結構生物化學/金屬離子的生物學作用

概述

諸如鐵、鋅和銅等金屬在許多為人體代謝提供能量的酶促反應中發揮著重要作用。例如，Fe²⁺ 等離子可以與血紅蛋白和肌紅蛋白蛋白結合，以幫助將氧氣輸送到體內的器官。鎂和銅等其他金屬有助於穩定酶的形狀。^[1]然而，有些金屬離子在過量時具有高度毒性。因此，人體嚴格控制，以確保單個細胞內只存在一個或兩個遊離金屬原子。

在觸發和控制機制中

• Na⁺、K⁺在神經細胞膜中起著重要作用。它們是電荷載體，透過在膜上來回移動產生電壓（電荷差）或膜電位，從而傳導神經細胞衝動。這些離子有助於神經和心臟傳遞電訊號。

• Ca²⁺在肌肉細胞收縮和舒張中起著至關重要的作用。

鈉鉀泵產生濃度梯度

結構影響

• Ca²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺有助於穩定特定的蛋白質構象。

• Mg²⁺用於DNA、RNA鏈的切割和複製
• 骨骼和貝殼包含Ca²⁺，如羥基磷灰石Ca(OH)₂.3Ca₃(PO₄)₂

Mg²⁺作為酶的輔因子

路易斯酸行為

• Zn²⁺和Co²⁺透過作為路易斯酸催化磷酸鹽的水解。
• 例如，羧肽酶催化蛋白質C末端氨基酸殘基的水解。它從動物的胰液中釋放出來，用於消化蛋白質。

• 血紅蛋白、肌紅蛋白、血藍蛋白和血紅蛋白提供O₂儲存和運輸。

氧化還原反應和通用化合物

• 脫氫；由Cu、Mo和Fe透過改變它們的氧化態來催化。

• 核糖在Co的催化下轉化為脫氧核糖。

不健康的金屬

有毒金屬會阻礙重要的酶功能。

• 鉛透過干擾血紅素的合成來抑制人體制造血紅蛋白的能力，從而破壞血液的氧氣運輸系統。
• 汞與含硫分子結合，會導致不可逆的神經損傷。
• 砷會導致皮膚癌和肺癌。

參考文獻

加里·米斯勒；唐納德·A·塔爾；無機化學第三版，2004年。