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第一章　绪论 1

第一节　生物无机化学——一门新兴的边缘学科 1

第二节　生物无机化学在发展中的研究课题 4

一、金属酶和金属蛋白的结构和功能、催化机理以及模型化合物的构建 4

二、金属离子及其配合物与生物大分子的相互作用及功能的调控机理 5

三、生物矿化、生物纳米的程序化组装及智能仿生体系 5

四、金属离子与细胞的相互作用 6

五、几种元素的生物无机化学与环境生物无机化学 6

六、金属药物 7

七、金属酶和模拟酶的应用 7

第三节　生物体中的无机元素及其生物功能 8

主要参考文献 10

第二章　重要的生物配体 12

第一节　氨基酸 12

一、氨基酸的分类 12

二、氨基酸的立体异构和旋光性 15

三、氨基酸的酸碱性质 15

第二节　蛋白质 16

一、蛋白质的分类 16

二、蛋白质的一级结构 16

三、维持蛋白质空间构象的作用力 18

四、蛋白质的二级结构 19

五、蛋白质的三级结构和四级结构 21

六、蛋白质的某些重要性质 22

第三节　金属离子与氨基酸和蛋白质的相互作用 23

一、金属离子与氨基酸和蛋白质的结合模式 23

二、金属离子对蛋白质构象的调控 26

三、金属与蛋白质正确折叠、结构稳定化 26

四、金属离子与蛋白质错误折叠——分子疾病 27

第四节　核酸 28

一、核酸的化学组成与分类 28

二、核酸降解产物的化学结构 29

三、体内重要的游离核苷酸 31

四、核酸的结构 32

五、核酸与遗传信息传递 35

第五节　金属离子与核酸的相互作用 37

一、金属离子与核苷酸的相互作用 37

二、金属离子对DNA和RNA稳定性的影响 40

三、金属离子在DNA复制、遗传密码转录和翻译中的作用 43

第六节　酶 44

一、酶的化学本质 44

二、酶的命名与分类 44

三、酶的催化功能 46

四、几种重要的辅酶或辅基 47

五、酶促反应动力学 50

第七节　金属离子与酶的配合物 52

一、金属离子作为酶的辅助因子 52

二、金属离子作为酶的激活剂 53

三、与金属有关的酶的抑制作用 53

四、金属离子、酶和底物的结合方式 53

五、金属酶的配体性质与金属酶的催化活性的关系 55

主要参考文献 55

第三章　金属配合物与核酸的相互作用 56

第一节　核酸的结构特点 56

第二节　金属配合物与核酸的作用 60

一、金属配合物与核酸的作用机理 60

二、金属配合物与核酸的基本反应 64

第三节　金属配合物与核酸作用的研究方法及影响因素 68

一、金属配合物与核酸作用的研究方法 68

二、金属配合物与核酸作用的影响因素 78

第四节　金属配合物与核酸作用的应用 83

一、核酸结构探针 84

二、分子光开关及比色传感器 88

三、化学核酸酶 89

主要参考文献 91

第四章　生物无机化学体系中的配位化学原理 93

第一节　晶体场理论及其应用 93

一、晶体场理论的基本要点 94

二、晶体场理论的应用 95

第二节　过渡金属配合物的电子光谱和磁性 97

一、配位体的电子光谱 98

二、荷移光谱 99

三、配位场光谱 99

四、过渡金属配合物的磁性 102

第三节 配位化学反应 104

一、配位取代反应类型 104

二、配位水的取代反应 106

三、氧化还原电位和电子转移反应 107

第四节　溶液配位化学 110

一、配位平衡 110

二、金属离子对配体pKa的影响 112

三、配体的软硬性 112

四、混配配合物及其生物意义 114

主要参考文献 118

第五章　氧载体 120

第一节　天然氧载体 120

一、血红蛋白和肌红蛋白 120

二、蚯蚓血红蛋白 133

三、血蓝蛋白 135

第二节　氧载体的模型化合物 137

一、氧载体模型化合物研究概况 137

二、钴（Ⅱ）氧载体 138

三、铁（Ⅱ）载氧体 144

四、Vaska型氧载体 149

五、铜（Ⅰ）氧载体 151

六、人造载氧血液 152

主要参考文献 154

第六章　生物氧化还原反应中的金属蛋白和金属酶 155

第一节　生物体的氧化还原反应 155

一、分子氧及其活化 155

二、生物氧化还原作用的类型 157

三、氧化还原酶的分类及其催化的反应 158

四、呼吸链与电子传递体 161

五、生物体内的氧化还原电位 162

第二节　血红素蛋白 163

一、细胞色素 163

二、细胞色素P450 168

三、过氧化物酶和过氧化氢酶 174

第三节　铁蛋白与铁传递蛋白 176

一、铁蛋白 176

二、铁传递蛋白 177

第四节　铁硫蛋白 179

一、Fe（Cys）4蛋白——红氧还蛋白 180

二、Fe2S* 2（Cys）4的蛋白——植物型铁氧还蛋白 181

三、Fe4S* 4（Cys）4蛋白——高电位铁硫蛋白和细菌型铁氧还蛋白 182

四、含Fe3S* x簇的铁硫蛋白 184

五、铁硫蛋白模型物 185

第五节　铜蛋白 186

一、铜蛋白中的三种类型的铜 187

二、质体蓝素——Ⅰ型铜蛋白 187

三、牛超氧化物歧化酶——Ⅱ型铜蛋白 188

四、漆酶——含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型铜的铜蛋白 190

第六节　维生素B12和B12辅酶 190

一、维生素B12及其衍生物的结构 190

二、钴胺素的性质与功能 192

三、模型物 194

第七节　钼酶 196

一、黄嘌呤氧化酶 197

二、醛氧化酶 197

三、硝酸盐还原酶 198

四、亚硫酸盐氧化酶 198

主要参考文献 198

第七章　固氮作用及其化学模拟 200

第一节　固氮酶 200

一、固氮微生物 200

二、固氮酶催化的反应 201

三、固氮酶的组成和结构 201

四、固氮酶作用机理 205

五、铁钼辅基模型化合物 208

第二节　双氮过渡金属配合物 209

一、氮分子的不活泼性 210

二、双氮配合物成键方式 211

三、氮分子配位活化 211

四、配位氮分子的反应活性 213

第三节　固氮酶模拟 214

一、钼铁硫原子簇化合物 214

二、钼－三氨基胺类配合物 216

三、其他模拟体系 217

第四节　氮循环的生物无机化学 218

一、硝化作用 219

二、硝酸盐的还原作用 220

主要参考文献 221

第八章　光合作用及其化学模拟 223

第一节　光合作用的生物无机化学 224

一、光敏色素 224

二、光合作用的电子传递和两个光合系统 226

三、光合放氧 228

四、光合磷酸化 231

五、光解水放氢 233

第二节　叶绿素a的结构与功能 233

一、叶绿素a的分子结构 234

二、叶绿素a在活体内存在的状态 234

三、叶绿素a的功能 237

第三节　氢化酶 237

一、氢化酶的结构 238

二、氢化酶的催化功能 239

三、氢化酶的氧敏感性 241

第四节　光合作用的化学模拟 242

一、阳光分解水制氢的简略分析 242

二、阳光光敏电荷转移配合物的结构与功能 243

三、阳光分解水制氢的复合均相催化体系 247

四、光合作用光化学反应中心的模拟 248

五、氢化酶金属中心的模拟 250

主要参考文献 253

第九章　催化水解反应的金属酶 255

第一节　概述 255

一、水解酶分类 255

二、金属水解酶研究中的过渡金属离子探针 256

第二节　肽酶 258

一、羧肽酶A 258

二、羧肽酶B、二肽基羧肽酶和精氨酸羧肽酶 261

三、嗜热菌蛋白酶 262

第三节　酯酶 264

一、碱性磷酸酯酶 264

二、紫色酸性磷酸酯酶 266

三、磷酸双酯酶 267

四、核酸酶P1 268

第四节　其他金属水解酶 269

一、碳酸酐酶 269

二、亮氨酸氨肽酶 273

三、Na+,K+-ATP酶 274

四、金属水解酶模拟 276

主要参考文献 278

第十章　生物体中的碱金属和碱土金属及其跨膜运送 280

第一节　碱金属和碱土金属在生物体内的分布与功能 280

第二节　生物膜 281

一、生物膜的化学组成 282

二、生物膜的结构 286

第三节　离子跨膜转运 286

一、离子跨膜转运的方式 287

二、钠－钾离子的转运过程 288

三、钙离子泵 289

四、钠钙交换 290

第四节　钙结合蛋白 290

一、钙调蛋白的结构 291

二、钙调蛋白在细胞代谢中的调控作用 293

三、其他钙结合蛋白 295

第五节　天然离子载体 296

一、环状离子载体 296

二、链状离子载体 300

三、通道载体 301

第六节　合成离子载体 303

一、冠醚 303

二、穴醚 306

三、链状多齿配体 307

主要参考文献 308

第十一章　环境生物无机化学 309

第一节　生物体与环境 309

一、生物圈与食物链 309

二、环境与生物体的元素组成 310

三、生物富集 311

四、微量元素、环境金属污染与公共卫生的关系 312

第二节　生物体内微量元素的代谢 315

一、金属的吸收 315

二、金属的分布 316

三、金属的生物化学转化 316

四、金属的排泄 317

第三节　微量元素的体内平衡与金属中毒 317

一、微量元素摄入量对人体健康的影响 317

二、金属中毒的一般机理 318

三、生物体对金属毒害的某些防护机理 318

四、体内金属浓度的控制 320

五、几种常用的金属中毒解毒剂 321

第四节　金属硫蛋白 323

一、金属硫蛋白的结构 323

二、金属硫蛋白的生物合成与生理功能 329

第五节　工业污染金属元素 329

一、汞 330

二、镉 331

三、铅 332

四、铝 332

第六节　金属酶（过氧化物酶）在环境治理中的应用 333

主要参考文献 336

第十二章　近代结构分析方法在生物无机化学中的应用 337

第一节　概述 337

第二节　电子吸收光谱法 338

一、电子跃迁的类型 338

二、电子吸收光谱的分析和应用 339

第三节　红外光谱法 341

一、金属蛋白和金属酶红外光谱研究的特点 342

二、红外光谱在金属蛋白和金属酶结构研究中的应用 344

第四节　旋光色散与圆二色性法 345

一、旋光色散和圆二色性研究金属配合物 345

二、金属蛋白和金属酶的旋光色散与圆二色性及其应用 348

第五节　高分辨率核磁共振谱法 350

第六节　金属蛋白的顺磁性金属中心及其环境的研究 352

第七节　铁蛋白的穆斯堡尔谱研究 355

第八节　金属蛋白和金属酶的X射线晶体结构测定 356

第九节　外延X射线吸收精细结构谱测定金属蛋白的结构 358

主要参考文献 361

第十三章　应用生物无机化学的若干研究领域 363

第一节　无机药物化学 363

一、无机药物化学的研究范围 363

二、铂类配合物抗癌药 365

三、非铂类金属抗癌药物 372

四、硒药物 375

五、其他重要的金属药物 376

第二节　金属酶和模拟酶的研究 386

一、细胞色素P450单加氧酶的模拟 386

二、超氧化物歧化酶的模拟 388

第三节　稀土生物无机化学的应用 389

一、稀土在农业中的应用及其作用机理 389

二、稀土生物效应的研究概况 390

第四节　离子探针及其应用 391

一、金属配离子探针 391

二、稀土荧光探针 391

三、荧光法研究药物与生物大分子的相互作用 392

第五节　仿生材料 393

一、仿生矿物材料 393

二、仿生膜 395

主要参考文献 396

索引 398