生活中生物無機(jī)化學(xué)的應(yīng)用

霍紅旭

摘要：生物無機(jī)化學(xué)是研究生命體系中金屬離子和其配合物存在狀態(tài)及功能的，生命科學(xué)和配位化學(xué)相交叉出現(xiàn)的學(xué)科。金屬離子在生命體系中主要就是通過金屬離子和體內(nèi)的蛋白、酶或者是核酸的相互作用和存在體內(nèi)的金屬酶、金屬蛋白實(shí)現(xiàn)其功能，本文分析了生物無機(jī)化學(xué)在生活中的應(yīng)用，以金屬酶和金屬蛋白質(zhì)為例。

關(guān)鍵詞：生活中應(yīng)用；生物無機(jī)化學(xué)

金屬蛋白就是需要金屬離子參與才能發(fā)揮正常生物功能的蛋白質(zhì)。酶也是蛋白質(zhì)中的一類，一些酶需要有金屬離子參與才能實(shí)現(xiàn)其在生物體內(nèi)的催化功能，這就是金屬酶。就廣義層面上而言，金屬酶也是金屬蛋白質(zhì)的一種，然而就功能上而言，其又不和金屬蛋白質(zhì)一樣，其是金屬蛋白質(zhì)中的一部分。還有一些酶在生物體內(nèi)并沒有發(fā)揮出催化作用，它們負(fù)責(zé)其他的生物功能，大多數(shù)是載氧體和金屬，唐類，氨基酸等營養(yǎng)的載體，因此這些蛋白質(zhì)的功能不同于金屬酶，這些是狹義上的蛋白質(zhì)。

一、 金屬蛋白質(zhì)及金屬酶

1.底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響

很多的研究結(jié)果中都證明，在酶的濃度維持不變的情況下，底物濃度很小的情況下，底物濃度和反應(yīng)速度成正比關(guān)系，底物濃度越高，反應(yīng)的速度會(huì)越快；之后，隨著底物濃度的不斷增加，會(huì)讓反應(yīng)的增加慢慢變慢；在底物的濃度值到達(dá)一定程度之后，其反應(yīng)的速度基本上不會(huì)受底物濃度影響，反應(yīng)速度慢慢會(huì)趨于恒定的狀態(tài)。

2.溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響

在化學(xué)反應(yīng)速度影響因素方面，溫度是一個(gè)非常重要的因素，對(duì)于一般化學(xué)反應(yīng)而言，溫度變化影響化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)速度的規(guī)律是：隨著溫度的提升，會(huì)讓化學(xué)反應(yīng)的速度變快；而溫度越低，化學(xué)反應(yīng)的速度也會(huì)變慢[1]。酶催化的化學(xué)反應(yīng)在一定程度上也是滿足這一規(guī)律，溫度和反應(yīng)速度呈正比。然而因?yàn)槊甘堑鞍踪|(zhì)，在溫度提高的情況下也會(huì)讓蛋白質(zhì)變形的速度變快，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)兩種情況，一種是反應(yīng)速度變慢，另一種效果就是酶會(huì)完全缺乏活性。大量的實(shí)驗(yàn)表明在酶促反應(yīng)中，對(duì)溫度進(jìn)行提升的情況下，可以同時(shí)導(dǎo)致兩種完全不同的結(jié)果，一個(gè)結(jié)果是會(huì)讓反應(yīng)的速度變快，而另一種結(jié)果就是酶會(huì)慢慢的失去活性。而在溫度比較低的情況下，最有可能導(dǎo)致的結(jié)果就是反應(yīng)速度的變化，整體規(guī)律表現(xiàn)是隨著溫度的提高，反應(yīng)速度也會(huì)變快；在溫度不斷提升的情況下，這也會(huì)提升酶蛋白的變形作用，慢慢的會(huì)上升到重要的矛盾，導(dǎo)致的結(jié)果就是隨著酶的有效濃度的不斷降低，其反應(yīng)的速度也會(huì)慢慢的變慢。這兩種作用會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)必然結(jié)果，即在溫度在一定的范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)最大的酶促反應(yīng)速度，這樣的溫度就是酶促反應(yīng)的最適合的溫度。可以看到酶的活性和溫度有關(guān)系，在溫度變低的情況下，其活性也會(huì)受影響，然而低溫不會(huì)對(duì)酶造成破壞作用，在溫度提高到適合的范圍內(nèi)，就可以恢復(fù)酶的活性，讓其處于正常的狀態(tài)。

3 .PH值對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響

酶的蛋白鏈上有很多的堿性基，比如氨基，還有很多的酸性基團(tuán)，比如經(jīng)基，這些游離的基團(tuán)狀態(tài)會(huì)被溶液酸堿性所影響，進(jìn)而會(huì)對(duì)酶在催化反應(yīng)中造成影響，讓其和底物結(jié)合的能力及性質(zhì)受到影響。因此，要想酶可以呈現(xiàn)出良好的催化活性，就需要在一定的PH值范圍內(nèi)，這一范圍就是最合適的PH值。

大多數(shù)的酶要求的范圍都較為狹窄，體系中的值如果不在這個(gè)范圍內(nèi)，那么就會(huì)影響酶的活性，其會(huì)受溫度影響，讓其活性降低，甚至完全失去活性。

4.抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響

能夠?qū)γ傅幕钚栽斐捎绊懙奈镔|(zhì)有很多，部分物質(zhì)甚至?xí)屆竿耆セ钚?，如重金屬、有毒物質(zhì)、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿藥物等，這些就是酶的抑制劑，能夠讓酶的活性降低[2]。不可逆抑制。這一抑制并非暫時(shí)的，而是永久的，其能夠讓有抑制劑和酶的活性中白的活性基團(tuán)緊密的結(jié)合到一起，進(jìn)而破壞酶的活性中心的功能，導(dǎo)致可逆抑制。其分為競(jìng)爭(zhēng)性抑制以及非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。首先，是競(jìng)爭(zhēng)性抑制。這一抑制具有其特點(diǎn)，就是能夠通過提高作用物的濃度讓讓抑制作用降低甚至是完全消除掉。其次，是非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。這一種抑制無法通過提高作用物濃度而讓抑制作用降低，其作用的部位并非是酶的活性中心，一般是和除活性中心之外的疏基進(jìn)行結(jié)合，或者是會(huì)和其他基團(tuán)進(jìn)行結(jié)合。這些基團(tuán)即便不在活性的中心位置，但是當(dāng)這些基團(tuán)能夠?qū)S持酶分子的空間構(gòu)型發(fā)揮重要的作用情況下，就可以發(fā)揮出良好的空間環(huán)境作用，有利于底物和酶的活性中心進(jìn)行全面的結(jié)合。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑因?yàn)闀?huì)對(duì)酶分子的空間構(gòu)型造成影響，進(jìn)而限制了酶的活性。抑制劑在這一過程中沒有讓底物發(fā)揮出競(jìng)爭(zhēng)活性中心的作用。

5.常見的金屬蛋白和金屬酶

在這方面的研究工作一直在進(jìn)行，隨著研究的深度提升，在生物體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了非常多的金屬酶及金屬蛋白質(zhì)種類，讓它們的種類不斷得以豐富和拓展。金屬酶及金屬蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)發(fā)揮著重要的生物功能?，F(xiàn)階段中發(fā)現(xiàn)的金屬酶以及金屬蛋白質(zhì)主要是集中在一些元素上，如Cu， C，F(xiàn)e， Mo， Zu，Mu等。如銅蛋白及酶、錳蛋白及酶還有其他金屬蛋白。

二、 酶在生活中的應(yīng)用

醫(yī)藥衛(wèi)生行業(yè)：在生物藥品中會(huì)使用到酶，比如，酶菌片就是針對(duì)胃腸不好的患者使用的，可以幫助他們促進(jìn)事物的消化。再比如，溶菌酶含片，其作用就是可以溶解細(xì)菌的細(xì)胞壁，可以產(chǎn)生抗菌消炎的作用。

飲食中的應(yīng)用：酶在這一行業(yè)匯總應(yīng)用最為廣泛，發(fā)酵黑面包中用的酒母中就有很多種維生素以及生物酶；再比如，果膠酶可以將果肉細(xì)胞壁中的果膠進(jìn)行分解，這樣可以增加果汁的產(chǎn)量，還可以讓果汁變得更加清亮。

動(dòng)植物體內(nèi)：動(dòng)植物體內(nèi)每個(gè)細(xì)胞中都有酶，其在默默的進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，就像呼吸作用，消化作用，光合作用。

化工行業(yè)中的應(yīng)用：主要體現(xiàn)在加酶洗衣粉和洗衣液，在里面加入酶后能夠快速的分解衣服上留下的血漬、汗?jié)n等。

綜上所述，生物無機(jī)化學(xué)在生活中具有重要作用，本文分析了金屬酶和金屬蛋白酶在生活中的應(yīng)用，相關(guān)的研究還需要繼續(xù)進(jìn)行深入，充分發(fā)揮出生物無機(jī)化學(xué)在生活中的重要應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王丹丹. 生物無機(jī)化學(xué)在生活中的應(yīng)用——金屬蛋白質(zhì)和金屬酶[J]. 生物技術(shù)世界.2013（07）.

[2]朱明發(fā).我國生物無機(jī)化學(xué)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向分析[J].中國化工貿(mào)易.2015（24）

（作者單位：河北省衡水市冀州中學(xué) 053200）endprint