高等無機化學(xué)-生物無機化學(xué)課件1

1、生物無機化學(xué)高等無機化學(xué)高等無機化學(xué) 2012年年12月月主要內(nèi)容概念和研究方向、研究對象、研究內(nèi)容歷史發(fā)展及現(xiàn)狀研究熱點及未來方向1.概念及研究方向、研究方法、研究內(nèi)容概念及研究方向、研究方法、研究內(nèi)容 生物無機化學(xué)在我國較早就有一些不同學(xué)科的研究者在如生物礦化等方面開展工作；但是作為一門學(xué)科的出現(xiàn)，應(yīng)以全國第一次生物無機化學(xué)會議（1984年，武漢）的召開為標志。總之，從80年代初，我國從事不同學(xué)科的化學(xué)家順應(yīng)國際上這一新學(xué)科的發(fā)展，不少人紛紛轉(zhuǎn)到生物無機這塊園地進行耕耘。 從廣義上講,生物無機化學(xué)生物無機化學(xué)是一門用無機化學(xué)(其中主要是配位化學(xué))的理論和方法研究金屬離子等無機元素及其相關(guān)化

2、合物與生物體內(nèi)分子的作用和機理的學(xué)科。含金屬藥物等對生含金屬藥物等對生物體物體,生命生理過生命生理過程的影響程的影響生物無機化學(xué)生物無機化學(xué)生物體內(nèi)物質(zhì)生物體內(nèi)物質(zhì)相關(guān)化合物與相關(guān)化合物與各種無機元素各種無機元素微量金屬離子之微量金屬離子之間的相互作用間的相互作用金屬離子以及金屬金屬離子以及金屬酶酶,金屬蛋白的結(jié)構(gòu)金屬蛋白的結(jié)構(gòu),功能以及模擬研究功能以及模擬研究無機元素在生物體無機元素在生物體內(nèi)的循環(huán)內(nèi)的循環(huán),環(huán)境污染環(huán)境污染(i) 用各種物理化學(xué)方法直接研究生物體系中金屬酶和金屬蛋白等含金屬物種的結(jié)構(gòu),功能以及作用機理 .(ii) 用模擬的方法來研究重要生物過程和生物大分子配合物的結(jié)構(gòu)以及結(jié)

3、構(gòu)與功能之間的關(guān)系,包括活性中心的結(jié)構(gòu)模擬,功能模擬以及利用基因突變等方法對原型化合物進行局部修改,從而觀測修改對其結(jié)構(gòu),功能的影響等. 1.1生物體系中的金屬離子（元素）1.2堿金屬及堿土金屬的生物無機化學(xué)1.3天然氧載體1.4電子傳遞蛋白1.5含鐵加氧酶1.6含鋅酶1.7固氮酶1.8輔酶B121.1生物體系中金屬離子生物體系中金屬離子(元素元素) 1.1.1必需元素與有毒元素1.1.2金屬酶和金屬蛋白 1.1.3金屬藥物1.1.4稀土生物無機化學(xué)1.1.1必需元素與有毒元素必需元素與有毒元素必需元素(essential elements) 又稱生物必需元素或生命元素.Cotzias等人給生

4、物必需元素下了一個較為完整的定義,認為生物必需元素需要同時具備以下幾個條件:(1) 元素在不同的生物組織內(nèi)均有一定的濃度;(2) 去除這些元素后會使生物造成相同或相似的生理或結(jié)構(gòu)上的不正常;(3) 恢復(fù)該元素的存在可以消除或預(yù)防這些不正常;(4) 元素有專門生物化學(xué)上的功能.生物必需元素宏量結(jié)構(gòu)元素(bulk structral elements) 宏量礦物元素(macrominerals) 微量金屬元素(trace metal elements) 超微量元素(ultratrace metal elements) 微量和超微量非金屬元素 C,H,O,N,P,SFe,Zn,CuNa,K,Ca,M

5、gMn,Co,Mo,Ni,Cr,V,Cd,Sn,Pb,LiI,F,Se,Si,As,B返回有毒元素 又稱有害元素,指那些存在于生物體內(nèi)影響正常的代謝,生命和生理過程的元素. Cd,Hg,Pb,Tl,As,Sb,Be,Ba,In,Te,Se,V,Cr,Nb等, 鎘 汞 鉛 鉈 砷 銻 鈹 鋇 銦 碲 硒 釩 鉻 鈮 其中Cd,Hg,Pb,As等為劇毒元素. C,H,O,N,P,S,Na,K,Ca,Mg,Fe,Zn,Cu,Mn,Co,Mo,Ni,Cr,V,Cd,Sn,Pb,Li,I,F,Se,Si,As,B關(guān)鍵 : 在生物體內(nèi)的量是否合適,太少可能引起某些疾病的不正常,導(dǎo)致缺乏癥, 太多則可能引起

6、中毒,直至死亡 . Bertrand等人提出了生物必需元素的最佳營養(yǎng)定律;缺乏不能成活,適量最好,過量有毒 .攝入量過量缺乏適量生物效應(yīng)1.1.2 金屬酶和有機蛋白金屬酶和有機蛋白定義: 金屬酶：結(jié)合有金屬離子的生物酶,也就是說必須有金屬離子參與才有活性的酶. 分類: 天然金屬酶根據(jù)其催化的反應(yīng)類型不同可以分為氧化還原酶(oxidoreductase),轉(zhuǎn)移酶(transferase),水解酶(hydrolase),異構(gòu)化酶(isomerase),裂解酶(lyase)和合成酶(synthetase,或稱連接酶ligase)六種. 金屬酶 (1) 金屬離子與蛋白鏈結(jié)合,從而使蛋白具有特定的高級結(jié)

7、構(gòu)(構(gòu)象)和穩(wěn)定性,而且這種若定的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性與其催化活性之間有密切關(guān)系; (2) 通過金屬離子與底物分子間的相互作用,使底物分子定向,從而發(fā)生專一性強,選擇性高的催化反應(yīng); (3) 形成催化反應(yīng)活性中心(active center),從而為酶提供催化反應(yīng)的活性部分(active site).定義 金屬蛋白(metalloprotein).生物活性配合物以蛋白質(zhì)作為配體并且具有特定的生物功能。 例如:具有電子傳遞作用的鐵硫蛋白,運輸和儲存氧分子的血紅蛋白和肌紅蛋白,還有儲存鐵的鐵蛋白和輸送鐵的鐵傳遞蛋白等. 金屬蛋白金屬蛋白 金屬酶或金屬蛋白都是由含金屬離子部分和不含金屬離子的蛋白兩部分組成.

8、 其中不含金屬離子的蛋白部分則被稱為脫輔基酶(apoenzyme)或脫輔基蛋白(apoprotein),而含金屬離子的非蛋白部分則稱為輔基或輔因子(cofactor). 有些輔基與蛋白結(jié)合較牢固,如血紅蛋白及肌紅蛋白中的血紅素(鐵卟啉);而有些輔基可以從酶中分離出來,如輔酶B12(5-脫氧腺苷鈷氨酸)或ATP酶中的鎂離子等,前者為有機金屬配合物,后者為簡單金屬離子(激活劑).1.1.3金屬藥物金屬藥物研究方向:設(shè)計合成新的配位化合物,目的就是從中篩選出有活性的化合物,作為進一步研究提供基礎(chǔ) .研究金屬藥物分子與體內(nèi)生物分子的作用,機理以及藥物分子在體內(nèi)的代謝等,目的就是探討國姓與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系

9、,從而為涉及合成活性高,毒性低的新型金屬藥物奠定基礎(chǔ).第一代鉑類抗癌 順鉑(Cisplatin)順鉑為順式-二氯二氨合鉑()（ cis-dichlorodiammineplatinum () ） 的俗稱，棕黃色粉末，對肉瘤、惡性上皮腫瘤、淋巴瘤及生殖細胞腫瘤都有治療功效。PtClClNH3H3NPtClClNH3H3N逆鉑順鉑CisPlatin 順鉑首先在1845年由M.Peyrone合成，故也稱Peyrone鹽。阿爾弗雷德維爾納在1893年研究了順鉑的結(jié)構(gòu)，但并沒有發(fā)現(xiàn)它的用途。20世紀60年代，Rosenberg等人偶然發(fā)現(xiàn)用鉑電極電解時，產(chǎn)生的溶液對大腸桿菌的二分裂具有抑制作用，實驗證明

10、是生成鉑化合物的緣故。進一步研究表明，在鉑的一系列配合物中，順鉑的抑制作用最強，從而首次報道了順鉑所具有的廣普的抗癌活性。美國食品藥品監(jiān)督管理局于1978年批準了順鉑的臨床應(yīng)用，此時，很多對它的作用機理的光譜學(xué)和物理化學(xué)研究也在如火如荼地進行。順鉑的研發(fā)，帶動了金屬配合物在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，對于癌癥治療具有革命性的意義。 順鉑的歷史順鉑的合成機理 通過大量的實驗，人們初步認為，順鉑的作用步驟大致分為：跨膜運輸，水合離解，靶向遷移和作用于DNA。 順鉑進入體內(nèi)后，一個氯緩慢被水分子取代，形成PtCl(H2O)(NH3)2+，其中的水分子很容易脫離，從而鉑與DNA堿基一個位點發(fā)生配位。然后另一個氯脫

11、離，鉑與DNA單鏈內(nèi)兩點或雙鏈發(fā)生交叉連接，抑制癌細胞的DNA復(fù)制過程，使之發(fā)生細胞凋亡。 順鉑使用時間長時，大部分病人都會對順鉑產(chǎn)生抗性，從而疾病復(fù)發(fā)。對此有很多解釋，包括細胞對順鉑的解毒增強，對細胞凋亡的抑制，以及DNA修復(fù)能力增強，等等。臨床上一般多用紫衫醇聯(lián)合順鉑方案治療對順鉑產(chǎn)生抗性的病人，其機理目前尚不明確。HMAprotein 主動運輸 被動融合 鳥嘌呤 順鉑的特點主要有（l）抗癌作用強，抗癌活性高。（2）毒副作用主要是腎毒性和惡心嘔吐，毒性譜與其它藥物有所不同，因此易與其它抗癌藥物配伍，包括與其它鉑類抗癌藥物配伍。（3）與其它抗癌藥物少交叉耐藥性，有利于臨床的聯(lián)合用藥。但也有一

12、定的副作用，如腎臟毒性；惡心、嘔吐；神經(jīng)毒性； 耳毒性； 禿頭癥； 電解質(zhì)紊亂。 順鉑雖然有諸多毒副作用，但由于其療效比較確切，價格相對低廉，目前仍是使用量較大的品種。2000年6月順鉑被列入我國基本醫(yī)療保險藥品目錄中抗腫瘤藥物的乙類品種中。第二代鉑類抗癌藥物 卡鉑(Carboplatin)卡鉑 1,1一環(huán)丁二羧酸二氨合鉑(). CCOOOOAgAgPtIIH3NH3NPtH3NH3NCCOOOO卡鉑的特點主要有（1）化學(xué)穩(wěn)定性好，溶解度比順鉑高16倍。（2）毒副作用低于順鉑，主要毒副作用是骨髓抑制，通過自身骨髓移植和采用克隆刺激因子可防止骨髓的毒性。（3）作用機制與順鉑相同，可以替代順鉑用于

13、某些癌瘤的治療。（4）與非鉑類抗癌藥物無交叉耐藥性，可以與多種抗癌藥物聯(lián)合使用。 卡鉑卡鉑順鉑順鉑溶解度溶解度17mg/ml 17mg/ml 1mg/ml 1mg/ml 穩(wěn)定性穩(wěn)定性( (水合速率常數(shù)水合速率常數(shù)) ) 1.61.610-6min-1 10-6min-1 2.22.210-3min-1 10-3min-1 西方國家期臨床試驗表明，對順鉑有效的腫瘤，使用卡鉑同樣有效。但由于非血液系統(tǒng)方面的毒性低，在西方國家卡鉑更易被患者接受。我國于1990年開發(fā)成功卡鉑， 目前卡鉑列我國十大城市醫(yī)院用藥領(lǐng)先的二十個抗腫瘤藥物中，2000年6月，在我國基本醫(yī)療保險藥品目錄中，卡鉑被列入抗肝瘤藥物的

14、甲類品種中。奈達鉑奈達鉑 順式-乙醇酸-二氨合鉑（），Nedaplatin，屬于第二代鉑類抗癌藥物。奧沙利鉑奧沙利鉑 左旋反式二氨環(huán)己烷草酸鉑，Oxaliplatin，是繼順鉑和卡鉑之后開發(fā)的第三代鉑類抗癌藥物。樂鉑樂鉑 1，2-雙胺甲基環(huán)丁烷鉑（）乳酸鹽，Lobaplatin，是由德國愛斯達制藥有限公司開發(fā)研制的又一個第三代鉑類抗腫瘤藥物。 目前，全世界的科學(xué)家們?nèi)栽诶^續(xù)尋找綜合評價優(yōu)于順鉑和卡鉑的新一代藥物。同時，還在進一步研究順鉑和卡鉑的聯(lián)合用藥方案，以擴大它們在癌癥治療中的適應(yīng)證和提高療效。 1.1.4稀土生物無機化學(xué) 稀土的生物效應(yīng)早在20世紀40年代隨著核技術(shù)的發(fā)展而被人們所關(guān)注。

15、以后又因稀土的性質(zhì)與鈣類似，可作為含鈣蛋白的結(jié)構(gòu)探針而開展了許多有關(guān)稀土的生物化學(xué)研究，并出版了專著.稀土的跨細胞膜轉(zhuǎn)運稀土與細胞膜的作用稀土對血紅蛋白的影響1.2堿金屬及堿土金屬的生物無機化學(xué)堿金屬及堿土金屬的生物無機化學(xué)Mn+內(nèi)內(nèi)/(mmol/L-1)Mn+外外/(mmol/L-1)Na+K+Mg2+Ca2+10-4 堿金屬和堿土金屬在維持正常的生命和生理活動中起著非常重要的作用。 1.3 天然氧載體天然氧載體概念：與分子氧可逆配位結(jié)合的生物大分子配合物。種類：血紅蛋白 肌紅蛋白 蚯蚓血紅蛋白 血藍蛋白 血釩蛋白 哺乳動物，人體哺乳動物，人體無脊椎動物：多毛類，星蟲類無脊椎動物：多毛類，星

16、蟲類軟體類，甲殼類軟體類，甲殼類天然氧載體天然氧載體 血紅蛋白血紅蛋白 肌紅蛋白肌紅蛋白 蚯蚓血紅蛋白蚯蚓血紅蛋白 血藍蛋白血藍蛋白 功能功能運輸氧運輸氧儲存氧儲存氧運輸氧運輸氧運輸氧運輸氧金屬金屬 Fe Fe Fe Cu 金屬離子氧化金屬離子氧化態(tài)（脫氧）態(tài)（脫氧）2221金屬離子氧化金屬離子氧化態(tài)（氧合）態(tài)（氧合）3332顏色（脫氧）顏色（脫氧）紫紅色紫紅色紫紅色紫紅色無色至黃色無色至黃色無色無色顏色（氧合）顏色（氧合）紅色紅色紅色紅色紫紅色紫紅色藍色藍色亞單位數(shù)亞單位數(shù)418可變可變1.4 電子傳遞蛋白1.不含金屬離子的有機化合物2.含可變化合價金屬離子的金屬蛋白細胞色素細胞色素鐵硫蛋白

17、鐵硫蛋白質(zhì)體藍素質(zhì)體藍素黃素氧還蛋白黃素氧還蛋白 電子傳遞反應(yīng)是生物體系中最基本的一類反應(yīng)。各種物質(zhì)的代謝都會涉及氧化還原反應(yīng)，而氧化還原反應(yīng)的發(fā)生即伴隨著電子的轉(zhuǎn)移。1.5 含鐵加氧酶加氧酶加氧酶: 氧分子在酶的催化作用下氧化加合到底物分子中去， 催化這類反應(yīng)的酶即為加氧酶單加氧反應(yīng)：單加氧反應(yīng)：氧分子中一個氧原子加合到底物分子中，另一個被 轉(zhuǎn)換為水分子雙加氧反應(yīng)：雙加氧反應(yīng)：氧分子全部加合到底物分子中在生物體內(nèi)鋅離子的含量僅次于鐵，在微量元素中位居第二鋅離子具有如下的特性：1.良好的Lewis酸性；2.本身沒有氧化還原活性（d10電子結(jié)構(gòu)）；3.良好的溶解性；4.毒性低等。1.6 含鋅酶目

18、前已經(jīng)知道的氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、異構(gòu)化酶、裂解酶和連接酶中均發(fā)現(xiàn)有含鋅的酶的存在。在這些金屬酶中，鋅一般都為于其活性中心.酶的活性中心：在酶催化過程中，酶（E）首先與底物（S）結(jié)合成中間產(chǎn)物（ES），然后再分解為產(chǎn)物（P）和酶。 E+S ES E+P 酶的活性中心（active center）是指酶分子中直接與底物結(jié)合形成酶-底物復(fù)合物的區(qū)域。1.7 固氮酶固氮酶固氮酶(nitrogenase) 在常溫常壓條件下能夠催化氮分子還原為氨,反應(yīng)式如下： N2+6H+6e- 2NH3該反應(yīng)具有非常重要的意義，它將不能被生物體利用的無機氮轉(zhuǎn)化為可被生物體 利用的有機胺分子，從而一方面可以為生物

19、體內(nèi)的氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等含氮成分提供氮源；另一方面，生物固氮可以提供植物所需的氮肥。因為目前工業(yè)上的合成氨需要在高溫高壓等苛刻條件下進行，不僅消耗大量的石油、煤炭等能源，而且有污染環(huán)境，所以人們期望在溫和條件下模擬生物固氮達到合成氨的目的，這就極大地推動了固氮酶就其相關(guān)領(lǐng)域的研究工作。一般所說的固氮酶都是指鉬固氮酶。8.8 輔酶B12有機金屬化合物被定義為存在金屬-碳鍵。 這類化合物在有機合成和催化中的重要性與日俱增。然而，在生物體系中已知的實例卻很少。一個著名的例外是維生素維生素B12，它是許多酶催化轉(zhuǎn)移所必需的輔酶。主要的功能單元是Co-C 鍵，當發(fā)生這些反應(yīng)時， Co-C 鍵斷裂。1

20、926年發(fā)現(xiàn)患惡性貧血癥的病人能通過大量食用肝得以有效的治療。從肝中提純的這種活性組分是含金屬鈷離子的化合物，即維生素B12。輔酶B12在這些催化反應(yīng)中，主要是通過Co-C鍵的均裂和形成來產(chǎn)生和吸收自由基，并由此引發(fā)下一步的催化反應(yīng)，而輔酶B12本身并不提供催化重排反應(yīng)的活性中心。2.生物無機化學(xué)歷史發(fā)展及現(xiàn)狀地球表殼的生命起源是在無機環(huán)境中進化的,血液中含有鐵,在很多生理反應(yīng)中涉及銅和鋅,它們作為生命必要元素的發(fā)現(xiàn)被稱為是生物無機化學(xué)的初期階段。20 世紀50 年代末期到60 年代早期, 著名的化學(xué)家Kendrew 和Perutz 分別解答了肌紅蛋白和血紅蛋白的X 射線結(jié)構(gòu)的問題。20 世紀

21、70 年代,很多無機化學(xué)家也加入到這個領(lǐng)域中來,大量相關(guān)的出版物發(fā)行。1976 年6 月,數(shù)百名科學(xué)家齊聚哥倫比亞大學(xué), 討論了當時在無機化學(xué)和生物學(xué)交叉地帶的發(fā)展，生物無機化學(xué)從此穩(wěn)步發(fā)展起來。1984 年，召開了第一屆國際生物無機化學(xué)會議,此后每隔兩年舉行一次。我國已申請主辦了2009年第14 屆國際生物無機化學(xué)會議。除了基礎(chǔ)理論方面召開的國際生物無機化學(xué)會議以外,國際應(yīng)用生物無機化學(xué)會議由我國北京大學(xué)王夔教授和澳大利亞J . Webb 教授發(fā)起,也是每兩年召開一次。這些學(xué)術(shù)活動大大促進了國內(nèi)外生物無機化學(xué)學(xué)科的發(fā)展。2.1無機物與生物大分子的作用無機物與生物大分子的作用 無機物與生物大分

22、子的作用,主要體現(xiàn)在金屬離子和配合物對蛋白質(zhì)和DNA的作用.金屬配合物與DNA作用研究的開展有助于人們從分子水平上了解生命現(xiàn)象的本質(zhì),揭示傳統(tǒng)生物學(xué)難以發(fā)現(xiàn)的規(guī)律,為合理設(shè)計和尋找有效的治療藥物提供理論指導(dǎo).劉揚中等報道了Cu，Co，Ni，Zn，Au，Pt，Ru在內(nèi)的40多種配合物作為蛋白剪接抑制劑,對結(jié)核桿菌的生長具有抑制作用,其效果與現(xiàn)有的抗結(jié)核藥物利福平、乙胺丁醇作用相當.朱苗力等發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的釩、銅配合物對蛋白酪氨酸磷酸酶具有抑制作用,并對釩、銅配合物抑制蛋白酪氨酸磷酸酶的活性和機理進行了研究,由于這種酶與人類重大疾病(癌、糖尿病風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎高血壓等的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)所以這類配合物在治

23、療上述疾病方面很有發(fā)展前景。2.2無機藥物及其作用機理無機藥物及其作用機理 順鉑類抗癌藥物的合成及臨床應(yīng)用是無機藥物領(lǐng)域一個發(fā)展較快的研究方向,但是目前的順鉑類藥物存在著抗癌譜窄毒副作用大和明顯的耐藥性等缺點,因此可以采用單功能鉑替代、螯合配位、多核化、氨基移位、核間橋聯(lián)等方式變化、多功能化、等電子體Au(III)替代等策略設(shè)計不同的抗腫瘤配合物.研究表明,合理的分子設(shè)計可以有效地改變鉑類配合物與DNA分子的結(jié)合方式,改變抗癌譜;通過提高抗癌配合物在含硫分子存在下的體內(nèi)穩(wěn)定性,可有效降低毒性,提高生物利用度. 目前的研究發(fā)現(xiàn),很多非鉑類金屬配合物都有抗腫瘤活性,如某些釕、鎵、金、鉍、銅、鈷、鎳

24、等的配合物,不僅抗腫瘤活性與目前的鉑類藥物相當,而且還具有其它方面的活性,如釕的配合物還具有抑制癌轉(zhuǎn)移的活性.近年來郭子建等在非鉑類金屬抗癌藥物設(shè)計方面做了多種嘗試,發(fā)現(xiàn)了一系列具有良好抗腫瘤活性的配合物,如陽離子型金(III)、鉍(III)、鎳(II)、銅(II)配合物等,這些配合物的抗腫瘤作用機理和反應(yīng)性能不同于鉑類藥物,因而不會發(fā)生類似鉑類藥物的毒副反應(yīng).非鉑類金屬配合物的抗腫瘤潛力已經(jīng)得到初步證實,為發(fā)現(xiàn)金屬抗癌藥物開辟了一條新途徑.此外通過某些納米材料如轉(zhuǎn)鐵蛋白作為靶向藥物載體,能使鉑類藥物定向輸送到靶器官、靶組織或靶細胞,減小這類藥物的毒副作用,并能夠控制藥性釋放速度,長時間保持藥

25、效,這也是目前生物無機藥物領(lǐng)域的另一個發(fā)展方向.2.3金屬蛋白、金屬酶金屬蛋白、金屬酶,細胞生物無機化細胞生物無機化學(xué)學(xué),稀土生物無機化學(xué)稀土生物無機化學(xué) 蛋白質(zhì)是生理及病理過程的物質(zhì)基礎(chǔ),占蛋白質(zhì)三分之一的金屬蛋白/金屬酶的作用主要包括電子傳遞、內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)、物質(zhì)/能量代謝、生物物質(zhì)的傳輸、氧化應(yīng)激、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因調(diào)控和藥物代謝等方面.金屬蛋白的金屬中心結(jié)構(gòu)的變化及其導(dǎo)致的功能改變常常是理解生理與病理變化的關(guān)鍵因素,特定金屬蛋白、金屬酶的表達、定位、結(jié)構(gòu)、功能等方面的變化常常成為關(guān)鍵的病理環(huán)節(jié).對它們的研究將揭示金屬中心結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系、金屬蛋白發(fā)揮生物學(xué)功能的調(diào)控機制、結(jié)構(gòu)和功能的變化與疾病

26、的關(guān)聯(lián),從而有助于闡明人類疾病的分子機制,可為疾病的防治和新型藥物的設(shè)計提供新的線索.2.4生物礦化與仿生材料生物礦化與仿生材料,納米材料生物納米材料生物效應(yīng)效應(yīng),小分子探針小分子探針 仿生材料研究的意義在于將認識、學(xué)習(xí)自然與利用、超越自然很好的結(jié)合起來.近年來受自然啟發(fā)的合成策略即仿生合成已經(jīng)日益引起科學(xué)界的關(guān)注.仿生合成的一個重要方面就是生物礦化,以骨組織作為學(xué)習(xí)模仿對象,研制結(jié)構(gòu)和功能仿生的人工骨修復(fù)材料,是目前的研究熱點之一.崔福齋等以自體骨移植修復(fù)骨缺損和骨自修復(fù)過程中骨痂形成為實驗?zāi)Ｐ?在體外模擬生物礦化過程,制備出納米晶膠原基骨修復(fù)材料,達到納米尺度上的仿生.這些仿生合成的骨材料

27、與天然人骨的成分和納米結(jié)構(gòu)相似,是國內(nèi)外首次在體外人工合成出具有與天然人骨成分和納米結(jié)構(gòu)相同的人工骨修復(fù)材料. 超疏水微米納米表面結(jié)構(gòu)材料的仿生合成與研究也是近些年仿生化學(xué)的一個研究熱點,江雷等通過對水珠在荷葉上的疏水特性、水滴在水稻葉子表面上的定向滾動以及水黽在水面自由行走跳躍這些自然現(xiàn)象的認識,從微納米尺度上研究了諸如荷葉,水稻葉以及水黽腿這些自然材料表面的微米納米復(fù)合結(jié)構(gòu),并根據(jù)這些納米材料的特點,成功制備了具有類似結(jié)構(gòu)超疏水和超雙疏的碳納米管陣列材料,以及超疏水聚合物納米纖維.這些材料在防雪、防污染、抗氧化以及防止電流傳導(dǎo)等方面有著極其廣闊的應(yīng)用前景. 熒光探針技術(shù)由于具有靈敏度高選擇性好等特點在化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)以及環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用,許多已成為研究、檢測的基本技術(shù).何衛(wèi)江等系統(tǒng)研究了不同取代基團的2,1,3-苯并噁二唑類化學(xué)熒光探針,利用這類熒光團設(shè)計的探針分子實現(xiàn)了活細胞中的鋅離子造影,并首次實現(xiàn)了活體動物的鋅離子熒光造影,為進一步利用該類熒光團設(shè)計不同生物化學(xué)物種的熒光探針提供了新的選擇和戰(zhàn)略.以CdSe/ZnS量子點,CdTe等作為成像試劑的熒光量子點進行生物標記成像,可視化地顯示活體狀態(tài)下、生物過程在分子水平的變化,實現(xiàn)疾病的早期診斷,也是生物無機化學(xué)領(lǐng)域最近幾年比較受關(guān)注的研究領(lǐng)域.2.5環(huán)境生物無機化學(xué)環(huán)境生物無機化學(xué) 目前環(huán)境生物無機化學(xué)的研