生物无机化学的应用

生物无机化学的应用

化学化工学院 12化本3班 洪璐 2012364353

生物无机化学是建立在生物学与无机化学基础上的一门新兴的边缘学科。其研究对象从广义来讲，是在分子水平上探讨无机元素及其化合物与生物体的相互作用。生物无机化学的任务之一是应用无机化学的理论和实验技术研究生物体系中无机金属离子的行为，从而阐明金属离子和生物大分子形成配合物的结构与功能的关系。另一任务是用比较简单的化学模型对复杂的生物催化现象进行模拟研究，即模型研究。

近10余年来，生物无机化学的研究主要集中在金属离子活化酶的领域及金属蛋白的结构、性质、功能和升华反应机理方面。用最新的升华理论设计某些金属离子的配合物的催化反应模型，以探索生命金属元素在生物体中的存在方式、状态及对生命运动的作用机理，诸如基因转移、氧化还原或水解过程。

1 微量金属离子在医学中的应用

生物无极化学的研究成果表明：人体必需的金属离子主要是以配合物的形式存在于人体内，它是控制体内政策代谢活动的关键因素。但是，人体必需的金属元素在体内的存在量有严格的浓度范围，眼中地缺乏或过量都会引起疾病。

1.1 微量元素铜锌与癌症

研究表明，90%以上的癌症与环境有关。病人癌组织的微量元素谱往往发生变化，其中铜锌与癌症的关系最为重要。对肝癌、胃肠道癌、女性生殖器官肿瘤等多种患者的血清分析都得出一致的结论：恶性肿瘤患者血清Zn/Cu比值明显低于常人，而进行手术摘除恶性组织或药物治疗后，患者血清中Zn/Cu比值回升。因此，有人认为血清中的Zn/Cu可反映肿瘤恶性程度及判别患者愈后状况。

1.2 微量元素与眼科

目前，微量元素与眼科研究主要集中于微量元素在白内障发生、发展中所起的作用。白内障者晶体中Zn、Cu含量较正常晶体含量少，Ca、Se含量增加，血清中锌含量减少，Mg、Ca含量增加。

1.3 微量元素钴和铁

钴是维生素B12分子的一个必要组成部分。维生素B12能促进血红球的增加和肌肉蛋白的合成。根据实验，如果草饲料中缺少钴，将会引起严重的脱毛症，然而，只要在饲料中加

入微量的钴（每昼夜1mg），便可治好脱毛症。

铁：大多数动物的血是红色的，它的红色是由含铁的血红蛋白造成的。血红蛋白在肺部结合氧，然后随血液输送到体内需氧部位。过量的金属离子是有害的，如铅、汞和砷的毒害，是了解得很清楚的职业性危害。

总之，微量金属元素与人体健康的关系是密切而错综复杂的，微量元素主要通过和有机物形成生物大分子来发挥其生理功能。因此，分析体液或组织中微量金属离子可能成为一个重要的诊断方法。专家们预言：未来的医学，必将是以元素类药物为主要药物，以元素医学为核心的医学。

2 化学法模拟生物固氮

生物体内的反应都是在酶的催化下进行的，在不少酶分子中含有金属离子，固氮酶含于固氮细菌体内，其功能是在无氧条件下将分子氮转化为氨或铵盐。固氮酶主要由钼铁蛋白和铁蛋白组成，前者的功能是结合底物氮分子，而后者则起贮存和活化电子的作用。一种蛋白质除含铁之外，还含有钼，叫钼铁蛋白；另一种蛋白质含有铁，称铁蛋白。它们在固氮催化过程中起着决定性作用。固氮酶能在常温常压下将氮转化为氨。目前，地球上植物生长所需的氮肥，估计88%是由自然界植物固氮作用所生成的。因此人类能模拟固氮酶固氮，要比人工合成氨省能源、省材料。模拟生物固氮是一个具有元旦经济意义和科学价值的重要课题。专家们预测：21世纪将是生物无极化工的时代。

3 微量元素肥料在农业上的应用

农作物的生长发育，不仅需要敞亮营养元素，而且还需要如铁、锰、铜、锌、钼、硼等微量元素，这些微量元素和氮、磷、砷三要素同等重要，不可替代。由于农作物产量大幅度提高，只施常量元素化肥，不增加有机肥料用量，就有可能导致某些微量元素的缺乏。例如南方某些地方因土壤却硼，油菜表现为“花而不实”，严重时植株死亡，造成绝收；黑龙江嫩江地区曾因土壤缺硼发生过大面积春麦“不稔”现象，严重地降低了产量。这说明农作物对硼的需要量虽然很少，但不可缺少，因为各种必须的营养元素从缺乏到过量之间的临界范围很窄，缺乏或过量都将对作物产生严重危害。微量元素对植物生理所起的作用越来越为人们所瞩目。例如，植物一旦缺铁，叶子就发黄，枝干变得干枯，光合作用锐减，这样，产量将会大大下降；盆栽花卉和果树如果多年生长在同一块地上，更容易得这种植物缺绿症。对染上缺绿症的植物，直接追施硫酸亚铁等无机盐，往往没有效果。这是由于土壤PH值变化影响了肥效。如果在其根部淋洒些铁的EDTA的配合物，效果就会好得多。这是由于此配合物在水溶液中的稳定性较高，不易离解，铁离子不会因为土壤的酸碱度波动而产生沉淀，

疼能为植物提供充足的可溶性的铁离子。根据这一思路研制了多种农用配合物作为特种肥料，因此各种新型肥料、长效肥料、各种添加剂就相继问世。我国的腐植酸资源丰富，应多食用腐植酸类配合剂。

再者，云南滇池曾污染较重，后来利用一种名叫水葫芦的植物，这种植物本身是无毒无害的，利用水葫芦这一载体，来吸收滇池水中超标的氮、磷等元素，综合处理后，可以让水葫芦变成增产增收的宝贝。这个项目的实施可以一举四得：水葫芦不仅有效吸附富集的氮和磷、削减滇池内源污染，通过专有设备固液分离后，固体可制作邮寄费，液体则通过发酵产生沼气，用语发电或供农户使用。最后的沼渣也可以当做有机肥，沼液则能够满足1000亩农田施肥需要。我舅舅就是专门做水葫芦提取氮磷元素加工合成为有机肥的工作，我有幸去过他的工厂，观看了水葫芦变废为宝的过程，我受益良多。我们要利用现有的能力，去创造更好的生活环境，懂得利用有机肥料，使作物生长健康，这对我们的生活有益无害。

4 要正确理解营养的意义

从营养学的角度讲，饮食应讲究合理的膳食结构，除要保证充足的能力供应外，还需要有足够的维生素和适量的微量元素，所以弥补生命必须的营养元素是至关重要的。消费者应注意维生素及微量元素并不是一般意义上的“补药”，越多越好。应根据自身的地域，身体等情况合理选用，要有针对性地补。否则，不加选择地大量乱用绝不会起到营养的效果，甚至还会引起副作用。

生物无机化学的发展，为应用无机化学原理解决生物学的问题提供了理论基础，而生物学中某些化学问题的解决，又反过来促进了生物无机化学的发展，随着生物无机化学的发展，必然会带来生物无机化工的发展。

参考文献

（1）高鸿等编译《现代分析化学的形成和发展》科学译丛1991 （2）程发良等《微量元素与人体健康》，化学教育1992 （3）D.R.watet house 著《营养与消费者》科技译丛1991,12 （4）杨维达《无机化学丛书第十五卷》科学出版社1991

（5）K.B.亚次米尔斯基著《生物无机化学入门》余珣等译，科学出版社1984 （6）朱梅萍《微量元素与健康》贵州人民出版社1979