第十一章 无机元素的生物学效应（课件）- 《中级无机化学（第2版）》同步教学（高教版）

第十一章 无机元素的生物学效应 生物分子 细胞 生物元素 无机元素的生物学效应 习题：2，3，4，5，6，7 要 点 11.1 生物分子 一个活的机体必须具有信息传递、生殖、新陈代谢、调节和适应环境等功能。从化学角度上看，这些功能无非是生物分子之间有组织的化学反应的表现，无机元素的生物学效应大多是通过与生物分子的相互作用而发生的。 在大多数情况下，金属元素在生物体内不以自由离子形式存在，而是与配体形成生物分子金属配位化合物。因此，在本质上金属元素与生物分子的作用都属于配位化学范畴。 那些存在于生物体内、具有生物功能并与金属配位的配体称为生物配体。 生物配体大体可分为三类： (1) 简单阴离子如F－、Cl－、Br－、I－、OH－、SO42－、HCO3－和HPO42－等； (2) 小分子物质如水、氢气、氨、卟啉、咕啉、核苷酸和氨基酸等； (3) 大分子物质如蛋白质、多糖和核酸等。 其中，除过简单阴离子和简单无机小分子以外的生物配体就是生物分子。 11.1.1 氨基酸、多肽和蛋白质 蛋白质是由L型的α-氨基酸通过肽键－CONH－组合而成。蛋白质可降解为较小的肽，肽进一步水解成为氨基酸。 在氨基酸分子HOOC－CH－R中，侧链R可以是羟基、 NH2 巯基、苯环、烃基和杂环等。正是具有不同特征侧链的氨基酸的不同排列顺序，才形成了各种各样的具有不同生物功能的蛋白质。 由两个氨基酸形成的化合物称为二肽，由多个氨基酸形成的化合物叫多肽。 蛋白质就是由成百上千个氨基酸通过肽键连接起来的多肽链。 多肽链中相当于氨基酸的单元结构称为氨基酸残基。 R2 一个氨基酸的α-羧基与另一氨基酸的α-氨基通过脱水缩合形式而使两个氨基酸连接起来 ： 一个氨基酸至少有两种可解离的基团——氨基和羧基。它们通常形成两性离子。 在多肽和蛋白质分子中，除相邻氨基酸残基之间所形成的肽键之外，还有末端－NH3＋基和－COO－基及侧链基团。 这些基团都有能键合金属离子的活性。这是金属离子通过蛋白分子发挥自身生物学效应的基础之一。 由于蛋白质在几乎所有的生物过程中都起着极其重要的作用，因此研究蛋白质的结构与功能的关系是从分子水平上去认识生命现象的一个重要方面。 从氨基酸到肽，体现了从量变到质变的飞跃，从简单的多肽到蛋白质又是一个飞跃。蛋白质已不是一种简单的有机化合物。蛋白质的相对分子质量可高达l06，小的也在104以上。蛋白质结构十分复杂，除氨基酸组成序列这种一级结构之外，还有更高级的二级、三级以及四级结构。 11.1.2 酶 酶是一类特殊的具有专一催化活性的蛋白质。 通常，按其所作用的底物的名称来命名酶，所谓底物是指与酶作用的化合物。 如催化H2O2分解的酶称为过氧化氢酶。 与人工催化剂相比，酶的催化效率高，具有高度的专一性，反应条件温和。 不同细胞内的酶系统不同，而且不同的酶系统又有不同的生物控制系统，从而保证了生物体内的反应在规定部位、按规定程序和规定程度进行，确保生命活动的高度有序性。 酶分为两类： 单纯蛋白酶； 结合蛋白酶。 前者只含蛋白质； 后者由酶蛋白和辅基(或辅酶)两部分所组成。 酶蛋白指的是酶分子中的蛋白质部分； 辅基或辅酶是酶中的非蛋白质部分，它们可以是一些 小分子的有机物或金属离子，如维生素B12、血红素、Zn2＋等。 辅基与酶蛋白结合牢固，不易分离； 辅酶与酶蛋白结合疏松, 用透析的方法就可使其分离。 1 酶的分类 在已发现的3 000多种酶中，有1/4至1/3需要金属离子参与才能充分发挥它们的催化功能。 按照酶对金属亲和力的大小，可以将这些酶划分为金属酶和金属激活酶。 金属酶中的酶蛋白与金属离子结合得比较牢固且金属离子处于酶的活性中心。 金属激活酶与金属离子的结合不如金属酶牢固，且金属离子不在酶的活性中心处。 在提取分离过程中，金属酶一般不会发生金属离子的解离丢失现象，而金属激活酶则常要发生金属离子的解离。金属离子丢失会导致酶活性消失，不过在加入