白主要有三种：含铁血红素的细胞色素类蛋白,含Fe-S簇合物的铁硫类蛋白和含Cu的蓝铜蛋白。它们利用具有氧化还原

6、性的金属离子Cu2+/Cu+,Fe3+/Fe2+作为生物体中电子接受的载体蛋白中心,成为生物体中电子传递链的重要环节。2.小分子载体蛋白小分子载体蛋白主要包括O2,NO,CO等小分子的结合和运载蛋白。其中氧运载蛋白有血红蛋白-肌红蛋白类,血蓝蛋白和蚯蚓血红蛋白三类,血红蛋白是以血红素为辅基的含铁金属蛋白,蚯蚓血红蛋白是含双核铁的金属蛋白,血蓝蛋白是含铜中心离子的金属蛋白。3.金属贮运蛋白金属贮运蛋白主要是指一些承担生命必须元素在体内贮存和转运作用的金属蛋白，主要有Fe,Zn,Cu蛋白。如铁蛋白是铁的贮存蛋白,每个蛋白分子内腔可

7、贮存4900个无机铁离子,以避免过量铁离子对其它生物分子的毒害作用,而当生物体需要铁时,又可从中取出,由运铁蛋白输送到需要铁的生物分子的合成过程中去。4.金属调节蛋白金属调节蛋白是近几十年来发现的具有重要生物功能的一类金属蛋白。生物体中某些蛋白质能够在金属离子的调制下生成具有各种特定蛋白质结构的金属蛋白,它们与其它蛋白质或核酸作用,结合于特定的部位,从而启动或调制一系列后续的生物化学反应,或者控制和调节DNA和RNA的转录,翻译和表达。其中最典型的有以Ca调蛋白为代表的钙结合蛋白,重金属蛋白和近年来发现的各种锌指类蛋白。5.金

8、属酶金属酶是一种以三级结构的蛋白质大分子为配体的金属配合物,它具有独特的催化活性,是生物体中广泛存在的生物催化剂。生物体中各种复杂的生物化学反应能在温和条件下(室温,常压,中性介质)下迅速进行,根本原因在于生物体中存在着各种具有高催化效率的酶。它的催化效率比一般普通的无机有机