配合物在生物化学中的作用

许慧

【摘要】配合物与生物化学的关系十分密切。生物体中许多必需的金属元素都是以配合物形式存在的。如，铬的配合物对人体具有重要的作用。配合物对人类发展具有前瞻的作用。

【关键词】配合物；生物体；无机化学

配合物是生物无机化学的核心，生物无机化学主要研究无机元素，这些配合物对生物体至关重要。本文主要对配合物的简单认识，并对其在生物体内作用，进行简单的介绍。

一、配合物的基础知识

（一） 配位化合物定义

由一个中心元素（原子或离子）和几个配位体（阴离子或分子）以配位键相结合形成的复杂离子（或分子）称“配合单元”，带有电荷的配合单元称“配离子”。凡是由配合单元组成的化合物叫“配位化合物”，简称“配合物”， 它与生物化学的关系十分密切。生物体中许多必需的金属元素都是以配合物形式存在的，如维生素B12、血红素、叶绿素等，它们调节着生物体的正常生理活动。

（二） 配合物的组成

内层（配离子），外层，配位键，离子键 ，中心原子，配位原子，配体数，配离子电荷数，内层和外层 ，配离子是配合物的特征部分，由中心原子（离子）和配体组成，称为配合物的内层（inner sphere）。通常把内层写在方括号之内，配合物中与配离子带相反电荷的离子称为配合物的外层（outer sphere）。配合物的内层与外层之间以离子键结合，在水溶液中配合物易解离出外层离子，而配离子很难解离。配离子与外层离子所带电荷的总量相等，符号相反。 显然，配位分子只有内层，没有外层 。

二、生物体中的配合物

（一）配合物对人类发展的帮助

新生血管对于肿瘤的生长、浸润和转移起重要作用。实体瘤的生长和代谢需要持续的血管生长。新生血管是肿瘤营养、代谢、浸润和转移的重要通道。目前认为肿瘤能释放出使血管形成的激活因子，如：碱性成纤维生长因子、酸性成纤维生长因子和血管内皮生长因子等。这些激活因子活化静止状态的血管内皮细胞使之处于增生状态，形成新生血管。新生血管内皮细胞的分子组成与正常血管不同（如αv整合素）。某些新生血管生长因子受体和细胞基质金属蛋白酶等。只能在肿瘤新生血管内皮细胞上表达，而很少在正常静止状态下的血管内皮细胞上表达。CNGRC基序是Pasqualini等利用噬菌体展示技术筛选到的可以特异结合氨基酞酶N/CD13蛋白的配体。而氨基酞酶N/CD13只表达在肿瘤新生血管内皮细胞上，在正常处于静止状态的血管内皮细胞上很少表达。阿霉素、前凋亡肽、肿瘤坏死因子-α与GGCNGRC短肽偶联，表现出显著的抗肿瘤活性。另外99mTc标记的小分子短肽，如精-甘-天肽，生长抑素等已经作为肿瘤受体显像剂被广泛深入地研究。但利用NGR衍生物作为肿瘤新生血管受体显像剂并未推广。

（二）鉻配合物对人体的作用

动物体中的多种器官发现其中均含有微量铬，排除它不是外源性污染物后，明确了它也是人体的一种必需微量元素，成人体内含铬总量大约为6 mg或更少。并且随年龄的增加，其含量还会减少，因而老年人都有缺铬现象。当人缺铬时就会引起葡萄糖、脂肪和蛋白质的代谢发生紊乱。血液中的葡萄糖在临床上称为血糖，正常情况下它在血液中保持一个恒定值，如果机体摄入过量糖时，多余部分即贮入肝脏，血糖不足时再返回到血液中。血糖的这种调节作用，除依靠体内分泌的胰岛素外，还需要有一种铬与烟酸形成的配合物即称为葡萄糖耐量因子（GTF）的参与。GTF中的四个水分子在体内的弱碱性条件下可以被甘氨酸、谷氨酸以及半胱氨酸等氨基酸所取代，形成铬与烟酸及氨基酸的配合物，这种配合物不但对糖代谢起作用，也参与脂肪及蛋白质代谢。纯的铬离子，只有在进入人体一定时间之后，结合成GTF时才能发挥生理作用。这种现象现在认为是当铬被盐酸等携带至一个还原性的生理环境时，即还原成铬，而由惰性状态转变成活性状态。体内缺铬后胰岛素生物活性降低，糖耐受量受损，严重时出现糖尿及糖尿病。补充铬后，人体内的葡萄糖能较快转化为脂肪使血糖浓度降低，糖的利用得到改善。给糖尿病患者补充适量铬（150μg/日～1 000μg/日）后，观到50%的病人改善了异常耐糖量。铬（Ⅲ）在体内与脂肪及胆固醇代谢的关系，通过一系列实验和临床研究证明，缺铬时血液中的脂肪尤其是胆固醇含量增加，进而沉积在动脉内膜，形成动脉粥样硬化症。因此补充铬在预防及治疗动物粥样硬化，降低血脂及血糖等方面均有良好作用。补充铬（Ⅲ）时可以直接用铬盐，但更多的是用含铬较多的酿酒酵母或其他有机铬。家畜肝脏、牛肉等中含铬量也较高，而且活性大。粮、粗面粉、糙米、红糖、粗糖以及蘑菇等中铬量也多，但食粮在精加工过程中却会损失大量的铬。例如，100 g全麦中含铬量为175μg，精白粉中只含23μg，比前者少7倍；而特级精白糖比原糖含铬量减少12～17倍以上，比红糖还低3～12倍。最近报道，当向断奶后小牛的饲料中分别添加300 ppm，400 ppm，500 ppm（μg/kg）含有有机铬的酵母，120天后，它们的体重分别增加4.5%，10.5%和13.5%，这说明适量补充铬后，能较大改善幼畜的发育状况。

三、 展望

近年来，随着无机化学、生物化学的不断发展，对其研究越来越深入，配合物的生化作用为化学家们提供了一个宽阔的极富潜力的研究领域。激发态配合物具有很好的电子转移、能量传递特性以及活泼的化学反应特性，它可以作为一种很好的转换材料。激发态配合物还能进行许多基态配合物所无法进行的反应，促进了人们对化学的深刻理解和对基态化学的回顾，由此产生新的概念并推动整个化学领域的不断发展，对解决人类的能源危机具有十分重要的意義。

参考文献：

[1] 王平红， 张 岐， 王流等. 金属配合物与D NA 的相互作用[D]. 甘肃：西北师范大学，2005， 60～71

[2] 杨频 宋宇飞. 金属配合物键合DNA的研究进展[J]. 化学进展， 2000，12（1） ， 33～40

[3] 《分析化学检测技术》 付云红 化学工业出版社

[4] 《生物化学基础》 艾旭光、王春梅 人民卫生出版社endprint