配合物在生物化學(xué)中的作用

許慧

【摘要】配合物與生物化學(xué)的關(guān)系十分密切。生物體中許多必需的金屬元素都是以配合物形式存在的。如，鉻的配合物對人體具有重要的作用。配合物對人類發(fā)展具有前瞻的作用。

【關(guān)鍵詞】配合物；生物體；無機(jī)化學(xué)

配合物是生物無機(jī)化學(xué)的核心，生物無機(jī)化學(xué)主要研究無機(jī)元素，這些配合物對生物體至關(guān)重要。本文主要對配合物的簡單認(rèn)識，并對其在生物體內(nèi)作用，進(jìn)行簡單的介紹。

一、配合物的基礎(chǔ)知識

（一） 配位化合物定義

由一個(gè)中心元素（原子或離子）和幾個(gè)配位體（陰離子或分子）以配位鍵相結(jié)合形成的復(fù)雜離子（或分子）稱“配合單元”，帶有電荷的配合單元稱“配離子”。凡是由配合單元組成的化合物叫“配位化合物”，簡稱“配合物”， 它與生物化學(xué)的關(guān)系十分密切。生物體中許多必需的金屬元素都是以配合物形式存在的，如維生素B12、血紅素、葉綠素等，它們調(diào)節(jié)著生物體的正常生理活動。

（二） 配合物的組成

內(nèi)層（配離子），外層，配位鍵，離子鍵 ，中心原子，配位原子，配體數(shù)，配離子電荷數(shù)，內(nèi)層和外層 ，配離子是配合物的特征部分，由中心原子（離子）和配體組成，稱為配合物的內(nèi)層（inner sphere）。通常把內(nèi)層寫在方括號之內(nèi)，配合物中與配離子帶相反電荷的離子稱為配合物的外層（outer sphere）。配合物的內(nèi)層與外層之間以離子鍵結(jié)合，在水溶液中配合物易解離出外層離子，而配離子很難解離。配離子與外層離子所帶電荷的總量相等，符號相反。 顯然，配位分子只有內(nèi)層，沒有外層 。

二、生物體中的配合物

（一）配合物對人類發(fā)展的幫助

新生血管對于腫瘤的生長、浸潤和轉(zhuǎn)移起重要作用。實(shí)體瘤的生長和代謝需要持續(xù)的血管生長。新生血管是腫瘤營養(yǎng)、代謝、浸潤和轉(zhuǎn)移的重要通道。目前認(rèn)為腫瘤能釋放出使血管形成的激活因子，如：堿性成纖維生長因子、酸性成纖維生長因子和血管內(nèi)皮生長因子等。這些激活因子活化靜止?fàn)顟B(tài)的血管內(nèi)皮細(xì)胞使之處于增生狀態(tài)，形成新生血管。新生血管內(nèi)皮細(xì)胞的分子組成與正常血管不同（如αv整合素）。某些新生血管生長因子受體和細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶等。只能在腫瘤新生血管內(nèi)皮細(xì)胞上表達(dá)，而很少在正常靜止?fàn)顟B(tài)下的血管內(nèi)皮細(xì)胞上表達(dá)。CNGRC基序是Pasqualini等利用噬菌體展示技術(shù)篩選到的可以特異結(jié)合氨基酞酶N/CD13蛋白的配體。而氨基酞酶N/CD13只表達(dá)在腫瘤新生血管內(nèi)皮細(xì)胞上，在正常處于靜止?fàn)顟B(tài)的血管內(nèi)皮細(xì)胞上很少表達(dá)。阿霉素、前凋亡肽、腫瘤壞死因子-α與GGCNGRC短肽偶聯(lián)，表現(xiàn)出顯著的抗腫瘤活性。另外99mTc標(biāo)記的小分子短肽，如精-甘-天肽，生長抑素等已經(jīng)作為腫瘤受體顯像劑被廣泛深入地研究。但利用NGR衍生物作為腫瘤新生血管受體顯像劑并未推廣。

（二）鉻配合物對人體的作用

動物體中的多種器官發(fā)現(xiàn)其中均含有微量鉻，排除它不是外源性污染物后，明確了它也是人體的一種必需微量元素，成人體內(nèi)含鉻總量大約為6 mg或更少。并且隨年齡的增加，其含量還會減少，因而老年人都有缺鉻現(xiàn)象。當(dāng)人缺鉻時(shí)就會引起葡萄糖、脂肪和蛋白質(zhì)的代謝發(fā)生紊亂。血液中的葡萄糖在臨床上稱為血糖，正常情況下它在血液中保持一個(gè)恒定值，如果機(jī)體攝入過量糖時(shí)，多余部分即貯入肝臟，血糖不足時(shí)再返回到血液中。血糖的這種調(diào)節(jié)作用，除依靠體內(nèi)分泌的胰島素外，還需要有一種鉻與煙酸形成的配合物即稱為葡萄糖耐量因子（GTF）的參與。GTF中的四個(gè)水分子在體內(nèi)的弱堿性條件下可以被甘氨酸、谷氨酸以及半胱氨酸等氨基酸所取代，形成鉻與煙酸及氨基酸的配合物，這種配合物不但對糖代謝起作用，也參與脂肪及蛋白質(zhì)代謝。純的鉻離子，只有在進(jìn)入人體一定時(shí)間之后，結(jié)合成GTF時(shí)才能發(fā)揮生理作用。這種現(xiàn)象現(xiàn)在認(rèn)為是當(dāng)鉻被鹽酸等攜帶至一個(gè)還原性的生理環(huán)境時(shí)，即還原成鉻，而由惰性狀態(tài)轉(zhuǎn)變成活性狀態(tài)。體內(nèi)缺鉻后胰島素生物活性降低，糖耐受量受損，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)糖尿及糖尿病。補(bǔ)充鉻后，人體內(nèi)的葡萄糖能較快轉(zhuǎn)化為脂肪使血糖濃度降低，糖的利用得到改善。給糖尿病患者補(bǔ)充適量鉻（150μg/日～1 000μg/日）后，觀到50%的病人改善了異常耐糖量。鉻（Ⅲ）在體內(nèi)與脂肪及膽固醇代謝的關(guān)系，通過一系列實(shí)驗(yàn)和臨床研究證明，缺鉻時(shí)血液中的脂肪尤其是膽固醇含量增加，進(jìn)而沉積在動脈內(nèi)膜，形成動脈粥樣硬化癥。因此補(bǔ)充鉻在預(yù)防及治療動物粥樣硬化，降低血脂及血糖等方面均有良好作用。補(bǔ)充鉻（Ⅲ）時(shí)可以直接用鉻鹽，但更多的是用含鉻較多的釀酒酵母或其他有機(jī)鉻。家畜肝臟、牛肉等中含鉻量也較高，而且活性大。糧、粗面粉、糙米、紅糖、粗糖以及蘑菇等中鉻量也多，但食糧在精加工過程中卻會損失大量的鉻。例如，100 g全麥中含鉻量為175μg，精白粉中只含23μg，比前者少7倍；而特級精白糖比原糖含鉻量減少12～17倍以上，比紅糖還低3～12倍。最近報(bào)道，當(dāng)向斷奶后小牛的飼料中分別添加300 ppm，400 ppm，500 ppm（μg/kg）含有有機(jī)鉻的酵母，120天后，它們的體重分別增加4.5%，10.5%和13.5%，這說明適量補(bǔ)充鉻后，能較大改善幼畜的發(fā)育狀況。

三、 展望

近年來，隨著無機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)的不斷發(fā)展，對其研究越來越深入，配合物的生化作用為化學(xué)家們提供了一個(gè)寬闊的極富潛力的研究領(lǐng)域。激發(fā)態(tài)配合物具有很好的電子轉(zhuǎn)移、能量傳遞特性以及活潑的化學(xué)反應(yīng)特性，它可以作為一種很好的轉(zhuǎn)換材料。激發(fā)態(tài)配合物還能進(jìn)行許多基態(tài)配合物所無法進(jìn)行的反應(yīng)，促進(jìn)了人們對化學(xué)的深刻理解和對基態(tài)化學(xué)的回顧，由此產(chǎn)生新的概念并推動整個(gè)化學(xué)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對解決人類的能源危機(jī)具有十分重要的意義。

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