生命體中的配合物第1頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)容導(dǎo)覽植物體內(nèi)的配合物人體內(nèi)的配合物結(jié)語(yǔ)生物體內(nèi)的配位體第2頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月配位化合物，特別是螯合物在生物體中具有重要作用，至少有就九種過(guò)渡元素是生命必需元素，即V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn和Mo。這些金屬元素的生物學(xué)效應(yīng)大都是通過(guò)與生物配體的配位作用而產(chǎn)生的。卟啉類化合物和咕啉類化合物是兩類重要的生物配體，前者含有卟啉環(huán)結(jié)構(gòu)，后者含咕啉環(huán)結(jié)構(gòu)。第3頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

什么是卟吩？卟吩是一類由四個(gè)吡咯類亞基的α-碳原子通過(guò)次甲基橋（=CH-）互聯(lián)而形成的大分子雜環(huán)化合物。第4頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

卟啉的骨架結(jié)構(gòu)是卟吩。卟吩的所有衍生物總稱為卟啉。而它們的金屬衍生物稱作金屬卟啉。事實(shí)上，許多卟啉都是以與金屬離子配合的形式存在于自然界中。例如葉綠素是含鎂的卟啉化合物，血紅素是含鐵卟啉化合物,維生素B12是含鈷的咕啉化合物，它們?cè)谏矬w內(nèi)都有作重要的生理功能。第5頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

什么是光合作用？

光合作用（Photosynthesis）是綠色植物和藻類利用葉綠素等光合色素和某些細(xì)菌（如帶紫膜的嗜鹽古菌）利用其細(xì)胞本身，在可見光的照射下，將二氧化碳和水（細(xì)菌為硫化氫和水）轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放出氧氣（細(xì)菌釋放氫氣）的生化過(guò)程。第6頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

生命體系中的一個(gè)最重要的氧化還原反應(yīng)要算下述光合成反應(yīng)

nH2O

+nCO2(CH2O)n+nO2

太陽(yáng)光葉綠素a1第7頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

光合過(guò)程所需的能量通過(guò)鎂－大環(huán)葉綠素a1（一個(gè)鎂二氫卟啉絡(luò)合物）從太陽(yáng)光吸收，然后利用此光能生產(chǎn)

氧氣和有機(jī)物.葉綠素a1第8頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月生物固氮作用

生物固氮作用：大氣中的氮被還原為氨的過(guò)程。生物固氮只發(fā)生在少數(shù)的細(xì)菌和藻類中。估計(jì)全球每年生物固氮作用所固定的氮（N2）約達(dá)17500萬(wàn)噸，其中耕地土壤約有4400萬(wàn)噸，超過(guò)了每年施入土壤4000萬(wàn)噸肥料氮素（工業(yè)固氮）的量。因此，生物固氮作用有很大潛力。第9頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

固氮酶是一種能夠?qū)⒎肿拥€原成氨的酶。固氮酶是由兩種蛋白質(zhì)組成的：一種含有鐵，叫做鐵蛋白，另一種含鐵和鉬Mo2+，稱為鉬鐵蛋白。只有鉬鐵蛋白和鐵蛋白同時(shí)存在，固氮酶才具有固氮的作用。

固氮酶廣泛存在于與豆科植物（苜蓿、紫花苜蓿、大豆、豌豆）共生的根瘤菌中，存在于土壤中的細(xì)菌如克雷白氏桿菌、固氮菌、藍(lán)藻細(xì)菌以及赤楊樹上生長(zhǎng)的固氮根瘤中。該過(guò)程的特征，也是最誘人的地方是它可以在常溫、常壓的溫和條件下進(jìn)行。這一過(guò)程就是靠一種叫“固氮酶”的生物催化劑的作用。固氮酶第10頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

固氮酶的固氮作用，要求厭氧條件，非常不穩(wěn)定，在空氣中容易失活。鉬鐵蛋白的活性中心由兩個(gè)鐵鉬輔因子（FeMoco）及兩個(gè)鐵硫簇（P簇）組成，鐵蛋白的活性中心由兩個(gè)鐵硫簇組成。

固氮機(jī)理的細(xì)節(jié)至今不詳，但知道其關(guān)鍵問(wèn)題是如何去克服N≡N分子的極大惰性。知道固氮酶靠著這兩種蛋白的協(xié)同作用，催化還原N2

生成NH3.第11頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

鐵蛋白是催化還原N2時(shí)的電子給與體。

鐵鉬輔因子是底物絡(luò)合還原的活性部位。

生物化學(xué)家已分離出該催化過(guò)程中的含金屬輔酶。該領(lǐng)域近年來(lái)取得的一個(gè)重要突破是獲得了輔酶MoFe7S8(b)和與之相關(guān)的“P”簇合物（a）的晶體，并用X-射線單晶衍射法測(cè)定了它們的結(jié)構(gòu)。“P”簇含有兩個(gè)Fe4S4

簇通過(guò)S原子連接(圖.a).Mo-Fe-S簇含有一個(gè)開放的部位，N2的還原就發(fā)生在這個(gè)Mo-Fe-S簇上.N2可能進(jìn)入它的中心孔腔中并按圖b中Y的方式與鐵原子結(jié)合，N≡N被削弱，進(jìn)而發(fā)生還原與加氫作用。第12頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第13頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

人體中，F(xiàn)e是最豐富的過(guò)渡金屬，含量4.2~6.1g,

在哺乳動(dòng)物中，大約

70%的Fe以卟啉配合物或血紅素的形式存在。例如血紅蛋白、肌紅蛋白、過(guò)氧化氫酶、細(xì)胞色素c及色氨酸雙加氧酶等。

人體內(nèi)的配合物第14頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

------O2

的傳輸與貯存

Hb和Mb的功能

血紅蛋白是我們最熟悉，分布最廣的氧載體。它存在于紅血細(xì)胞中，脊椎動(dòng)物利用血紅蛋白將氧氣從肺或腮運(yùn)送到各種機(jī)體組織中去，在那兒，O2被用于生物氧化過(guò)程，并最后還原成CO2。脊椎動(dòng)物也利用氧貯存蛋白－肌紅蛋白，肌紅蛋白對(duì)肌肉組織提供氧氣以維持肌肉活力。血紅蛋白Hb與肌紅蛋白Mb第15頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月血紅蛋白亞單元Fe(II)－卟啉配合物（血紅素）第16頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

Hb和Mb的結(jié)構(gòu)

血紅蛋白

(Mr=64500D)由4個(gè)蛋白質(zhì)亞單元構(gòu)成，每個(gè)亞單元含有一個(gè)Fe(II)－卟啉配合物（血紅素）。其中兩個(gè)亞單元具有相同的氨基酸序列，形成α-鏈.另外兩個(gè)亞單元形成β-鏈;就是靠著血紅素的這4個(gè)亞單元結(jié)構(gòu)，發(fā)揮其重要的生物功能。

肌紅蛋白(Mr=17000D)由一條單一多肽鏈(珠蛋白)和一個(gè)Fe(II)－原卟啉配合物（血紅素）構(gòu)成，是肌肉內(nèi)儲(chǔ)存氧的蛋白質(zhì)。第17頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

合作效應(yīng)

血紅蛋白與肌紅蛋白在傳輸O2

的過(guò)程中表現(xiàn)出一種所謂“合作效應(yīng)”，即血紅蛋白在高氧氣分壓下（肺組織中）結(jié)合O2幾乎無(wú)損耗地通過(guò)血液釋放給肌肉組織中的肌紅蛋白。而肌紅蛋白即使是在低氧壓、低pH值（積累較多的CO2和乳酸的肌肉組織）下也能有效地結(jié)合O2.血紅蛋白與肌紅蛋白在結(jié)合O2

的能力上的這一差別，有利于O2氣由血紅蛋白向肌紅蛋白傳輸。第18頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第19頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

血紅蛋白O2傳輸模式

血紅蛋白是Fe(II)與卟啉類配體結(jié)合的配合物，它的中心是Fe(II)，六個(gè)配位原子占據(jù)八面體的頂點(diǎn)，其中卟啉環(huán)中的四個(gè)氮原子沿赤道方向配位，而另一個(gè)分子的血紅蛋白質(zhì)肽鏈中的一個(gè)組氨酸氮原子和一個(gè)配位水分子中的氧原子則從軸向位置配位，該配位的水容易與氧發(fā)生可逆的交換反應(yīng)。血紅蛋白在肺部攝取氧氣，而將水取代下來(lái)，當(dāng)血液流動(dòng)時(shí)，在需氧的地方又釋放出氧氣又將水交換上去，從而起到輸送氧氣的作用。

第20頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為什么靜脈血和動(dòng)脈血的顏色不同呢？第21頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

氧氣是強(qiáng)場(chǎng)配體，使Fe(II)得6個(gè)d電子呈現(xiàn)反磁性，吸收了短波長(zhǎng)光，這就是為什么動(dòng)脈血是紅顏色的。氧氣被弱場(chǎng)配體水取代后，形成了高自旋配合物，吸收的是較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，所以靜脈血中的血帶藍(lán)色的光澤。第22頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

那為什么我們會(huì)CO中毒，為什么HCN會(huì)是劇毒的物質(zhì)呢？？第23頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月它是在某些軟體動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物(蜘蛛和甲殼蟲)的血淋巴中發(fā)現(xiàn)地一種游離的藍(lán)色呼吸色素。血藍(lán)蛋白含兩個(gè)直接連接多肽鏈的銅離子,與含鐵的血紅蛋白類似,它易于氧結(jié)合，也易與氧解離，是已知的惟一可與氧可逆結(jié)合的銅蛋白，在氧和狀態(tài)下為藍(lán)色，在非氧和狀態(tài)下則為無(wú)色或白色。其分子量450000～130

000。

擴(kuò)充：血藍(lán)蛋白

血藍(lán)蛋白是第二種類型的氧載體

第24頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第25頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

唯一已知含鈷生物分子是輔酶B12,該輔酶含有一個(gè)Co原子，Co原子周圍的配為環(huán)境包括一個(gè)類似與卟啉環(huán)的咕啉環(huán)，該咕啉環(huán)在鈷的赤道平面上提供4個(gè)N配位原子，第五個(gè)配位位置也含有一個(gè)共軛的N配位原子，第六個(gè)位置被一個(gè)腺苷配位體的C原子占據(jù)。這一Co-C鍵使該輔酶B12成為生物體中極罕見的金屬有機(jī)化合物的一個(gè)例子（見下頁(yè)圖）。

輔酶B12第26頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第27頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

與輔酶B12密切相關(guān)的維生素B12是1929年從肝的提取物中得到的，后來(lái)發(fā)現(xiàn)，如果人體缺乏維生素B12或輔酶B12將導(dǎo)致惡性貧血癥.輔酶

B12

是一個(gè)多功能的酶，它的鈷原子可從Co(III)

還原到

Co（II）和Co(I)，它容易發(fā)生甲基化反應(yīng)，生成甲硫氨酸合成酶，甲硫氨酸合成酶是一個(gè)甲基化試劑，例如它能催化重金屬離子在水溶液中的甲基化反應(yīng)，生成毒性很高的物質(zhì)如Hg(CH3)2

和Pb(CH3)4

等。第28頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

維生素B12

維生素B12又叫鈷胺素，自然界中的維生素B12都是微生物合成的，高等動(dòng)植物不能制造維生素B12。維生素B12是需要一種腸道分泌物（內(nèi)源因子）幫助才能被吸收的惟一的一種維生素。有的人由于腸胃異常，缺乏這種內(nèi)源因子，即使膳食中來(lái)源充足也會(huì)患惡性貧血。植物性食物中基本上沒(méi)有維生素B12。維生素B12的主要生理功能是參與制造骨髓紅細(xì)