【正文】 鋅在加速傷口愈合 、 視網(wǎng)膜定位 、 視覺反應中起著重要作用 。 羧肽酶是體內(nèi)重要的肽水解酶 ， 是一種典型的鋅酶 。它對體內(nèi)蛋白質(zhì)的水解具有重要作用 。 缺乏鋅時該酶活性降低 ， 但補充鋅后活性又可恢復 。 體內(nèi)許多脫氫酶 ， 如乳酸脫氫酶 、 蘋果酸脫氫酶等都是鋅酶 。 3 銅 體內(nèi)大約有 12種含銅酶 。 這些含銅酶具有從鐵的利用到皮膚的著色等多種生物學效應 。 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)。 該酶分子中含有兩個銅離子和兩個鋅離子 ， 銅離子是催化中心 ， 鋅離子只起次要的結(jié)構(gòu)作用 。 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 。 血漿中的銅 ， 大多以血漿銅藍蛋白的形式存在 ， 血漿銅藍蛋白是分子量約為 16萬的 α2球蛋白 。 它是一種與鐵代謝過程有關(guān)的氧化酶 。 在軟體動物和甲殼類動物的血液中 ， 存在含銅的呼吸色素蛋白 ——血藍蛋白 。 血藍蛋白和脊椎動物的血紅蛋白一樣與分子氧相結(jié)合 ， 發(fā)揮氧載體的作用 。 銅缺乏時 ， 新生兒會表現(xiàn)出運動失調(diào)癥狀 ， 毛發(fā)色素也會缺乏 ， 羊毛的角化和骨的形成也會受到影響 。 4 鉬 鉬在動物生長中的必需性是在 1953年被證明的 。 實驗發(fā)現(xiàn)黃素酶 (黃嘌呤氧化酶 )是含鉬的金屬酶 ， 其活性受鉬支配 。 此外 ， 生物體內(nèi)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 。 固氮酶是由鐵蛋白和鉬鐵蛋白構(gòu)成的 。 在這些蛋白中 , Fe、 S、 Mo都是功能元素 。 通過模型化合物的研究發(fā)現(xiàn)： Fe、 Mo蛋白的結(jié)構(gòu)是由組成為MFe3S3的兩個開口 “ 網(wǎng)斗 ” 口對口地被三個 S原子相橋聯(lián) 。 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 。 結(jié)構(gòu)中存在一個由 6個配位不飽和的 Fe原子組成的三棱柱體 ， Rees等認為 N2分子是在三棱柱體空腔中與 Fe原子形成六聯(lián) N2橋物種而活化并被還原的 。 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 。 5 鈷 鈷是一種人體必需微量元素 。 鈷的生物學效應主要是它在 B12系列輔酶中的作用 。 維生素 B12是重要的含鈷生物配位化合物 ， 又稱為氰鈷氨酸 ， Co3＋ 處于咕啉環(huán)的中心位置 。 維生素 B12在生物體內(nèi)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(zhì)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 。 因此 ， 維生素 B12能有效地治療惡性貧血 。 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 。 B12的結(jié)構(gòu)見左圖所示 。中心離子 Co3＋ 處在一個咕啉環(huán)的中心位置 。 八面體形排布的六個配位原子中有四個為環(huán)上的氮原子 ， 一個是側(cè)鏈上的氮原子 ， 最后一個為活性基團 R， 在正常情況下 ，R為 CN、 OH或有機基團 。 維生素 B12的結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu) 咕啉環(huán)與血紅蛋白中的卟啉環(huán)有一些類似 (見上圖 )。不過，咕啉環(huán)不飽和度低，往往不在一個平面上；同時咕啉環(huán)不是一個大共軛體系。因此，咕啉環(huán)剛性小，容易發(fā)生構(gòu)像的變化。由此可見，咕啉類化合物與卟啉類化合物作為兩類生物配體，其性質(zhì)是不同的。 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(nèi)。 6 釩 、 鉻 、 錳 、 鎳 已經(jīng)證明這幾種元素是生命必須微量元素 ， 但它們在人體內(nèi)的濃度很小 ， 其作用機理尚不十分明確 。 況且 ，一旦它們在體內(nèi)的濃度超過一定界限 ， 又將成為致畸和致癌物質(zhì) 。 稀土元素的生物學效應 稀土離子與不同的生物分子都有一定的親合力 ， 對許多體內(nèi)酶具有抑制或激活作用 ． 以稀土離子為中心的許多配合物具有各式各樣的藥用活性 ， 其藥用價值包括以下幾個方面： 1 抗凝血作用； 2 抗炎 、 殺菌和抑菌作用； 3 降血糖 ， 抗癌 ， 抗動脈粥樣硬化等 。 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 。 但是 ， 人們對稀土元素在生物體內(nèi)的作用機理 、 積累 、代謝和遠期毒性等了解得不夠清楚 ， 如果貿(mào)然大量使用 ，則可能產(chǎn)生急 、 慢性中毒等嚴重后果 。 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 。 因而需要從細胞 、 分子水平上加強對稀土與人體相互關(guān)系的研究 。 重金屬的毒性 金屬的毒性與其所處化學形態(tài)關(guān)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 。 一般來講 ， 有機金屬化合物較之無機鹽更易被機體吸收 ， 并且在體內(nèi)分布時也比較容易通過細胞膜 ， 通過血腦屏障進入腦部等 ， 從這個方面看有機形態(tài)應比無機形態(tài)毒性大 。 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(jié)合能力比較強 ， 因而細胞毒性往往也比較強 。 所以應兩者兼顧才能討論或理解毒性的相對大小 。 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 。 慢性鉛中毒會引起兒童生長 、 發(fā)育遲鈍 ， 行為障礙 ，多動 ， 智力低下 。 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(guān)已得到證實 。 由于鉛的污染無處不在 ， 玩具 、 化妝品 、 餐具 、 顏料等都是鉛的污染源 ， 因而應十分重視對鉛污染的防治 。 汞也是一種很危險的有毒重金屬元素 。 在自然界 ， 汞的污染源相當多 。 日本戰(zhàn)后暴發(fā)的水俁病就是由于慢性汞中毒引起的 。水俁病的原因是以無機汞為催化劑的乙醛制造廠排含甲基汞 (CH3)2Hg的廢水 ， 流入水俁海域并在那里的魚類中蓄積 ，以這種魚為食的當?shù)鼐用窬桶l(fā)生了水俁病 。 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 。 例如 ， 以重鉻酸鹽形式存在的 Cr(VI)具有致癌性 ， 這是由于 Cr(VI)與核酸結(jié)合的能力較強 ， 使正常細胞失去了固有屬性而發(fā)生癌變 。 與 Cr(VI)屬同種元素的 Cr(III)尚未發(fā)現(xiàn)有這一屬性 。 近年還有報導認為釩與肺癌也有關(guān) 。 在長期從事與鎳有關(guān)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 。 致畸性與致癌性一樣 ， 也是一種重要的毒性表現(xiàn)方式 ?，F(xiàn)已查明 ， 鋅 、 鎘 、 汞特別是甲基汞 、 硒 、 鎳等金屬具有致畸性 。 3 重金屬元素的毒性作用機制 (1) 阻礙正常代謝機能 在正常發(fā)揮機能的系統(tǒng)中 ， 因其他金屬元素的侵入而發(fā)生了置換反應而使正常機能遭到破壞 。 例如 ， 鎘離子是一種有毒重金屬 ， 它與鋅離子性質(zhì)相似 ， 進入體內(nèi)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 。 此外 ， 有人認為軟骨癥是由于鎘取代了正常骨骼組織中鈣所致 。 另外 ， 由于重金屬離子與酶或其他生物分子的活性基團結(jié)合而引起的 。 一般地 ， 生物分子或酶分子中往往含有巰基 、 氨基 、 羧基和羥基等基團 ， 這些基團與重金屬離子可以生成牢固的共價鍵 ， 從而使生物分子或酶的立體結(jié)構(gòu)變形 、 喪失活性 。 例如 ， 汞 、 鉛和鎘都易與巰基結(jié)合 ， 因此這些元素的化合物進入體內(nèi)后與含巰基酶的巰基相結(jié)合 ， 影響著巰基酶的活性 。 (2) 重金屬離子也可與體內(nèi)生物分子中的磷酸根結(jié)合 如汞離子與細胞膜上的磷酸根配位而改變了膜的通透性 ， 影響了細胞的正常功能而出現(xiàn)中毒癥狀 。 重金屬離子與核酸也很易形成配合物。由于核酸是遺傳基因的攜帶者，因而不難想象，當重金屬離子與核酸結(jié)合后，遺傳信息的傳送就會被封閉，從而引起某些遺傳病。 癌癥的發(fā)生與核酸的變質(zhì)也密切相關(guān)。 此外，重金屬離子具有致癌性和致畸性也可能與其同核酸之間的作用有關(guān)。 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 。 另外 ， 利用不同金屬離子間的拮抗作用也可以治療重金屬中毒 ， 如鋅的攝入有助于減輕鎘的毒性 。 中醫(yī)則通過藥物內(nèi)所含的微量元素調(diào)整人體內(nèi)微量元素的平衡來解毒 。 生物體本身對重金屬中毒有一定的耐受性和自身解毒機制 。 重金屬攝入過多時 ， 體內(nèi)會誘導產(chǎn)生金屬硫蛋白 。金屬硫蛋白分子中帶有很多巰基 ， 對重金屬的結(jié)合能力很強 ， 因此在體內(nèi)重金屬 (特別是鎘和鋅 )水平升高時 ， 它便能有效地降低重金屬水平 ， 緩和毒性癥狀 。