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微量元素的明星—鉬
山東汶上南旺中學 hxxmyq收集整理
明星閃光的足跡
1778年 K．W．Scheele在輝錫礦與石墨是同一物質的混亂中發現了鉬 Molybdenum．元素符號 Mo，位于周期系 VIB族，原子序數42，原子量95.94，是高熔點稀有元素．地殼中含量不多，豐度(質量％)為1.1×10-4％，占所有元
素的第53位．主要礦物有輝鉬礦(MoS2)、鉬鈣礦(CaMoO4)和鉬鉛礦(PbMoO4)．還普遍存在于自然界水體、巖石和動植物體內，人體中含鉬約為0.2×10-4％．
早在1900年已發現植物灰分中有鉬，在1930年Bortels證實了固氮菌的生長與其固氮作用均需要鉬．以后相繼證實微生物和植物的體內存在利用氮和硝態氮的含鉬固氮酶．1953年Richert等證實了提純的黃嘌吟氧化酶中含有鉬，并證實鉬在哺乳類動物體內的代謝作用，確定鉬是目前二、三過渡系列元素中唯一的生物體必需的微量元素，近年來又發現鉬是大腦必需的七種微量元素(Fe、 Cu、Zn、 Mn、 Mo、 I、 Se)之一，缺鉬導致神經異常，智力發育遲緩，影響骨骼生長．更為嚴重的是在一些低鉬地區食管癌發病率高，機體內外環境中的鉬水平與食管癌的死亡率呈負相關，補鉬后能降低食管癌的發病率．迄今認為鉬是一種抗癌元素．由于鉬具有高度特殊的生理生化功能成為微量元素的明星，是當前生命科學研究的熱點．
固氮明星
氮是生命的基礎，氮的各種氧化態物種在自然界存在著巧妙的循環．如下圖所示：

氮的循環
在由空氣中的氮轉化為氨的固氮作用及由硝態氮(NO3-、NO2-)轉化為銨態氮(NH4+)的過程中，必需有鉬存在，因為鉬是多變價元素，它通過多種鉬酶參與生物體內氧化還原反應，參與細胞內電子的傳遞．含鉬的固氮酶與硝酸鹽還原酶起了神奇的催化作用，是這些鉬酶推動著自然界周而復始的氮循環，保持著生態平衡，使生命得以延續．
固氮酶(菌)是個生物氮肥廠，某些自養菌或與高等植物共生的細菌(如大豆根瘤菌)都含鉬，它能將空氣中60％的 N2轉化為 NH4+：
N2+8H++6e-2NH4+
固氮酶是由 Mo-Fe蛋白(分子量220000～245000)和 Fe蛋白(分子量60000)組成，Mo～Fe蛋白中的Mo與N2配位，使 N2分子中三鍵松弛，Fe蛋白能幫助提供6個電子，使 N2易被還原為NH3，生物固氮在溫和的條件下固氮能力大于化學固氮5倍．這種生物固氮過程是提供一切生命所需含氮物質(蛋白質、核酸等)的第一步．高等動、植物不具備固氮功能，只能依靠固氮菌來獲取銨態氮，如果有一天人工模擬生物固氮得以廣泛實現，那么地球上再也不會有饑餓了．
由硝態氮轉化為銨態氮的過程中也離不開鉬的硝酸鹽還原酶在植物和微生物中廣泛分布，這種酶是NO3-還原為NO2-的催化劑．
NO3-+2H++2e NO2-+H2O
通常發現 NO2-還原為NH3的催化劑亞硝酸鹽還原酶附加于硝酸鹽還原酶中．這是植物生長必不可少的，植物氮素來源主要靠硝酸鹽還原酶．如果缺鉬，硝酸鹽還原酶活性降低，硝態氮便不能有效地轉化為銨態氮，影響氨基酸的合成，降低蛋白質的質量，致使植物體內硝酸鹽聚集，游離氨基酸和維生索C
的含量大幅度下降．
明星與人
微量元素鉬在人體內的分布很廣，主要通過食物鏈進人體內，鉬的攝入量與膳食有關，動物肝腎、谷物、豆類含鉬豐富，蔬菜、水果、糖和油脂含鉬量低，成年人含鉬總量9mg，在體內分布以肝中含量最高，腎其次，通過尿糞、毛發排出，日適宜攝入量為120～240ug．
人體的生化代謝過程有兩種較重要的鉬酶：黃嘌吟氧化酶與亞硫酸鹽氧化酶．黃嘌呤氧化酶是核酸代謝分解的黃嘌呤氧化成尿酸的必需催化劑，主要催化黃嘌呤羥基化，并形成尿酸的反應：

如果人體內鉬過多，黃嘌呤氧化酶活性過多增加，生產尿酸過多，可導致痛風癥．前蘇聯亞美尼亞高鉬區(日攝入量10～2.5mg／d)居民多發痛風癥與鉬過量有關．
亞硫酸鹽氧化酶，它能催化亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽的代謝過程．其催化反應：
SO32-+H2OSO42-+2H++2e
SO32-在機體內是含硫氨基酸代謝過程中的產物，由于SO32-是一種強親核劑能進行加成、置換及還原等反應，HSO3-與氧反應可生成自由基以進行許多不可逆反應，如對不飽和脂肪酸，可進行加成反應生成磺酸．所以有的報告指出，用低濃度SO2長期使動物染毒，動物的脂質有被氧化的可能．此外 SO32-反應，它與核糖核酸(RNA)中所含的尿嘧啶和胞嘧啶，DNA中所含的胸腺嘧啶反應(單鏈反應)使細胞突變率上升．因此它對人體是有毒的．然而體內存在的亞硫酸鹽氧化酶，使所產生的SO32-生成SO42-,SO42-是無毒的，能從尿中排出．如果缺鉬，大大增加了SO2毒害的敏感性，先天性亞硫酸鹽氧化酶缺乏的小孩，有嚴重的腦損傷．智力發育遲緩，尿中 SO32-、 S2O32-和S—磺基半胱氨酸含量多，而SO42-含量下降，易于天折．
抗癌明星
鉬是一種抗癌元素，許多癌病，如食管癌、肝癌、直腸癌、宮頸癌、乳腺癌等都與缺鉬有關，
食管癌是研究得較多的惡性腫瘤病之一．它具有明顯的地區分布特點．據報道南非食管癌高發地區生長的糧食有嚴重的缺鉬現象．我國食管癌高發區河南省林縣飲水中鉬含量僅為低發區的 1／23．糧食、水中鉬含量與食管癌的死亡率成負相關．在食管癌高發地區居民體內鉬含量顯著低于低發區，據測定林縣居民頭發中鉬含量為44.6士3.3mg／g，而信陽(低發區)為80.9士4.6mg／g；而且林縣人群尿中肌氨酸亞硝胺(致癌物)含量較高．
為什么低鉬與食管癌有關呢?從食管癌病因學研究表明，亞硝胺類致癌物是誘發食管癌的重要因素，亞硝胺類的前體是亞硝酸鹽和胺類，它們在適當的酸堿條件下合成為亞硝胺．亞硝酸鹽主要來自環境中的NO3-，因此降低NO3-的來源，是阻斷食管癌高發區亞硝胺致癌危險的有效措施．然而，鉬是植物體內硝酸鹽還原酶的重要組分，鉬偏低會導致植物體內有過多的 NO3-積累．因此，在食管癌高發區的林縣用鋇酸銨肥料作為降低NO3-在糧食蔬菜中含量，防治食管癌的有效錯施．數據見下表，
鑰肥[(NH4)2MoO4]對蔬菜NO3-、NO2-、維生索 C含量的影響
品種
NO3-減少%
NO2-減少%
維生素C增加%
白蘿卜
12.0
32.6
12.0
大白菜
21.8
29.0
10.9
由于施鉬肥(適量)，可增強硝酸鹽還原酶的活性，不僅可降低蔬菜中 NO3-、 NO2-的含量，而且還可增加維生素C的含量．維生素C能有效地阻斷亞硝胺在體內外的合成，因此食用 NO3-、 NO2-含量低而維生索C含量高的蔬菜對阻斷亞硝胺的形成以及防癌作用具有重要意義．
最近，動物實驗證實，在飼料或飲水中添加鉬(鉬酸鈉)可使因 N—亞硝基肌氨酸乙酯(NSEE)誘發的大、小鼠食管癌發病率顯著降低．這證明鉬在體內能破壞或抑制亞硝胺的致癌作用，由此可見，鉬是一種有實用意義的抗癌元素，它能有效降低亞硝胺前體物 NO3-和 NO2-，抑制亞硝胺類致癌物的產生；同時又能抑制亞硝胺的致突變作用對機體遺傳物質(DNA)的損傷．由于抑癌機理十分復雜，到目前為止，尚不很清楚，還有待于進一步的研究
綜上所述，鉬確是生物體必需微量元素中一顆燦爛的明星，它在氮進入植物乃至和動物結合的主要途徑中起著核心作用，是生命中最重要的活性金屬之一．讓我們不斷去探索它神奇作用的內因，使它在生命過程中放出奇光異彩。

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