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鸡网学院高中生
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镓的药理性质与核半径、配位化学和电离势有关。Ga3+的八面体离子半径为0.620Å,而高自旋Fe3+为0.645Å。此外,对于Ga3+和Fe3+,四面体离子半径 分别为0.47Å和0.49Å。Ga3+的电离势和电子亲和力分别为64eV和30.71eV,而对于高自旋Fe3 +,它们分别 为54.8eV和30.65eV。这些特征使镓和铁有相似性,生物系统可能无法分辨镓和铁。外源性镓在进入胞内后可以取代蛋白结构中的铁。铁转运蛋白,如转铁蛋白(transferrin)和乳铁蛋白(lactoferrin),能够与镓结合并输送到细胞。在pH为7.4和25℃情况下, Ga3+的溶解度约为1mmol/L(98.4%[Ga(OH)4]-,1.6% Ga(OH)3),而Fe3+溶解度只有10−18mol,因此生理条件下,在少量非蛋白结合的Ga3+存在的溶液中,仅有极少量的非蛋白结合的Fe3+,允许镓替代铁进行生物学相互作用,但是不可能完全替代Fe3+。 铁对于大多数微生物的新陈代谢和生长是至关重要的。病原微生物入侵宿主后,必须从宿主中获得游离的铁离子才能满足正常的生长。许多动物物种,包括人类,利用铁的可用性作为宿主防御的手段。在宿主体内,三价铁主要与铁转运蛋白结合,或以铁蛋白 (ferrin)的形式储存在细胞内,或结合在血红素(heme)分子,游离Fe3+(<10-18mol/L)可以忽略不计,从而限制了自身Fe3+进入病原菌。在治疗上,利用病原微生物的铁依赖性抑制了多种细菌性疾病。镓正是利用细菌对铁的依赖性发挥抗菌作用,细胞内的镓通过代替铁进入必要的蛋白质和酶而扰乱铁代谢。 Fe3+还原为Fe2+是许多细胞代谢的关键步骤,因为许多蛋白质需要Fe3+作为关键辅助因子。与铁不同,镓在生理条件下不能还原,因此不能参与氧化还原反应,最终抑制细菌的基本功能,抑制细菌生长甚至导致细菌死亡。
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