中级无机化学12.ppt

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1、第11章无机元素的生物学效应生物分子细胞生物元素无机元素的生物学效应11.1生物分子一个活的机体必须具有信息传递、生殖、新陈代谢、调节和适应环境等功能。从化学角度上看，这些功能无非是生物分子之间有组织的化学反应的表现，无机元素的生物学效应大多是通过与生物分子的相互作用而发生的。在大多数情况下，金属元素在生物体内不以自由离子形式存在，而是与配体形成生物分子金属配位化合物。因此，在本质上金属元素与生物分子的作用都属于配位化学范畴。那些存在于生物体内、具有生物功能并与金属配位的配位体称为生物配体。生物配体大体可分为三类：(1)简单阴离

2、子如F－、Cl－、Br－、I－、OH－、SO42－、HCO3－和HPO42－等；(2)小分子物质如水、氢气、氨、卟啉、咕啉、核苷酸和氨基酸等；(3)大分子物质如蛋白质、多糖和核酸等。11.1.1氨基酸、多肽和蛋白质蛋白质是是由L型的α－氨基酸通过肽键－CONH－组合而成。蛋白质可降解为较小的肽，肽进一步水解成为氨基酸。在氨基酸分子HOOC－CH－R中，侧链R可以是羟基、巯NH2基、苯环、烃基和杂环等。正是具有不同特征侧链的氨基酸的不同排列顺序，才形成了各种各样的具有不同生物功能的蛋白质。一个氨基酸的α－羧基与另一氨基酸的α－氨基

3、通过脱水缩合形成而使两个氨基酸连接起来：R2由两个氨基酸形成的化合物称为二肽，由多个氨基酸形成的化合物的叫多肽。蛋白质就是由成百上千个氨基酸通过肽键连接起来的多肽链。多肽链中相当于氨基酸的单元结构称为氨基酸残基。一个氨基酸至少有两种可电离的基团——氨基和羧基。它们通常形成两性离子。在多肽和蛋白质分子中，除相邻氨基酸残基之间所形成的肽键之外，还有末端－NH3＋基和－COO－基及侧链基团。这些基团都有能键合金属离子的活性。这是金属离子通过蛋白分子发挥自身生物学效应的基础之一。R2由于蛋白质在几乎所有的生物过程中都起着极其重要的作用，

4、因此研究蛋白质的结构与功能的关系是从分子水平上去认识生命现象的一个重要方面。从氨基酸到肽，体现了从量变到质变的飞跃，从简单的多肽到蛋白质又是一个飞跃。蛋白质已不是一种简单的有机化合物。蛋白质的分子量可高达l06，小的也在104以上。蛋白质结构十分复杂，除氨基酸组成序列这种一级结构之外，还有更高级的二级、三级以及四级结构。11.1.2酶酶是一类特殊的具有专一催化活性的蛋白质。通常按其所作用的底物的名称来命名，所谓底物是指与酶作用的化合物。如催化H2O2分解的酶称为过氧化氢酶。与人工催化剂相比，酶的催化效率高，具有高度的专一性，反应

5、条件温和。不同细胞内的酶系统不同，而且不同的酶系统又有不同的生物控制系统，从而保证了生物体内的反应在规定部位按规定程序和规定程度进行，确保生命活动的高度有序性。酶分为两类：单纯蛋白酶；结合蛋白酶。前者只含蛋白质；后者由酶蛋白和辅基(或辅酶)两部分所组成。酶蛋白指的是酶分子中的蛋白质部分；辅基或辅酶是酶中的非蛋白质部分，它们可以是一些小分子的有机物或金属离子，如维生素B12、血红素、Zn2＋等。辅基与酶蛋白结合牢固，不易分离；而辅酶与酶蛋白结合疏松，用透析的方法就可使其分离。一酶的分类在已发现的3000多种酶中，有1/4至1/3需

6、要金属离子参与才能充分发挥它们的催化功能。按照酶对金属亲合力的大小，可以将这些酶划分为金属酶和金属激活酶。金属酶中的酶蛋白与金属离子结合得比较牢固且金属离子处于酶的活性中心。金属激活酶与金属离子的结合不如金属酶牢固，且金属离子不在酶的活性中心处。在提取分离过程中，金属酶一般不会发生金属离子的解离丢失现象，而金属激活酶则常要发生金属离子的解离。金属离子丢失会导致酶活性消失，不过在加入适当金属离子后，酶的活性一般可以重新获得。金属离子在活化各种酶时的功能大致可以归结为：(1)固定酶蛋白的几何构型，以保证只有特定结构的底物才可与之结合

7、；(2)通过与底物和酶蛋白形成混合配合物而使底物与酶蛋白相互靠近，从而有助于酶蛋白发生作用；(3)在反应中作为电子传递体，使底物被氧化或被还原。二酶的作用机理学说1锁钥学说锁钥学说认为酶与底物的关系如同锁和钥匙的关系一样。酶分子像一把锁，而底物像一把钥匙。当酶和底物的空间构像正好能相互完全弥合时，才能像钥匙将锁打开一样，产生相互作用。这种比喻一方面说明了酶催化的专一性，另一方面也说明了酶与其作用的底物之间的复杂空间关系。2诱导契合学说诱导契合学说认为，酶的结合部位(活性中心)的空间构像和底物的空间构像，在它们结合以前，并不是互相

8、弥合得很好。但它们一旦以一个结合点结合后，会引起其他结合点的空间位置发生变化，使它们能与底物的对应部分充分结合。即酶在与底物的结合的过程中经过了一个诱导——空间构像改变——契合这样一个连续的过程。锁钥学说与诱导契合学说的本质区别在于:锁钥学说认为酶的构像是始终不