生物无机化学

1、生物无机化学一、概述二、生命元素与生物配体三、金属蛋白四、金属酶五、生物膜与离子的跨膜转运生物膜细胞膜 plasma membrane细胞器膜线粒体膜内质网膜溶酶体膜核膜重要作用：细胞内环境的稳定物质代谢能量转换信息传递一. 生物膜细胞膜组成：主要由脂质（lipid）和蛋白构成脂质体以磷脂为主，磷酸甘油酯（phosphoglyceride）R1COCH2CHH2COPO-O-OOCR2OOR (1424) 16. 18膜脂均为两性分子亲水部分极性头疏水部分疏水尾双分子层内外亲水，中间疏水膜结构流动镶嵌模型 双分子层：膜脂分子可以自由横向运动 流动性、柔韧性、高电阻、离子通透性 膜蛋白：自由侧向

2、扩散，但不能翻转 少许有专一结合。生物膜的功能生物膜是细胞和各种细胞器的屏障，选择性地允许一些分子、离子通过。其主要功能：* 稳定细胞分子体积、pH值、物质成分、酶活动环境；* 摄取、浓缩有用物质； 排出多余、无用物质；* 保持浓度梯度，传递生物信息；* 智能化识别物种，控制数量。二. 金属离子的跨膜转运神经细胞的细胞质和细胞间质充满无机离子， 包括Na+，K+，Ca2+，Mg2+等体液离子，以及Cu，Fe，Zn等微量元素。金属离子跨细胞膜的浓度梯度及离子跨膜转运产生膜电位，产生运动、感觉、反射、学习和记忆等神经过程所需的电信号，为神经细胞运动提供驱动力。Na+K+Ca2+Mg2+细胞内浓度（

3、mmol/L)1215510-730细胞外浓度（mmol/L)14541.51常量离子在细胞内外的分布被动运送：顺浓度梯度，不耗能 *简单扩散：遵循扩散定律，速度的梯度 对于离子比较困难，疏水层阻挡，游泳过河 * 促进运送：依靠某些物质帮助过河，小分子离子载体：ionophore 形成脂溶性离子载体配合物, 坐船离子通道：ionic channel， 贯穿膜两侧, 隧道金属离子的跨膜转运的运送方式主动运送：逆浓度梯度，耗能离子泵：ionic pump， 需要离子载体和蛋白质帮助 钠泵，钙泵胞饮 pinocytosis 和胞吐exocytosis作用 质膜内陷形成1. 离子通道离子通道存在于所有

4、细胞中，是一类完整的膜蛋白。离子通道控制着膜电位的快速变化，可进行快速信息处理。位于神经系统中不同部位、不同类型的离子通道能执行特定的信号传导任务，是精细调控的功能元件。离子通道的主要作用：l高速转运离子可达单个通道每秒千万个（108）l识别和选择特定离子惊人的选择性，l响应特殊的信号许多离子通道可以调控或门控（gate），在响应各种刺激时打开或者关闭。电压门控、配体门控、机械门控非门控通道，静息通道基本特征 完整的膜蛋白 主要由4个亚基组成 4个亚基内部的螺旋组成孔洞区域（Flower-like door） 孔洞内部充满水 膜表面含糖蛋白组分离子通道的结构：K+ 通道 基本结构相同 孔螺旋

5、通道大小不同 离子过滤器 外端带负电Flower-like doorSelectivity Filter2. 离子泵钠泵K+ 细胞内 细胞外Na+ 细胞内 K+ Rb+ Li+ Cs+3） 通道离子载体大环多羟基多烯内酯类抗菌素多烯部分： 亲脂多羟基部分：亲水胶束, 内部亲水性通道运送正负离子和小分子选择性不强4）. 合成离子载体模拟天然离子载体结构和功能大环配体：冠醚、穴醚链状多齿配体 冠醚 crownether 穴醚生物无机化学一、概述二、生命元素与生物配体三、金属蛋白四、金属酶五、生物膜与离子的跨膜转运六、金属与核酸的相互作用核苷酸DNA单链结构碱基配对DNA双螺旋结构染色体末端端粒结构

6、六、 金属与核酸的相互作用1. 与核苷酸体内有重要的游离核苷酸，如ATPATPADP水解Mg2+在核苷酸中，存在配位基团磷酸中碱基强戊糖弱金属离子：Ca2+、Mg2+Cu2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+M2+ATP配合物Mg2+、Ca2+与磷酸成键，又与N-7配位。两种配位形式大螯合环外配位层(macrochelated outer sphere)大螯合环内配位层(macrochelated inner sphere)2. 与DNA和RNA的相互作用RNA：天然RNA中含有Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Al3+、Cr3+、Mn2+、Zn2+多种阳离子结合牢固一般方法很难分离生理功能

7、不清楚推测Mn2+、Zn2+对RNA起稳定作用染色体末端端粒结构3. 金属离子对DNA、RNA功能的影响DNA复制：脱氧核苷酸转移酶，需Mg2+、Mn2+和Co2+存在时才把dATP、dGTP、dCTP、dTTP搬运到DNA聚合酶上。DNA聚合酶本身含有ZnDNA聚合酶在Mg2+、Mn2+和Co2+存在下，开始复制转录RNA：Mg2+、Mn2+、Co2+对RNA聚合酶有激活作用Mg2+使RNA聚合酶具有识别核糖核苷作用，不混入脱氧者翻译： Mg2+的存在使t-RNA识别密码，但Mg2+大到一定程度，会出现错码。过多Mg2+，不能识别密码的第三个字母， 即UUC与UUA不分， Phe Leu4.

8、 锌指蛋白 基因的复制、转录、翻译，一般需要与特定蛋白结合而激活启动，复制激活因子、转录因子等含有锌指蛋白结构5. DNA构型探针DNA二级构象无可靠方法测定用金属配合物作DNA构型探针用于判别B-DNA和Z-DNAB-DNA Z-DNA大部分少部分碱基内侧外侧疏水保护保护少易受攻击，导致基因突变致癌例：黄曲霉素B1强烈的阻碍B-DNA作用2-乙酰基荧光素与A-8-C结合, 使DNA BZ导致基因突变，致癌。其它致癌物：作用于：嘌呤 N7嘧啶 C5甲基化，破坏BZ平衡DNA碱基加成物形成位点（化学致癌）探针配合物 Ru(phen)32+二氮杂非 手性拆分 对映体 与 左 右DNA双螺旋结构与DNA作用其中一个phen插入碱基之间另两个在大沟中，要求空间匹配 右手旋对映B-DNA 左手旋对应Z-DNA荧光谱6. 抗癌药物顺铂1965年，B. Rosenberg电场对细菌生长的影响细胞分裂受到抑制，300倍大的菌丝Pt电极培养液中加了NH4Cl其它电极则无此现象。进一步研究表明，电流作用，使Pt Pt2+溶液生成cis-Pt(NH3)2Cl2抑制细胞分裂作用机理：DNA是主要靶分