生物无机化学

生物无机化学Bioinorganicchemistry田金磊化学楼北楼[e-mail]1.计亮年，莫庭焕；生物无机化学导论，中山大学出版社。2.杨频，高飞；生物无机化学原理，科学出版社。3.Lippard，席振峰（译）；生物无机化学原理，北京大学出版社。4.郭子建，孙为银；生物无机化学，科学出版社。WhatisBioinorganicChemistry?Bioinorganicchemistryconstitutesthedisciplineattheinterfaceofthemoreclassicalareasofinorganicchemistryandbiology.Bioinorganicchemistryhastwomajorcomponents:thestudyofnaturallyoccurringinorganicelementsinbiologyandtheintroductionofmetalsintobiologicalsystemsasprobesanddrugs.BioinorganicChemistryorInorganicBiochemistry？生物化学家、医学家研究无机生物化学和无机化学家研究生物无机化学的角度有些差异。前者研究金属离子及其化合物对生物体的生理和病理作用。后者研究金属离子及其化合物与生物体系的相互作用。J.Inorg.Biochem.(IF=3.287)J.Bio.Inorg.Chem.(IF=3.317)Scientificjournals，第一章概述及相关基础知识一、生物无机化学发展史二、生物无机化学的研究内容三、生命元素四、生命配体一、生物无机化学发展史上世纪五十年代，肯德鲁和佩鲁茨解析了肌红蛋白和血红蛋白的结构，两者分享1962年的诺贝尔化学奖。Kendrew,JohnCowderyMaxFerdinandPerutz1970年，在美国Virginia州举行了国际生物无机化学讨论会，仅19篇报告，并由R.F.Gould汇编“生物无机化学”。1971年，D.R.Willams出版专著《生命金属》“TheMetalofLife”。1971年，美国著名化学家G.N.Schrazer主编的杂志BioinorganicChemistry创刊，1979年更名为JournalofInorganicBioChemistry。1973年，H.Sigel等主编丛书MetalionsinBiologicalSystems,系统收集金属离子在生物体中的结构和功能数据。1977年，G.N.Schrazer发起成立了国际生物无机化学协会.1983年起，由I.Bertini，H.B.Gray，B.Ｇ．MalmstromandH.Sigel组成生物无机化学国际会议组织委员会,决定每两年召开一次会议.1995年，C.D.Garner和I.Betini再次发起成立国际生物无机化学学会(TheSocietyofBiologicalInorganicChemistry，简称SBIC)，并于1996年出版会刊“JournalofBiologicalInorganicChemistry”。2003年，美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，分别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。PeterAgreRoderickMacKinnon诺贝尔奖生物无机化学发展的推动力蛋白质和其他生物分子高分辨结构的迅速测定。用于结构及动力学测定的高效光谱仪器的应用。生物工程在创造新的生物相关结构中的广泛应用，如基因定点突变技术等。国际生物无机化学会议（ICBIC）InternationalConferenceonBiologicalInorganicChemistryICBIC-11983年意大利ICBIC-21985年葡萄牙ICBIC-31987年荷兰ICBIC-41989年美国ICBIC-51991年英国金属识别、储存、输送和组装ICBIC-61993年美国固氮酶的结构及催化及其机理ICBIC-71995年德国金属离子对基因调节影响ICBIC-81997年日本丙烯腈水合酶合成丙烯酰胺ICBIC-91999年美国ICBICLOGOICBIC-102001年意大利中枢神经系统的生物无机化学ICBIC-112003年澳大利亚金属离子在细胞的交通图ICBIC-122005年美国ICBIC-132007年奥地利ICBIC-142009年日本ICBIC-152011年加拿大ICBIC-162013年法国ICBIC-172015年中国国际生物无机化学会议（ICBIC）ICBICLOGOBioenergeticsSmallMoleculesActivationTrafficandStorageofMetalIonsMetalloproteinsBiogenesisofMetalloproteinsMolecularDesignofMetalloproteinsMetal-DNA/RNAInteractionMetalIonsinDrugDesign,Neuroscience,andDiseaseBioorganometallicChemistryBionanomaterialsNewTrendsinBioinorganicChemistry国际应用生物无机化学学术讨论会（ISABC）InternationalSymposiumonAppliedBioinorganicChemistryISABC-11990年武汉ISABC-21992年广州ISABC-31994年澳大利亚ISABC-41997年南非ISABC-51999年希腊ISABC-62001年英国ISABC-72003年墨西哥ISABC-82004年香港ISABC-92006年阿根廷ISABC-102009年匈牙利ISABC-112011年西班牙亚洲生物无机化学学术会议（AsBic）TheAsianBiologicalInorganicChemistryConference全国生物无机化学学术会(CBIC)第十一届会议议题(2011年,保定,河北大学)无机物与生物大分子的相互作用无机药物化学及其作用机理金属蛋白与金属酶、细胞生物无机化学生物矿化与仿生无机材料纳米材料与生物效应金属和小分子探针稀土生物无机化学环境生物无机化学生物无机化学研究中新方法、新技术生物无机化学理论或应用相关的其它研究王夔计亮年倪嘉缵生物无机化学家，中科院院士二、生物无机化学的研究内容金属酶和金属蛋白的结构和功能金属离子及其配合物与生物大分子的相互作用生物矿化电子传递反应金属离子和细胞的相互作用离子载体探针和金属药物金属酶和模拟酶的应用金属酶和金属蛋白的结构和功能（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金属离子及其配合物与生物大分子的相互作用共价结合非共价结合生物矿化（biomineralization）生物矿物材料（骨头、牙齿、蛋壳等）是由矿物与基质构成的复合材料，具有高度的装配有序性，又特殊的理化性质、可控的动态性质和特殊的生物功能。定义：有机物质在微生物作用下分解，释放能量，转化为简单无机物质的过程。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。金属离子和细胞的相互作用细胞是生命活动的基本单位；金属及其化合物与细胞的相互作用是其表现的生物效应得化学基础；如化合物与细胞相互作用时，细胞化学组成、结构、功能方面的变化和无机物结构变化机理；化合物和自由基对细胞增殖、分化和凋亡过程中的作用位点、干预方式、作用机理与化合物性质的关系；cellularbioinorganicchemistry离子载体,ionophore可有选择地结合专一离子，并携带其穿过不透性膜的脂溶性小分子。探针和金属药物用一些其他的金属元素替代生物无机化合物中的原有金属元素，从而用各种波谱方法来研究和确定体系的结构和作用。例如，用半径与锌相近的钴离子作探针，代替羧肽酶中的锌，从而根据含钴酶的光谱推断羧肽酶中锌的配位环境。用锰离子做探针，根据含锰羧肽酶的核磁共振谱确定了羧肽酶中锌和一水分子或羟基相连。金属酶和模拟酶的应用研究金属酶的结构与功能合成它们的模拟物，以推动它们在生产中的应用。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。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三、生命元素→生物体的必须元素存在于正常组织之中。→在各物体中有一定的浓度范围。→如果从机体排除这种元素将会引起特殊的生物化学变化，重新引入这种元素，上述变态将可以消失。→至少有26种生物体的必须元素。占人体总重量低于0.01％的元素人体中的元素常量元素微量元素C、H、O、N、P、S、Cl、Na、Mg、K和Ca等11种，约占体重的99.25％。Rb、As、B、Ti、Al、Ba、Nb和Zr等8种。Bi、Sb、Be、Cd、Hg和Sb等6种。必需微量元素非必需微量元素有毒微量元素占人体总重量高于0.01％的元素铁、锌、铜、铬、锰、硒、镍、钴、氟、碘、钼、钒、锡、硅、溴等15种。BiologicalfunctionofselectedmetalionsMetalFunctionSodiumChargecarrier;osmoticbalancePotassiumChargecarrier;osmoticbalanceMagnesiumStructure;hydrolase;isomeraseCalciumStructure;trigger;chargecarrierVanadiumNitrogenfixation;oxidaseChromiumUnknown,possibleinvolvementinglucosetoleranceMolybdenumNitrogenfixation;oxidase;oxotransferManganesePhotosynthesis;oxidase;structureIronOxidase;dioxygentransportandstorage;electrontransfer;nitrogenfixation;CobaltOxidase;alkylgrouptransferNickelHydrogenase;hydrolaseCopperOxidase;dioxygentransfer;electrontransfer;ZincStructure;hydrolaseNon-essentialbutvaluableelementsAfewelementshavebecomeofmarkedclinicalvalue.ClinicalvalueofsomeelementsValueElementPsychotropicdrugformanic-depressiveillness（狂躁抑郁类精神类药物）LiDiagnosticimaging（诊断成像）Tc-99mMagneticresonanceimagingenhancementGdCytotoxicdrugPtAntiarthriticdrug（治疗风湿病类药物）Au最适营养浓度定律浓度，明显地影响着它对生物体是“必需”、“有益”还是“有害”。法国科学家G.Bertrand在研究锰对植物生长的影响后，提出了一个最适营养定律：植物缺少某种必需元素时不能成活，当该元素适量时就能茁壮成长，但过量时又转为有害。表1.常见微量元素对人体健康的影响元素主要功能缺乏症过量症Fe参与多种新