我國生物無機(jī)化學(xué)的發(fā)展

1、.我國生物無機(jī)化學(xué)的開展生物無機(jī)化學(xué)的蘊(yùn)生和開展差不多經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)，而作為一個(gè)獨(dú)立學(xué)科的建立，卻是近30年的事情，通常人們把國際期刊JournalofInorganicBiochemistry的創(chuàng)立1971年作為標(biāo)志。眾所周知，這個(gè)學(xué)科是在無機(jī)化學(xué)和生物學(xué)的互相穿插、浸透中開展起來的一門邊沿學(xué)科。它的根本任務(wù)是從現(xiàn)象學(xué)上以及從分子、原子程度上研究金屬與生物配體之間的互相作用。而對這種互相作用的說明有賴于無機(jī)化學(xué)和生物學(xué)兩門學(xué)科程度的高度開展。由于應(yīng)用理論化學(xué)方法和近代物理實(shí)驗(yàn)方法研究物質(zhì)包括生物分子的構(gòu)造、構(gòu)象和分子能級的飛速進(jìn)展，使得提醒生命過程中的生物無機(jī)化學(xué)行為成為可能，生物無機(jī)化學(xué)正

2、是這個(gè)時(shí)候作為一門獨(dú)立學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生。生物無機(jī)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)，似應(yīng)以全國第一次生物無機(jī)化學(xué)會(huì)議1984年，武漢的召開為標(biāo)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)科的開展，不少人紛紛轉(zhuǎn)到生物無機(jī)這塊園地進(jìn)展耕耘。近20年來，這些耕耘者，確實(shí)作出了不少有意義的成果，以下分幾個(gè)方面作概括介紹。1金屬離子及其配合物與生物大分子的作用金屬離子與生物大分子結(jié)合后，常常會(huì)發(fā)生明顯的生物化學(xué)效應(yīng)。計(jì)亮年等觀察到一些金屬堿和堿土金屬氯化物和葡萄糖酸鹽對葡萄糖氧化酶GOD的活性有激活和抑制作用。生物大分子結(jié)合的金屬離

3、子可被不同類型的螯合劑奪取。李榮昌等研究了牛血清白蛋白鎘的這類反響，提出用競爭參數(shù)F來表征螯合劑從生物大分子金屬配合物中奪取金屬的才能，求得了多種螯合劑相應(yīng)的F值和穩(wěn)定常數(shù)。分子識(shí)別是近年來國際上一個(gè)非?；顫姷难芯款I(lǐng)域。計(jì)亮年等合成了一系列釕的平面配體配合物，研究了這些配合物與小牛胸腺DNA的作用。楊頻等選用鐵、鎳為中心離子，以phen、bipy、dppz等為配體，合成并別離出了手性金屬配合物，研究了它們與B-DNA的作用。應(yīng)用金屬及其配合物對肽鍵的化學(xué)切割，是作為金屬水解肽酶的模擬物來加以研究的。朱龍根等發(fā)現(xiàn)，簡單的Pb水配合物能選擇性的與含蛋氨酸和甲硫半胱氨酸殘基小肽中的硫原子配位，進(jìn)而快

4、速地切割它們的羧基端的肽鍵。他們還發(fā)現(xiàn)氨基酸和二肽的配合物也能有效地水解肽鍵，活性配合物為雙核配合物。蛋白質(zhì)的水解機(jī)理是利用金屬配合物促進(jìn)特定肽鍵的水解，以到達(dá)選擇性斷裂肽鍵的目的。離子探針是一種研究生物體內(nèi)無適當(dāng)光、磁信號金屬離子的結(jié)合狀態(tài)的有效手段。楊頻研究組應(yīng)用順磁離子探針研究了人血清白蛋白與Gd的作用。2藥物中的金屬及抗癌活性配合物的作用機(jī)理21順鉑的作用機(jī)理60年代末期，順鉑cis-platin抗癌作用的發(fā)現(xiàn)及其臨床應(yīng)用，開拓了金屬配合物抗癌藥物研究的新領(lǐng)域。順鉑抗癌作用的化學(xué)根底，如順鉑的靶分子、順鉑的跨膜機(jī)制等，至今仍是人們致力研究的課題。王夔曾提出金屬-細(xì)胞互相作用的多靶模型，

5、為后來更多的實(shí)驗(yàn)事實(shí)所支持。他用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了細(xì)胞膜是細(xì)胞外金屬配合物進(jìn)攻的前沿，金屬離子與膜分子的結(jié)合是首先發(fā)生的事件。22有機(jī)錫配合物的抗癌活性及其與DNA作用的分子機(jī)理自80年代初，Crowe等人發(fā)現(xiàn)有機(jī)錫配合物有抗癌活性以來，已進(jìn)展了大量合成和挑選工作。國內(nèi)胡盛志等發(fā)現(xiàn)，由抗癌藥物-氟尿嘧啶-u和EtSnClPhen反響制得的EtSnClPhen-u，大大增強(qiáng)了原產(chǎn)品的抗癌活性。潘華德等合成了一系列有機(jī)錫甾醇化合物及碳環(huán)醇化合物，都具有很好的活性。稀土元素生物無機(jī)化學(xué)我國科學(xué)工作者對稀土生物無機(jī)化學(xué)、稀土生物化學(xué)和稀土毒理學(xué)進(jìn)展了研究。早期主要是進(jìn)展了大量的環(huán)境調(diào)查及農(nóng)用稀土毒理研究。年代

6、開場從分子程度及細(xì)胞程度上開展稀土的生物無機(jī)化學(xué)研究，并已出版了專著。鐘淑琳等從茶葉中別離出含稀土的成分，認(rèn)為是一種類脂和多糖結(jié)合的大分子化合物。趙貴文等從福建稀土礦區(qū)采集到的鐵芒萁植物中測得含有較高的稀土，認(rèn)為該植物對稀土具有富集作用。郭繁清等從江西贛縣大田地區(qū)的鐵芒萁中別離出二種含稀土的糖結(jié)合蛋白。鐘廣濤等研究了牙體中的稀土含量，指出隨著人們年齡增長，牙中稀土量逐漸積累；盧國埕等指出礦區(qū)居民的頭發(fā)中稀土含量明顯增高。盧國埕等還報(bào)道了三氯化釔對大鼠精子的毒性，可使精子運(yùn)動(dòng)速度明顯降低。牛春吉等用電位滴定法，測定了在接近體液條件下的稀土-氨基酸二元、三元及多元配合物溶液中的穩(wěn)定性，并用數(shù)學(xué)模型

7、方法計(jì)算了當(dāng)有稀土等金屬離子存在下，其物種的分布。4金屬離子與細(xì)胞的作用同一般物質(zhì)跨膜傳遞的特征一樣，細(xì)胞與重金屬配合物傳遞的方式可分為三類：主動(dòng)運(yùn)送、被動(dòng)擴(kuò)散和細(xì)胞的吞吐作用。主動(dòng)運(yùn)送是膜上載體蛋白將物質(zhì)逆電化學(xué)梯度從低濃度側(cè)經(jīng)過膜運(yùn)送到高濃度的過程。這一過程需要能量的供給才能實(shí)現(xiàn)，其能量來源于ATP的水解。被動(dòng)擴(kuò)散是順物質(zhì)濃度梯度由較濃一側(cè)向較稀一側(cè)的運(yùn)送。這是不需要能量供給的自發(fā)過程。某些親水性物質(zhì)，特別是金屬離子或它們的配合物常常在載體或膜內(nèi)通道蛋白的幫助下，順濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞。此類過程由于需要異性的載體，因此有選擇性和飽和性。細(xì)胞對順鉑類配合物攝入的動(dòng)力學(xué)和機(jī)理已進(jìn)展了不少研究。抗腫

8、瘤配合物順鉑和它的類似物的細(xì)胞攝入不僅與這類配合物的抗癌活性親密相關(guān)，而且與其細(xì)胞毒性、抗藥性有關(guān)，對其攝入的機(jī)理仍存在爭論：一方面順鉑的細(xì)胞積累與接觸細(xì)胞的順鉑濃度成正比、且具有不飽和性、也不被其類似物所抑制，這些事實(shí)符合被動(dòng)擴(kuò)散機(jī)制；而另一些實(shí)驗(yàn)說明，順鉑的攝入不僅受許多藥物試劑、如兩性霉素B、蛋白酶A及C的激活劑、鈣調(diào)蛋白的拮抗劑等的調(diào)節(jié)，而且還受胞外pH、浸透壓、Na+及K+濃度的影響。因此，順鉑的傳遞似乎通過某種特定的通道。細(xì)胞膜的通透性與細(xì)胞對物質(zhì)的攝取有親密關(guān)系。盧景芬的研究說明，順鉑對人體紅細(xì)胞膜的結(jié)合導(dǎo)致維生素C向內(nèi)擴(kuò)散及TEMPO向外擴(kuò)散的增加；她們還利用自旋標(biāo)記的順鉑等，

9、研究了這些配合物從細(xì)胞流出的動(dòng)力學(xué)，結(jié)果說明在初始階段藥物進(jìn)入人體紅細(xì)胞的速率是最快的，但3h后胞內(nèi)鉑濃度下降，這意味著流出的速率超過了進(jìn)入的速率。5金屬蛋白與金屬酶細(xì)胞色素Cyt是一類含血紅素的電子傳遞蛋白，在生物氧化、固氮和光合作用、以及能量轉(zhuǎn)換及儲(chǔ)存中有重要功能。金屬硫蛋白MT是一類低分子、富含半胱氨酸酶的金屬結(jié)合蛋白，對它的研究和利用都必須進(jìn)展別離提取。黃仲賢等別離到了兔、鼠、刺猬、熊貓等哺乳動(dòng)物的金屬硫蛋白、魚類和蚯蚓的金屬硫蛋白以及假設(shè)干植物，如鳳眼蓮微生物的金屬硫蛋白。王文清等研究了金屬硫蛋白對汞化合物引起的紅細(xì)胞溶血的抑制作用；黃仲賢等研究了Cu-MT去除OH自由基的才能。然而

10、，體內(nèi)去除自由基的機(jī)制很復(fù)雜，金屬硫蛋白在生理過程中，是否起去除自由基的作用，尚需更直接的證據(jù)。關(guān)于金屬酶的化學(xué)模擬，1990年羅勤慧得到了第一個(gè)咪唑橋聯(lián)的Cu、Zn異雙核配合物單晶構(gòu)造，繼后唐雯霞等合成了構(gòu)造類似的模擬物，。計(jì)亮年等研究了以苯基卟啉或酞菁為母體的鐵配合物的吸氧動(dòng)力學(xué)，軸向配體對催化作用的影響和羥化反響機(jī)理等。關(guān)于酶的修飾及固定化，李春華等將-淀粉酶、糖化酶和葡萄糖異構(gòu)共固定化，用于淀粉轉(zhuǎn)化于果糖，獲得了良好的效果。硒蛋白和硒多糖中人體重要的功能蛋白，硒對人的安康有重要影響，國外研究已獲得重要進(jìn)展。我國也開展了不少研究。楊銘等從恩施富硒大蒜中別離出一中硒多糖。關(guān)于金屬輔酶，陳慧

11、蘭研究組設(shè)計(jì)、合成了三個(gè)系列、近30個(gè)不同烷基、反響堿基及平面配體的烷基鈷西夫堿類模型化合物，測定了它們的Co-C鍵離解能，獲得了新的結(jié)果。6生物礦化自然界生物利用礦物至少已有35億年歷史。從細(xì)菌、微生物到動(dòng)物、植物的體內(nèi)均可形成礦物。生物礦化的研究始于本世紀(jì)初。近些年來我國學(xué)者也開展了這方面的研究，并已有專著問世。崔福齋等采用X-射線分析等方法，對象牙從鈉米到厘米的分級做詳細(xì)的研究，結(jié)果說明象牙與人類的牙齒的牙本質(zhì)相似，是由羥基磷灰石晶體和膠原纖維所組成。然而，由于羥基磷灰石中的鈣部分地被鎂所取代，從而導(dǎo)致象牙中鈣的化學(xué)環(huán)境在比羥基磷灰石晶體中的更加復(fù)雜。他們還用掃描電鏡、透射電鏡和X-射線

12、衍射等方法，研究了在硬脂酸單分子膜磷酸鈣的控制結(jié)晶作用，發(fā)現(xiàn)當(dāng)無膜存在時(shí)，磷酸八OCP晶體以20nm50nm的微小晶簇混亂地從溶液中析出，且不具有擇優(yōu)取向。隨著生物礦化研究工作的開展，在充分比較生物礦物與純礦物的形成過程及晶體構(gòu)造的根底上，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，有機(jī)基質(zhì)及有機(jī)-無機(jī)界面的分子識(shí)別，在晶體的成核、生長以及微構(gòu)造的有序組裝方面起著關(guān)鍵作用。邰子厚建議今后應(yīng)在以下幾個(gè)方面開展研究：1誘導(dǎo)分子膜作為分子膜板的定向成核；2利用超分子組裝體系合成納米材料；3微構(gòu)造的構(gòu)筑等。生物礦化的研究使人們有希望獲得既有確定大小、晶形和取向，又具有光、電、磁、聲等功能的特殊晶體，為進(jìn)一步合成優(yōu)良的生物活性陶瓷、

13、功程生物材料開拓一個(gè)新的研究天地。7環(huán)境生物無機(jī)化學(xué)環(huán)境生物無機(jī)化學(xué)從環(huán)境與生物體的互相作用出發(fā)，研究無機(jī)元素在環(huán)境中的存在形態(tài)、轉(zhuǎn)化及其效應(yīng)和人體安康的關(guān)系。國內(nèi)研究工作集中在：1與地方病和心血管病有關(guān)的碘、氟、鉛、鉻等；2結(jié)合動(dòng)物和人體安康進(jìn)展的汞、鎘、鉛、銅、鋅、砷、鋁和硒的研究；3結(jié)合作物生長開展的硼、錳、鋅和鉬的研究；4結(jié)合微量元素應(yīng)用的潛在危害作用研究，如農(nóng)用稀土研究等。已有多部專著問世。我國學(xué)者彭安、徐輝碧等對硒的化學(xué)開展了卓有成效的研究。研究側(cè)重中國低硒帶與安康的關(guān)系及低硒生態(tài)環(huán)境改進(jìn)途徑。另一個(gè)與環(huán)境生態(tài)有關(guān)的重大問題是稀土微肥和稀土飼料的廣泛應(yīng)用，會(huì)不會(huì)給人帶來長期毒害，對此國家已經(jīng)組織了重大基金工程進(jìn)展研究。汞是我國生態(tài)環(huán)境中突出的污染元素。國際上存在的金礦開采和燃煤帶來的污染在我國也同樣存在，已引起國內(nèi)外的充分重視和研究新熱點(diǎn)。國際公認(rèn)在全球最具潛在危害性的金屬有鎘、汞、鉛、錫、銻、銀、鋅等。這些金屬的形態(tài)和轉(zhuǎn)化仍是我們需要實(shí)在解決的研究課題。非金屬元素碘、氟、砷對人的安康至關(guān)重要，要從必需和毒害兩個(gè)方面加以研究。在今后相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，與地方病和區(qū)域安康有關(guān)的微量元素環(huán)境生物無機(jī)化學(xué)研究仍將是本