析生物無機(jī)化學(xué)研究進(jìn)展

　　論文摘要：本文主要敘述了生物無機(jī)化學(xué)的研究進(jìn)展。主要從對(duì)含有微量元素的蛋白的突變、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的研究；酶的模擬；無機(jī)藥物化學(xué)；金屬元素中毒的研究等四個(gè)方面來介紹現(xiàn)在生物無機(jī)化學(xué)的進(jìn)展。

　　論文關(guān)鍵詞：生物無機(jī)化學(xué)；蛋白質(zhì)；螯合劑；酶；無機(jī)藥物化學(xué)
　　
　　生物無機(jī)化學(xué)是無機(jī)化學(xué)和生物化學(xué)交叉的領(lǐng)域。它的任務(wù)是研究金屬與生物配體之間的相互作用，它有賴于無機(jī)化學(xué)和生物化學(xué)兩門學(xué)科水平的發(fā)展。由于研究方法的進(jìn)展，使得揭示生命過程中的生物無機(jī)化學(xué)成為可能。生物無機(jī)化學(xué)主要分為兩部分：一是研究生物體本身微量元素的作用，二是研究外界微量元素對(duì)機(jī)體的影響。

　　一、研究生物體本身微量元素的作用

　�。ㄒ唬┖�有微量元素的蛋白的研究
　　含有微量元素的蛋白是生物無機(jī)化學(xué)中偏向生物領(lǐng)域的研究對(duì)象，做此項(xiàng)研究主要依靠生物化學(xué)技術(shù)。含有微量元素的蛋白是微量元素與蛋白質(zhì)形成的配合物，與酶的區(qū)別在于含有微量元素的蛋白并不表現(xiàn)催化活性，但卻有其他的重要功能�，F(xiàn)在的研究在于發(fā)現(xiàn)新的蛋白，確定其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)。
　　現(xiàn)在熱門的蛋白有硒蛋白，因?yàn)?a target="_blank" title="硒">硒蛋白是硒在體內(nèi)存在和發(fā)揮生物功能的主要形式。硒的作用，主要在癌癥、神經(jīng)退行性疾病和病毒等方面，但結(jié)論不統(tǒng)一�，F(xiàn)在主要在探索新的硒蛋白作為預(yù)防藥物開發(fā)、癌癥治療和藥物篩選靶標(biāo)。如杜明等通過硫酸銨沉淀等方法,從富硒靈芝中獲得了一種新的含硒蛋白,并研究了它的抗氧化活性與其硒含量間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)該蛋白的抗氧化活性與其硒含量具有相關(guān)性。
　　另外，也有對(duì)細(xì)胞色素進(jìn)行研究。如官墨藍(lán)等對(duì)細(xì)胞色素b5的突變體做了研究。為了深入了解細(xì)胞色素b5的64位氨基酸對(duì)血紅素輔基微環(huán)境及蛋白性質(zhì)的影響，對(duì)細(xì)胞色素b5第64位氨基酸殘基進(jìn)行保守性和非保守性突變。研究表明，細(xì)胞色素b5第64位氨基酸殘基對(duì)穩(wěn)定血紅素輔基和維持蛋白的結(jié)構(gòu)有重要的作用，在64位引入其他氨基酸殘基使蛋白結(jié)構(gòu)不太穩(wěn)定。
　�。ǘ�）酶的模擬
　　酶的模擬就是從酶中挑選出起主導(dǎo)作用的因素來設(shè)計(jì)合成一些能表現(xiàn)生物功能的、比天然酶簡單得多的非蛋白分子，通過研究它們來模擬酶的催化過程，找到控制生化過程的因素，從而得到更好的催化劑。
　　如硒酶的研究。通過對(duì)硒酶結(jié)構(gòu)與功能的模擬,人們不僅可以了解硒酶結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,還可以進(jìn)一步開發(fā)與硒酶相關(guān)的藥物。對(duì)于硒酶的合成主要有三種方法，一是對(duì)硒酶進(jìn)行化學(xué)模擬，二是對(duì)硒酶進(jìn)行化學(xué)修飾，三是用基因工程方法生產(chǎn)含硒酶。對(duì)硒酶化學(xué)模擬主要集中在硒酶活性中心催化三聯(lián)體Se-N的相互作用的模擬中。在這個(gè)方面主要有合成含有Se-N鍵的硒酶模擬物和在硒原子的附近引入氮原子，用分子內(nèi)的螯合作用間接形成分子內(nèi)螯合物，達(dá)到Se-N鍵的作用。對(duì)硒酶化學(xué)修飾主要方面有：1、將天然酶改造為含硒酶；2、設(shè)計(jì)含硒生物印跡酶；3、設(shè)計(jì)含硒抗體酶。硒蛋白模擬物在理解硒酶的生化作用中起著非常重要的作用。硒蛋白模擬物在抗氧化、抗癌及抗濾過性病原體等范圍具有治療潛能。
　　又如劉海洋等對(duì)核酸酶的化學(xué)模擬。核酸酶的化學(xué)模擬對(duì)于生物技術(shù)和分子生物學(xué)研究具有重要意義，Corrole是具有共軛電子結(jié)構(gòu)的大環(huán)化合物，其結(jié)構(gòu)上導(dǎo)致其配位化學(xué)行為易與金屬形成配合物，其形成的配合物在許多反應(yīng)中均有催化活性。該科研組研究了單羥基Corrole錳配合物對(duì)DNA的催化氧化斷裂作用。結(jié)果表明,錳Corrole配合物可催化DNA的氧化斷裂,而且斷裂程度隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而增加。宋玉民等研究了全反式維甲酸合釔配合物對(duì)DNA的切割和鍵合作用。實(shí)驗(yàn)表明，該配合物在生理?xiàng)l件下比配體和金屬離子能更有效地切割質(zhì)粒DNA。岳蕾等研究了鉻配合物切割DNA的活性。研究表明，在H2O2存在條件下，Cr的配合物［Cr(bzimpy)2］+具有氧化切割DNA的活性，但被切割的DNA可被大腸桿菌修復(fù)。
　　對(duì)于固氮酶模擬的報(bào)道比較多。模擬固氮酶的目的主要是在溫和的條件下將空氣中的氮分子轉(zhuǎn)化成有機(jī)化合物，從而加以利用。對(duì)固氮酶的活性中心模擬主要是鉬鐵硫原子簇，另外還有鉬-硫醇等等的研究報(bào)道。

　　二、研究外界微量元素對(duì)機(jī)體的影響

　�。ㄒ唬�無機(jī)藥物化學(xué)
　　無機(jī)藥物的發(fā)展在生物無機(jī)領(lǐng)域中有很重要的地位。順鉑的抗腫瘤作用的發(fā)現(xiàn)開辟了無機(jī)藥物化學(xué)的新領(lǐng)域。在抗癌藥物應(yīng)用中，順鉑藥物目前仍在臨床上使用，主要有四種鉑配合物：順鉑、卡鉑、順糖氨鉑、奧沙利鉑。從1980年發(fā)現(xiàn)二烴基錫衍生物具有抗癌活性以來，人們先后合成了具有順鉑結(jié)構(gòu)的二烴基二鹵化錫配合物，與卡鉑結(jié)構(gòu)類似的有機(jī)錫化合物，以及有機(jī)錫羧酸衍生物等等。在鍺化合物方面，從發(fā)現(xiàn)1971年合成的β-羧基乙基鍺倍半氧化物具有抗癌活性以來，人們先后合成了許多有機(jī)的鍺化合物。此外還有茂鈦衍生物和稀土配合物。因?yàn)榘┌Y是人類健康壽命最主要的殺手，所以在抗癌藥物的研究開發(fā)方面將有很大的發(fā)展前景。除了合成新的藥物外，在原有的藥物基礎(chǔ)上對(duì)原有的藥物進(jìn)行改良也是未來的科研方向，因?yàn)樵�有的藥物具有較高的毒副作用，且抗癌范圍較小。所以在無機(jī)抗癌藥物這一方面，合成具有廣譜高效抗癌活性且有較低的毒副作用和較長的持續(xù)時(shí)候的抗癌藥物是主要發(fā)展方向；另外，對(duì)于無機(jī)金屬藥物的抗癌機(jī)理尚沒有統(tǒng)一的理論，因此研究無機(jī)抗癌藥物的作用機(jī)理也是主要研究方向。
　　無機(jī)藥物在其他方面也有重要的應(yīng)用。如金配合物在抗類風(fēng)濕方面的應(yīng)用，應(yīng)用治療類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎有金Au的硫醇鹽。在治療胃病的過程中，鋁鹽也是主要依賴的藥物，含鉍的化合物是治療胃潰瘍的的主要藥物。在無機(jī)藥物的研究中，尚不清楚各種藥物對(duì)機(jī)體疾病的治療機(jī)理，所以研究無機(jī)藥物的作用機(jī)理具有較大的前景。
　　放射照影藥物的發(fā)展也是無機(jī)藥物的發(fā)展方向。由于放射示蹤、核磁共振在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，使得各種造影劑的成為醫(yī)生臨床應(yīng)用不可或缺的一個(gè)方面，如鋇的造影劑。
　�。ǘ�）金屬元素中毒的治療
　　在外界的金屬元素超過機(jī)體所需的濃度后，該元素就會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)，引起疾病。元素的毒性主要因?yàn)樗�與機(jī)體基團(tuán)的強(qiáng)配合性。對(duì)金屬元素中毒的治療主要是研究具有更強(qiáng)螯合能力的的螯合劑，使其跟有毒的金屬離子結(jié)合形成更加穩(wěn)定配合物，然后排出體外。理想的螯合劑須滿足以下的條件：1、水溶性，且在生理的pH條件下有足夠的螯合能力；2、分子大小和結(jié)構(gòu)必須合適；3、必須專一迅速結(jié)合金屬元素；4、很容易從體內(nèi)排出；5、沒有明顯的毒性。如用EDTA來排出多余的離子，EDTA螯合性雖然很強(qiáng)，卻選擇性不強(qiáng)，在排出有害的金屬離子的同時(shí)，同時(shí)也會(huì)損失一些有益的離子。如用去鐵草胺B去除多余的鐵，但是它不能去除血紅素或運(yùn)鐵蛋白中的鐵�，F(xiàn)在的醫(yī)用螯合物的研究方向主要是研究新的藥劑，因?yàn)楝F(xiàn)在的螯合劑無論是在種類還是排出金屬中毒的效率都不能滿足醫(yī)學(xué)的需要。

　　三、生物無機(jī)化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)

　　生物無機(jī)化學(xué)以后的發(fā)展趨勢(shì)是生命科學(xué)與技術(shù)進(jìn)行有機(jī)緊密的融合。
　　對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行研究，研究其具有生物功能的原理。人類的基因僅有幾萬個(gè)，而蛋白質(zhì)卻有十幾萬種，這說明生命的復(fù)雜性需要從蛋白質(zhì)上去解釋。而目前已知的蛋白和酶約有1/3需要金屬離子作為輔助因子才能發(fā)揮作用，所以闡明這些生物大分子的結(jié)構(gòu)和生物功能非常重要。對(duì)核酸的研究。研究金屬元素對(duì)核酸的序列、構(gòu)型、區(qū)域的選擇性識(shí)別調(diào)控是生物無機(jī)化學(xué)的一個(gè)主要熱點(diǎn)。如現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)許多鋅脂蛋白對(duì)DNA或RNA有調(diào)控作用。對(duì)這方面的研究將對(duì)以后的無機(jī)藥物產(chǎn)生重要的影響。
　　既然21世紀(jì)生命科學(xué)會(huì)是研究熱點(diǎn)之一，那么與生命科學(xué)緊密聯(lián)系的生物無機(jī)化學(xué)也必將因此得到極大的發(fā)展，因此也將為人類作出更大的貢獻(xiàn)。

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