结构生物化学/金属离子的生物学作用

概述

诸如铁、锌和铜等金属在许多为人体代谢提供能量的酶促反应中发挥着重要作用。例如，Fe²⁺ 等离子可以与血红蛋白和肌红蛋白蛋白结合，以帮助将氧气输送到体内的器官。镁和铜等其他金属有助于稳定酶的形状。^[1]然而，有些金属离子在过量时具有高度毒性。因此，人体严格控制，以确保单个细胞内只存在一个或两个游离金属原子。

在触发和控制机制中

• Na⁺、K⁺在神经细胞膜中起着重要作用。它们是电荷载体，通过在膜上来回移动产生电压（电荷差）或膜电位，从而传导神经细胞冲动。这些离子有助于神经和心脏传递电信号。

• Ca²⁺在肌肉细胞收缩和舒张中起着至关重要的作用。

钠钾泵产生浓度梯度

结构影响

• Ca²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺有助于稳定特定的蛋白质构象。

• Mg²⁺用于DNA、RNA链的切割和复制
• 骨骼和贝壳包含Ca²⁺，如羟基磷灰石Ca(OH)₂.3Ca₃(PO₄)₂

Mg²⁺作为酶的辅因子

路易斯酸行为

• Zn²⁺和Co²⁺通过作为路易斯酸催化磷酸盐的水解。
• 例如，羧肽酶催化蛋白质C末端氨基酸残基的水解。它从动物的胰液中释放出来，用于消化蛋白质。

• 血红蛋白、肌红蛋白、血蓝蛋白和血红蛋白提供O₂储存和运输。

氧化还原反应和通用化合物

• 脱氢；由Cu、Mo和Fe通过改变它们的氧化态来催化。

• 核糖在Co的催化下转化为脱氧核糖。

不健康的金属

有毒金属会阻碍重要的酶功能。

• 铅通过干扰血红素的合成来抑制人体制造血红蛋白的能力，从而破坏血液的氧气运输系统。
• 汞与含硫分子结合，会导致不可逆的神经损伤。
• 砷会导致皮肤癌和肺癌。

参考文献

加里·米斯勒；唐纳德·A·塔尔；无机化学第三版，2004年。