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1、金属元素铬与生物分子的作用及意义 我们赖以生存的地球形成于50亿年前。地球是由超恒星核聚变引发的宇宙大爆炸所产生的尘埃，由这些尘埃聚集所形成的地球蕴涵者由核聚变所产生的极其丰富的化学元素，生命从早期以无机物为主的地球上产生开始就与无机物存在着联系。海洋中许多金属元素的种类和含量与人体血液中金属元素的种类和含量有着惊人的正相关，可能说明我们的祖先来自于海洋。我们可能就是从海洋爬上陆地的生物的后代。生物体中的元素不仅打上了环境的烙印，而且生物的进化是从组成生物体的分子的进化开始的。在此过程中，金属元素形态的变迁发挥着重要的作用。从60年代末，一门新兴的边缘学科生物无机化学诞生至今已有40多年的历史
2、。回顾这一学科的产生与发展的历史会不难看出，它是伴随人们探索生命现象的逐渐深入而自然产生的结果。从着眼于细胞水平上的生物学，到从分子水平上解释生命现象的生物化学，人类对生命的认识进入了一个崭新的境界。神秘而复杂的生命现象归根到底是许多生物分子间有组织的化学反应的表现。 “把生命理解成化学”。在生命体中这些化学反应是一系列有组织的、配合准确、默契的化学反应的复杂组合，从而实现了由低级运动到高级运动形式的转化金属元素虽然在人体内的含量很少，但它们在生命过程中的作用不可低估，没有这些必须的金属元素，酶的活性就会降低或完全丧失，激素，蛋白质，维生素的合成和代谢也就会发生障碍，人类的生命过程就难以继续进
3、行，在生命必须的元素中，金属元素有：:铁 (Fe)、铜 (Cu)、锌 (Zn)、锰 (Mn)、钴 (Co)、钼(Mo)、铬 (Cr)、锡 (Sn)、钒 (V)和镍 (Ni)。其中的铬，元素符号Cr，银白色金属，在元素周期表中属 B族， 铬矿原子序数24，原子量51.996，体心立方晶体，常见化合价为+3、+6和+2。1797年法国化学家沃克兰 (L.N.Vauquelin)在西伯利亚红铅矿（铬铅矿）中发现一种新元素，次年用碳还原，得金属铬。因为铬能够生成美丽多色的化合物，根据希腊字chroma（颜色）命名为chromium。铬是人体的一种必需微量元素。正常人体内只含有6-7毫克，但对人体很重要
4、。尽管需要量很少，但缺铬的问题仍然存在，这主要是因为人们从食物中摄取铬，而大量的精加工食品在加工过程中丧失了大量的铬。 铬的主要功能是在糖代谢中起作用。糖利用时要消耗铬，当糖大量利用时有可能造成铬的不足；铬不足时又影响糖的利用。例如，一些长期胃肠外营养的病人，由于铬未能及时补充而使糖耐受量下降和体重丧失，补充铬后即得到恢复。 此外，经证明铬具有抗糖尿的作用，含铬丰富的食物，可增强胰岛素的效应，预防糖尿病的发生，缺铬严重的地区糖尿病发病率高。铬的这种功能是通过胰岛素而实现的，葡萄糖负荷可造成铬丢失，水果和蔬菜虽然也含丰富的糖，但不会引起铬丢失，因为含的是果糖，果糖释放的很慢，而且含有足够的铬能与
5、淀粉和糖的作用抬抗。 铬和动脉粥样硬化关系也很密切。低铬食物能引起动脉硬化症。在食物中加入含络化合物可预防和控制动脉粥样硬化的发生。冠心病患者血中格含量明显低于正常人，死了冠心病的人大动脉组织内铬含量明显低丁突发事故死亡者。 但是，过犹不及。铬的过量摄入会造成中毒。 铬的中毒主要是偶然吸入极限量的铬酸或铬酸盐后，引起肾脏、肝脏、神经系统和血液的广泛病变，导致死亡。也有铬酸钠经灼伤创面吸收引起中毒的事例。长期职业接触、空气污染或接触铬的灰尘，可引起皮肤过敏和溃疡，鼻腔的炎症、坏死，甚至肺癌。经口摄入，可引起胃肠道损伤，循环障碍、肾衰竭。治疗万法在于离开接触，采用鳖合剂治疗，高糖摄入也使铬排泄量增
6、多。 铬有2价、3价和6价三种化合物。引起中毒主要是指6价铬而言，它具有强氧化性，易穿入生物膜而起作用;2价、3价铬在皮肤表层即与蛋白质结合，形成稳定的配合物，不会引起生物效应。铬的毒性与其存在的价态有关，六价铬比三价铬毒性高100倍,并易被人体吸收且在体内蓄积，三价铬和六价铬可以相互转化。天然水不含铬;海水中铬的平均浓度为0.05ug/l;饮用水中更低。铬的污染源有含铬矿石的加工、金属表面处理、皮革鞣制、印染等排放的污水。 铬是人体必需的微量元素。三价的铬是对人体有益的元素，而六价铬是有毒的。人体对无机铬的吸收利用率极低，不到1%；人体对有机铬的利用率可达10-25%。铬在天然食品中的含量较
7、低、均以三价的形式存在。 确切地说，铬的生理功能是与其它控制代谢的物质一起配合起作用，如激素、胰岛素、各种酶类、细胞的基因物质（DNA和RNA）等。 铬的生理功能主要有： 1.体内葡萄糖耐量因子（glucose tolerance factor,GTF）的重要组成成分：GTF是由三价铬、烟酸、谷氨酸、甘氨酸和含硫氨基酸组成的活性化合物，它能增强胰岛素的生物学作用，可通过活化葡萄糖磷酸变位酶而加快体内葡萄糖的利用，并促使葡萄糖转化为脂肪。 类缺铬以糖、脂代谢受损为特征。已知三价铬是葡萄糖耐量因子（简称GTF）的主要组成部分。今年来，国际、国内都有关于糖尿病患者铬含量低于健康人的报道，且发现缺铬与
8、病程有关。但国内用铬剂治疗并显著改善血糖代谢的报道还很少。对于这方面，1955年美国Mertz和Schwarz博士在大白鼠实验中发现补充啤酒酵母可纠正大白鼠的糖耐量异常，并发现对糖耐量起作用的成分是一种含铬化合物，GTF（Glucose Tolerance Factor） 葡萄糖耐量因子。从此对铬的研究进入了营养和医学领域。 Jeejeebhoy在1977年发现补铬可纠正靠静脉高营养维持生命的患者所出现的糖耐量异常及周围神经炎和体重减轻。1979年和1986年也相继有其他学者报道类似现象。同时，关于补铬可改善儿童蛋白营养不良、成人高胆固醇血症、2型糖尿病低血糖等病症的论文陆续发表。 铬对糖代谢
9、的作用主要是加强胰岛素功能。在依赖胰岛素的组织中，即使只有毫微量铬的增加，胰岛素功能就会明显提高；铬摄入不足，身体对胰岛素的需求量增高。 缺铬可以使糖耐量异常、血胰岛素升高 、胰岛素亲和力降低、细胞敏感性降低、胰岛素受体减少，血糖过高或过低。述异常在补铬后可得到纠正。实验表明，补充有机铬对糖尿病代谢改善作用你钩湮藁醮蟆N藁踉谌颂宄赖奈章式鑫?52，而有机铬可达2030。 美国RDA（食品安全推荐委员会）对铬的每日推荐量为50200微克。美国环境保护委员会测定：即使每日铬摄入量超过推荐量300倍，也无任何不良反应。三价铬是最安全的人体必须微量元素之一，尤其是在口服的形式下。 由于三价铬已被正式列
10、为人体13种必需微量元素之一，属营养品，所以美国上市的铬营养制品不需药检机构审查。 在美国进行一次人体实验难度很大。但由于铬的研究历史，美国农业部人类营养中心的科学权威，RDA和美国环境保护委员会的证明，美国农业部人类营养中心与乔治城大学医学院联合进行了150例糖尿病人的人体实验。这为我国着手人体补铬实验，填补这项研究空白，减轻糖尿病人的痛苦，改善人民健康水平和生活质量提供了科研、临床的先决条件 2.影响脂类代谢：铬能抑制胆固醇的生物合成，降低血清总胆固醇和三酰甘油含量以及升高高密度脂蛋白胆固醇含量。老年人缺铬时易患糖尿病和动脉粥样硬化。 3.促进蛋白质代谢和生长发育：铬在核蛋白中含量较高，研
11、究发现它能促进RNA的合成，铬还影响氨基酸在体内的转运。铬摄入不足时，实验动物可出现生长迟缓。 另外正常健康成人每天尿里流失约1微克铬。 啤酒酵母、废糖蜜、干酪、蛋、肝、苹果皮、香蕉、牛肉、面粉、鸡以及马铃薯等为铬的主要来源。提起近视，许多人将常将其归咎于不良用眼，如看书距离不当，光太暗，持久用眼等。但近年医学研究表明，饮食不当也是诱发青少年近视的原因之一。 美国纽约大学研究员贝兰博士对大量青少年近视病例进行研究之后指出，体内缺乏微量元素铬与近视的形成有一定的关系。铬元素在人体中与球蛋白结合，为球蛋白正常代谢必需。在糖与脂肪的代谢中，铬协助胰岛素发挥重要的生理作用。处于生长发育旺盛时期的青少年
12、，铬的需求比成人大。铬主要存在于粗粮、红糖、蔬菜及水果等食物中，有些家长不注意食物搭配，长期给孩子吃一些精细食物，从而造成缺铬，眼睛晶体渗透压的变化，使晶状体变凸，屈光度增加，产生近视。富铬酵母是在酵母培养的过程中加入无机铬，通过酵母在生长过程中对铬的自主吸收和转化，降低铬的毒性，使铬能够被人体更高效、更安全地吸收利用。所以通过生物无机化学的研究可以让我们对这些元素有更深入的认识，以便以后更好的开发，。对这些极富特点的化学反应的理解，使人们将化学研究的观点和方法引入到这一领域，从而把对生物系统化学本质的研究引向了亚分子水平。在这一过程中，人们从个别金属离子在生化反应中所起的作用逐渐认识到生命活动无不与金属离子有着千丝万缕的联系。即没有金属离子就没有生命。于是着眼于金属离子与生物大分子相互作用的新学科生物无机化学产生了。它的产生不仅推动了人们对生命现象的认识步伐，而且也为无机化学开辟了一个新的研究领域。年级：2010级2班学院：药学院姓名：曹莎莎学号:201000261004
