生物无机化学part-1
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生物无机化学
生物无机化学又称无机生物化学和生物配位化学。
为生物化学和无机化学间的边缘学科。
主要研究生物体内存在的各种元素，尤其是微量金属元素与体内有机配体所形成的配位化合物的组成、结构、形成、转化，以及在一系列重要生命活动中的作用。
生物体内存在有钠、钾、钙、镁、铁、铜、钼、锰、钴、锌等十几种元素，它们能与体内存在的糖、脂肪、蛋白质、核酸等大分子配体和氨基酸、多肽、核苷酸、有机酸根、O2、Cl-、HCO婣等小分子配体形成化合物，主要是配位化合物。
生物无机化学 - 类型生物无机化学金属蛋白为一类含金属元素的蛋白：①含铁蛋白有血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素C等，其中铁除与卟啉结合成血红素基外（见金属卟啉），并与蛋白质链上某一个或两个氨基酸连接。
血红蛋白和肌红蛋白分子中的血红素铁只与蛋白质链上一个组氨酸相连，尚有一个空的配位位置，能可逆地结合一个氧分子,具有运载和贮存氧分子的功能。
细胞色素C中血红素基的铁原子与蛋白链上两个氨基酸残基相连，无载氧能力，是重要的电子传递体。
②蓝铜蛋白是含铜的重要金属蛋白，其中铜仅与蛋白链上的氨基酸残基相结合,形成扭曲的四面体构型，呈显著的蓝色，如血浆蓝铜蛋白和质体蓝素，前者参与调节组织中铜的含量，后者是一系列生物过程中的重要电子传递体。
③铁硫蛋白是含铁、硫原子的天然原子簇金属化合物与蛋白质链上半胱氨酸结合的金属蛋白，如植物型铁氧还蛋白是含Fe2S2原子簇的金属蛋白,其中每个铁原子分别与蛋白质链上两个半胱氨酸相连；细菌铁氧还蛋白含有Fe4S4原子簇,每个铁原子分别与蛋白质链上一个半胱氨酸相连。
铁硫蛋白是生物体中重要的电子传递体，如铁氧还蛋白在叶绿体的光合作用和固氮酶的固氮过程中起传递电子的作用。
生物无机化学金属酶许多金属蛋白能催化体内的化学反应，是生物体中的催化剂。
金属原子与蛋白质结合较强的称金属酶，较弱的称金属激活酶。
金属酶中金属原子常是活性中心的组成部分，如羧肽酶和碳酸酐酶都是锌酶，前者能催化肽和蛋白质分子羧端氨基酸的水解，后者能催化体内代谢产生的二氧化碳的水合反应。
生物无机化学-1
铁卟啉 血红素
人工离子载体 模拟生物膜
③ 用化学方法再现生物功能 光合作用 —— 光解水制氧
固氮
—— 合成氨
艰难而意义重大
生物无机化学
一、概述 二、生命元素与生物配体
二、生物元素与生物配体
1. 生命元素
在自然界稳定存在的90余种元素，在生命体中已 被发现了60多种。
它们对生命体有怎样的影响，起什么样的作用？ 根据目前人类对它们的认识，分为四类： 1). 必需元素 2). 辅助营养元素 3). 沾染元素
① 生物离子探针 用大小相近、配位类型相似的金属离子来模拟 生物体内金属离子的状态和功能。 待测离子 光电磁惰性 探针离子 光电磁活性 可用谱学方法测试 Ca2+ Ln3+ (Pr3+, Nd3+)
Zn2+
Mg2+
Co2+
Mn2+
K+
Tl+
② 特征配体：
用简单的金属配合物模拟复杂的生物原型
CO2 +H2O
25º C, pH=7
k1
HCO3- + H+
k1=0.037s-1
加入CA
k1=4～6107s-1
提高了9个数量级，是目前已知酶效率最高的一个 反应。
随着微量分析技术的提高，无机元素的功能更多 地被发现，几乎渗透到生命过程的各个阶段。 研究特点：工作比较零散，发展初期，不系统。
HN
+
NH
..
His
蛋白质中的配位基团
－SH －S－CH3
Cys Met
蛋白质中的配位基团
-NH3+
酚 －OH 胍N
《生物无机化学》课件
适用对象
1 生物化学专业学生
对生物无机化学感兴趣的本科生和研究生。
2 科研人员
希望了解生物无机化学在科学研究中的应用的专业人士。
3 科普爱好者
对生物无机化学感兴趣的非专业人士，希望扩展科学知识。
课程大纲
1பைடு நூலகம்
单元一：无机化学基础
介绍无机化学的基本概念、周期表和无机物质分类。
2
单元二：生物无机化学的重要性
通过分析生物无机化学的实际案例，加深对理论知识的理解。
课程评估
1 作业
定期布置作业，用以检查学生对课程内容的掌握情况。
2 考试
进行定期考试，全面评估学生对生物无机化学的理解和应用能力。
3 课堂参与度
评估学生在课堂上积极参与讨论和提问的程度。
课程资源
1 教材
推荐教材：《生物无机化学导论》
2 参考书籍
探讨生物无机化学在生物体内物质转运、酶活性等方面的重要作用。
3
单元三：生物无机化学的方法和技术
介绍生物无机化学研究中常用的实验方法和分析技术。
学习方法
1 理论学习
通过课堂讲授和学习材料，掌握生物无机化学的理论知识。
2 实践应用
进行实验和实践操作，加深对生物无机化学的理解和实际应用技能。
3 案例分析
推荐参考书籍：《生物无机化学综述》
3 网络资源
提供相关课程学习资料和研究成果的在线资源。
总结与展望
1 对生物无机化学的启发
深入了解生物无机化学的重要性，拓展对生命科学的认知。
2 学习的收获
通过本课程，学员将获得全面而深入的生物无机化学知识。
3 发现未知
拓展研究领域和未来职业发展的可能性。
生物无机化学导论
要点三
安全性与防护
在使用放射性同位素进行医学诊断和 治疗时，需要严格遵守安全操作规程 ，确保医护人员和患者的安全。同时 ，对于放射性废物的处理和储存也需 要采取严格的防护措施，以防止对环 境造成污染。
06
生物无机化学发展趋势与挑战
新型纳米材料在生物医学中应用前景
药物传递系统
纳米材料可以作为药物载体，实现药物的定向传递和缓释，提高 药物治疗效果。
生物无机化学导论
汇报人：XX
• 生物无机化学概述 • 生物体内无机元素及其功能 • 生物无机化合物种类与性质 • 生物体内无机物质代谢途径及调控机
制 • 生物无机化学在医学领域应用 • 生物无机化学发展趋势与挑战
01
生物无机化学概述
生物无机化学定义与发展
定义
生物无机化学是研究生物体内无 机物质的结构、性质、功能和相 互作用的科学。
发展历程
自20世纪60年代以来，随着现代 化学和生物学技术的飞速发展， 生物无机化学逐渐成为一个独立 的研究领域。
研究对象与领域
研究对象
生物体内的无机物质，如金属离子、 非金属元素及其化合物等。
研究领域
包括生物矿化、金属蛋白、金属酶、 生物无机药物、生物无机纳米材料等 。
与其他学科关系
与生物化学关系
生物化学研究生物体内有机物质的结构和功能，而生物无 机化学则关注无机物质在生命过程中的作用。两者相互补 充，共同揭示生命的奥秘。
与医学关系
生物无机化学在医学领域具有广泛应用，如研究金属离子 在疾病诊断和治疗中的作用，开发新型生物无机药物等。
与环境科学关系
生物无机化学关注生物体内无机物质的代谢和排放，与环 境科学密切相关。例如，研究重金属污染对生物体的影响 及其生物修复等。
生物无机化学(1)
义的酸-碱催化。酶参与的酸-碱催化反 应一般都是广义的酸－碱催化方式。 n 广义酸－碱催化是指通过质子酸提供部 分质子,或是通过质子碱接受部分质子的 作用，达到降低反应活化能的过程。
生物无机化学(1)
酶分子中可以作为广义酸、碱的基团
n 广义酸基团
广义碱基团（质子
供体）
（质子受体）
His 是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个 催化功能团。
丙酮酸 + CO2 草酰乙酸
生物无机化学(1)
2. 酶的分类
(7) 核酸酶（催化核酸） ribozyme
n 核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的 RNA，能够催化RNA分子中的磷酸酯键的水解 及其逆反应。
生物无机化学(1)
二、酶的结构及催化作用机制
（一）， 酶分子的结构特点 n 1．结合部位 Binding site n 酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为
生物无机化学(1)
相对专一性
n 有些酶的作用对象不是一种底物，而是 一类化合物或一类化学键。这种专一性 称为相对专一性(Relative Specificity)。
n 包括族(group)专一性。如-葡萄糖苷酶， 催化由-葡萄糖所构成的糖苷水解，但 对于糖苷的另一端没有严格要求。
n 和键(Bond)专一性。如酯酶催化酯的水 解，对于酯两端的基团没有严格的要求。
n 酶分子中存在着一些可以与其他分子发 生某种程度的结合的部位，从而引起酶 分子空间构象的变化，对酶起激活或抑 制作用。
生物无机化学(1)
酶活性中心的必需基团
n 主要包括： n 亲核性基团：丝氨酸
的羟基，半胱氨酸的 巯基和组氨酸的咪唑 基。
生物无机化学(1)
n 酸碱性基团：门 冬氨酸和谷氨酸 的羧基，赖氨酸 的氨基，酪氨酸 的酚羟基，组氨 酸的咪唑基和半 胱氨酸的巯基等。
生物无机化学(1)
酶分子中可以作为广义酸、碱的基团
n 广义酸基团
广义碱基团（质子
供体）
（质子受体）
His 是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个 催化功能团。
丙酮酸 + CO2 草酰乙酸
生物无机化学(1)
2. 酶的分类
(7) 核酸酶（催化核酸） ribozyme
n 核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的 RNA，能够催化RNA分子中的磷酸酯键的水解 及其逆反应。
生物无机化学(1)
二、酶的结构及催化作用机制
（一）， 酶分子的结构特点 n 1．结合部位 Binding site n 酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为
生物无机化学(1)
相对专一性
n 有些酶的作用对象不是一种底物，而是 一类化合物或一类化学键。这种专一性 称为相对专一性(Relative Specificity)。
n 包括族(group)专一性。如-葡萄糖苷酶， 催化由-葡萄糖所构成的糖苷水解，但 对于糖苷的另一端没有严格要求。
n 和键(Bond)专一性。如酯酶催化酯的水 解，对于酯两端的基团没有严格的要求。
n 酶分子中存在着一些可以与其他分子发 生某种程度的结合的部位，从而引起酶 分子空间构象的变化，对酶起激活或抑 制作用。
生物无机化学(1)
酶活性中心的必需基团
n 主要包括： n 亲核性基团：丝氨酸
的羟基，半胱氨酸的 巯基和组氨酸的咪唑 基。
生物无机化学(1)
n 酸碱性基团：门 冬氨酸和谷氨酸 的羧基，赖氨酸 的氨基，酪氨酸 的酚羟基，组氨 酸的咪唑基和半 胱氨酸的巯基等。
[理学]第6章 生物无机化学
![[理学]第6章 生物无机化学](https://img.taocdn.com/s3/m/2c318b43bcd126fff6050b1a.png)
h
40
1.核甘
❖ 糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷 键
NH2
OH
N
N
N
N
NH2 N
OH N
NN HOCH2 O
HH
H2N N N HOCH2 O
HH
HO N HOCH2 O
HH
HO N HOCH2 O
HH
H
H
H
HH
H
H
H
OH OH
OH OH
OH OH
OH OH
腺嘌呤核苷 鸟嘌呤核苷
胞嘧啶核苷 尿嘧啶核苷
第6章 生物无机化学
h
1
概念
生物无机化学是用无机化学的原理和 方法，从分子水平来研究生物体的化学 组成，及其在体内的代谢转变规律从而 阐明生命现象本质的一门科学。
h
2
第一节
生命
h
3
一、生命的定义
• 自我复制(self-replication) • 自我装配(self-assemble) • 自我调节(self-regulation)
3.生化发展史： （1）静态：18世纪下半叶开始，主要工作： 组成、结构、生理功能 （2）动态：1930年后研究代谢过程 （3）50年代后：分子 生物学、蛋白质、核酸、 DNA—双螺旋模型—分子遗传学
生物无机化学在几十年中飞速发展，在较短年代里集
中着大量科学发现。其中很多都称的上是人类认识自然 界的里程碑，有划时代的意义。有相当数量的科学家因 此获得诺贝尔奖。
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8
进入分子原子领域
• “看不见了” • 如何研究呢？ • 化学、物理学的研究方法与手段 • 分离（有时需分解更小分子）、纯化、
化学物理分析（分子量、元素组成）
高等无机化学生物无机化学课件
生物无机化学在农业中的应用
1 2 3
植物营养与施肥
生物无机化学研究植物对矿质元素的吸收、转运 和利用机制，为合理施肥提供科学依据，提高农 作物的产量和品质。
植物抗逆性与抗病性
通过研究植物体内金属离子和金属蛋白的调控机 制，提高植物的抗逆性和抗病性，发展抗逆抗病 作物新品种。
农产品安全与质量控制
利用生物无机化学的方法和技术，对产品中的 重金属和有害物质进行检测和控制，保障农产品 安全和质量。
生物无机化学中的配位键理论
配位键的定义
配位键是一种共价键，其中一方原子或基团提供电子，另一方原 子或基团接受电子。
配位键的形成条件
配位键的形成需要满足一定的几何构型和电子配对条件，通常涉及 一个中心原子和多个配位体之间的相互作用。
配位键在生物体系中的作用
配位键在生物体系中发挥着重要作用，如维持生物分子的结构和稳 定性、参与生物分子的反应和催化等。
03 酸碱反应和氧化还原反应
这两种反应是无机化学中最为常见的反应类型， 深入理解其反应机理对于理解无机化学十分重要 。
无机化学键理论
共价键理论
解释了共价键的形成和性 质，以及共价键在分子中 的表现。
金属键理论
解释了金属键的形成和性 质，以及金属晶体中的金 属键表现。
离子键理论
解释了离子键的形成和性 质，以及离子晶体中的离 子键表现。
高等无机化学生物无 机化学课件
汇报人：
202X-12-29
目录
• 绪论 • 无机化学基础知识 • 生物无机化学基本原理 • 生物无机化学的应用 • 高等无机化学生物无机化学前沿研
究
01
绪论
高等无机化学生物无机化学的定义与重要性
西北大学生物无机化学第1章绪论PPT课件
近年来
随着分子生物学、结构生物学和计算化学等学科的交叉融合，生物无机化学的 研究手段和方法不断创新，为解决生命科学领域中的重大问题提供了有力支持。
未来的生物无机化学
未来展望
随着科技的不断进步和生命科学领域的需求日益增长，生物无机化学将进一步拓 展研究领域，深入探索生物分子间的相互作用机制和调控规律。
学习方法
认真听讲
在课堂上认真听讲，紧跟老师 思路，理解基本概念和原理。
记笔记
及时记录课堂上的重点和难点 ，便于课后复习巩固。
多做练习
通过课后习题和实验操作，加 深对知识的理解和掌握。
参加学术讨论
积极参加学术讨论和交流，拓 宽视野，提高自己的科学素养
。
02
生物无机化学的发展历程
早期的生物无机化学
农产品质量与安全
生物无机化学在农产品质量与安 全领域的应用涉及重金属污染、 农药残留等方面的研究，为保障 食品安全提供科学依据。
在环境保护中的应用
1 2 3
环境污染治理
生物无机化学在环境污染治理领域的应用涉及重 金属污染、有机污染物的降解等方面，为环境修 复和治理提供技术支持。
生态毒理学
通过研究金属离子和有毒化学物质对生物体的毒 理作用，揭示其生态风险和健康危害，为环境质 量和健康评估提供依据。
西北大学生物无机化学第 1章绪论ppt课件
• 绪论 • 生物无机化学的发展历程 • 生物无机化学的研究内容 • 生物无机化学的应用 • 总结与展望
01
绪论
课程简介
生物无机化学
课程内容
是一门交叉学科，主要研究无机物质 与生物大分子的相互作用以及无机物 质在生物体内的代谢过程。
介绍生物无机化学的基本概念、研究 方法、重要元素在生物体内的存在形 式和功能等。
随着分子生物学、结构生物学和计算化学等学科的交叉融合，生物无机化学的 研究手段和方法不断创新，为解决生命科学领域中的重大问题提供了有力支持。
未来的生物无机化学
未来展望
随着科技的不断进步和生命科学领域的需求日益增长，生物无机化学将进一步拓 展研究领域，深入探索生物分子间的相互作用机制和调控规律。
学习方法
认真听讲
在课堂上认真听讲，紧跟老师 思路，理解基本概念和原理。
记笔记
及时记录课堂上的重点和难点 ，便于课后复习巩固。
多做练习
通过课后习题和实验操作，加 深对知识的理解和掌握。
参加学术讨论
积极参加学术讨论和交流，拓 宽视野，提高自己的科学素养
。
02
生物无机化学的发展历程
早期的生物无机化学
农产品质量与安全
生物无机化学在农产品质量与安 全领域的应用涉及重金属污染、 农药残留等方面的研究，为保障 食品安全提供科学依据。
在环境保护中的应用
1 2 3
环境污染治理
生物无机化学在环境污染治理领域的应用涉及重 金属污染、有机污染物的降解等方面，为环境修 复和治理提供技术支持。
生态毒理学
通过研究金属离子和有毒化学物质对生物体的毒 理作用，揭示其生态风险和健康危害，为环境质 量和健康评估提供依据。
西北大学生物无机化学第 1章绪论ppt课件
• 绪论 • 生物无机化学的发展历程 • 生物无机化学的研究内容 • 生物无机化学的应用 • 总结与展望
01
绪论
课程简介
生物无机化学
课程内容
是一门交叉学科，主要研究无机物质 与生物大分子的相互作用以及无机物 质在生物体内的代谢过程。
介绍生物无机化学的基本概念、研究 方法、重要元素在生物体内的存在形 式和功能等。
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1.Essential Chemical Elements in Biological systems (1) Bulk elements(宏量元素）：6 elements H、C、N、O、P、S； (2) Macrominerals and ions（矿物质离子）： Na、K、Mg、Ca、Cl－、PO43－、SO42－； (3) Trace elements（微量元素）: Fe、Zn、Cu； (4) Ultratrace elements（痕量元素）: nonmetals: F、I、Se、Si、As、B； Metals：Mn、Mo、Co、Cr、V、Ni、Cd、 Sn、Pb、Li；
11
教材存在的问题及学习注意事项
目前国内外出版的生物无机化学教材都缺乏 系统性和概括性。这两个问题不是在短期内 能解决的。 本课程的学习中，应注意： (1) 以研究生物体内有无机元素参与的有生物 活性的化合物的结构-性质-活性关系为主要 线索； (2) 选择有典型性的，各有特点的若干内容。
金属识别、储存、输送和组装 固氮酶的分子结构以及自然界 N2转变为NH3的功能及其机理
16
国际生物无机化学会议（ICBIC）简介
ICBIC―7 ICBIC―8 ICBIC―9 1995年 德国 金属离子对基因调节影响 1997年 日本 丙烯腈水合酶合成丙烯酰胺 1999年 美国
ICBIC―10 2001年 意大利 中枢神经系统的生物无机化学 ICBIC―11 2003年 澳大利亚 金属离子在细胞的交通图，
13
《生物无机化学》的部分杂志
Bioinorganic Chemistry J. of Inorganic Biochemistry J. of Biological Inorganic Chemistry Biological Trace Elements Research Curr Opinion in Biological Chemistry
论未来我国生物无机化学的发展方向,生物无机 化学研究方向紧跟时代步伐,不断深入和调整。
Bioinorganic Chemistry Area：
A Multidisciplinary Research Area
20
生物无机化学的基本任务
1. 生物机体中固有的无机元素，特别是生物金属 元素在生命体内的分布、形态、代谢规律以及 它们的生物学功能的研究。 2. 环境中的外来金属离子通过不同途径进入生命 体后的运输、分布、形态、代谢以及它们是如 何参与并影响生命过程的研究。
这些事件标志着生物无机化学作为一个独立学科的建立.。
15
国际生物无机化学会议（ICBIC）简介
ICBIC― ICBIC―0 ICBIC―1 ICBIC―2 ICBIC―3 ICBIC―4 ICBIC―5 ICBIC―6 1970年 1976年 1983年 1985年 1987年 1989年 1991年 1993年 美国 英国 意大利 葡萄牙 荷兰 美国 英国 美国 无机化学与模型研究方法 无机化学和生物交叉地带发展
6
研究内容、研究方法、基本概念和 基本思想
对一位学化学的人来说，往往注意的是各种各样物质 的组成和性质，而且都是没有生命活动时的情况。比 如，人们往往只把一种蛋白质都是由一定的氨基酸按 一定序列联接起来的化合物拿来研究，而不注意这种 蛋白质的生物活性是怎样产生的。 本来化学主要研究结构和性质的关系，但是若放在生 物体内来考虑，则应研究结构-性质-活性关系。 因此，我们研究的对象是有生物活性的物质。通过这 部分内容的学习先初略了解一下有生物活性的、含无 机元素的化合物大致包括哪些类，各有什么功能。
23
Essential Elements in Essential Elements in Organisms
24
Percentage Composition of Selected Elements in the Human Body
Element
Oxygen Carbon
Percentage (by weight)
以及许 多交通干线的划分和金属离子的走向
ICBIC―12 2005年 美国 ICBIC―13 2007年 欧洲 ICBIC―14 2009年 中国
17
国际应用生物无机化学 学术讨论会（ISABC）简介
ISABC―1 1990年 武汉 金属药物和抗癌药
ISABC―2 1992年 广州 生物矿化和生物材料 ISABC―3 1994年 澳大利亚 利用生物电子转移 设计制作生物传感器 ISABC―4 1997年 南非 环境生物无机化学
ISABC―5 1999年 希腊
地中海贫血
18
ISABC―6 2001年 英国 ISABC―7 2003年 墨西哥 ISABC―8 2004年 香港 小分子修饰使蛋白 酶功能改变和关闭 ISABC―9 2006年 阿根廷
国内定期召开全国生物无机化学学术讨论会，
2003年召开全国生物无机化学咨询会议，共同讨
21
生物无机化学的发展前景和价值
1. 通过对生物无机化学问题和规律的研究探索有 助于进一步揭示生命的奥秘。 2. 生物无机化学规律的揭示及其成果将有助于改 善人类的生活环境，保护人类的健康，延长人 类的寿命，从而造福人类。
22
Chapter 1
The Basic Conceptions and Reasons of Bioinorganic Chemistry
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CONTENTS
Chapter 1 The Basic Conceptions and Reasons of Bioinorganic Chemistry Chapter 2 The Research Methods of Bioinorganic Chemistry Chapter 3 The Choice, Extraction and Control of Metal Species in Biological Systems Chapter 4 The Binding and Acting in Between Metal Species and Bio-macromolecule Chapter 5 Metal Proteins and Metal Enzymes Chapter 6 Cell Toxicity and Chemical Treatments Chapter 7 The Enzyme Nitrogenase Chapter 8 The New Topics and Development Fields of Bioinorganic Chemistry
53.6 16.0
Element
Silicon, Magnesium Iron, Fluorine
Percentage (by weight)
0.04 0.005
Hydrogen
Nitrogen Sodium, potassium, sulfur Chlorine
13.4
2.4 0.1 0.09
Zinc
12
参考书
《生物无机化学》 杨频 高飞编著
科学出版社 2002年4月第一版 《Bioinorganic Chemistry——A short course》 Rosette M.Roat-Malone
《生物无机化学原理》
[美]S.J.Lippard and J.M.Berg著 席振峰 姚光庆 项斯芬 任宏伟译 北京大学出版社 2000年6月 第一版 《生物无机化学导论》计亮年 莫庭焕 中山大学出版社
5
生物无机化学的特点
一是做这方面研究的人来自生物学、无机化学、医学科 学、农业科学等各个领域，对这门尚未定型的学科有不 同的见解与思路，使初学者感到只要涉及生物体甚至生 态环境中的各种无机元素的问题都是生物无机化学问题。 这样就把传统上本属流行病学、营养学、土壤化学、水 化学等方面的一部分内容都划入生物无机化学之中； 另一个特点是目前的研究工作多属点上的工作。比如， 载氧配合物、细胞色素、少数几种金属酶等正吸引着大 量科学家的注意，研究工作虽然很深入，但是很少把这 些点上的工作总结成为生物无机化学的整体学科体系。
生物无机化学 Bioinorganic Chemistry
Lecturer：
周再春 Ph.D
E-mail: zhouzaichun@
湖南科技大学大学化学化工学院 理论有机化学与功能分子教育部重点实验室
1
课程内容
第 1章 第 2章 第 3章 第 4章 第 5章 第 6章 第 7章 第 8章 生物无机化学中的基本概念和原理 生物无机化学的研究方法 生物体内金属离子的选择、摄取和调控 金属离子与生物大分子的结合与作用 金属蛋白和金属酶 细胞毒性和化学治疗 仿生固氮 生物无机化学的研究前沿课题
10
研究内容、研究方法、基本概念和基本思想
必须了解研究生物无机化学的方法，否则就难以 体会那些观点和结果都是怎样得来的。 例如，某种元素是人体必需的，但是整个人体所 含的这种元素不过几毫克或者更少，我们怎样知 道它是人体必需的呢？ 再如，一种酶的分子量高达几万，但一个分子中 只含有一个锌原子，我们怎样知道这个锌原子的 存在以及它在维持酶活性中所起的重要作用呢？ 而且，象这样一个含有几百个氨基酸的酶，它的 结构是怎样确定的呢？
14
生物无机化学发展经历
1970 首届国际生物无机化学学术讨论会(U.S.Virginia) 《生物无机化学》(Bioinorganic Chemistry)论文集 1971 英国科学家D.R.Williams的专著《生命金属》 （The Metal of Life）出版 1971 学术期刊Bioinorganic Chemistry在美国问世 (1979年更名为Journal of Bioinorganic Chemistry)
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教材存在的问题及学习注意事项
目前国内外出版的生物无机化学教材都缺乏 系统性和概括性。这两个问题不是在短期内 能解决的。 本课程的学习中，应注意： (1) 以研究生物体内有无机元素参与的有生物 活性的化合物的结构-性质-活性关系为主要 线索； (2) 选择有典型性的，各有特点的若干内容。
金属识别、储存、输送和组装 固氮酶的分子结构以及自然界 N2转变为NH3的功能及其机理
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国际生物无机化学会议（ICBIC）简介
ICBIC―7 ICBIC―8 ICBIC―9 1995年 德国 金属离子对基因调节影响 1997年 日本 丙烯腈水合酶合成丙烯酰胺 1999年 美国
ICBIC―10 2001年 意大利 中枢神经系统的生物无机化学 ICBIC―11 2003年 澳大利亚 金属离子在细胞的交通图，
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《生物无机化学》的部分杂志
Bioinorganic Chemistry J. of Inorganic Biochemistry J. of Biological Inorganic Chemistry Biological Trace Elements Research Curr Opinion in Biological Chemistry
论未来我国生物无机化学的发展方向,生物无机 化学研究方向紧跟时代步伐,不断深入和调整。
Bioinorganic Chemistry Area：
A Multidisciplinary Research Area
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生物无机化学的基本任务
1. 生物机体中固有的无机元素，特别是生物金属 元素在生命体内的分布、形态、代谢规律以及 它们的生物学功能的研究。 2. 环境中的外来金属离子通过不同途径进入生命 体后的运输、分布、形态、代谢以及它们是如 何参与并影响生命过程的研究。
这些事件标志着生物无机化学作为一个独立学科的建立.。
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国际生物无机化学会议（ICBIC）简介
ICBIC― ICBIC―0 ICBIC―1 ICBIC―2 ICBIC―3 ICBIC―4 ICBIC―5 ICBIC―6 1970年 1976年 1983年 1985年 1987年 1989年 1991年 1993年 美国 英国 意大利 葡萄牙 荷兰 美国 英国 美国 无机化学与模型研究方法 无机化学和生物交叉地带发展
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研究内容、研究方法、基本概念和 基本思想
对一位学化学的人来说，往往注意的是各种各样物质 的组成和性质，而且都是没有生命活动时的情况。比 如，人们往往只把一种蛋白质都是由一定的氨基酸按 一定序列联接起来的化合物拿来研究，而不注意这种 蛋白质的生物活性是怎样产生的。 本来化学主要研究结构和性质的关系，但是若放在生 物体内来考虑，则应研究结构-性质-活性关系。 因此，我们研究的对象是有生物活性的物质。通过这 部分内容的学习先初略了解一下有生物活性的、含无 机元素的化合物大致包括哪些类，各有什么功能。
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Essential Elements in Essential Elements in Organisms
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Percentage Composition of Selected Elements in the Human Body
Element
Oxygen Carbon
Percentage (by weight)
以及许 多交通干线的划分和金属离子的走向
ICBIC―12 2005年 美国 ICBIC―13 2007年 欧洲 ICBIC―14 2009年 中国
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国际应用生物无机化学 学术讨论会（ISABC）简介
ISABC―1 1990年 武汉 金属药物和抗癌药
ISABC―2 1992年 广州 生物矿化和生物材料 ISABC―3 1994年 澳大利亚 利用生物电子转移 设计制作生物传感器 ISABC―4 1997年 南非 环境生物无机化学
ISABC―5 1999年 希腊
地中海贫血
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ISABC―6 2001年 英国 ISABC―7 2003年 墨西哥 ISABC―8 2004年 香港 小分子修饰使蛋白 酶功能改变和关闭 ISABC―9 2006年 阿根廷
国内定期召开全国生物无机化学学术讨论会，
2003年召开全国生物无机化学咨询会议，共同讨
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生物无机化学的发展前景和价值
1. 通过对生物无机化学问题和规律的研究探索有 助于进一步揭示生命的奥秘。 2. 生物无机化学规律的揭示及其成果将有助于改 善人类的生活环境，保护人类的健康，延长人 类的寿命，从而造福人类。
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Chapter 1
The Basic Conceptions and Reasons of Bioinorganic Chemistry
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CONTENTS
Chapter 1 The Basic Conceptions and Reasons of Bioinorganic Chemistry Chapter 2 The Research Methods of Bioinorganic Chemistry Chapter 3 The Choice, Extraction and Control of Metal Species in Biological Systems Chapter 4 The Binding and Acting in Between Metal Species and Bio-macromolecule Chapter 5 Metal Proteins and Metal Enzymes Chapter 6 Cell Toxicity and Chemical Treatments Chapter 7 The Enzyme Nitrogenase Chapter 8 The New Topics and Development Fields of Bioinorganic Chemistry
53.6 16.0
Element
Silicon, Magnesium Iron, Fluorine
Percentage (by weight)
0.04 0.005
Hydrogen
Nitrogen Sodium, potassium, sulfur Chlorine
13.4
2.4 0.1 0.09
Zinc
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参考书
《生物无机化学》 杨频 高飞编著
科学出版社 2002年4月第一版 《Bioinorganic Chemistry——A short course》 Rosette M.Roat-Malone
《生物无机化学原理》
[美]S.J.Lippard and J.M.Berg著 席振峰 姚光庆 项斯芬 任宏伟译 北京大学出版社 2000年6月 第一版 《生物无机化学导论》计亮年 莫庭焕 中山大学出版社
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生物无机化学的特点
一是做这方面研究的人来自生物学、无机化学、医学科 学、农业科学等各个领域，对这门尚未定型的学科有不 同的见解与思路，使初学者感到只要涉及生物体甚至生 态环境中的各种无机元素的问题都是生物无机化学问题。 这样就把传统上本属流行病学、营养学、土壤化学、水 化学等方面的一部分内容都划入生物无机化学之中； 另一个特点是目前的研究工作多属点上的工作。比如， 载氧配合物、细胞色素、少数几种金属酶等正吸引着大 量科学家的注意，研究工作虽然很深入，但是很少把这 些点上的工作总结成为生物无机化学的整体学科体系。
生物无机化学 Bioinorganic Chemistry
Lecturer：
周再春 Ph.D
E-mail: zhouzaichun@
湖南科技大学大学化学化工学院 理论有机化学与功能分子教育部重点实验室
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课程内容
第 1章 第 2章 第 3章 第 4章 第 5章 第 6章 第 7章 第 8章 生物无机化学中的基本概念和原理 生物无机化学的研究方法 生物体内金属离子的选择、摄取和调控 金属离子与生物大分子的结合与作用 金属蛋白和金属酶 细胞毒性和化学治疗 仿生固氮 生物无机化学的研究前沿课题
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研究内容、研究方法、基本概念和基本思想
必须了解研究生物无机化学的方法，否则就难以 体会那些观点和结果都是怎样得来的。 例如，某种元素是人体必需的，但是整个人体所 含的这种元素不过几毫克或者更少，我们怎样知 道它是人体必需的呢？ 再如，一种酶的分子量高达几万，但一个分子中 只含有一个锌原子，我们怎样知道这个锌原子的 存在以及它在维持酶活性中所起的重要作用呢？ 而且，象这样一个含有几百个氨基酸的酶，它的 结构是怎样确定的呢？
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生物无机化学发展经历
1970 首届国际生物无机化学学术讨论会(U.S.Virginia) 《生物无机化学》(Bioinorganic Chemistry)论文集 1971 英国科学家D.R.Williams的专著《生命金属》 （The Metal of Life）出版 1971 学术期刊Bioinorganic Chemistry在美国问世 (1979年更名为Journal of Bioinorganic Chemistry)