硅在生物学上的作用

硅在生物学上的作用J．D．B|rchaU著顾夭雁译环境中的铝一直是人们在讨豫的一个问题，从注意酸雨对鱼类和植物的影响，一直到与人的骨痰和痴呆病的关系。最新的研究结果表ljI|，以硅酸形态存在的硅，在生物体系排铝的过程中起了重要的作用。本文通过考察这两种元素(特异1j是羟基磕铝酸盐)的相互作用关系，来探讨铝的输送、结合、烈用和毒性问题。硅是地壳中仅次子氧的最丰元素，原子百分数为20％，也是生物体的一种必需微曩最素。它在所有生物有机体中的含量都很低(仅几舍ppm)。硅藻是一种单细胞有机体，它的细胞壁由充满了二氧化硅的生物高分子所组成。当环蟾书瞵硅时，它的一些主要代谢过程(例如光合成过程)就降慢或者停止。但当环境中重新引入硅时，这些代谢过程又可恢复正常。1972年，Schwarz和Carlisle两位学者曾分别报导过，老鼠和小鸡如用缺硅的饲料喂养，它们的体重增加量将明显减少(但饲料补充硅后，又可恢复正常)，同时会使软骨和骨组织发生明显的改变。七十年代初期，人们曾对生物缺硅所产生的现象的精确生物化学机理宥过很多的讨论。在这方蕊尽管但了很多力气，但目前对它的分子机理仍然还不是很清楚的。大多数生物必需元素，在体内都有一定的结合中心，例如结合在蛋白质上。但硅在生理条件下没有发现有这釉，有机”中心存在。卣于缺硅会引起软骨组织变性，早期的推测认为O—8i—O．桥在结缔组织的蛋白质和参糖大分子之间起着交联的佟用，从丽影响了它的第三级结构。以前认为结合到结缔组织大分子上的si是低禽曩的，但随着分析技术的进步，这个含量报告值宥所下降，目前认为这个数缀是很小的’C每克平生物质l“m01)，但这个量会影响到上述的结构作用。’、t+。最新的研究结果表明，硅井没有直接的生物功能，但它可以降低地壳中原子百分数占6％的第三个最率元素一铝的生物利用度。这两个元素都存在于水生环境中，硅盘g含量(ppm)通常要超过铝的含量(ppb)．不过，生物有机体对铝是不相容韵，大部分要排出钵外，虽然排出的机理还不大请楚。铝的毒性铝引起中毒的大部分推断结果，是根据肾衰竭病人用含铝的透析液进行治疗时，铝对病人的副作用情况得来的。血浆中铝含量的增加(从0,2至1叩mol一)会引起三种疾患：(1)贫血症，这种贫血瘟用铁剂治疗无效；(2)骨疾患(透析性黉营养不良症)，原因是铝影响钙化作用，造成骨痛与自发性骨裂；(3)引起一神严重的神经疾患(透析性脑病)，病人言语稻记忆混乱，最后形成痴呆症：以上这些病瘟都是由透析液中铝的含量下降所造成的。但目前它们在临床上的发生率已大为减少。铝对植物、鱼类和较高等的动物都是有毒性的，具体表现在：·生活在含有瞻10IImo卜1铝的酸性水中的鱼类，它们的鳃结构有明显损伤，并失去维持渗透平衡的能力。 t·生长在含有。可利用量”的铝的酸性土壤中的植物，它们的根部系统可见捐伤，发育受阻且易折断。·生活在含铝环境中的动物，发育不良，骨易断，且神经功能混乱。由于汪河和湖泊的酸化作用(“酸雨”)，铝对鱼类的毒性作用就具有特别重要的意义。铝的毒性与pH值、钙离子浓度，以及能与铝发生络合的可溶性物质，例如，腐植酸的存在情况有关，后者可以通过与鱼瓣上皮组织结合中心，对锶的结合竞争，降低铝的毒性i人们对可溶性二氧化硅的作用的考察，只是最近的事；虽然岩石和土壤中的硅铝酸盐在风化过程中会释放出硅酸，Si(OH)．，这一事实是一直存在的。最近，有人做了一个实验。饱们将大西洋大马晗鱼的鱼苗放在含有砧mo卜1锯和仅有0．6“mol-l、硅(以硅酸形式)的酸性(pH5)水中。结果发现，在26小时之内，有50％的鱼苗死亡，在48小时内，所有鱼蒿全部死亡．这些鱼的鱼鳃都有明显损伤，鱼体的含铝量每克千基2岫∞lA1以上。另外用93“mol“硅做了一个相似姆实验，没有发现有鱼死亡i鱼鳃缡桴基本上没有变化。’鱼体吸收的铝的含量，每克干基只有0。4 gmolA1,与仅含有O．8印mol-aAl的“对照组”水中鱼体的含镪量相比，不到它的10缁。很明显，在有过基硅(硅酸形式)存在下，无论在鱼鳃的上皮组织结合，或鱼体系统的吸收方面，铝都来被生物利用。这就表明，Al和Si的环境平衡可能吴．有相当大的生物意义。那么，如果硅的这种作用具有普遍性，它的机理又是怎样的昵?·其它互作者曾对含有铝和硅酸的稀溶液，用冷冻干燥的方法回收得到固体物，然后测录其红外光谱。结果表明，在这些溶液中从pH<5向上，含有圃相水铝英石的前体物(OH)3A1i03·Si(0L王王)，其中的si／AI比为O．5。这种物质呈一种管式结构，外表面为AIOH，内表面为Si0H。：对酸性的稀溶液进行加热，可使这种前体物长大，否则将长期垦亚胶体状态。羟基铝与硅酸之间的这种相互作用是独特的。硅酸和Ca”或M扩+之间在pH小于9的条体下没有相互作用。对Fe+3而言，只有在pH2左右才能形成Fe—O—Si键。pH较为碱性的溶液则生成2001大小呈球形的氢靴铁，后者可以靠表面一层吸附的硅酸阻止其进一步生长(水铁矿)。利用Fe3+和A13+之间的这种差异，髓使一些弱的M?+结合体，在有过量硅酸存在下，把这两种金属区分开来。例如，铁是哺氯酰基永解酶的辅助因素，而铝在体外试验中会通过结合竞争降低它的活性。但如果有过量硅酸存在并生成羟基硅铝酸盐时，就可以将铝从竞争过程中分离出来。解释现象．现在，我们可以来解释过量的硅酸为什么可以阻止鱼鳃上皮组织中铝的结合，以及阻止共体内对铝的吸收这一现象．在鱼鳃的上皮组织和它周围的粘液内，含有某些阴离子组份

文章来源：《硅酸盐学报》 网址: http://www.gsyxbzz.cn/qikandaodu/2021/0319/468.html