金属离子与生物分子作用的研究是生物无机化学研究热点之一.研究稀土、钙和锌离子与生物小分子的作用及其在体液中的物种分布对于考察稀土在体内的运输、代谢、生物效应及其对生物金属离子钙、锌生物功能的影响具有十分重要的意义.亦可为阐明稀土对人体健康的影响提供科学依据. 该论文从以下几个方面开展了新工作并取得重要的新研究结果.1.在模拟生理条件下用pH电位法对Yb,Zn两种金属离子与甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺六种小分子配体组成的二元体系进行了研究,通过SCOGS2程序确定了体系中存在的物种并测定其稳定常数.通过对比得到配合物稳定性的一些重要规律.2.在模拟生理条件下研究了四种稀土离子(Pr(Ⅲ)、Gd(ⅢⅡ)、Tb(Ⅲ)、Yb(Ⅲ))和两种生物金属离子(Ca(Ⅱ)、Zn(Ⅱ))与以柠檬酸作为第一配体,七种小分子生物配体(甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、丁二酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺)为第二配体的三元体系.通过SCOGS2程序确定了各体系中合理的物种类型并测得其稳定常数.运用COMICS程序,对各体系中金属离子随酸度变化的物种分布进行了深入的研究.上述工作发现三元配合物是一类重要的物种.也发现稀土与钙、锌三元配合物稳定性相近,这表明稀土可与钙、锌竞争生物配体.3.运用COMICS程序,以金属离子与生物小分子二元和三元体系的数据为基础,模拟计算得到Gd(Ⅲ)与Ca(Ⅱ)/Zn(Ⅱ)共存的以柠檬酸作为第一配体,甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、丁二酸、半胱氨酸作为第二配体的四元体系中稀土离子对钙、锌离子物种的影响.发现稀土可明显影响钙的物种分布,而对锌的略有影响.4.合成了Gd(Ⅲ)与丙氨酸、Sm(Ⅲ)与异亮氨以及Yb(Ⅲ)、Zn(Ⅱ)与亮氨酸配合物单晶,并测定其晶体结构.上述配合物分别具有双核二聚体结构以及氢键组装的Zn(Ⅱ)四面体和Yb<,4>O<,4>立方烷结构.研究发现无多齿羟基配位和稀土与配体1:2的摩尔比利于二聚体结构生成;高pH和多齿OH<->配位利于生成立方烷结构5.在HF/LANL2DZ水平,研究了La(Ⅲ)与半胱氨酸的配位作用.得到了它们的优化结构、体系能量、能隙及电荷分布,取得了与实验相一致的结果.6.运用数学模型法研究了人体液中Gd(Ⅲ)、Ca(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的物种分布,并考察了外源性Gd(Ⅲ)对Ca(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)物种分布的影响.发现不可溶的物种是Gd(Ⅲ)的重要物种.也发现Gd(Ⅲ)对Ca(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)物种分布有不同程度的影响,这可能引起了Ca(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的生物功能某种变化.