细胞色素P-450的活性部位
P-450是一类具有不同分子量、不同生化特征及不同催 化功能的血红素蛋白的总称. 其活性部位含有卟啉铁结 构单元, 轴向第五配体是来自半胱氨酸残基的硫,第六 配位可能是水或羟基, 目前还不是很清楚. 在哺乳动物 体内, 可催化300多种脂溶性化合物进行氧化－还原反 应, 如如羟化、环氧化、N,O-脱烷基、N,S-氧化等。
DNA的一级结构： 是指组成DNA链的核苷酸顺序，它 是决定遗传信息的载体。核酸的一级结构是指核酸中 各单核苷酸的种类核排列次序。
核酸的二、三级结构：
核酸的二、三级结构是指核酸的构象，DNA的二级结 构为双股螺旋结构，两条核酸之间通过碱基对之间的 氢键结合。
金属蛋白和金属酶
蛋白质分为简单蛋白和结合蛋白，简单蛋白是指水解 产物只有氨基酸的蛋白， 结合蛋白是由简单蛋白与 非蛋白两部分组成， 非蛋白部分称为辅基，辅基可以 是有机化合物－糖类、酯类和核酸，也可以是金属离 子，凡是有金属部分的结合蛋白统称为金属蛋白，如 血红蛋白(氧载体), 蓝铜蛋白和铁硫蛋白(电子传递体)
固氮酶(Nitrogenase)的结构及活性部位
•钼铁蛋白P簇对的结构
固氮作用的机理
研究表明, 固氮酶催化N2和其它 底物还原时电子传递顺序如下:
铁钼辅基与N2结合的模式可能有 如下两种: •钼铁蛋白 •铁钼辅基的结构
碳酸酐酶(Carbinic anhydrase)的结构
碳酸酐酶广泛存在于动物, 植物和某些微生物体内, 能 催化CO2的水合作用, 人和 动物血液中的碳酸酐酶由 单一肽链组成, 每个分子含 一个Zn(II)离子和约260个 氨基酸残基.
血蓝蛋白(Hemocyanin)的结构血蓝蛋(Hemocyanin)的活性部位
组成血蓝蛋白的亚单元较多, 每个亚单元都含有两个 Cu(I)离子，构成一个氧合中心, 其生理功能是输送氧
， 氧合血蓝蛋白的铜是Cu(II)并呈蓝色。每个Cu(I)离子 与三个组氨酸残基(His)的咪唑N原子配位, 未氧合时, 铜离子间距为46 pm, 氧合后Cu(II)是 4或5配位的。
其衍生物. • 3). 复杂的生物大分子, 如: 氨基酸, 卟啉,核苷
酸, 蛋白质, 核酸等, 分子量可大可小, 配位原 子一般为N, S, O等.
•氨基酸、肽、蛋白质
• 组成蛋白质的基本单元是氨基酸， 不同的蛋白质分 子
• 是由20多种－氨基酸构成的， －氨基酸可用如下 通
• 式表示，不同的氨基酸只是R-取代基不同。
目前的研究领域和现状
1. 无机药物化学:
铂抗癌药, 非铂类Ru, Rh, Sn, Ti, Ga等金属抗癌药, V, Bi, Au, Li, Cu, Zn, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, 及RE(稀土)金属药物.
2. 金属酶和金属蛋白的结构和功能的模拟:
Cyt C, P-450, SOD, ADH, B12, 等结构和功能的模拟
5. 5. 研究金属离子与生物配体所形成的配合 物, 或人工合成某些模拟化合物, 揭示结构, 性质与生物功能之间的关系.
• 生物配体: 在生物体中可与金属离子形成具 有一
• 定生物活性的分子或离子的物质称为生物配 体.
• 它大体上包括下列三类:
• 1). 简单酸根离子, 如: Cl-, HCO3-, HPO42-等. • 2). 简单分子, 如水, 氧, 羧酸, 碳水化合物及
2. 不含血红素的铁蛋白, 如蚯蚓血红蛋白 (Hemerythrin).
3. 含铜的蛋白, 如血蓝蛋白(Hemcyanin).
血红蛋白(Hemoglobin)的结构
血红蛋白(Hemoglobin-Hb)的活性部位
哺乳动物的血红蛋白是由四个亚单元()或() 组成，每个亚单元都含一个Fe(II)卟啉辅基，其结构 如上图. 亚单元第87位组氨酸和亚单元第92位组氨 酸上的咪唑N原子是轴向配体, 第六配位是氧(O2).
碳酸酐酶(Carbinic anhydrase)的活性部位
碳酸酐酶的活性部位是Zn2+ 离子与三个组氨酸咪唑N和 一个羟基或水形成的四面体 构型的配位单元. 研究表明, 脱去Zn(II)离子, 则失去催 化活性, 加入Co(II)后活性 可恢复50%.
•碳酸酐酶(Carbinic anhydrase)的催化机理
HbNH + CO2 HbNHCOOH
血液循环就依靠血红蛋白的这一功能，有效地把O2从 肺部输送到各组织，再把CO2从肺部运送到肺部呼出
肌红蛋白(Myoglobin)的结构
肌红蛋白(Myoglobin－Mb)的活性部位
肌红蛋白是一条由153个氨基酸残基组成的多肽, 卟啉 Fe(II)与His-93配位，第六配位原子为水, 氧合时为O2 分子. Hb和Mb活性部位都是疏水环境, 并含有大量的 还原性物质, 如抗坏血酸、谷胱甘肽、NADPH2等, 从 而保证Fe(II)不被氧化为Fe(III), 失去结合O2能力。
3. 稀土生物无机化学的应用:
稀土肥料及饲料添加剂
4. 离子探针及其应用: 5. 仿生材料:
生物矿化, 生物膜
乙醇脱氢酶(Alcohol dehydrogenase)的结构
乙醇脱氢酶(Alcohol dehydrogenase)的活性部位
乙醇脱氢酶的活性中心是1 个组氨酸残基咪唑N原子, 2 个半胱氨酸S原子和水配位 的Zn(II)离子, 它在辅酶 NAD+/NADH存在下催化由 醇氧化到醛的反应:
CH3CH2OH + NAD+
CH3CHO + NADH + H+
固氮酶(Nitrogenase)的结构
从各种微生物分离出来的固氮酶都是由钼铁蛋白和铁蛋 白两种相对独立, 相互分离的蛋白组成的, 铁蛋白是依赖 于ATP供给能量的电子传递体, 具有把电子传递给钼铁 蛋白的功能, 钼铁蛋白是结合底物分子和催化底物还原 底部位, 二者协同作用完成催化功能. 其结构如上图.
核苷酸和核酸：
生命活动主要通过蛋白质来体现，而生物的遗传特征 则主要决定于核酸。
• 核苷酸组成中，腺苷二磷酸(ADP)和腺苷三磷酸 (ATP),
• 都是生物细胞中的高能物质， 多磷酸核酸的功能之 一
• 就是将糖氧化释放出来的能量储存于高能键中。
核酸的结构：
按其分解后所含戊糖的组成不同， 核酸可分为两类： 即核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA). RNA主要存 在于细胞质内， DNA主要存在于细胞核内。它们各有 四种碱基， 其中腺嘌呤(A), 鸟嘌呤(G), 和胞嘧啶(C)为 它们共有，尿嘧啶(U)和胸腺嘧啶(T)则分别为RNA和 DNA单独具有.
• 在氨基酸分子中，氨基N和羧基O可作为配位原子， 与
• 金属离子特别是过渡金属离子配位， 此外， R基团
氨基酸聚合的方式是一个氨基酸的氨基和另一个氨基 酸的羟基脱去一个分子水， 形成肽键。
N端
肽键
C端
蛋白质是由很多个氨基酸组成的多肽大分子，由1条或 多条肽链按各自特殊方式组合而成，蛋白质中含氨基 酸数目为数十个到数万个。蛋白质分子的内部结构分 为四个层次：
一级结构：蛋白质分子中肽链氨基酸的排列顺序 二级结构：蛋白质分子中肽链本身的折叠方式，如： 螺旋。 三级结构：由于各个氨基酸残基不同性质的侧链的相 互作用， 使多肽不同长度的螺旋肽链和走向无序的 松散肽段按确定的方式形成紧密的折叠结构(如折叠)
， 这种特定的空间结构称为蛋白质的三级结构。
四级结构：在某些蛋白质分子中， 整个分子是由若干 条多肽链组成的， 其中以共价键结合的最小多肽结构 单元称为亚单元， 各亚单元可以相同， 也可以不同， 蛋白质分子是多个亚单元构成的聚集体，亚单元构成 的聚集是蛋白质的四级结构。亚单元之间的作用力是 静电作用， 氢键，疏水基团的相互作用等，不包括共 价键。
生物无机化学简介
2020年5月26日星期二
• 3. 探讨某些常见疾病的发病原因与金属元 素之间的联系, 以调节和控制这些元素来防 止病变的发生.
4. 合成新的药物, 研究药理. 如合成抗癌药物和 具有抗癌机理, 合成载氧人造血液及研究载 氧机理, 合成某些人体过量的和有害的金属 元素的解毒剂(常为配位体), 并探讨其作用机 理.
细胞色素C(Cytochrome C)的结构
细胞色素C的活性部位
马心细胞色素C也含有卟啉铁结构单元轴向第五配体 是His-18咪唑氮，第六配体是Met-80(蛋氨酸)的甲基 硫，其基本生物功能是通过分子中的血红素铁的价态 的可逆变化在生物体中起电子和氢的传递作用。
•细胞色素P-450(P-450)的结构
化酶有效地清除. 天然超氧化物歧化酶( Superoxide
Dismutase, SOD)有三种: Cu-Zn-SOD, Fe-SOD, Mn-
SOD. 其中Cu-Zn-SOD研究得比较深入.
超氧化物歧化酶(SOD)-的结构
• Cu-ZnSOD
Mn-SOD
超氧化物歧化酶Cu-Zn-SOD的活性部位
超氧化物歧化酶(SOD)
生物体生存的必要条件之一是通过呼吸作用产生能量,
基本过程是将氧还原为水: O2 + 4H+ + 4e 2H2O 该 反应由细胞色素C氧化酶催化, 还原分两部进行:
O2 + e O2-
O2- + e O22-
超氧自由基阴离子O2-和过氧离子O22-都是高活性的有
毒物质, 可以由过氧化氢酶, 过氧化物酶和超氧化物歧
。
金属蛋白和金属酶：
血红蛋白(氧载体), 蓝铜蛋白和铁硫蛋白(电子传递体) 。
金属酶是一类具有特殊催化功能的一类蛋白, 它是生物 体内十分温和条件下完成化学变化的催化剂, 酶催化的 特点是: 高效和高选择性.
•载氧蛋白
按蛋白质载氧的活性部位化学本质， 天然载氧 体可分为三类：