析生物無機化學研究進展

析生物無機化學研究進展

　　論文摘要：本文主要敘述了生物無機化學的研究進展。主要從對含有微量元素的蛋白的突變、結構及性質的研究；酶的模擬；無機藥物化學；金屬元素中毒的研究等四個方面來介紹現在生物無機化學的進展。

　　論文關鍵詞：生物無機化學；蛋白質；螯合劑；酶；無機藥物化學
　　
　　生物無機化學是無機化學和生物化學交叉的領域。它的任務是研究金屬與生物配體之間的相互作用，它有賴于無機化學和生物化學兩門學科水平的發展。由于研究方法的進展，使得揭示生命過程中的生物無機化學成為可能。生物無機化學主要分為兩部分：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機體的影響。

　　一、研究生物體本身微量元素的作用

　　（一）含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化學中偏向生物領域的研究對象，做此項研究主要依靠生物化學技術。含有微量元素的蛋白是微量元素與蛋白質形成的配合物，與酶的區別在于含有微量元素的蛋白并不表現催化活性，但卻有其他的重要功能。現在的研究在于發現新的蛋白，確定其結構、性質。
　　現在熱門的蛋白有硒蛋白，因為硒蛋白是硒在體內存在和發揮生物功能的主要形式。硒的作用，主要在癌癥、神經退行性疾病和病毒等方面，但結論不統一�，F在主要在探索新的硒蛋白作為預防藥物開發、癌癥治療和藥物篩選靶標。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系。研究發現該蛋白的抗氧化活性與其硒含量具有相關性。
　　另外，也有對細胞色素進行研究。如官墨藍等對細胞色素b5的突變體做了研究。為了深入了解細胞色素b5的64位氨基酸對血紅素輔基微環境及蛋白性質的影響，對細胞色素b5第64位氨基酸殘基進行保守性和非保守性突變。研究表明，細胞色素b5第64位氨基酸殘基對穩定血紅素輔基和維持蛋白的結構有重要的作用，在64位引入其他氨基酸殘基使蛋白結構不太穩定。
　　（二）酶的模擬
　　酶的模擬就是從酶中挑選出起主導作用的因素來設計合成一些能表現生物功能的、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。通過對硒酶結構與功能的模擬,人們不僅可以了解硒酶結構與功能的關系,還可以進一步開發與硒酶相關的藥物。對于硒酶的合成主要有三種方法，一是對硒酶進行化學模擬，二是對硒酶進行化學修飾，三是用基因工程方法生產含硒酶。對硒酶化學模擬主要集中在硒酶活性中心催化三聯體Se-N的相互作用的模擬中。在這個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，用分子內的螯合作用間接形成分子內螯合物，達到Se-N鍵的作用。對硒酶化學修飾主要方面有：1、將天然酶改造為含硒酶；2、設計含硒生物印跡酶；3、設計含硒抗體酶。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。
　　又如劉海洋等對核酸酶的化學模擬。核酸酶的化學模擬對于生物技術和分子生物學研究具有重要意義，Corrole是具有共軛電子結構的大環化合物，其結構上導致其配位化學行為易與金屬形成配合物，其形成的配合物在許多反應中均有催化活性。該科研組研究了單羥基Corrole錳配合物對DNA的催化氧化斷裂作用。結果表明,錳Corrole配合物可催化DNA的氧化斷裂,而且斷裂程度隨著反應時間的增加而增加。宋玉民等研究了全反式維甲酸合釔配合物對DNA的切割和鍵合作用。實驗表明，該配合物在生理條件下比配體和金屬離子能更有效地切割質粒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。
　　對于固氮酶模擬的報道比較多。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化成有機化合物，從而加以利用。對固氮酶的活性中心模擬主要是鉬鐵硫原子簇，另外還有鉬-硫醇等等的研究報道。

　　二、研究外界微量元素對機體的影響

　�。ㄒ唬�無機藥物化學
　　無機藥物的發展在生物無機領域中有很重要的地位。順鉑的抗腫瘤作用的發現開辟了無機藥物化學的新領域。在抗癌藥物應用中，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年發現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構的二烴基二鹵化錫配合物，與卡鉑結構類似的有機錫化合物，以及有機錫羧酸衍生物等等。在鍺化合物方面，從發現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的鍺化合物。此外還有茂鈦衍生物和稀土配合物。因為癌癥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方面將有很大的發展前景。除了合成新的藥物外，在原有的藥物基礎上對原有的藥物進行改良也是未來的科研方向，因為原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時候的抗癌藥物是主要發展方向；另外，對于無機金屬藥物的抗癌機理尚沒有統一的理論，因此研究無機抗癌藥物的作用機理也是主要研究方向。
　　無機藥物在其他方面也有重要的應用。如金配合物在抗類風濕方面的應用，應用治療類風濕關節炎有金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。在無機藥物的研究中，尚不清楚各種藥物對機體疾病的治療機理，所以研究無機藥物的作用機理具有較大的前景。
　　放射照影藥物的發展也是無機藥物的發展方向。由于放射示蹤、核磁共振在醫學上的應用，使得各種造影劑的成為醫生臨床應用不可或缺的一個方面，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體所需的濃度后，該元素就會對機體產生負面效應，引起疾病。元素的毒性主要因為它與機體基團的強配合性。對金屬元素中毒的治療主要是研究具有更強螯合能力的的螯合劑，使其跟有毒的金屬離子結合形成更加穩定配合物，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、分子大小和結構必須合適；3、必須專一迅速結合金屬元素；4、很容易從體內排出；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，卻選擇性不強，在排出有害的金屬離子的同時，同時也會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鐵蛋白中的鐵�，F在的醫用螯合物的研究方向主要是研究新的藥劑，因為現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學的需要。

　　三、生物無機化學的發展趨勢

　　生物無機化學以后的發展趨勢是生命科學與技術進行有機緊密的融合。
　　對蛋白質分子進行研究，研究其具有生物功能的原理。人類的基因僅有幾萬個，而蛋白質卻有十幾萬種，這說明生命的復雜性需要從蛋白質上去解釋。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揮作用，所以闡明這些生物大分子的結構和生物功能非常重要。對核酸的研究。研究金屬元素對核酸的序列、構型、區域的選擇性識別調控是生物無機化學的一個主要熱點。如現在發現許多鋅脂蛋白對DNA或RNA有調控作用。對這方面的研究將對以后的無機藥物產生重要的影響。
　　既然21世紀生命科學會是研究熱點之一，那么與生命科學緊密聯系的生物無機化學也必將因此得到極大的發展，因此也將為人類作出更大的貢獻。

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