高等无机化学（湖南大学） 第七章 生物无机化学.pdf

1 高等无机化学高等无机化学 Advanced Inorganic Chemistry Advanced Inorganic Chemistry 第七章生物无机化学第七章生物无机化学 金属离子有条不紊 准确控制 调节和 指挥着生物体内千变万化的化学反应 金属离子有条不紊 准确控制 调节和 指挥着生物体内千变万化的化学反应 研究金属离子和生物配体的相互作用 研究金属离子和生物配体的相互作用 金属离子在生物体的物质输送 信息传递 生物催化和能量转换中起着关键作用 金属离子在生物体的物质输送 信息传递 生物催化和能量转换中起着关键作用 生物体自身的金属离子控制着自己的生命过程 生物体自身的金属离子控制着自己的生命过程 Advanced Inorganic Chemistry 国际生物无机化学会议 国际生物无机化学会议 ICBIC ICBIC 1970年 美国无机化学与模型研究方法年 美国无机化学与模型研究方法 ICBIC 0 1976年 英国无机化学和生物交叉地带发展年 英国无机化学和生物交叉地带发展 ICBIC 1 1983年 意大利年 意大利 ICBIC 2 1985年 葡萄牙年 葡萄牙 ICBIC 3 1987年 荷兰年 荷兰 ICBIC 4 1989年 美国年 美国 ICBIC 5 1991年 英国金属识别 储存 输送和组装年 英国金属识别 储存 输送和组装 ICBIC 6 1993年 美国固氮酶的分子结构以及自然界年 美国固氮酶的分子结构以及自然界 N2转变为转变为NH3的功能及其机理的功能及其机理 第一节生物无机化学简介第一节生物无机化学简介 Advanced Inorganic Chemistry ICBIC 7 1995年 德国 金属离子对基因调节影响年 德国 金属离子对基因调节影响 ICBIC 8 1997年 日本 丙烯腈水合酶合成丙烯酰胺年 日本 丙烯腈水合酶合成丙烯酰胺 ICBIC 9 1999年 美国年 美国 ICBIC 10 2001年 意大利 中枢神经系统的生物无机化学年 意大利 中枢神经系统的生物无机化学 ICBIC 11 2003年 澳大利亚 金属离子在细胞的交通图 以及许 多交通干线的划分 和金属离子的走向 年 澳大利亚 金属离子在细胞的交通图 以及许 多交通干线的划分 和金属离子的走向 ICBIC 12 2005年 美国年 美国 ICBIC 13 2007年 欧洲年 欧洲 ICBIC 14 2009年 中国年 中国 Advanced Inorganic Chemistry 生物无机化学的专著生物无机化学的专著 1 Williams Intriduction to Bioinorganic Chemistry 1976 2 Ochiai Bioinorgnic Chemistry An Introduction 1977 生物 无机化学导论 罗锦新等译 北京 化学工业出版社1987 3 Hay R W Bioinorgnic Chemistry 生物无机化学 钟淑琳等译 成都 四川科技出版社 1987 4 Lippard Principle of Bioinorgnic Chemistry 生物无机化学 原理 席振峰等译 北京 北京大学出版社2000年 5 王夔 生物无机化学 北京 清华大学出版社 1988 6 倪嘉瓒 稀土生物无机化学 北京 科学出版社 1985 7 计亮年 生物无机化学导论 广州 中山大学出版社 1992 一版 2001 二版 8 石巨恩等 生物无机化学 武汉 华中师范大学出版社 1999 9 杨频等生物无机化学导论 西安 西安交通大学出版社 1991 1 Williams Intriduction to Bioinorganic Chemistry 1976 2 Ochiai Bioinorgnic Chemistry An Introduction 1977 生物 无机化学导论 罗锦新等译 北京 化学工业出版社1987 3 Hay R W Bioinorgnic Chemistry 生物无机化学 钟淑琳等译 成都 四川科技出版社 1987 4 Lippard Principle of Bioinorgnic Chemistry 生物无机化学 原理 席振峰等译 北京 北京大学出版社2000年 5 王夔 生物无机化学 北京 清华大学出版社 1988 6 倪嘉瓒 稀土生物无机化学 北京 科学出版社 1985 7 计亮年 生物无机化学导论 广州 中山大学出版社 1992 一版 2001 二版 8 石巨恩等 生物无机化学 武汉 华中师范大学出版社 1999 9 杨频等生物无机化学导论 西安 西安交通大学出版社 1991 Advanced Inorganic Chemistry 生物无机化学的研究对象 生物无机化学的研究对象 分子水平上研究生物体内与无机物分子水平上研究生物体内与无机物 包括金属离子 配合 物 非金属小分子 无机物微粒 包括金属离子 配合 物 非金属小分子 无机物微粒 有关的各种相互作用有关的各种相互作用 应 用无机化学 应 用无机化学 特别是配位化学特别是配位化学 的理论和方法以及分子生物 学的理论和方法 生命元素 是指在生物体内维持正常生物功能的那些元素 宏量元素 的理论和方法以及分子生物 学的理论和方法 生命元素 是指在生物体内维持正常生物功能的那些元素 宏量元素 O C H N Ca P S K Na Cl Mg 99 95 微量元素 O C H N Ca P S K Na Cl Mg 99 95 微量元素 F Si V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Se Sn Mo I 14种 F Si V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Se Sn Mo I 14种 2 Advanced Inorganic Chemistry 目前已知的化学元素 109种 目前已知的化学元素 109种 人体中存在的元素 81种 人体中存在的元素 81种 Cd PbCd Pb 可能必需微量 元素 可能必需微量 元素 占 人 体 体 重 0 05 占 人 体 体 重 0 05 微 量 元 素 70种 微 量 元 素 70种 Cd Hg Pb Tl 铊 As Sb 锑 Be Ba In Te 碲 Se 硒 V C r Nb 铌 Cd Hg Pb Tl 铊 As Sb 锑 Be Ba In Te 碲 Se 硒 V C r Nb 铌 有毒害的元素 惰 性 气 体 5种 He Ne Ar Kr Xe 人造元素 17种 Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr 104 105 106 107 108 109 有毒害的元素 惰 性 气 体 5种 He Ne Ar Kr Xe 人造元素 17种 Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr 104 105 106 107 108 109 人体必需微量元 素 14 种 其 他 元 素 6 种 Ac At Fr Pa Pm Tc 人体必需微量元 素 14 种 其 他 元 素 6 种 Ac At Fr Pa Pm Tc 常量元素 11 种 碳氢氧氮磷 硫氯钾钠钙镁 常量元素 11 种 碳氢氧氮磷 硫氯钾钠钙镁 占 人 体 体 重 99 95 占 人 体 体 重 99 95 氟硅钒铬锰铁镍 钴锌铜钼锡硒碘 氟硅钒铬锰铁镍 钴锌铜钼锡硒碘 人体中未见报道的元素 11种 人体中未见报道的元素 11种 天然元素 92 种 天然元素 92 种 1 必需的微量元素1 必需的微量元素 Advanced Inorganic Chemistry 2 微量元素双峰效应 最适营养浓度定律 2 微量元素双峰效应 最适营养浓度定律 缺乏 正常 有毒 致死 a b c 效应 浓度 1 丰度规则 1 丰度规则 当生物的功能可以从几种可用元素中选择其一去实 现时 生物选择了在自然界存在较丰富的那种元素 2 有效规则 2 有效规则 生物要选择更加有效的化合物加以利用 3 元素的选择 4 生物配体 3 元素的选择 4 生物配体 小分子配体小分子配体 氨基酸 核苷酸 卟啉及一些简单的酸根离子如Cl SO42 HCO3 HPO42 等 大分子配体大分子配体 蛋白质 核酸 多糖及糖蛋白等 蛋白质的配位基团蛋白质的配位基团 COO COOH 咪唑 NH3 巯 基 NH3 酚 OH 有些元素既是生命必需元素 又 是有毒元素 典型的有Cd Pb Cr 等 关键在于这些元素在生物体内的 量是否合适 Advanced Inorganic Chemistry 尿素酶 氢化酶 镍超氧化物岐化酶 尿素的水解 分裂重组氢分子 清除O2 Ni 固氮酶 亚硫酸盐氧化酶 黄嘌呤氧化酶 氮分子的活化 氧原子的转移 Mo 辅酶B12构成维生素B12甲基转移Co 碳酸酐酶 羧肽酶 碱性磷酸酯酶 醇脱氢酶 CO2的可逆水合 肽链水解 磷酸酯水解 醇氧化为醛 Zn 血蓝蛋白 质体蓝素 阿祖林 铜锌超氧化物岐化酶 氧载体 电子传递 清除O2 Cu 血红蛋白 肌红蛋白 蚯蚓血红蛋白 细胞色素C 铁硫蛋白 细胞色素P 450 铁超氧化物岐化酶 运铁蛋白和铁蛋白 载氧储氧功能 电子传递 氧化酶 清除O2 铁的运输和储藏 Fe 代表性酶或蛋白主要功能金属 5 金属酶和金属蛋白5 金属酶和金属蛋白 Advanced Inorganic Chemistry 第二节生物分子的性质第二节生物分子的性质 一 氨基酸 20种常见氨基酸名称及其中英文缩写 一 氨基酸 20种常见氨基酸名称及其中英文缩写 组 His 组氨酸精 Arg 精氨酸苏 Thr 苏氨酸 天 Asp 天冬氨酸异亮 IIe 异亮氨酸蛋 Met 蛋氨酸 赖氨酸 缬氨酸 苯丙氨酸 半胱氨酸 名称 天胺 Asn 天冬酰胺谷胺 Gln 谷氨酰胺 赖 Lys 色 Trp 色氨酸亮 Leu 亮氨酸 缬 Val 酪 Tyr 酪氨酸丝 Ser 丝氨酸 苯丙 phe 谷 Glu 谷氨酸丙 Ala 丙氨酸 半胱 cys 脯 Pro 脯氨酸甘 Gly 甘氨酸 字母代码字母代码名称字母代码名称 组 His 组氨酸精 Arg 精氨酸苏 Thr 苏氨酸 天 Asp 天冬氨酸异亮 IIe 异亮氨酸蛋 Met 蛋氨酸 赖氨酸 缬氨酸 苯丙氨酸 半胱氨酸 名称 天胺 Asn 天冬酰胺谷胺 Gln 谷氨酰胺 赖 Lys 色 Trp 色氨酸亮 Leu 亮氨酸 缬 Val 酪 Tyr 酪氨酸丝 Ser 丝氨酸 苯丙 phe 谷 Glu 谷氨酸丙 Ala 丙氨酸 半胱 cys 脯 Pro 脯氨酸甘 Gly 甘氨酸 字母代码字母代码名称字母代码名称 Advanced Inorganic Chemistry 二 蛋白质二 蛋白质 1 蛋白质的一级结构 1 蛋白质的一级结构 蛋白质的一级结构 primary structure 是指按一定的 顺序排列的氨基酸残基组成的肽链的线性顺序 2 蛋白质的二级结构 2 蛋白质的二级结构 这种有氢键维系产生的盘旋或折叠 称为蛋白质的二级结 构 secondary structure 二级结构主要是 螺旋 helix 和 折叠 pleated sheet 结构 3 蛋白质的三级结构 3 蛋白质的三级结构 通过二硫键 脂键 配位键以及氢键 静电引力等分子间 作用力维系的蛋白质三维空间构象称为蛋白质的三级结构 tertiary structure 4 蛋白质的四级结构 4 蛋白质的四级结构 各亚基间以氢键 分子间力等维系的蛋白质分子的空间构 象称为蛋白质的四级结构 quarternary structure Advanced Inorganic Chemistry 5 金属离子与蛋白质结构 5 金属离子与蛋白质结构 3 Advanced Inorganic Chemistry 二 蛋白质 Advanced Inorganic Chemistry 三 酶三 酶 1 酶的分类 系统分类法按酶促反应类型将酶分为六大类 1 氧化还原酶氧化还原酶 oxide reductase 催化氧化还原反应 2 转移酶转移酶 transferase 催化功能基团的转移反应 3 水解酶水解酶 hydrolase 催化水解反应 4 裂解酶裂解酶 lyase 催化键裂解的反应 5 异构酶异构酶 isomerase 催化异构反应 6 连接酶连接酶 ligase 催化形成新键的反应 2 酶的组成 酶的组成 酶 简单蛋白 结合蛋白 蛋白部分酶蛋白 apoenzyme 非蛋白部分称为辅因子 prosthetic group cofactor 金属离子 小分子有机物 决定酶促反应的高选择和高效率 辅因子在反应中 直接传递电子 质子或某些基团 Advanced Inorganic Chemistry 3 酶促反应的特点3 酶促反应的特点 1 高效率高效率 与一般催化剂相比其反应速率高107 1013倍 2 专一性 专一性 表现在一种酶只能催化一种或某一类特定的反应 3 抑制剂抑制剂 竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制 4 金属酶和金属激活酶 1 金属酶 4 金属酶和金属激活酶 1 金属酶 metalloenzyme 是指酶的辅因子是金属离子 且金 属离子与酶蛋白部分结合牢固的酶 稳定常数Kf 108 2 金属激活酶 2 金属激活酶 metal activated enzyme 是指金属离子虽可提 高酶的活性 但与酶蛋白结合松散的酶 Advanced Inorganic Chemistry 四 核酸 nucleic acid 四 核酸 nucleic acid 核酸核酸是决定蛋白质合成和生物遗传的重要的生物大分子 1 核酸的组成与分类1 核酸的组成与分类 胞嘧啶 C 胸腺嘧啶 T 尿嘧啶 U 鸟嘌呤 G 腺嘌呤 A 核酸核苷酸 nucleotide 核苷 nucleoside 磷酸 核酸 核糖核酸 RNA ribonucleic acid 脱氧核糖核酸 DNA deoxyribonucleic acid N NH NH2 O Cytosine NH NH O O Uracil NH NH O O CH3 Thymine N NH NH N NH2 O Guanine N N NH N NH2 Adenine RNA 腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 胞嘧啶 C 尿嘧啶 U DNA 腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 胞嘧啶 C 胸腺嘧啶 T Advanced Inorganic Chemistry 2 核酸的结构与功能 O O O OP O H H H O H CH2 H 碱基 尿嘧啶 O O OP O H H H O H H2C H 碱基 腺嘌呤 O O OP O H H H O H CH2 H 碱基 鸟嘌呤 O O OP O H H H O H H2C H 碱基 胞嘧啶 O O O OP O H H H O H CH2 H 碱基 胸腺嘧啶 O O OP O H H H O H CH2 H 碱基 腺嘌呤 O O OP O H H H O H CH2 H 碱基 鸟嘌呤 O O OP O H H H O H CH2 H 碱基 胞嘧啶 n 2 n 1 n 5 端 3 端 核 苷 酸 单 元 Advanced Inorganic Chemistry 1 DNA的双螺旋结构 1 DNA的双螺旋结构 2 金属离子对DNA稳定性的作用 2 金属离子对DNA稳定性的作用 4 Advanced Inorganic Chemistry 第三节顺铂抗癌作用的化学基础第三节顺铂抗癌作用的化学基础 一 顺铂 反铂与DNA的作用一 顺铂 反铂与DNA的作用 H3NPtC l C l NH3 静 脉 血 液 H3NPtC l C l NH3 H3NPtH2O C l NH3 H3NPtH2O H2O NH3 H3N PtH2O OH NH3 细 胞 膜 细 胞 质 被 动 扩 散 H2O C l H2O C l H 顺 铂 的 激 活 形 式 瘤 细 胞 DNA 顺 铂 DNA加 合 物 顺 铂 2 Advanced Inorganic Chemistry 螯合机理 顺铂与DNA链上同一个鸟嘌呤的N螯合机理 顺铂与DNA链上同一个鸟嘌呤的N7 7和O和O6 6 螯合 这一作用使鸟嘌呤O螯合 这一作用使鸟嘌呤O6 6与胞嘧啶N与胞嘧啶N3 3间氢键断 裂 致使DNA模板失活 复制发生障碍 间氢键断 裂 致使DNA模板失活 复制发生障碍 O OH 2C O P O CH2 O O N HN H3C O O OPt NH3 H3N N HN N N H2N T O G Advanced Inorganic Chemistry 二 顺铂反铂与金属硫蛋白的作用 金属硫蛋白金属硫蛋白 MT 作为低分子量 富含半胱氨酸的金属结合蛋 白 具有高度的可诱导性 可被多种重金属的盐所诱导 并 在重金属解毒中发挥重要作用 Advanced Inorganic Chemistry 三 高迁移率 HMG 蛋白对含顺铂链内d GpG 或d ApG 交联DNA的识别和结合作用 对顺铂作用机制的研究的一个主要目的是揭示该药物和 其他类似物是如何选择性的破坏肿瘤细胞 而在同样的用药 浓度下 正常细胞却可以耐受 HMG1和SSRP1可以识别在DNA上顺式二胺铂引起链内 d GpG 和d ApG 交联的位点上所发生的去折叠和弯曲 顺铂 的结合导致DNA形成一种可被HMG1和含有HMG box的蛋白 特异结合的结构 这一反应有利于药物的抗癌活性的发挥 Advanced Inorganic Chemistry 2 3 4 5 6 300400500600700 波长 nm 一 血红蛋白和肌红蛋白 1 卟啉 一 血红蛋白和肌红蛋白 1 卟啉 a N N N N H H H H H H H H H H N N N N M b N N N N Fe CH3 CH3CH3 CH3 CH2 OOC COO CH2 8 9 10 11 12 eV 卟啉的部分能级 b1u eg a2u a1u eu 第四节血红素蛋白第四节血红素蛋白 Advanced Inorganic Chemistry 2 血红素蛋白的结构 肌红蛋白含一条由153个氨基酸残基组成的多肽单链 珠 蛋白 它由7段 螺旋和6段非螺旋构成 血红蛋白由四个亚单位组成 一种有二条 链 有141氨基 酸残基 二条 链 146个氨基酸残基 占95 以上 另一种有 二条 链 有141氨基酸残基 二条 链 146个氨基酸残基 5 Advanced Inorganic Chemistry NHN CH3 O2 NH N CH3 a b 蛋白质骨架 CH3 CH3 N N N NCH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 Fe N N H CH3 CH3 N N N N Fe O O CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 N N H 蛋白质与氧之间的氢键 蛋白质与铁卟啉 形成的Fe N键 Advanced Inorganic Chemistry 第五节 锌酶和超氧化物歧化酶 一 锌酶一 锌酶 1 羧肽酶羧肽酶 Carboxypeptidase CP CP催化肽和蛋白质链C末端氨基酸残基水解 CPA催化有芳香侧链和疏水脂肪侧链氨基酸残基水解 CPB 催化带正电荷侧链的残基的 C 末端Lys C 末端Arg水解 酶的活性部位涉及Zn2 畸变四面体和Arg 145 Tyr 248 Glu 270 以及由非极性残基组成的疏水口袋 水解过程的催化机理为 首先是酶与底物定位结合使底物 肽键处于张力下 反应活化能明显降低 然后再进行催化 水解反应 水解过程的催化机理为 首先是酶与底物定位结合使底物 肽键处于张力下 反应活化能明显降低 然后再进行催化 水解反应 Advanced Inorganic Chemistry 1 羧肽酶 Carboxypeptidase CP Advanced Inorganic Chemistry 2 碳酸酐酶 Carbonic anhydrases CA CO2 H2O HCO3 H 10 25 CH3CHO H2O CH3CH OH 2 10 26 CH3COOAr OH CH3COOH ArOH 10 27 Advanced Inorganic Chemistry 3 醇脱氢酶 Alcohol dehydrogenases ADH Advanced Inorganic Chemistry 4 碱性磷酸酯酶 Alkaline phosphatase ONO2P O O O H2O OHNO2 HPO42 10 29 6 Advanced Inorganic Chemistry 二 超氧化物歧化酶 superoxidedismutase 天然存在的SOD酶有三种 Cu Zn SOD Mn SOD Fe SOD Cu Zn SODMn SODFe SODFe SOD Advanced Inorganic Chemistry 第六节 硒酶及硒的抗氧化作用 一 谷胱甘肽过氧化物酶的结构与抗氧化作用一 谷胱甘肽过氧化物酶的结构与抗氧化作用 NADP NADPH GSH GSSH H2O2 ROOH H2O ROH Se H 葡萄糖 6 磷酸脱氢酶 葡萄糖 已糖 激酶 葡萄糖 6 磷酸 6 磷酸 葡萄糖酸 谷胱甘肽还原酶 谷胱甘肽 过氧化物酶 Advanced Inorganic Chemistry 谷胱甘肽过氧化物酶的结构 Advanced Inorganic Chemistry 二 ebselen 硒酶的模型化合物 研究结果表明ebselen不仅具有GSH Px样活性 还有抗炎 调节免疫功能的作用 且毒性很低 被认为是一种极有前 景的药物 Se N C O Se N C HSR Se N C OH O SR Se CN OH SRSeSR C H N O Advanced Inorganic Chemistry 第七节生物矿化第七节生物矿化 在生物体系中形成生物矿物的过程称之为生物矿化 换 言之 生物矿化作用是生物形成矿物的作用 它是在生物的 特定部位 在一定物理化学条件下 在生物有机物质的控制 或影响下 将溶液中的离子转变为固相矿物的作用 一 生物矿物的基本结构一 生物矿物的基本结构 磷酸钙类磷酸钙类 其中以磷灰石类的羟基磷灰 Ca10 PO4 6 OH 2 最为 常见 它的OH 被F 取代则形成氟磷灰石 Ca10 PO4 6F2 它们 在不同条件下形成并能相互转化 碳酸钙类碳酸钙类 在生物界中存在的碳酸钙类矿物文石和方解石 它 们都是典型的离子晶格结构 方解石中Ca 2 周围有6个CO32 的氧配体 而文石则有9个 硅石类硅石类 在矿物中大多数硅石为结晶硅石 但在生物中常见的 则是无定形硅石 如溶胶 凝胶等形式 Advanced Inorganic Chemistry 二 生物矿化可以分为四个阶段 二 生物矿化可以分为四个阶段 1 有机大分子预组织 在矿物沉积前构造一个有组织的反应环境 该环 境决定了无机物成核的位置 但在生物体内实际矿化 过程中有机基质是处于动态的 2 界面分子识别 在已形成的有机大分子组装体的控制下 无机物 从溶液中在有机无机界面处成核 分子识别表现为有 机大分子在界面处通过晶格几何特性 静电势相互作 用 极性 立体化学因素 空间对称性和基质形貌等 方面影响和控制无机物成核的部位 结晶物质的选 择 晶型 取向及形貌 1 有机大分子预组织 在矿物沉积前构造一个有组织的反应环境 该环 境决定了无机物成核的位置 但在生物体内实际矿化 过程中有机基质是处于动态的 2 界面分子识别 在已形成的有机大分子组装体的控制下 无机物 从溶液中在有机无机界面处成核 分子识别表现为有 机大分子在界面处通过晶格几何特性 静电势相互作 用 极性 立体化学因素 空间对称性和基质形貌等 方面影响和控制无机物成核的部位 结晶物质的选 择 晶型 取向及形貌 7 Advanced Inorganic Chemistry 3 生长调制 无机相通过晶体生长进行组装得到亚单元 同时形态 大小 取向和结构受到有机分子组装 体的控制 4 细胞加工 在细胞参与下亚单元组装成高级的结构 这 个阶段是造成天然生物矿化材料与人工材料差别 的主要原因 3 生长调制 无机相通过晶体生长进行组装得到亚单元 同时形态 大小 取向和结构受到有机分子组装 体的控制 4 细胞加工 在细胞参与下亚单元组装成高级的结构 这 个阶段是造成天然生物矿化材料与人工材料差别 的主要原因 Advanced Inorganic Chemistry 牙本质矿化的化学模型牙本质矿化的化学模型 Advanced Inorganic Chemistry 这种模仿生物矿化中无机物在有机物调制下形成 过程的无机材料合成 称为无机材料的仿生合成 这种模仿生物矿化中无机物在有机物调制下形成 过程的无机材料合成 称为无机材料的仿生合成 Biomimeticsynthesis 也 称 有 机 模 板 也 称 有 机 模 板 organic template approach 近几年无机材料的仿生合成已成 为材料化学研究的前沿和热点 近几年无机材料的仿生合成已成 为材料化学研究的前沿和热点 Science Nature Advanced materials等知名期刊对此进行了大量报道 在此基础上已形成了一门新的分支学科 等知名期刊对此进行了大量报道 在此基础上已形成了一门新的分支学科 仿生材料化 学 仿生材料化 学 biomimetic materials chemistry 目前已经利用仿生合成方法制备了纳米微粒 薄 膜 涂层 多孔材料和具有与天然生物矿物相似的复杂 形貌的无机材料 目前已经利用仿生合成方法制备了纳米微粒 薄 膜 涂层 多孔材料和具有与天然生物矿物相似的复杂 形貌的无机材料 三 模拟生物矿化三 模拟生物矿化 Advanced Inorganic Chemistry Zhi Zheng Baojun Huang Huiqiang Ma Xiaoping Zhang Manying Liu Zhuang Liu Ka Wai Wong and Woon Ming Lau CRYSTAL GROWTH DESIGN 2007 VOL 7 NO 9 1912 1917 CaCO3模拟生物矿化模拟生物矿化 Advanced Inorganic Chemistry 一 矿物药的发展概况一 矿物药的发展概况 在祖国传统医药学中 直接使用植物 动 物 矿物入药治病 为中华民族的繁衍昌盛作出 厂巨大的贡献 矿物作为中药有许多确切的记 载 如白石英有镇静 安神之功 朱砂能治疗心 脏病 在祖国传统医药学中 直接使用植物 动 物 矿物入药治病 为中华民族的繁衍昌盛作出 厂巨大的贡献 矿物作为中药有许多确切的记 载 如白石英有镇静 安神之功 朱砂能治疗心 脏病 等 随着科学技术的发展 许多问题值 得深入研究和探讨 等 随着科学技术的发展 许多问题值 得深入研究和探讨 1 关于毒性 2 关于作用机理问题 1 关于毒性 2 关于作用机理问题 第八节 矿物药第八节 矿物药 Advanced Inorganic Chemistry 矿物类中药的分类是以矿物中所含主要的或量最 多的某种化合物为根据的 矿物类中药的分类是以矿物中所含主要的或量最 多的某种化合物为根据的 汞化合物 如朱砂 轻粉 红粉等 铁化合物 如自然铜 赭石 金礞石 磁石等 铅化合物 如密陀僧 铅丹等 铜化合物 如胆矾 铜绿等 铝化合物 如白矾 赤石脂等 砷化合物 如雄黄 雌黄 信石等 硅化合物 如白石英 玛瑙 浮石 青礞石等 镁化合物 如滑石等 锌化合物 如炉甘石等 钙化合物 如石膏 龙骨 钟乳石 紫石英等 钠化合物 如芒硝 硼砂 大青盐等 当然也有其他的分类方法 如天然金属类 天然非金属 类 古生物类和现代生物骨骼及贝壳类 二 矿物药的分类二 矿物药的分类 8 Advanced Inorganic Chemistry 中药中的一些常见重要矿物中药中的一些常见重要矿物 石膏石膏 CaSO4 朱砂朱砂 HgS 雄黄雄黄 As4S4 大青盐大青盐 NaCl 白云母白云母 铝硅酸盐铝硅酸盐 无名异无名异 MnO2 密陀僧密陀僧 PbO 白石英白石英 SiO2 禹粮石禹粮石 Fe2O3 芒硝芒硝 Na2SO4 自然铜自然铜 FeS2 牡蛎 牡蛎 珍珠珍珠 CaCO3 炉甘石炉甘石 ZnCO3 砒霜 砒霜 As2O3 滑石滑石 硅酸镁硅酸镁 紫石英紫石英 CaF2 龙骨龙骨 龙齿龙齿 石燕石燕 石蟹石蟹 等化石等化石 CaCO3 Advanced Inorganic Chemistry 三 矿物药的特点三 矿物药的特点 一 矿物药的药源丰富 矿物药多来自自然界产出的矿物或天然矿物的 加工品 二 矿物药功能确切 疗效肯定 譬如石膏 清热泻火 除烦止渴 芒硝 玄明 粉 泻热通便 润燥软坚 清火消肿 炉甘石 解 毒明日退霸 收湿止痒敛疮 滑石 利尿通淋 清 热解暑等 其功效被历代临床所证实 而且疗效迅 速 一 矿物药的药源丰富 矿物药多来自自然界产出的矿物或天然矿物的 加工品 二 矿物药功能确切 疗效肯定 譬如石膏 清热泻火 除烦止渴 芒硝 玄明 粉 泻热通便 润燥软坚 清火消肿 炉甘石 解 毒明日退霸 收湿止痒敛疮 滑石 利尿通淋 清 热解暑等 其功效被历代临床所证实 而且疗效迅 速 Advanced Inorganic Chemistry 三 矿物药加工炮制比较简单 相比之下矿物药的产地加工 只需采挖 后 除去泥砂和杂石 即可进行炮制 炮制 中简单易行 四 矿物药临床应用要重视其毒性和副作用 含汞 铅 砷等矿物药的临床有效剂量 和中毒剂量比较接近 安全范围较小 而患 者的个体差异比较大 因此 此类药大多外 用 三 矿物药加工炮制比较简单 相比之下矿物药的产地加工 只需采挖 后 除去泥砂和杂石 即可进行炮制 炮制 中简单易行 四 矿物药临床应用要重视其毒性和副作用 含汞 铅 砷等矿物药的临床有效剂量 和中毒剂量比较接近 安全范围较小 而患 者的个体差异比较大 因此 此类药大多外 用 Advanced Inorganic Chemistry 华中科技大学较早开展了纳米中药的研究 他们提出 纳米中药是指运用纳米技术制造的 粒径小于100nm的中 药有效成分 有效部位 原药或其复方制剂 中药防病治病的基础 不仅与活性化学成分有关 还 与药物的物理状态密切相关 在改变药物物理状态方面能 将药物的尺寸变为纳米尺度 可望药物的活性和生物利用 度会有较大的提高 甚至产生新的药效 纳米矿物中药在表现生物活性时也有尺寸效应 例 如 对矿物中药雄黄的研究结果 反映了尺寸对生物活性 的影响 华中科技大学较早开展了纳米中药的研究 他们提出 纳米中药是指运用纳米技术制造的 粒径小于100nm的中 药有效成分 有效部位 原药或其复方制剂 中药防病治病的基础 不仅与活性化学成分有关 还 与药物的物理状态密切相关 在改变药物物理状态方面能 将药物的尺寸变为纳米尺度 可望药物的活性和生物利用 度会有较大的提高 甚至产生新的药效 纳米矿物中药在表现生物活性时也有尺寸效应 例 如 对矿物中药雄黄的研究结果 反映了尺寸对生物活性 的影响 四 纳米矿物药四 纳米矿物药 Advanced Inorganic Chemistry 五 矿物药研究近况五 矿物药研究近况 随着现代科学的发展 边缘科学的相互渗 透 近期对矿物药的研究有了新的发展 如矿物药品 种考证 品种鉴定 炮制 成分分析与含量测定 药 理 毒理与临床等 较以前有了很大进步 1 品种考证研究 本草著作是我国历代传统用药理论与经验总结 考证可使我们了解矿物药历代用药的变异情况 对自 然铜 寒水石 紫石英 肇石 矾石 硝石 花蕊石 等都有大量的研究报道如紫石英 历史考证结果认为 紫石英的正品应是矿物紫石英 Si0 随着现代科学的发展 边缘科学的相互渗 透 近期对矿物药的研究有了新的发展 如矿物药品 种考证 品种鉴定 炮制 成分分析与含量测定 药 理 毒理与临床等 较以前有了很大进步 1 品种考证研究 本草著作是我国历代传统用药理论与经验总结 考证可使我们了解矿物药历代用药的变异情况 对自 然