（皮革化学与工程专业论文）黄酮类有机金属配合物及其生物构效和协同作用的研究.pdf

黄酮类有机金属配合物及其生物构效和协同作用的研究皮革化学与工程专业博士生李方指导教师张新申微量金属元素与活性有机分子作用形成配位化合物，这在药用植物中是一种客观存在的现象。然而，有机分子可能以什么样的基团或构型与金属元素配位络合：形成的配合物其构一效关系如何；配体与金属离子之间、配合物之间显示了怎样的协同作用；配合物所具有的相关性能( 如理化性能) 与配体比较有无变化：这种变化是否有利于药效的发挥或生物利用度的提高：可采用什么方法或措施进一步改善配合物的理化性能；等等。这就是本论文研究的思路和内容。根据植物药中广泛存在的黄酮类化合物具有强配位络合基团的特点，论文选用黄酮类化合物槲皮素为有机配体：并且根据植物药银杏叶中微量金属元素的种类和含量分布，选择了锌、铜和铁三种元素。首先通过实验优选槲皮素配合物的形成条件，条件实验显示：除了反应温度和反应时间以外，反应体系的p h 值是决定配合物能否形成的关键因索，三种配位反应适宜的p h 范围分别为：槲皮素一z n ( i i ) 的p h 7 o 8 7 ，槲皮素- c a ( i i ) 的p h 6 0 85 ，槲皮素f e ( i i i ) 的p h 5 0 8 0 。然后在所选择的优化条件下，即在最适宜的口h 范围内于7 0 。c 水浴中反应4 0 m i n ，合成了槲皮素一z n ( i i ) 、槲皮素- c u ( i i ) 和槲皮索f e ( i i i ) 配位化合物。配合物合成的产率分别为：槲皮素z n ( i i ) 的产率为7 2 5 ；槲皮素一c u ( 1 i ) 的产率为6 8 4 ：槲皮素一f e ( i i i ) 的产率为7 8 2 。对所合成的三种配合物的结构进行了表征。利用紫外可见吸收光谱、红外吸收光谱、1 h n m r 谱分析了配合物的结构。论文还采用量子化学计算方法，使用g a u s s i a n 9 8 程序包，首次对槲皮素配台物可能的几何构型进行了优化计算，进一步确定了金属元素最有可能与槲皮素结合的位点即配合物最有可能形成的结构。这一理论计算结果与分子光谱实验结果一致。因此由分子光谱图的剖析以及量子化学计算结果进行综合分析，推测了槲皮素与金属离子形成配合物的可能机制。金属离子与槲皮素最有可能结合的位点是4 一羰基氧和5 一羟基氧，从而形成六元环的配合物，则构建了一个超共轭体系，使配合物趋于更稳定。对槲皮素金属配合物的络合比进行了分析测定，本文采用等摩尔连续变化法、平衡移动法和等色点连续变量法测定了槲皮素一金属配合物的络合比；用等色点一连续变量法计算了配合物的稳定常数。其分析结果表明：槲皮素与z n ( i i ) 、c u ( i i ) 、f e ( i i i ) 可形成单核逐级配位的配合物，即当槲皮素与金属元素的相对量不同时，槲皮素可与z n ( i i ) 或c u ( i i ) 形成1 ：1 或1 ：2 的配合物；槲皮素与f e ( i i i ) 可形成1 ：1 或1 ：2 或1 ：3 的配合物。三种配合物的稳定常数分别为：l o g 3 2 , q 。e - z n21 2 2 ，t 0 9 1 3 2 ，q 。e c 。29 7 4 ，l 0 9 1 3 3 , q u e f e = 1 6 6 。论文通过对槲皮素配合物抗活性氧性能的分析，探讨了配合物构效关系及协同作用。采用邻苯三酚自氧化体系测定了槲皮素金属配合物抗超氧阴离子自由基0 2 。的活性。除槲皮素一c u ( i i ) 外，槲皮素一f e ( i i i ) 和槲皮素z n ( i i ) 均表现出强于配体槲皮素的抗氧化活性，体现出配体槲皮素与金属元素之间的协同作用。温度对体系的反应有影响，在3 7 。c 时抗0 2 。自由基物质的活性高于在2 5 。c 时的活性。针对文献已有的测抗o h 自由基活性的f e n t o n 反应体系是在酸性条件下测定的，不适合于槲皮素一金属配合物活性的测定，因此本文经实验建立了f e n t o n反应一亚甲基蓝新方法，用此法分析了槲皮素一金属配合物抗羟自由基的活性并与配体槲皮素的活性相比较。三种配合物清除o h 自由基的能力均强于配体槲皮素，也表现出配体槲皮素与金属元素之间的抗活性氧的协同作用。其o h 自由基清除率的顺序为：槲皮素一c u ( i i ) 槲皮素z n ( i i ) 槲皮索f e ( i i i ) 。论文首次考察配合物相互协同作用的结果显示，配合物以一定比例组合后抗0 2 自由基的能力与配合物总浓度之间呈正相关关系；但配合物组合后抗o h自由基的活性是呈一峰值现象。具有较复杂的量效关系。论文根据槲皮素配合物抗o z 自由基和清除o h 自由基所获得的实验结果，分析了槲皮素及其配合物结构与其抗活性氧能力之间的关系。由于槲皮素或其配合物是以供氢的方式来终止自由基链式反应的，而自身转变为酚基自由基，这一新的苯氧自由基的稳定性决定了其抗氧化剂的活性大小。槲皮素具有邻位酚羟基供氢后形成分子内氢键以及形成共振邻苯醌的特性，而槲皮素金属配合物的形成是一个更能稳定苯氧自由基的结构因素，更有利于b 环上羟基的供氢，并有助于配合物形成相对稳定的自由基中间体，因此槲皮素金属配合物可呈现出比配体槲皮素更高的抗氧化活性。论文利用表面活性剂的增溶作用首次探讨了改善配合物溶解性能和生物利用度的可能性。阳离子表面活性剂( c t a b ) 、阴离子表面活性剂( s d b s ) 和非离子型表面活性剂( 吐温一8 0 ) 均可提高槲皮素一金属配合物的水溶性；但s d b s和吐温8 0 不能增加配合物的脂溶性，c t a b 却可极大地提高配合物的脂溶性。测定了c t a b 溶液和s o b s 溶液的c m c ，以及槲皮素或配合物存在下表面活性剂体系的c h i c 。s d b s 胶束体系的c i i i c 值不因配合物的不同而改变；但c t a b胶柬体系的c t n c 却因槲皮索或配合物的存在发生较大的变化，出现了两个临界胶柬浓度，类似于天然生物表面活眭物质的特性，表明槲皮素一c t a b 胶束体系和配合物一c t a b 胶束体系具有较高的表面活性。考察了配合物一c t a b 胶束在正辛醇水两相体系中的分配情况。由测得的油水分配系数可知，c t a b 可提高槲皮素一金属配合物从水相进入油相的能力，且c t a b 的浓度影响配合物的脂溶性，配合物的油水分配系数随c t a b 浓度的增加而提高。论文采用更接近细胞微环境的生物表面活性剂一一卵磷脂f p c ) 一正辛醇反胶束体系，首次研究了配合物在反胶束有机相水相中的两相传输。因卵磷脂是生物相容性两亲分子，槲皮素一金属配合物可由水相进入卯磷脂反胶束有机相中。对于该测试体系，水相中盐浓度在一定范围内对槲皮素金属配合物的两相分配基本无影响；而水相中的p h 对配合物在两相中的传输有影响，配合物在较低p h 环境中的分配系数较高，即透过油水界面进入卵磷脂反胶束相的能力较高；随着p h 值的增加配合物在两相中的分配系数反而降低。首次自制的卵磷脂小孔生物膜透膜实验表明，槲皮素一金属配合物的跨膜电位e n ，随时间的变化速率明显不同于配体槲皮素的e 。变化速率，特别是三种槲皮素金属配合物组合后，其跨膜电位e m 的变化速率明显快于槲皮素的e m 变化速率。充分表明槲皮素与金属元素形成配合物后，其跨膜渗透速率在一定程度上得到提高，并且配合物的协同作用使这种跨膜运动速率得到加强，从而可直接影响其药物在生物体内的吸收和分布。论文利用所合成的槲皮素一z n ( i i ) 、槲皮素c u ( i i ) 和槲皮素一f e ( 1 1 1 ) 配合物，首次进行了h p l c 法分离分析槲皮素及其配合物的探讨。经试验确定色谱分析条件为：用甲醇一水作色谱流动相；线性梯度洗脱方式进行洗脱；柱温3 5 。槲皮素及其配合物在此色谱条件下能得到很好的分离。银杏叶中活性成分的提取采用了三种提取剂：蒸馏水、甲醇和n a 2 c 0 3 ( 1 ) 溶液。将所制得的三种提取液进行酸解等步骤处理后作高效液相色谱分离分析，其结果显示提取液的处理液中存在捌皮素、槲皮素一z n ( i i ) 和槲皮素c u ( i i ) 配合物，但槲皮素一f e ( i )配合物却很少，这与提取液中f e ( i i i ) 含量的情况不相一致，有可能f e ( i i i ) 是以其它存在形态为主，这有待于迸一步的研究。论文运用配位化学的理论与研究方法，着眼于有机金属配合物与中草药有关方面的结合点上，通过建立的槲皮素一金属配合物模型，探索了槲皮素与金属离子最有可能结合的位点及配合物可能形成的结构式，以及槲皮素配合物的结构与抗活性氧能力之间的有机联系：利用胶束微乳体系研究了槲皮素配合物有关方面的理化性质；对槲皮素与金属离子之间、配合物之间的协同作用通过实验作了进一步的分析；并对银杏叶提取的处理液作了h p l c 分离分析的初步探讨。研究结果为中草药领域中的中药配位化学的进一步研究提供了思路、研究方法和实验数据，为槲皮素黄酮类配合物合理有效的利用提供了有价值的参考依据，具有重要的理论意义和实际应用价值。关键词：有机金属配合物：槲皮素；金属离子：配合物结构；构效关系协同作用；胶束微乳体系；h p l c 测定s t u d yo nr e l a t i o no fm o l e c u l a rs t r u c t u r e b i o a e t i v i t ya n dc o o p e r a t i v ea c t i o nf o rf l a v o n o i dc o o r d i n a t i o nc o m p l e x e sm a j o rl e a t h e rc h e m i s t r y & e n g i n e e r i n gp o s t g r a d u a t el if a n gt u t o rz h a n gx i n s h e ni h er e l a t i o no fm o l e c u l a rs i n c t u r e b i o a e f i v i t ya n dt h ec o o p e r a t i v ea c t i o nf o rq u e r c e t i n - m e t a lc o o r d i n a t i o nc o m p l e x e sh a v eb e e nr e s e a r c h e db yt h et h e o r ya n dm e t h o do fc o o r d i n a t i o nc h e m i s t r yi nt h i sp a p e r t h ec o o r d i n a t i o nc o m p l e x e sw e r es y n t h e s i z e da tt h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o no p t i m i z e d f l a v o n o i dc o m p o u n d ，q u e r c e t i n ，w a ss e l e c t e da so r g a n i cl i g a n d ，f o ri tb e a r sa c t i v ed e n t a t e s t h r e em e t a le l e m e n t s ，z n ( i i ) ，c u ( i i ) a n df e ( i i i ) ，w e r eu s e df o rs y n t h e s i z i n gt h ec o m p l e x e s b e s i d e st h et e m p e r a t u r eo fr e a c t i o ns y s t e ma n dt h er e a c t i o nt i m e ，t h ep hv a l u eo fr e a c t i o ns o l u t i o nw a sak e yf a c t o rf o rt h ef o r mo fc o o r d i n a t i o nc o m p l e x e s a n dt h eo p t i m a lp hr a n g e sw e r ep h7 o 8 7 p h6 o 8 5a n dp h5 0 8 0f o rq u e r e e t i u - z n ( ) ，q u e r c e t i n - c u ( u ) a n dq u e r c e t i e ：f e ( i t t ) ，r e s p e c t i v e l y t h eq u e r c e f i nc o o r d i n a t i o nc o m p l e x e sc o u l db eo b t a i n e da tt h eo p t i m i z e dr e a c t i o nc o n d i t i o n s ，v f z ，o p t i m a lp hr a n g ea n dr e a c t i o ni nw a t e rb a t ha t7 0 。cf o r4 0m i n t h ey i e l d so fs y n t h e s i z i n gq u e z n ( i i ) ，q u e - c u ( i i ) a n dq u e f e ( i i i ) c o m p l e x e sw e r e7 2 5 ，6 8 4 a n d7 8 2 ，r e s p e c t i v e l y t h es t r u c t u r e so f c o o r d i n a t i o nc o m p l e x e sh a v eb e e nc h a r a c t e r i z e d ，f o rt h et h r e eq u e r c e t i n - m e t a lc o m p l e x e s ，u v - v i sa b s o r p t i o ns p e c t r a ，i rs p e c t r aa n d h n m rs p e c t r ai n d i c a t e dt h a tt h ec h e l a t i n gg r o u p so fq u e r c e t i nw e r e4 - c a r b o n y ta n d5 - h y d r o x y la st h em o s tp o s s i b l ed e n t a e sw i t hm e t a li o nt of o r mh e x a t o m i cr i n gc o o r d i n a t i o nc o m p l e x t h ep o t e n t i a lc o n f i g u r a t i o n so fq u e r c e t i n m e t a lc h e l a t ec o m p o u n d sh a v e b e e nf i r s to p t i m i z e db yq u a n t u mc h e m i s t r yc o m p u t a t i o nf o r5 c o n f i r m i n gw h i c hc o n f i g u r a t i o nw i t ht h el o w e s te n e r g y a n dt h er e s u l t so fc a l c u l a t i o ns h o w e dag o o dc o n s i s t e n c yw i t ht h ea n a l y t i c a ld a t ao fs p e c t r u mc u r v e s c o m p o s i t i o no rs t a b i l i t yc o n s t a n t so ft h ec o m p l e x e sw e r ed e t e r m i n e db yj o bm e t h o d ，e q u i l i b r i u ms h i f tm e t h o da n di s o s b e s f i cp o i n t c o n t i n u o u sv a r i a t i o nm e t h o d t h er e s u l t so f a n a l y s i ss h o w e dt h a tq u e r e e t i nc o u l dc h e l a t ez n ( i i ) ，c u ( i i ) o rf e ( 1 1 1 )i nd i f f e r e n tm o l er a t i o st of o r mc o o r d i n a t i o nc o m p l e x e sw i t hd i v e r s ec o o r d i n a t i o nn u m b e r t h es t a b i l i t yc o n s t a n t so ft h et h r e ec o m p l e x e sw e r el o g d 2 ，q u e z n = 1 2 2 ，l o g p 2 ，q u c c u = 9 7 4 ，l 0 9 1 3 3 ，q u e 一& 21 6 6 ，r e s p e c t i v e l y i n t h i sp a p e r , s t r u c t u r e b i o a c t i v i t ya n dc o o p e r a t i v ea c t i o nf o rc o o r d i n a t i o nc o m p l e x e sh a v e b e e nd i s c u s s e dt h r o u 曲a n a l y z i n gt h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t yo fq u e r c e t i n - m e t a lc o m p l e x e s t h ei n h i b i t o r ye f f e c to fq u e r c e t i na n di t sc o m p l e x e so ns u p e r o x i d ea n i o nf r e er a d i c a l ，0 f 一，w a st e s t e db yp y r o g a l l o la u t o - o x i d a t i o ns y s t e m q u e r c e t i n - z n ( 1 1 ) a n dq u e r c e t i n f e ( i i i ) w e r em o r ee f f e c t i v et h a nq u e r c e t i no nr e s i s t i n gs u p e r o x i d ea n i o nf r e er a d i c a l ，s h o w i n gt h eg o o dc o o p e r a t i v ea c t i o nb e t w e e nq u e r c e t i na n dt r a c em e t a le l e m e n t s f o rd e t e c t i n gt h ec l e a n i n ge f f e c t so ft h ec o m p l e x e so nt h eh y d r o x y lf r e er a d i c a l ，o h ，p r o d u c e db yf e n t o nr e a c t i o n ，an e wp h o t o m e t r i cm e t h o db a s e do nm e t h y l e n eb l u ed e c o l o u r a t i o nw a se s t a b l i s h e d q u e z n ( i i ) ，q u e c u ( i i ) a n dq u e f e ( g i ) c o m p l e x e sh o l ds i g n i f i c a n te f f e c t so fs c a v e n g i n ga c t i o n o i - 1 o ha ss h o w ni n t h i ss t u d y , t h ec o o p e r a t i v ea c t i o no fq u e r c e t i nc o o r d i n a t i o nc o m p l e x e so na n t i o x i d a n ta c t i v i t yw a sf i r s ti n v e s t i g a t e d ，a n dt h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tc a p a b i l i t yo fr e s i s t i n g0 2 f o rt h ec o m p l e x e sh a dad i r e c tr e l a t i o n s h i pt ot h et o t a la m o u n to fq u e m e t a lc o m p l e x e sm i x e di nc e r t a i nr a t i o b u tt h ea c t i v i t yo fc l e a n i n gu p o hf o rm i x t u r es y s t e mo fc o m p l e x e sp r e s e n t e dap e a kv a l u ep h e n o m e n o n ，s h o w i n gam o r ec o m p l i c a t e dr e l a t i o nb e t w e e na n t i o x i d a n ta c t i v i t ya n dt o t a la m o u n to f t h ec o m p l e x e s a n t i o x i d a t i v ee f f e c to fq u e r c e t i nc o o r d i n a t i o nc o m p l e xw a sc l o s er e l a t e dt oi t ss t r u c t u r e b e c a u s et h eh y p e r c o n j u g a t i o ns y s t e mo fq u e r c e t i nc o m p l e xc o u l dm a k ei t s e l fc o n f i g u r a t i o nm o r es t a b i l i z a t i o na f t e rg i v i n gt h eh y d r o g e no re l e c t r o nb y6 f i m c t i o n a lp h e n o l i ch y d r o x yg r o u p ，t h ec o m p l e xp r e s e n t e dm o r ea c t i v ec a p a b i l i t yt h a nl i g a n di t s e l fa b o u ta n t i o x i d a n ta c t i v i t y t h es p e c i a l i t yo fs u r f a c t a n t sh a db e e nf i r s ta p p l i e dt os t u d ym o d i f i c a t i o no fd i s s o l u t i o na n di m p r o v e m e n to fb i o a v a i l a b i l i t yf o rq u e r c e t i n m e t a lc o o r d i n a t i o nc o m p l e x t h ec r i t i c a lm i c e l l ec o n c e n t r a t i o n s ( c m c ) o fs u r f a c t a n t si nt h eq u e r c e t i n m e t a lc o o r d i n a t i o nc o m p l e xs o l u t i o n sh a v eb e e nd e t e r m i n e db yu s i n gt h em e t h o do fc o n d u c t a n c er a t i o i nq u e r c e t i nc o o r d i n a t i o nc o m p l e xs o l u t i o nt h e r ew e r et w oc m cv a l u e sa tt h el o w e rc o n c e n t r a t i o na r e ao fc t a b c 1 6 h 3 3 n ( c h 3 ) 3 b r a n dt h i sp h e n o m e n o na b o u tt w oc m cp o i n t sw a sm u c hs i m i l a rt ot h a to fn a t u r a lb i o s u r f a c t a n t a l lt h ec t a b ，s d b s ( c 1 2 h 2 5 c 6 i - 1 4 s 0 3 n 曲a n dt w e e n - 8 0c o u l di m p r o v et h ew a t e r - s o l u b i l i t yo fq u e r c e t i nc o m p l e x e sw h e nt h ec o n c e n t r a t i o n so ft h e s es u r f a c t a n t sw e r ea b o v et h ec m cv a l u e s ，b u to n l yc t a bc o u l di n c r e a s e dt h eo i l 一s o l u b i l i t yo ft h e s ec o m p l e x e s t h e r e f o r e q u e r c e t i n m e t a l c t a bm i c e l l ec o n g e r i e si nw a t e rp h a s ec o u l dg oi n t ot h eo c t a n o lp h a s et h r o u 曲o i l - w a t e ri n t e r f a c e i np h o s p h o l i p i dr e v e r s e dm i c e l l a rs y s t e m ，t h et r a n s f e re f f i c i e n c yo fc o m p l e xb e t w e e nt h et w op h a s e sw a si n f l u e n c e db yp ho fw a t e rp h a s e ，a n da r o u n dp h 7t h ec o m p l e x e sw e r ee a s yt oe n t e rt h ep h o s p h o l i p i d o c t a n o lr e v e r s e dm i c e l l a rp h a s e p h o s p h o l i p i dm e m b r a n ew a sf i r s tu s e da sm i m e t i cb i o m e m b r a n em o d e ls y s t e mt od e t e r m i n et h ev e l o c i t yo fi n f i l t r a t i n gb i o m e m b r a n ef o rq u e r c e t i nc o m p l e x e s t h ec h a n g er a t eo ft h ef i l me l e c t r i cp o t e n t i a l ，e m ，f o rq u e r c e t i nc o o r d i n a t i o nc o m p l e xd i f f e r e dm a r k e d l yf r o mt h a to fe mf o rq u e r c e t i ni t s e l i tw a st h ef i r s tt i m et h a tm i x t u r ec o n t a i n i n gq u e r c e t i n ，q u e - z n ( i i ) ，q u e c u ( i i ) a n dq u e f e ( i i i ) c o m p l e x e sc o u l db e w e l ls e p a r a t e db yh p l cu n d e rt h ec o n d i t i o n so f m e t h a n o l w a t e rm o b i l ep h a s ea n dl i n e a rg r a d i e n te l u t i o n k e y w o r d s ：c o o r d i n a t i o nc o m p l e x ；q u e r c e t i n ；m e t a li o n ；c o m p l e xs t r u c t u r e ；s t r u c t u r e b i o a c t i v i t y ；c o o p e r a t i v ea c t i o n ；m i c e l l es y s t e m ；h p l c7 心川大学博士学位论文第一部分综述l有机金属配合物及其生物构效研究概况有机金属配位化合物是指独立存在的稳定化合物进一步结合而成的复杂化合物。从组成上看，配合物是由可以给出孤对电子或多个不定域电子的离子或分子( 称为配体) 和具有接受这些电子的空位的离子或原子( 称为中心原子)按一定的组成和空间构型所形成的化合物。配合物的形成往往表现出不同于配体和中心原子原有性质的特殊性能，它的研究与应用已打破了传统的有机化学和无机化学之间的界限，形成了物理化学、有机化学、无机化学、分析化学、生物化学、环境化学等相互渗透的贯通众多学科的交叉点。近几十年来，配位化合物的研究得到了长足的发展川，并且在许多领域中有机金属配合物已得到广泛的应用，从化工、石油企业中所用的有机配合物催化刘、皮革化工中的鞣剂、分析化学测定中用躲金属配合物、环境污染物处理中的重金属络合剂等到近年来先后开辟的许多新的领域，如：大环配位化合物( m a c r o c y c l i cc o m p o u n d s ) 吲、超分子配合物( s u p e r m o l e c u l a rc o m p o u n d s ) 例、功能性配合物( f u n c t i o n a l i z e dc o o r d i n a t i o nc o m p o u n d s ) t 4 、卟啉类配合物( p o r p h i n a t o - c o m p o u n d s ) 例、c 6 0 配合物( c o m p o u n do ff u l l e r e n ec 6 0 ) ，等等。特别是在生命科学和药物化学领域，配位化学的渗入促进了这些学科的发展，引起了药物研究者、化学工作者的深切关注。本部分从有机金属配合物这一角度出发，着重论述了微量金属元素及其配合物在医药特别是在中草药领域中的研究和应用概况。从微量元素及其配合物在生物体内所起的生理生化作用的重要性，即可认识到微量元素配合物所具有的医疗和药用价值；这种价值不仅体现在西医药方面，并且近年来也逐步渗透进了中医药的研究与应用之中，这也是化学中的配位化学理论及生物无机化学理论与医药学的相互结合、相互渗透、相互应用的结果。1 1 微量金属元素及其配合物与生理生化作用1 1 1 微量元素的生理作用型型查兰堡圭兰堡堡苎一一人的身体是由化学元素组成的，占人体总重量万分之一以下的元素称为微量元素，微量元素又可分为必需微量元素、非必需微量元素和有害微量元素。目前公认的必需微量元素有：铁、铜、锌、钴、锰、铬、钼、镍、钒、锡、硅、硒、碘、氟，共1 4 种；可能必需的微量元素有：锶、铷、砷及硼。必需微量元素在人体中的生理作用是多种多样的，而且也是相当复杂的1 7 j ，大致有以下几个方面：1 输送常量元素作用。如铁是血红蛋白的组成部分，它是机体内氧的输送者，把肺吸收的氧气运送到全身各个组织的每一个细胞，又把细胞氧化所产生的二氧化碳运到肺部呼出。2 ，在酶系统中作用。微量元素与酶有非常密切的关系。一方面某些微量元素是酶的结构成分或活性中心：另一方面某些微量元素离子作为激活剂影响酶的活性，在人体产生各种独特的生物化学作用，使生化反应能在体温下顺利进行。3 参与激素作用。激素是人体内分泌腺( 垂体腺、甲状腺、肾上腺) 分泌到血液的化学物质，起到调节生理功能的作用。微量元素可以在激素的分泌、活性以及与组织的结合等各个环节上影响激素。如：锌与生长激素相结合，可使之更稳定而不易失活；机体内锌态势的改变可影响胰岛素的合成、分泌、贮藏和活力；锌与胰岛素蛋白质结合形成一种复合物，可延长胰岛素的作用时间；锌与性激素的关系也十分密切，它可促进睾丸酮的合成与分泌；微量元素碘是合成甲状腺素的关键成分。4 参与代谢调控作用。代谢调控包括：代谢起止和快慢的调控；生化过程的调控；细胞间信息和基因信息的传递。代谢起止和快慢的调控及生化过程的调控受制于酶和激素，而酶和激素的合成及酶的激活与微量元素有密切的关系。因此可以说，代谢调控有赖于酶、激素和神经递质，微量元素通过酶、激素和神经递质发挥多种生理作用并调节代谢过程。5 抗氧化作用。人体内存在中止自由基反应、清除自由基和过氧化物的物质抗氧化剂和抗氧化酶。如微量元素硒起抗氧化剂作用，并参与辅酶q 的合成，与维生索e 有抗氧化协同作用；锌参与抗氧化剂谷胱甘肽的合成。促进维生素a 的代谢和转运；锌、铜和锰是超氧化物歧化酶( s o d ) 的重要组成部2四川大学博士学位论文分；锌和铜能促进人体合成金属硫蛋白( m t ) ，m t 也能清除自由基：铜是构成铜蓝蛋白( c p ) 的主要成分，c p 除具有铁氧化酶作用外，还可防止超氧阴离子自由基的产生。6 解毒作用。微量元素锌和铜能够诱导肝、脑、肾合成金属磙蛋白( m t ) 。在胎儿期，几乎所有人体组织内均含有丰富的m t ；成人期肝组织中的m t 明显减少，脑、肾中则很难铡得，但都保存合成m t 的能力。如果人体内有充足的锌，就可以诱导合成大量的m t 。每分子m t 蛋白可结合7 1 2 个金属离子。如果有毒的重金属镉、汞、铅进入机体，便能立即与m t 结合而失去毒性。1 1 2 金属配合物的生物功能当金属元素与活性有机配体反应形成配合物后，其配合物往往具有一些新的独特的生理生化功能；或有些生物物质必须与微量金属元素结合后，才能正常发挥其生化功能。因而金属配合物，特别是多元金属配合物在生命过程中起着十分重要的作用。例如：生物体在新陈代谢过程中，几乎所有的化学反应都是在酶的作用下进行的，酶是一种生物催化剂。而目前发现的2 0 0 0 多种酶中，很多是1 个或几个微量金属离子与生物高分子结合成的牢固的配合物。若失去金属离子，酶的活性就丧失或下降；若获得金属离子，酶的活性就恢复。如锌酶及其功能有：碳酸酐酶参与肺组织内c 0 2 交换，调节酸碱平衡：碱性磷酸酶促进骨代谢：d n a聚合酶、r n a 聚合酶参与蛋白质代谢；乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶参与糖代谢。含铁酶也较多，如核苷酸还原酶、亚硝酸盐还原酶、硝酸盐还原酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、脂加氧酶、只存在于原核细胞内的f e s o d 等。其中核苷酸还原酶是d n a 合成的关键酶；过氧化氢酶具有清除h 2 0 2 ，保护细胞免受过氧化损伤的重要作用；脂加氧酶在花生四烯酸降解链中起关键作用，是调控生物膜机制的童要因素之一。含锰酶有精氨酸酶、丙酮酸羟化酶、主要存在于线粒体内的m n s o d 超氧化物歧化酶。含铜酶有铜蓝蛋白、单胺氧化酶、半乳糖氧化酶、酪氨酸酶、多巴胺d 羟化酶、细胞色素c 氧化酶。含硒酶有谷胱甘肽过氧化物酶( 通过清除具潜在损害性的过氧化物而保护生物膜和其它重要的细胞结构) 、i 型碘甲腺原氨酸5 - 脱碘酶( 此酶是甲状腺素t 4 脱碘转化为具有生物坚丝奎兰竖圭兰竺丝茎一活性t 3 的必需酶) 。含钼酶有黄嘌呤氧化酶和脱氢酶、醛氧化酶、硝酸盐还原酶、亚硫酸盐氧化酶。又如：酶与底物形成超分子配合物；血红素分别是f e ( i i ) 、m g ( i i i ) 与卟啉及蛋白质相互作用形成的多组份配合物以实现其生物化学功能；卟啉类金属配合物在生物体光合过程、氧的输送及酶催化中所起的作用，等等。再如：生物活性功能配合物是近年来一个活跃的研究领域，研究这些配合物的结构、性质和功能将有助于阐明生物过程中的一些复杂现象。例如：咪唑桥连铜锌配合物模拟超氧化物歧化酶；大环多胺酮配合物模拟血蓝蛋白；大环多胺锌配合物模拟碳酸酐酶催化c 0 2 水合；尾氨式金属卟啉模拟0 2 的输送等。1 2 锌、铜和铁元素的生物功能如上所述，微量金属元素及其配合物在生命体的活动过程中是十分重要的。尽管不同的微量元素在体内的生理生化作用不同，但这些均是人体生命活动中不可缺少的。由于本文选用了药用植物银杏叶为研究对象，因此根据银杏叶中所含微量元素的种类及人体必需微量元素的范畴，主要研究了其中的三种金属元素：锌、铜和铁，这三种金属元素在生命过程中扮演了重要的角色。( 1 ) 锌生物体内的锌参与许多酶的组成，使酶表现出活性。近年来报道的含锌酶已增加到2 0 0 多种 8 1 。生物体内重要代谢物的合成与降解都需要锌酶的参与。如d n a 聚合酶、r n a 合成酶、碱性磷酸酶、碳酸酐酶、超氧化物歧化酶等，这些酶畿促进细胞正常分化和发育。锌不但能以酶的形式参与生物体的各类代谢，还通过各种锌蛋白的结构方式参与基因复制、转录及蛋白质的合成控制 9 1 。锌可影响人体的免疫功能，它通过激活酶，维持t 细胞的增殖和分化，促进抗体的生成。锌在中枢神经系统中起重要作用，与钙、钾、钠一起成为神经元兴奋性的关键性调节物1 0 1 。锌能与细胞膜类脂部分中的磷酸根和蛋白质中的巯基结合，并构成牢固的复合物，从而维持细胞膜的稳定，减少毒素吸收，减轻组织损伤。锌在生物体内有清除自由基的作用，锌能减少铁离子进入细胞并抵制其在羟自由基引发的链式反应中的催化作用，从而抑制羟自由基o h 的生成【1 1 】。锌也能终止自由基引起的脂质过氧化链式反应，有学者认为【1 2 1 这是锌与铁竞争从4四川大学博士学位论文而抑制了脂质过氧化的多个环节，它们通过竞争与膜表面结合的位点，可使铁复合物产生减少，使通过h a b e r w e i s s 反应产生o h 减少，造成脂类转变为活性氧的链式反应被抑制。锌有稳定细胞膜的作用。细胞膜是自由基所造成氧化损伤的主要目标之一，而锌对于生物膜的抗过氧化损伤具有重要功能，它对黄嘌呤黄嘌呤氧化酶体系所引发的自由基有抑制作用，这可能是由于锌与红细胞膜结合，抑制了膜脂质过氧化过程中所产生的自由基从而降低了自由基对膜的损伤【1 3 】。锌是金属硫蛋白基因表达的有效促进n q ：t “1 ，金属硫蛋白能结合多种金属离子，能保护机体免受辐射损伤，能清除羟自由基和氧自由基，参与防御机制。锌参与构成铜锌一超氧化物螋化酶( c u z n - s o d ) ，s o d 是能够有效清除超氧化物阴离子自由基的一类极重要的抗氧化酶，锌作为超氧化物歧化酶的辅酶催化超氧离子发生歧化反应。( 2 ) 铁铁是人体内最丰富的微量元素。它是血红蛋白和肌红蛋白组成成分，在体内参与氧的贮存运输，维持生物体正常的生长、发育和免疫功能，铁在血红蛋白、肌红蛋白和细胞色素分子中都以f e ”与原卟啉环形成配合物的形式存在。另一类铁与含硫配体键合的蛋白称为铁硫蛋白，也称为非血红素蛋白，所有铁硫蛋白中的铁都是可变价的，所以主要功能是电子传递体，它们参与生物体的各种氧化还原作用。很多含铁酶控制着重要的氧化、水解和转化过程，因此与组织吸收、氧化磷酸化、卟啉代谢、胶原合成、淋巴细胞与粒细胞功能、神经介质的合成与分解、躯体与神经组织的发育有关【9 1 。铁是过氧化氢酶( c a t l的活动中心，c a t 含四个蛋白质亚基，每个亚基中含一个血红素( f e ”一原卟啉) ，人的机体内约三分之二的铁存在于血红蛋白中，若血红素缺乏则使c a t 活性下降 1 5 】。( 3 ) 铜铜在机体中的含量仅次于铁和锌，是许多金属酶的辅助因子，如细胞色素氧化酶、超氧化物歧化酶、酪氨酸酶、尿酸酶、铁氧化酶、赖氨酰氧化酶、单胺氧化酶、双胺氧化酶，等。铜在动物机体的抗氧化反应中发挥着重要的作用。铜蓝蛋白中含有血清铜的大部分，是细胞外液重要的抗氧化剂【1 6 ，铜蓝蛋白的抗氧化作用主要是防止过渡金属f e 2 + 催化h 2 0 2 形成o h ，即防止f e n t o n 反应的发生。铜是免疫反应中必需的微量元素，能增强机体的防御机能。铜能促进铁四川大学博士学位论文的吸收、利用和释放，加速血红蛋白和卟啉的合成并加速幼稚红细胞的成熟及释放，促进白细胞的分裂和增殖，其机制是铜蓝蛋白具有运铜作用并能将细胞内的亚铁氧化成高铁，有利于运铁蛋白的形成。铜与氧自由基的产生密切相关，机体内铜含量无论是缺乏