生物无机化学绪论

1、关于生物无机化学绪论第一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月主要内容1 生物无机化学概述2 与生物无机研究有关的配位化学原理3 重要的生物配体及其金属配合物4 氧载体5 生物氧化还原反应中的金属蛋白和金属酶6 固氮作用及其化学模拟7 光合作用及其化学模拟8 催化水解反应的金属酶9 生物体内金属离子的选择、摄取和调控第二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月一、概论生物学有机化学、 N、生命的基本物质: 蛋白质、糖、 脂肪、核酸第三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月无机元素Na、K、Ca、Mg、ClNa：电荷载体，渗透压平衡K：电荷载体，渗透压平衡Mg：结构，水解酶，异构酶Ca

2、：结构，触发剂，电荷携带第四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月高等动物必需微量元素的发现历史 元素年代元素年代铁（Fe）17世纪铬（Cr）1959碘（I）1850锡（Sn）1970铜（Cu）1928钒（V）1971锰（Mn）1931氟（F）1971锌（Zn）1934硅（Si）1972钴（Co）1935镍（Ni）1974钼（Mo）1953砷（As）1975硒（Se）1957第五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月20世纪70年代成为独立学科生物学无机化学生物无机化学Bioinorganic ChemistryJournal of Inorganic Biochemistry 第六张

3、，PPT共五十五页，创作于2022年6月研究对象：无机元素在体内的存在形式、结构、性质与生物活性之间的关系。研究手段：配合物化学、超分子化学 生物无机化学在分子水平上研究生物体内与无机元素有关的各种相互作用，侧重从生物学的角度研究无机元素及化合物对生物体的生理和病理作用。通过创造在不同程度再现生命现象的模拟体系，加深对生命过程的认识。 第七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月生物无机化学研究的范围固有元素Steady State 金属蛋白 微量元素固有元素non-Steady State 过量，缺乏 基因疾病外来金属元素 毒性，污染 微量元素外来金属元素 药物 成像剂 放射性同位素金属元

4、素第八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月研究方法生物无机化学物理和结构化学作用机理溶液化学溶液作用方式合成化学模型化合物 依据无机化学的原理和方法，特别是配位化学的原理来研究第九张，PPT共五十五页，创作于2022年6月二、生命体中的元素Beneficial 10Essential 18Harmful 5第十张，PPT共五十五页，创作于2022年6月生命必需元素 (essential elements)维持生命所必需的元素存在于正常的组织中在各种物种中保持一定的浓度范围若从机体排出将引起生理和结构的变态,重新引入，上述变态消除。H C O N P S Cl I Na K Ca Mg M

5、n Fe Co Cu Zn Mo第十一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月有益元素 beneficial elements The life can merely be maintained, but not healthy. 没有这些“有益元素”生命尚可维持，但并不能认为是健康的。B F Si Se V Sr Sn Cr Ni W第十二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月有害元素 harmful elements At a certain level, these elements can result in poisoning.Pathological changes in p

6、hysiology and morphology, can be observed.一定浓度之下，会引起中毒反应，可觉察到生理上或形态上的病变，甚至导致细胞坏死。Cd Hg Pb As Be第十三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月体重70kg的人体中元素的平均含量元素含量/g人1元素含量/g人1H6580Cl115C12590Fe6N1815Zn12O43550Mn1P680Mo1S100Co1Na70Cu1K250Ni1Mg42I1Ca1700第十四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月O, C, H, N, P, +S, Ca, Na,K, Cl, MgFe, Zn, Cu,

7、V, Cr.Bulk Elements： 11种，它们构成人体总重量的99.95%。其中主族元素是蛋白质、糖、核酸等生命物质的基本材料。Trace Elements： 它们在生物体内的含量小于0.05%，但却起着重要的作用。第十五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月含金属的生物分子蛋白质、酶和肽核酸与金属的配合物低分子量金属配合物第十六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月不同的金属离子与蛋白结合蛋白质及肽酶水解酶羧肽酶(Zn)氨肽酶(Mg, Zn)磷酸脂酶(Mg, Zn, Cu)氧还酶氧化酶(Fe, Cu, Mo)羟化酶(Fe, Cu)超氧化物歧化酶(Cu, Zn, Mn)异构酶及

8、合成酶的辅酶维生素B12辅酶(Co)调节蛋白和调节肽钙调蛋白(Ca)人血浆促生长因子(Cu)锌指蛋白(Zn)运送及储存蛋白电子载体细胞色素(Fe)铁硫蛋白(Fe)蓝铜蛋白(Cu)金属储存及运送蛋白和结构蛋白铁蛋白(Fe)运铁蛋白(Fe)金属硫蛋白(Cu,Zn, Hg, Cd.)胶原蛋白(Ca)载氧蛋白血红蛋白(Fe)肌红蛋白(Fe)血蓝蛋白(Cu)血钒蛋白(V)碳酸酐酶第十七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月核酸及类似物核苷酸及环核苷酸ATP-金属离子(物质传递)核 酸RNA-金属离子(传递遗传信息)金属离子与核酸作用金属离子会使DNA熔点升高。金属离子和DNA 的磷酸结合，使带负电的

9、磷酸基之间的排斥作用减弱，稳定双螺旋结构。第十八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月金属离子与生物小分子作用生物小分子 光敏氧化物质叶绿素(Mg)无机硬组织骨及软骨(Ca, P, Si)离子载体缬氨霉素(K+) 离子霉素 (Ca2+) 第十九张，PPT共五十五页，创作于2022年6月生命必需无机元素在生物体中的主要生理功能催化作用 已知众多的酶中，大约1/3涉及金属元素 结构作用 稳定大分子结构、维持蛋白质特定构象 调控作用 碱金属和碱土金属离子在生物体内调控 作用；且离子流可通过细胞膜和各种界 面传递信息输运作用 某些含金属元素的生物大分子是电子、 双氧的载体 第二十张，PPT共五十五

10、页，创作于2022年6月Bertrand定则-最适宜浓度定律每一种元素，在生物体内都有一个安全的最佳浓度范围。元素浓度超过一定界限后，不管是哪种元素都是潜在的有害元素。第二十一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月体内元素浓度生物效应关系图元素浓度有益生物效应 缺乏 适合 中毒 死亡第二十二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月微量生命必需元素含量异常对哺乳动物的影响元素不足的影响过量的影响Zn侏儒病，发育不全，皮炎贫血症Ca畸形骨骼，手足抽筋动脉粥样硬化，胆结石Fe贫血症扩尿症，铁尘Mg惊厥麻木Cu贫血症，头发卷曲或褪色黄疸，威尔逊氏病症Co贫血症心力衰竭，红细胞增加V血性胆固醇降低

11、生长减弱第二十三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月有毒元素过量对哺乳动物的影响元素过量的影响Be吸入引起肺癌Hg脑炎，神经炎Sb心脏病Pb贫血症，脑损伤，肾癌Cd高血压第二十四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月有毒元素元素浓度有益生物效应可耐受 中毒 死亡第二十五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月国际生物无机化学会议（ICBIC）简介 ICBIC 1970年 美国 无机化学与模型研究方法ICBIC0 1976年 英国 无机化学和生物交叉地带发展ICBIC1 1983年 意大利 ICBIC2 1985年 葡萄牙ICBIC3 1987年 荷兰ICBIC4 1989年 美国I

12、CBIC5 1991年 英国 金属识别、储存、输送和组装ICBIC6 1993年 美国 固氮酶的分子结构以及自然界 N2转变为NH3的功能及其机理ICBIC7 1995年 德国 金属离子对基因调节影响International-Conference-on-Biological-Inorganic-Chemistry第二十六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月ICBIC8 1997年 日本 丙烯腈水合酶合成丙烯酰胺ICBIC9 1999年 美国 ICBIC10 2001年 意大利 中枢神经系统的生物无机化学ICBIC11 2003年 澳大利亚 金属离子在细胞的交通图， 以及许 多交通干线的

13、划分 和金属离子的走向ICBIC12 2005年 美国ICBIC13 2007年 奥地利ICBIC14 2009年 日本ICBIC15 2011 Vancouver, CanadaICBIC16 2013 Grenoble, FranceICBIC17 2015.07 Beijing, China第二十七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月国际应用生物无机化学学术讨论会（ISABC）简介 ISABC1 1990年 武汉 金属药物和抗癌药ISABC2 1992年 广州 生物矿化和生物材料ISABC3 1994年 澳大利亚 利用生物电子转移 设计制作生物传感器ISABC4 1997年 南非

14、环境生物无机化学ISABC5 1999年 希腊 地中海贫血International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry 第二十八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月ISABC6 2001年 英国ISABC7 2003年 墨西哥ISABC8 2004年 香港 小分子修饰使蛋白 酶功能改变和关闭ISABC9 2006年 阿根廷 ISABC10 2009年 匈牙利ISABC11 2011年 西班牙 巴塞罗那ISABC12 2013年 中国 广州ISABC13 2015年 爱尔兰 Galway第二十九张，PPT共五十五页，创作于2022年6月

15、王夔计亮年倪嘉缵 生物无机化学家，中科院院士第三十张，PPT共五十五页，创作于2022年6月血红蛋白(Hemoglobin)的结构第三十一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月结合氧的部位血红素辅基第5个部位来自蛋白的第93位His血红素中Fe的配位第三十二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月第三十三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月肌红蛋白(Myoglobin)的结构第三十四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月带有咪唑基的游离血红素与CO结合肌红蛋白与CO形成的复合物氧合肌红蛋白CO对Fe的亲和力远远高于氧！第三十五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月叶绿素第三

16、十六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月在自然界中，维生素B12常以辅酶的形式存在，是最主要的辅酶之一。VB12对维持肌体正常生长以及红细胞的产生都是极其重要的。第三十七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 鉴于生物无机化学正处于向前发展的阶段，并迅速向各方面渗透，对其研究内容，目前只能作一大致概括 。主要有：生物无机化学研究的内容 第三十八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月(1). 金属离子及其化合物与生物大分子的相互作用与核酸、核苷酸的相互作用 金属离子对DNA构象的影响；金属离子特别是金属配合物对不同构型DNA选择性的结合。第三十九张，PPT共五十五页，创作于2022

17、年6月(2).金属蛋白和金属酶化学结构与功能的研究（a）金属离子的成键位置（b）活性中心周围微环境（c） 蛋白链在保证金属离子正常工作的贡献（d） 蛋白链与底物的结合方式第四十张，PPT共五十五页，创作于2022年6月(3). 电子传递反应生命过程的核心是能量传递，而能量传递的中心过程是电子传递。生物体内电子传递与化学反应中的电子传递有着重要的区别；研究生物介质的中长程电子传递是生物无机化学的一个重要方向。 第四十一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月(4). 生物矿化自然界中，无论是细菌、微生物，还是植物、动物，都可以在体内形成矿物，称为生物矿物材料（骨、牙、软骨、软体动物外骨骼、蛋壳

18、等）。它们是矿物与基质构成的复合材料，其高度的装配有序性、特殊的理化性质、可控的动态性质和特殊的生物功能都引起人们的关注。研究生物矿化这一生物无机化学基本反应，有望在医学和新材料的应用方面取得突破。第四十二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月(5).金属离子与细胞相互作用的研究是金属摄入、转运、分布以及它们的生物效应的化学基础；是解释生物效应的分子机理的必需。细胞复杂的反应体系：组分、多物种、多反应、反应物定位。事实上，生物化学所研究的所有生物分子都只存在于细胞内。第四十三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月硒：地方性疾病克山病心脏损伤性疾病大骨节病慢性对称性畸形骨关节病(6). 探讨常见的疾病的发病与某些金属元素与非金属元素之间的关系，研究调节和控制这些元素来防止病变的发生。第四十四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月第四十五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月一些在药用上有较大价值的元素钒： 第四十六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月(7).合成新药 合成抗癌药物，抗艾滋病药物，研究其抗病机理；合成人造血液（输氧及机理）；合成解毒剂，用于清除重金属中毒；合成某些络合剂（药）去除有害细菌生存的某些金属元素。第四十七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月第四十八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月(8). 离子载体（