我国生物无机化学的发展

1、.我国生物无机化学的开展生物无机化学的蕴生和开展差不多经历了半个世纪，而作为一个独立学科的建立，却是近30年的事情，通常人们把国际期刊JournalofInorganicBiochemistry的创立1971年作为标志。众所周知，这个学科是在无机化学和生物学的互相穿插、浸透中开展起来的一门边沿学科。它的根本任务是从现象学上以及从分子、原子程度上研究金属与生物配体之间的互相作用。而对这种互相作用的说明有赖于无机化学和生物学两门学科程度的高度开展。由于应用理论化学方法和近代物理实验方法研究物质包括生物分子的构造、构象和分子能级的飞速进展，使得提醒生命过程中的生物无机化学行为成为可能，生物无机化学正

2、是这个时候作为一门独立学科应运而生。生物无机化学在我国较早就有一些不同学科的研究者在如生物矿化等方面开展工作；但是作为一门学科的出现，似应以全国第一次生物无机化学会议1984年，武汉的召开为标志。总之，从80年代初，我国从事不同学科的化学家顺应国际上这一新学科的开展，不少人纷纷转到生物无机这块园地进展耕耘。近20年来，这些耕耘者，确实作出了不少有意义的成果，以下分几个方面作概括介绍。1金属离子及其配合物与生物大分子的作用金属离子与生物大分子结合后，常常会发生明显的生物化学效应。计亮年等观察到一些金属碱和碱土金属氯化物和葡萄糖酸盐对葡萄糖氧化酶GOD的活性有激活和抑制作用。生物大分子结合的金属离

3、子可被不同类型的螯合剂夺取。李荣昌等研究了牛血清白蛋白镉的这类反响，提出用竞争参数F来表征螯合剂从生物大分子金属配合物中夺取金属的才能，求得了多种螯合剂相应的F值和稳定常数。分子识别是近年来国际上一个非常活泼的研究领域。计亮年等合成了一系列钌的平面配体配合物，研究了这些配合物与小牛胸腺DNA的作用。杨频等选用铁、镍为中心离子，以phen、bipy、dppz等为配体，合成并别离出了手性金属配合物，研究了它们与B-DNA的作用。应用金属及其配合物对肽键的化学切割，是作为金属水解肽酶的模拟物来加以研究的。朱龙根等发现，简单的Pb水配合物能选择性的与含蛋氨酸和甲硫半胱氨酸残基小肽中的硫原子配位，进而快

4、速地切割它们的羧基端的肽键。他们还发现氨基酸和二肽的配合物也能有效地水解肽键，活性配合物为双核配合物。蛋白质的水解机理是利用金属配合物促进特定肽键的水解，以到达选择性断裂肽键的目的。离子探针是一种研究生物体内无适当光、磁信号金属离子的结合状态的有效手段。杨频研究组应用顺磁离子探针研究了人血清白蛋白与Gd的作用。2药物中的金属及抗癌活性配合物的作用机理21顺铂的作用机理60年代末期，顺铂cis-platin抗癌作用的发现及其临床应用，开拓了金属配合物抗癌药物研究的新领域。顺铂抗癌作用的化学根底，如顺铂的靶分子、顺铂的跨膜机制等，至今仍是人们致力研究的课题。王夔曾提出金属-细胞互相作用的多靶模型，

5、为后来更多的实验事实所支持。他用实验证实了细胞膜是细胞外金属配合物进攻的前沿，金属离子与膜分子的结合是首先发生的事件。22有机锡配合物的抗癌活性及其与DNA作用的分子机理自80年代初，Crowe等人发现有机锡配合物有抗癌活性以来，已进展了大量合成和挑选工作。国内胡盛志等发现，由抗癌药物-氟尿嘧啶-u和EtSnClPhen反响制得的EtSnClPhen-u，大大增强了原产品的抗癌活性。潘华德等合成了一系列有机锡甾醇化合物及碳环醇化合物，都具有很好的活性。稀土元素生物无机化学我国科学工作者对稀土生物无机化学、稀土生物化学和稀土毒理学进展了研究。早期主要是进展了大量的环境调查及农用稀土毒理研究。年代

6、开场从分子程度及细胞程度上开展稀土的生物无机化学研究，并已出版了专著。钟淑琳等从茶叶中别离出含稀土的成分，认为是一种类脂和多糖结合的大分子化合物。赵贵文等从福建稀土矿区采集到的铁芒萁植物中测得含有较高的稀土，认为该植物对稀土具有富集作用。郭繁清等从江西赣县大田地区的铁芒萁中别离出二种含稀土的糖结合蛋白。钟广涛等研究了牙体中的稀土含量，指出随着人们年龄增长，牙中稀土量逐渐积累；卢国埕等指出矿区居民的头发中稀土含量明显增高。卢国埕等还报道了三氯化钇对大鼠精子的毒性，可使精子运动速度明显降低。牛春吉等用电位滴定法，测定了在接近体液条件下的稀土-氨基酸二元、三元及多元配合物溶液中的稳定性，并用数学模型

7、方法计算了当有稀土等金属离子存在下，其物种的分布。4金属离子与细胞的作用同一般物质跨膜传递的特征一样，细胞与重金属配合物传递的方式可分为三类：主动运送、被动扩散和细胞的吞吐作用。主动运送是膜上载体蛋白将物质逆电化学梯度从低浓度侧经过膜运送到高浓度的过程。这一过程需要能量的供给才能实现，其能量来源于ATP的水解。被动扩散是顺物质浓度梯度由较浓一侧向较稀一侧的运送。这是不需要能量供给的自发过程。某些亲水性物质，特别是金属离子或它们的配合物常常在载体或膜内通道蛋白的帮助下，顺浓度梯度进入细胞。此类过程由于需要异性的载体，因此有选择性和饱和性。细胞对顺铂类配合物摄入的动力学和机理已进展了不少研究。抗肿

8、瘤配合物顺铂和它的类似物的细胞摄入不仅与这类配合物的抗癌活性亲密相关，而且与其细胞毒性、抗药性有关，对其摄入的机理仍存在争论：一方面顺铂的细胞积累与接触细胞的顺铂浓度成正比、且具有不饱和性、也不被其类似物所抑制，这些事实符合被动扩散机制；而另一些实验说明，顺铂的摄入不仅受许多药物试剂、如两性霉素B、蛋白酶A及C的激活剂、钙调蛋白的拮抗剂等的调节，而且还受胞外pH、浸透压、Na+及K+浓度的影响。因此，顺铂的传递似乎通过某种特定的通道。细胞膜的通透性与细胞对物质的摄取有亲密关系。卢景芬的研究说明，顺铂对人体红细胞膜的结合导致维生素C向内扩散及TEMPO向外扩散的增加；她们还利用自旋标记的顺铂等，

9、研究了这些配合物从细胞流出的动力学，结果说明在初始阶段药物进入人体红细胞的速率是最快的，但3h后胞内铂浓度下降，这意味着流出的速率超过了进入的速率。5金属蛋白与金属酶细胞色素Cyt是一类含血红素的电子传递蛋白，在生物氧化、固氮和光合作用、以及能量转换及储存中有重要功能。金属硫蛋白MT是一类低分子、富含半胱氨酸酶的金属结合蛋白，对它的研究和利用都必须进展别离提取。黄仲贤等别离到了兔、鼠、刺猬、熊猫等哺乳动物的金属硫蛋白、鱼类和蚯蚓的金属硫蛋白以及假设干植物，如凤眼莲微生物的金属硫蛋白。王文清等研究了金属硫蛋白对汞化合物引起的红细胞溶血的抑制作用；黄仲贤等研究了Cu-MT去除OH自由基的才能。然而

10、，体内去除自由基的机制很复杂，金属硫蛋白在生理过程中，是否起去除自由基的作用，尚需更直接的证据。关于金属酶的化学模拟，1990年罗勤慧得到了第一个咪唑桥联的Cu、Zn异双核配合物单晶构造，继后唐雯霞等合成了构造类似的模拟物，。计亮年等研究了以苯基卟啉或酞菁为母体的铁配合物的吸氧动力学，轴向配体对催化作用的影响和羟化反响机理等。关于酶的修饰及固定化，李春华等将-淀粉酶、糖化酶和葡萄糖异构共固定化，用于淀粉转化于果糖，获得了良好的效果。硒蛋白和硒多糖中人体重要的功能蛋白，硒对人的安康有重要影响，国外研究已获得重要进展。我国也开展了不少研究。杨铭等从恩施富硒大蒜中别离出一中硒多糖。关于金属辅酶，陈慧

11、兰研究组设计、合成了三个系列、近30个不同烷基、反响碱基及平面配体的烷基钴西夫碱类模型化合物，测定了它们的Co-C键离解能，获得了新的结果。6生物矿化自然界生物利用矿物至少已有35亿年历史。从细菌、微生物到动物、植物的体内均可形成矿物。生物矿化的研究始于本世纪初。近些年来我国学者也开展了这方面的研究，并已有专著问世。崔福斋等采用X-射线分析等方法，对象牙从钠米到厘米的分级做详细的研究，结果说明象牙与人类的牙齿的牙本质相似，是由羟基磷灰石晶体和胶原纤维所组成。然而，由于羟基磷灰石中的钙部分地被镁所取代，从而导致象牙中钙的化学环境在比羟基磷灰石晶体中的更加复杂。他们还用扫描电镜、透射电镜和X-射线

12、衍射等方法，研究了在硬脂酸单分子膜磷酸钙的控制结晶作用，发现当无膜存在时，磷酸八OCP晶体以20nm50nm的微小晶簇混乱地从溶液中析出，且不具有择优取向。随着生物矿化研究工作的开展，在充分比较生物矿物与纯矿物的形成过程及晶体构造的根底上，进一步认识到，有机基质及有机-无机界面的分子识别，在晶体的成核、生长以及微构造的有序组装方面起着关键作用。邰子厚建议今后应在以下几个方面开展研究：1诱导分子膜作为分子膜板的定向成核；2利用超分子组装体系合成纳米材料；3微构造的构筑等。生物矿化的研究使人们有希望获得既有确定大小、晶形和取向，又具有光、电、磁、声等功能的特殊晶体，为进一步合成优良的生物活性陶瓷、

13、功程生物材料开拓一个新的研究天地。7环境生物无机化学环境生物无机化学从环境与生物体的互相作用出发，研究无机元素在环境中的存在形态、转化及其效应和人体安康的关系。国内研究工作集中在：1与地方病和心血管病有关的碘、氟、铅、铬等；2结合动物和人体安康进展的汞、镉、铅、铜、锌、砷、铝和硒的研究；3结合作物生长开展的硼、锰、锌和钼的研究；4结合微量元素应用的潜在危害作用研究，如农用稀土研究等。已有多部专著问世。我国学者彭安、徐辉碧等对硒的化学开展了卓有成效的研究。研究侧重中国低硒带与安康的关系及低硒生态环境改进途径。另一个与环境生态有关的重大问题是稀土微肥和稀土饲料的广泛应用，会不会给人带来长期毒害，对此国家已经组织了重大基金工程进展研究。汞是我国生态环境中突出的污染元素。国际上存在的金矿开采和燃煤带来的污染在我国也同样存在，已引起国内外的充分重视和研究新热点。国际公认在全球最具潜在危害性的金属有镉、汞、铅、锡、锑、银、锌等。这些金属的形态和转化仍是我们需要实在解决的研究课题。非金属元素碘、氟、砷对人的安康至关重要，要从必需和毒害两个方面加以研究。在今后相当长的时期内，与地方病和区域安康有关的微量元素环境生物无机化学研究仍将是本