1.2配位化学研究的主要领域 5 1.2.2生物无机化学的崛起 生命金属元素在生物体中的含量不足2%,但对生物功 能的影响极大。生物化学和无机化学相结合而产生的生物无机化学这门科学在20世纪70年代 后得到了蓬勃的发展3。X射线衍射法是测定金属蛋白质的二、三和四级结构的有力武器。目 前高分辨二维NMR方法被推崇为研究生物分子“溶液结构分析”的有力武器 氧的传递、太阳能的转化、细胞间电信号的传递和膜的渗透都是有待探讨的课题。微量元素 在生物体内的作用非常微妙。酶的催化作用比简单金属离子的反应要快10°数量级以上。图1 4为固氮酶中的Fe3…Y…Fe7核心结构,其中Y为低电子密度的桥基。出人意料的是报道了在 固氮的反应机理中钼对于酶的活性并非必要元素。合成具有凹型表面大分子,引入具有催化 能力的过渡金属配合物以模拟天然酶的工作日益受到重视 在人体的新陈代谢过程中,某些金属元素的缺乏或过剩都将导致生理反常而产生所谓的“分 子病”。这正是 P au lin g教授致力于推广服食维生素C的根据。在药疗中如何使药物选择性地准 确配位到病变抗原或客体上去(所谓“分子导弹”)是一个引人注目的方向。一个熟知的例子是很 好的抗癌药物顺铂Pt(NH3)2Cl,它和DNA单股中二个碱基的键合(图1-5)而阻碍DNA的复 制及癌细胞的生长。 Hi O,CCH, HIN Fe2 Fe6 H Fe1 Fe3-Y-Fe7 Mo、-O2C Fe4 Fes His 图1-4Fe-Mo-辅因子模型结构的示意图 图1-5顺铂和DNA的作用 目前已设计了很多药物(作为抗体)以裂解DNA或干扰其生物化学合成的蛋白质和酶而导 致细胞的死亡 蛋白质中的电子传递和细胞内部的能量转移等基础研究也是一个十分活跃的领域。由于金 属离子间相隔甚远,可以想像,电子交换中心间的相互作用是相当弱的。然而发现氧化还原反应 却进行得相当快。这种现象引起了实验和理论化学家的关注,试图了解是什么结构因素控制着长 程电子转移速度。从无机化学家的观点,蛋白骨架可以看作为桥基配体骨架。图1-6为细胞色 素c中的血红素与蛋白质通过硫醚键共价结合示意图。Gray等采用化学修饰的方法把给予体或 接受体引入结构已确定的金属蛋白中。他采用计算机模拟方法描绘了(NH3)u¨配位于马心细 胞色素c的组氨酸-33咪唑氮原子上所形成的(NH3)sRu(Hi-33)cytc的结构图。光谱测定 已经确定其构象和天然的cytc相同。从Ru2到Fe的电子转移大多是通过~12的“空间”实 现的。在这长程电子转移过程中涉及二个氨基酸残基,亮氨酸和门冬氨酸残基。目前较为盛行的 微观动态电子传递机理是所谓的PKS理论。实际过程当然远非如此简单,有待进一步研究。由于 具有明确结构的金属酶类生物大分子配合物为数不多,虽然原则上它们遵循化学的一般规律,但 很多重要的研究还有待于进一步深入。由于篇幅有限,本书对另有专著的生物配合物不作介 绍1.2.2 生物无机化学的崛起 生命金属元素在生物体中的含量不足 2% ,但对生物功 能的影响极大。生物化学和无机化学相结合而产生的生物无机化学这门科学在 20 世纪 70 年代 后得到了蓬勃的发展 [30 ,31 ]。X 射线衍射法是测定金属蛋白质的二、三和四级结构的有力武器。目 前高分辨二维 N M R 方法被推崇为研究生物分子“溶液结构分析”的有力武器 [ 32]。 氧的传递、太阳能的转化、细胞间电信号的传递和膜的渗透都是有待探讨的课题。微量元素 在生物体内的作用非常微妙。酶的催化作用比简单金属离子的反应要快 10 6 数量级以上。图1- 4 为固氮酶中的 F e3…Y …F e7 核心结构,其中 Y 为低电子密度的桥基。出人意料的是报道了在 固氮的反应机理中钼对于酶的活性并非必要元素 [3 3]。合成具有凹型表面大分子,引入具有催化 能力的过渡金属配合物以模拟天然酶的工作日益受到重视。 在人体的新陈代谢过程中,某些金属元素的缺乏或过剩都将导致生理反常而产生所谓的“分 子病”。这正是 P auling 教授致力于推广服食维生素 C 的根据。在药疗中如何使药物选择性地准 确配位到病变抗原或客体上去(所谓“分子导弹”)是一个引人注目的方向。一个熟知的例子是很 好的抗癌药物顺铂 P t(N H 3 )2C l2 ,它和 D N A 单股中二个碱基的键合(图 1- 5)而阻碍 D N A 的复 制及癌细胞的生长。 图 1- 4 Fe- M o- 辅因子模型结构的示意图 图 1- 5 顺铂和 D N A 的作用 目前已设计了很多药物(作为抗体)以裂解 D N A 或干扰其生物化学合成的蛋白质和酶而导 致细胞的死亡。 蛋白质中的电子传递和细胞内部的能量转移等基础研究也是一个十分活跃的领域。由于金 属离子间相隔甚远,可以想像,电子交换中心间的相互作用是相当弱的。然而发现氧化还原反应 却进行得相当快。这种现象引起了实验和理论化学家的关注,试图了解是什么结构因素控制着长 程电子转移速度。从无机化学家的观点,蛋白骨架可以看作为桥基配体骨架。图 1- 6 为细胞色 素 c 中的血红素与蛋白质通过硫醚键共价结合示意图。G ray 等采用化学修饰的方法把给予体或 接受体引入结构已确定的金属蛋白中。他采用计算机模拟方法描绘了(N H 3 )5R u 3+ 配位于马心细 胞色素 c 的组氨酸- 33 咪唑氮原子上所形成的(N H 3 )5 R u (H is- 33)cytc 的结构图 [3 4]。光谱测定 已经确定其构象和天然的 cytc 相同。从 R u 2 + 到 F e 3+ 的电子转移大多是通过～12 的“空间”实 现的。在这长程电子转移过程中涉及二个氨基酸残基,亮氨酸和门冬氨酸残基。目前较为盛行的 微观动态电子传递机理是所谓的 P K S 理论。实际过程当然远非如此简单,有待进一步研究。由于 具有明确结构的金属酶类生物大分子配合物为数不多,虽然原则上它们遵循化学的一般规律,但 很多重要的研究还有待于进一步深入。由于篇幅有限,本书对另有专著 [35] 的生物配合物不作介 绍。 1.2 配位化学研究的主要领域 5