【正文】 (4) 參與某些物質的吸收過程 2 鈣和鎂 鈣和鎂在整個細胞新陳代謝過程中起著各種重要的結構穩(wěn)定作用和催化作用 。 這兩種離子也在像多磷酸鹽這樣的弱堿中心上作為催化劑使用 。 第二 ， Ca2＋ 是形成多種酶所必不可少的一部分 。 羥基磷灰石的近似組成可表示為 [Ca3(PO4)2]3 當機體組織或血管壁受到損傷時 ， 血液流出管外 ， 血液凝固成塊 ， 起到止血作用 。 如檸檬酸鈉可與血漿中的 Ca2＋ 形成不易電離的可溶性配合物檸檬酸鈉鈣 ， 因而降低了血漿中游離態(tài) Ca2＋離子的濃度 ， 故在臨床上輸血時常用檸檬酸作為抗凝劑 。 鎂在綠色植物的光合作用中也有著非常重要的作用 。 但硒以低濃度存在時 ， 有助于防止肝壞死 ， 并能促進人和動物的生長 。 在谷胱甘肽過氧化物酶存在時可有效防止過 氧化氫對亞鐵血紅蛋白的破壞 ， 而硒是谷胱甘 肽過氧化物酶的活性中心 。 缺碘癥狀主要是甲狀腺腫大 、 發(fā)育遲緩 、 生殖系統(tǒng)異常等 。 不同的金屬離子有不同的路易斯酸強度 ， 其強度隨著金屬離子電荷的增加和離子半徑的遞減而增大 。 目前認為 ， 這些金屬都與核酸構型的穩(wěn)定性有關 。 1 鐵 動物體內的鐵大部分以與蛋白質相結合的形式 ——血紅蛋白 、 肌紅蛋白 、 鐵蛋白以及轉鐵蛋白等存在 ， 以自由金屬離子形式存在的量極少 。 生物體內的天然氧載體具有可逆載氧能力 ， 能把從外界吸入體內的氧氣運送到各種組織 ， 供細胞內進行維持生命所必需的各種氧化作用 。 血液中的血紅蛋白在肺部攝取 O2， 而將 H2O替代下來 ， 當血液流動時 ， 結合了 O2的血紅蛋白被輸送到身體的各個部位 ， 在需氧的地方釋放出 O2， 又將 H2O交換上去 ， 從而起到輸送氧氣的作用 。 例如碳酸酐酶是一種分子量高達 30 000的鋅酶 ， 它具有一系列的生物功能 ， 包括光合成 、 鈣化 、 維持血液 pH值 、 離子輸送和 CO2交換等 。 在 310 K時 ， 由碳酸酐酶催化的 CO2的水合速率可達106 mol－ 1 C O 2 ＋ H O － Z n ( 碳 酸 酐 酶 ) C O － Z nH O C － O － Z nO－＋HH 2 O H O － Z nH＋ H C O 3 － H － O － Z n ＋ H＋ ＋ H C O3－OO( 碳 酸 酐 酶 ) 體內促進磷脂水解的磷酸酯酶的主要活性成分也是鋅 。 羧肽酶是體內重要的肽水解酶 ， 是一種典型的鋅酶 。 3 銅 體內大約有 12種含銅酶 。 SOD有防御氧陰離子自由基的毒性 、抗輻射損傷 、 預防衰老以及防止腫瘤和炎癥等重要作用 。 血藍蛋白和脊椎動物的血紅蛋白一樣與分子氧相結合 ， 發(fā)揮氧載體的作用 。 此外 ， 生物體內的醛氧化酶 、 硝酸鹽還原酶 、亞硫酸氧化酶 、 固氮酶等都是含鉬的金屬酶 。 圖中上半部口朝下的那個 MFe3S3的 M為 Fe原子 ， 而下半部口朝上的 固氮酶 那個 MFe3S3的 M則為 Mo原子 。 鈷的生物學效應主要是它在 B12系列輔酶中的作用 。 動物和人體所需維生素 B12， 一部分從食物中攝取 ，一部分由腸道中的細菌合成 。 維生素 B12的結構 N H NN H NN H NN N 咕啉環(huán) 卟啉環(huán) 咕啉環(huán)和卟啉環(huán)的結構 咕啉環(huán)與血紅蛋白中的卟啉環(huán)有一些類似 (見上圖 )。 鈷離子也是某些酶必需的輔因子，但只發(fā)現(xiàn)其中的甘氨酰甘氨酸二肽酶存在于動物體內。 此外 ， 稀土元素還可以促進植物的生長發(fā)育 ， 可做微肥使用 。 重金屬的毒性 金屬的毒性與其所處化學形態(tài)關系十分密切 ， 例如 ，無機金屬鹽與有機態(tài)的金屬化合物毒性差別很大 。 1 重金屬的毒性涉及的范圍很廣 毒性大的金屬集中在元素周期表的右下方 ， 如鉛 、 汞 、鉈 、 鎘等 。 汞也是一種很危險的有毒重金屬元素 。 2 致癌性和致畸性 有些重金屬具有致癌性和致畸性 ， 這些金屬主要集中在第四周期 。 在長期從事與鎳有關工作的人群中 ， 肺癌 、 副鼻腔癌的發(fā)病率較高 ， 推斷羰基鎳等有機鎳的危害性很大 。 例如 ， 鎘離子是一種有毒重金屬 ， 它與鋅離子性質相似 ， 進入體內后往往置換鋅酶中的鋅 ， 使鋅酶的活性大受影響 ， 表現(xiàn)為鎘的毒性 。 例如 ， 汞 、 鉛和鎘都易與巰基結合 ， 因此這些元素的化合物進入體內后與含巰基酶的巰基相結合 ， 影響著巰基酶的活性 。 癌癥的發(fā)生與核酸的變質也密切相關。 中醫(yī)則通過藥物內所含的微量元素調整人體內微量元素的平衡來解毒 。 。 重金屬攝入過多時 ， 體內會誘導產生金屬硫蛋白 。 4 重金屬中毒的解除 西醫(yī)主要通過螯合療法來解毒 ， 常用的有 EDTA、 二巰基丙醇等配合劑 。 重金屬離子與核酸也很易形成配合物。 另外 ， 由于重金屬離子與酶或其他生物分子的活性基團結合而引起的 ?，F(xiàn)已查明 ， 鋅 、 鎘 、 汞特別是甲基汞 、 硒 、 鎳等金屬具有致畸性 。 與 Cr(VI)屬同種元素的 Cr(III)尚未發(fā)現(xiàn)有這一屬性 。 日本戰(zhàn)后暴發(fā)的水俁病就是由于慢性汞中毒引起的 。 鉛逐年蓄積 ， 加速了腦的衰老和智力減退 ， 老年期癡呆患者與慢性鉛蓄積有關已得到證實 。 但實際上情況要復雜得多 ， 無機鹽雖然透過膜比較困難 ， 但與核酸 、 蛋白的結合能力比較強 ， 因而細胞毒性往往也比較強 。 況且 ， 稀土的生物學作用是復雜的 ， 尚有許多問題需要探索 、 解決 。 況且 ，一旦它們在體內的濃度超過一定界限 ， 又將成為致畸和致癌物質 。因此，咕啉環(huán)剛性小，容易發(fā)生構像的變化。中心離子 Co3＋ 處在一個咕啉環(huán)的中心位置 。 維生素 B12在生物體內的功能實際上是通過輔酶 B12參與碳的代謝作用 ， 促進核酸和蛋白質合成 、 葉酸儲存 、 硫醇活化 、 骨磷酯形成 ， 促進紅細胞發(fā)育與成熟 。 圖中的 Y在最先的報道中是個未知配位體 , 現(xiàn)在則認為也是 S原子 。 在這些蛋白中 , Fe、 S、 Mo都是功能元素 。 4 鉬 鉬在動物生長中的必需性是在 1953年被證明的 。 它是一種與鐵代謝過程有關的氧化酶 。 紅血球中的銅 60 %以上以血球銅蛋白的形式存在 ， 血球銅蛋白也被稱為為超氧化物歧化酶 (SOD)。 缺乏鋅時該酶活性降低 ， 但補充鋅后活性又可恢復 。 此外 ， DNA合成時的基因活化過程也需要鋅 。s － 1)， 因而該酶被認為是目前所知道的催化效率最高的酶之一 。 碳酸酐酶活性 部位示意圖 9 49 6Z n2 ＋1 1 9 ( H2O ) 碳酸酐酶具有一系列的生物功能 ， 包括光合成 、 鈣化 、維持血液 pH值 、 離子輸送和 CO2交換等 。 2 鋅 人體內大約共有 18種含鋅金屬酶和 14種鋅激活酶 。 血紅蛋白的中心是 Fe2＋ ， 六個配位原子依八面體排布 ， 其中卟啉環(huán)中的四個氮原子沿赤道方向配位 ，而另一個分子的血紅蛋白質肽鏈中的一個組氨酸氮原子和一個配位水分子中的氧原子則從軸向位置配位 。 血液中的鐵主要以血紅蛋白的形式存在于紅細胞中 ，而在血漿中鐵則以轉鐵蛋白形式存在 。 但 Cu(II)的存在則能引起 DNA的兩股分離 。 (3) 穩(wěn)定核酸構型 近年來發(fā)現(xiàn) ， 核酸的合成涉及到許多金屬離子 。 作為生命必需元素的過渡金屬離子在體內的濃度都很小 ， 它們的許多確切作用還未被人們所知曉 。 H 3 N C HC H 2S eHC O O －+硒代半胱氨酸 4 碘 健康成人體內含有約 15～ 20 mg的碘 ， 主要以甲狀腺激素即甲狀腺素和三碘甲狀腺原氨酸的形式存在于甲狀腺中 。 近三 、 四十年來 ， 人們逐漸認識到了微量硒對生命過程的重大作用 。 葉綠素能吸收可見光中的紅光 (680 nm)，為光合作用提供能量 。 細胞核酸以鎂配合物的形式存在 。 在這些過程中都有 Ca2＋ 離子的參加 。 體內對鈣的沉積有一個非常好的控制辦法 ， 就是將沉淀作為骨質或殼體材料通過血流轉移到適當區(qū)域沉積下來 。 鈣也作為細胞外酶的輔因子參與了體內許多重要的生理過程 ， 如血液凝結 、 乳汁分泌等 。 鈣之所以能作為信使 ， 是因為它的濃度可敏捷地對外部刺激作出響應 。 這兩種金屬離子在脂蛋白質中橋聯(lián)鄰近羧酸根從而強化了細胞膜 。如糖分解所必需的丙酮酸激酶就需要高濃度的 K＋ ， 而此酶卻被 Na＋ 所抑制 。