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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P450168

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A258

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P1268

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