生物無機(jī)化學(xué) 探索生命現(xiàn)象的利器

生物無機(jī)化學(xué)探索生命現(xiàn)象的利器形成自生物化學(xué)學(xué)科誕生后，人們逐漸認(rèn)識到：生命現(xiàn)象歸根到底主要是化學(xué)反應(yīng)。作為生物化學(xué)學(xué)科研究的對象相當(dāng)一段時間主要是有機(jī)物，如蛋白質(zhì)、脂肪和糖等。但隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)在生物體內(nèi)除早期認(rèn)識到個別金屬元素在生物體中的重要作用外，金屬元素（還有個別非金屬元素）在生命體中發(fā)揮重要生物功能是一個普遍現(xiàn)象。于是圍繞金屬元素生物學(xué)效應(yīng)的學(xué)科逐漸形成。這便是生物無機(jī)化學(xué)。無機(jī)元素的生理功能構(gòu)成人體組織的重要成分:CaMgP（80%）（骨骼、牙齒鐵）（血紅蛋白）、磷（核酸）調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的通透性:NaK維持神經(jīng)和肌肉的興奮性:CaMgNaK（鈣鎂升高、肌肉興奮性降低；鈉鉀相反）組成激素、活性蛋白質(zhì)和多種酶類的成分，并參與酶的激活（鎂離子激活磷酸酯酶）

無機(jī)元素缺乏的癥狀生物無機(jī)化學(xué)在探索生命現(xiàn)象中的作用生物無機(jī)化學(xué)一般從研究小分子(例如鉀、鈉、鈣、鎂等離子)對生物體的作用入手。

載氧金屬蛋白血紅蛋白和肌紅蛋白的組分中均含血紅素(heme)。它是由鐵(Ⅱ)和原卟啉形成的金屬卟啉配合物。人工合成酶弄清金屬元素和酶的結(jié)構(gòu)、關(guān)系，就非常有可能人工合成出高催化效率的酶，使化學(xué)工業(yè)發(fā)生一場根本性的變革。在這方面，固氮制肥料的研究已取得了不少成績。

金屬酶和金屬輔酶金屬酶(mtalloenzyme)中均含蛋白質(zhì)鏈，通常其中的金屬離子既是配位中心又是活性中心。金屬酶有催化效率高，專一性強(qiáng)的特點(diǎn)。生物體各種組成部分的自我更新或新陳代謝，歸根結(jié)底是通過成千上萬種化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，而這些化學(xué)反應(yīng)幾乎又都是在一類特殊的蛋白質(zhì)——酶的催化之下進(jìn)行的。酶是鎂、鋅、錳、銅等金屬元素不可缺少的組成部分。酶作為催化劑，其催化效率高得驚人。例如同樣是使過氧化氫分解成為氧氣和水，過氧化氫酶的催化效率比一般化工廠常用的無機(jī)催化劑高出一千萬倍!換句話說，在相同的條件下，用普通催化劑催化需要一年甚至一百萬年才能完成的化學(xué)反應(yīng)，酶只需要一秒鐘。

固氮細(xì)菌倘若根據(jù)遺傳工程學(xué)，把固氮基因轉(zhuǎn)移到小麥、水稻、玉米等主要糧食作物根系的細(xì)菌中去，就能使它們獲得大豆那樣的固氮能力，為作物提供氮肥。還有人設(shè)想，把固氮基因干脆轉(zhuǎn)移到動物甚至人體腸道細(xì)菌的細(xì)胞中去，以實(shí)現(xiàn)腸道細(xì)菌利用所固定的氨態(tài)氮來制造氨基酸、蛋白質(zhì)等，達(dá)到部分營養(yǎng)自造的目的。這并非空想，因?yàn)榘紫伜痛缫丫邆浯斯δ?，它們的腸內(nèi)都有固氮細(xì)菌，能靠含氮量很低的食物生活。現(xiàn)已有人在蠶絲生產(chǎn)上努力，如果最終能把產(chǎn)生絲蛋白的基因引入細(xì)菌細(xì)胞中，使它具備合成絲蛋白的能力，那么就可以在發(fā)酵罐中生產(chǎn)蠶絲，大大縮短生產(chǎn)周期，使整個生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

防治環(huán)境疾病當(dāng)前，由于環(huán)境受到污染，某些化學(xué)元素進(jìn)入人體，從而引起疾病已是不爭事實(shí)。例如汞是水俁病的根源；鎘積聚在腎臟、動脈和肝中，會干擾某些需鋅的生物酶的作用。而通過生物無機(jī)化學(xué)的研究表明，由于鎘和鋅的性質(zhì)相似，而鎘對某些腎組織比鋅有更大的親和作用，因此它能不可逆地取代鋅，從而改變了依靠鋅的一切生物化學(xué)反應(yīng)，最終引起尿蛋白癥、糖尿病、水腫甚至癌癥等。所以，研究化學(xué)元素的作用，將有助于防治因環(huán)境污染所引起的各種疾病，做到對癥下藥，有的放矢。

選擇嬰兒的性別生物無機(jī)化學(xué)的研究顯示，食鹽在人體內(nèi)的作用主要由鈉離子實(shí)現(xiàn)，它能調(diào)節(jié)血液的酸堿度，使其維持恒定，以適合于細(xì)胞的新陳代謝。最近，關(guān)于食鹽的研究又有驚人的發(fā)現(xiàn)，利用食鹽可以選擇嬰兒的性別。其基本原則是，欲生男孩，女性在懷孕前應(yīng)多吃一些咸食，以增加體內(nèi)的鈉和鉀的含量；欲生女兒，就多吃乳酪、牛奶、雞蛋，未發(fā)酵的干酪、甜黃油等含鈣和鎂豐富的食物。研究者認(rèn)為，這些食譜能對卵巢產(chǎn)生化學(xué)影響，卵巢又將影響到卵子對精