配合物在生物化學中的作用

許慧

【摘要】配合物與生物化學的關系十分密切。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。配合物對人類發展具有前瞻的作用。

【關鍵詞】配合物；生物體；無機化學

配合物是生物無機化學的核心，生物無機化學主要研究無機元素，這些配合物對生物體至關重要。本文主要對配合物的簡單認識，并對其在生物體內作用，進行簡單的介紹。

一、配合物的基礎知識

（一） 配位化合物定義

由一個中心元素（原子或離子）和幾個配位體（陰離子或分子）以配位鍵相結合形成的復雜離子（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”， 它與生物化學的關系十分密切。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，它們調節著生物體的正常生理活動。

（二） 配合物的組成

內層（配離子），外層，配位鍵，離子鍵 ，中心原子，配位原子，配體數，配離子電荷數，內層和外層 ，配離子是配合物的特征部分，由中心原子（離子）和配體組成，稱為配合物的內層（inner sphere）。通常把內層寫在方括號之內，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）。配合物的內層與外層之間以離子鍵結合，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，配位分子只有內層，沒有外層 。

二、生物體中的配合物

（一）配合物對人類發展的幫助

新生血管對于腫瘤的生長、浸潤和轉移起重要作用。實體瘤的生長和代謝需要持續的血管生長。新生血管是腫瘤營養、代謝、浸潤和轉移的重要通道。目前認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皮生長因子等。這些激活因子活化靜止狀態的血管內皮細胞使之處于增生狀態，形成新生血管。新生血管內皮細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胞基質金屬蛋白酶等。只能在腫瘤新生血管內皮細胞上表達，而很少在正常靜止狀態下的血管內皮細胞上表達。CNGRC基序是Pasqualini等利用噬菌體展示技術篩選到的可以特異結合氨基酞酶N/CD13蛋白的配體。而氨基酞酶N/CD13只表達在腫瘤新生血管內皮細胞上，在正常處于靜止狀態的血管內皮細胞上很少表達。阿霉素、前凋亡肽、腫瘤壞死因子-α與GGCNGRC短肽偶聯，表現出顯著的抗腫瘤活性。另外99mTc標記的小分子短肽，如精-甘-天肽，生長抑素等已經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現其中均含有微量鉻，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象。當人缺鉻時就會引起葡萄糖、脂肪和蛋白質的代謝發生紊亂。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恒定值，如果機體攝入過量糖時，多余部分即貯入肝臟，血糖不足時再返回到血液中。血糖的這種調節作用，除依靠體內分泌的胰島素外，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中的四個水分子在體內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代謝。純的鉻離子，只有在進入人體一定時間之后，結合成GTF時才能發揮生理作用。這種現象現在認為是當鉻被鹽酸等攜帶至一個還原性的生理環境時，即還原成鉻，而由惰性狀態轉變成活性狀態。體內缺鉻后胰島素生物活性降低，糖耐受量受損，嚴重時出現糖尿及糖尿病。補充鉻后，人體內的葡萄糖能較快轉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）在體內與脂肪及膽固醇代謝的關系，通過一系列實驗和臨床研究證明，缺鉻時血液中的脂肪尤其是膽固醇含量增加，進而沉積在動脈內膜，形成動脈粥樣硬化癥。因此補充鉻在預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。補充鉻（Ⅲ）時可以直接用鉻鹽，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。最近報道，當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%，這說明適量補充鉻后，能較大改善幼畜的發育狀況。

三、 展望

近年來，隨著無機化學、生物化學的不斷發展，對其研究越來越深入，配合物的生化作用為化學家們提供了一個寬闊的極富潛力的研究領域。激發態配合物具有很好的電子轉移、能量傳遞特性以及活潑的化學反應特性，它可以作為一種很好的轉換材料。激發態配合物還能進行許多基態配合物所無法進行的反應，促進了人們對化學的深刻理解和對基態化學的回顧，由此產生新的概念并推動整個化學領域的不斷發展，對解決人類的能源危機具有十分重要的意義。

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