LEVI SEHI Vhs FT IL TLS 中 原 昭 次 LA Ae AIA =A OE 南开 大 学 出 版 社 v7 “> .. n'y i | 号 F 全 i fe 4 we, : : 7 a) yi) “a tn : “ \ a. : / ‘ Lb 了 REE on ‘ i 1 é nl é * : Li 所 ’ “e q x bd rr 和 oy Lay EM oe ‘ pon ae 2 = _ + } . < od da a a 时 十 | "¢ Bi ‘ t, ae ; rs 7’ § 4 ‘ | % uk a, PA “iF = a % af 和 香 sf . ‘ ae, » LT 9 下 由 Kone : 7 i ; i we WA ' ‘4 * 4 | ‘ o 本 1 时 ~ x oi. y ne +" : eis ‘ 4 a * = 一 a ‘i of ant sn 1 Ly 了 —, : ; 4 > ¢ 里 TH (79 Le 生物 无 机 化 学 入 门 egy PRM 山 内 ff 吴 炳 辅 。、 AM 2 南开 -大 学 出 版 社 LI 内 容 提 要 生物 无 机 化 学 是 生物 学 和 无 机 化 学 之 闻 的 新 兴 边 缘 学 科 ， 生 命 科 学 的 重要 组 成 部 分 。 作 为 入 门 书 ， 重 点 介绍 生物 大 分 子 蛋白 质 和 核酸 的 结构 以 及 与 金属 离子 的 关系 ; 金属 离 子 与 金属 蛋白 质 的 结构 和 功能 的 关系 ; 通过 各 种 酶 的 模型 化 合 物 这 一 生物 无 机 化 学 手段 研究 生命 组 成 。 生物 无 机 化 学 人 入门 日】 ARK WAR = AM ARB 译 南开 大 学 出 版 社 出 版 (天津 八 里 台南 开 大 学 校内 ) 新 华 书店 天 津 发 行 所 发 行 河北 新 华 印刷 一 厂 印刷 1988 年 12 月 第 1 版 1988 年 12 月 第 1 次 印刷 FFA: 850X1168 1/32 Esk: 6 插页 2 字数 : 15 万 印 数 : 1—3200 ISBN 7-310-00127-3/Q.4 ”定价 ; 1.55 元 iF AMO, DFAS AS MH RR, KRERBA 们 在 分 子 水 平 上 探索 生命 现象 具备 了 可 能 性 和 必要 性 。 以 前 学 者 们 认为 物质 科学 的 各 个 领域 和 生命 现象 的 研究 毫 无 关系 ， 而 现 在 ; 他 们 对 于 生命 的 组 减 全 都 表示 出 高 度 的 关心 。 其 原因 之 一 就 是 生物 体 作 为 人 类 探求 知识 的 对 象 ， 它 的 巧妙 的 梅 造 和 组 成 非常 神秘 ;因而 最 念 人 关注 。 另 一 个 原因 是 ， 科 学 家 们 认识 到 ,, 在 解 决 现 代 社 会 产生 的 环境 、 资 源 和 能 源 危 机 时 ， 生 物 完全 合理 和 高 KE. 无 浪费 的 能 源 利用 ,是 一 个 最 佳 的 样本 。 在 这 样 的 彰 景 下 ， 大 约 .10 年 前 ， 诞 生 了 生物 学 (或 者 说 是 生物 化 学 ) 与 无 机 化 学 的 边缘 学 科 Ay KA (Bioinorganic Chemistry)。 有 关 有 金属 离子 参与 的 生物 体 体系 以 及 模型 化 合 物 的 结构 与 功能 的 研 究 ， 现 厅 在 世界 各 国都 很 活跃 ， 这 全 领域 的 专门 著作 AES YH 版 就 是 这 种 情形 的 反映 。 但 是 ， 生 物 无 机 化 学 包括 的 范围 实在 是 太 访 泛 了 而且 需要 各 种 专业 知识 ， 所 以 初学 者 渴望 有 一 部 适用 的 从 门 书 为 此 ， 我 们 应 化 学 同人 出 版 社 之 约 ， 不 揣 才 洲 学 浅 寺 决定 写 出 访 本 化 学 专 论 从 书 之 一 的 《生物 无 机 化 学 入 门 方 。 但 是 ;和 所 有 新 的 领域 一 样 , ERAAN SH, RANKS 选择 以 及 编排 顺序 , 极 少 先 例 。 这 使 作者 在 编写 过 程 中 煞 费 著 心 : 我 们 首先 设想 $ 末 书 的 读者 大 多 数 是 攻读 从 大 学 高 年 级 到 巴士 研 究 生 课程 的 学 生 , 他 们 在 化 学 的 各 不 领域 中 已 经 具备 了 一 定 的 基 础 。 如 果 他 们 希望 理解 生物 无 机 化 学 领域 中 更 高 水 平 的 研究 进 ox Fv-e 展 ， 这 本 蔬 可 以 作为 这 方面 的 入 门 书 。 本 书 分 为 三 章 。 在 第 一 章 绪论 里 ,论述 生物 大 分 子 , 特 别 是 在 生物 无 机 化 学 领域 里 十 分 重要 的 蛋白 质 、 核 酸 的 结构 ,以 及 它们 上 与 金属 离子 相 结合 等 这 样 一 些 基础 问题 。 此 外 ,对 什么 是 生物 无 机 化 学 也 勾 划 出 一 个 罗 廊 ,这 是 本 章 的 目的 。 在 第 二 章 里 ?对 于 各 种 金 属 酶 ,更 为 三 泛 地 说 是 金属 蛋白 质 的 结构 和 功能 做 了 详细 的 阐述 ， 以 充分 冰 明 了 的 有 具体 事例 加 以 论述 ， 同 时 ， 以 金属 离子 在 生物 体 内 的 存在 形态 、 运输、 贮藏 ， 以 及 膜 通 透 等 作为 重点 内 容 CHP 意义 上 讲 ， 生 物 无 机 化 学 入 门 ， 就 是 以 金属 离子 所 总 的 主要 作用 为 讨论 目标 的 。 第 三 章 就 是 打算 从 无 机 化 学 和 络 合 物化 学 入 手 ， 说 明生 命 的 组 成 ， 也 就 是 从 生物 无 机 化 学 特有 揭 方 法 论 出 发 5 介 绍 各 种 酶 的 模式 ， 并 注意 提供 实例 ， 以 加 深 对 生命 组 成 的 理 希 。 生物 无 机 化学 是 多 种 学 科 间 的 边缘 领域 PRESRREA 的 知识 ， 老 是 划分 得 过 细 ， 就 只 能 掌握 狭 窄 的 一 小 部 分 、 而 很 难 做 到 全 面 理 解 ， 这 样 往往 会 使 人 因 难 而 退 。 对 于 研究 韦 ， 圣 别 是 对 年 轻 有 为 的 学 生 们 ， 本 书 若 能 有 助 于 正确 理解 生物 无 机 化 学 的 本 质 ， 实 为 作者 之 幸 。 在 阅读 本 书 时 ， 如 果 读 者 对 于 基础 知识 秋 感 不 足 ， 建 议 可 先 看 一 些 有 关 生 物化 学 和 络 合 物 化 学 的 书籍 以 资 补充 。 此 外 ， 需 要 略 如 说 明之 处 ， 尽 可 能 在 正文 中 或 是 注解 中 加 以 简略 的 说 明 。 本 书 不 是 迅速 发 展 中 的 生物 无 机 化 学 的 最 新 研究 成 果 汇 编 ， 而 是 自始至终 以 入 门 解说 为 目标 的 。 本 书 内 容 的 选择 和 编排 的 顺 序 也 未 必 正 确 。 由 于 作者 的 学 识 水 平 所 限 ， 可 能 遗漏 最 新 的 重要 文献 。 凡 此 种 种 ， 都 希望 读者 不 吝 指 正 ， 以 便 将 来 在 适当 的 时 候 订正 修改 。 再 者 ， 本 书 尽 可 能 采用 SI 单位 〈 国 际 单位 制 单位 )， 但 并 不 绝对 ， 原 因 之 一 就 是 要 使 读者 有 本 乡 本 土 的 末 切 感 。 eee: et wa He 1978. 2, -| z ° "+ A 机 5 再 4 ~ swank eh ny x ’ P a » 1 昌 al - ‘ | 人 » . o Bn it: RAR 4 本 Lae [和 攻 i » ， , t : 时 fe ‘ d ‘ iC SSR A 4 4 + , = 和 ro i me ’ lod SE BEL , . 二 . 二 = 人 « aud > ¢ * 人 ae 、 iT) ane . 3 ? < ~ : . ; ‘ « 35 a x ’ ¢ - . ue ) hoa Bi ng a D a é , 4 Pes 4 ‘¥ 中 了 i ; 4 ， ay . ‘ 可 ny * d 四 1 — * ‘s a ae 4 ng ete rs ’ ‘~ 导 sf ‘ . wees Cy : aes he a? oR, 不 ; FA ¢ ‘ m a 玫 | ay te ay 加 目 & NA te os 1.1 维持 生命 的 基本 分 子 cee eee cee cre cee cece cee cee eee ene ene 4.2.， 和 蛋白质 和 金属 窗子 其 总 .二 eee he Cee Eee aed Or ePL eer Ere eEeee 机 所 的 呈 令 结构 roeee ath Paget pe acc tbe 蛋 自 质 的 三 级 结构 see tee eee cee cee tee cee eee te eee eee ce aes am te Mn RI 8 tooo ie ioe coc ens tween event oe) Dd sa ah aie) TASS BES eae ae eee Bi arene OE RAIS TOI EFA ceveec coc ceesecceeceeceeees 1.3 BRREB AKI ASE BF pp 核酸 及 其 有 关 化 合 物 的 结构 coe eee cee cee eee cee cee ene eee ens BRIE, FETE. REFER WIS Sy coe ee cnc cve nee cee ene DNA #5 & $24 BOTS ELE Fa ovo ene cnc coe cen cee scenes 1.40 BRHF BE LAE A ARE coe cee eee cee cee cnn ene cee eee eee 2.。 A) Ae AB Ee 2.1 金属 离子 在 血浆 中 的 存在 形式 和 动态 cee Be Br Ge (GS HET -0c enc censor coe cnnegcceegas ces Boe Fe Hy ZE TK YE WE AY SE BBY - 20 con nnn cnn connec cng cen comeenees 用 电子 计算 机 模拟 血浆 中 的 平衡 .oo 金属 离子 在 生物 体 中 的 运输 和 贮存 形态 .… tne eee cew conse 2.2 锌 酶 的 结构 和 功能 eee 四 《DR 0O- Oe, OY il ho) is oh Bg ie er ee #3 ate oot eerie 非 共 价 键 作 用 在 生物 反应 中 的 重要 性 与 酶 的 活 性 、 选 择 性 之 间 韵 关系 pe 2.3 各 种 载 氧 体 的 结构 和 功能 pp 血红 蛋白 和 肌 红 蛋白 的 结构 .oo 血红 蛋白 和 肌 红 和 蛋 自 的 氧 平 衡 机 能 wee eee ee eee eee tee nee 与 车 全 时 ai iA Sie Ee Tt Hikes eee ee MAGA … 2.4 FESR AWM FEARS 能 量 代 NS% 诡 。 dey fee FE a A EK BU RE Gy ve 赵 氧 化 物 政 化 酶 “二 2.5 金属 离子 的 膜 通 透 ， 膜 内 外 离子 的 分 布 和 Nat — Ktge oss vee coc vee cceeee cos ons 000 05:0/nieiaeenian nnn .生物 无 机 化 学 关于 生命 组 成 的 研究 …………: 822 EMU SFT Eo + os Fi FH 2 A EF Ty Heo noe eee oe ave conbeneenaus ane RE FH AE Wy Py JA BY ZG BER 点 cee een cnc eee ene 3.2 Mi 20 3 FLA 和 白 的 模型 化 合 物 - * 2 ® 金属 络 合 物 与 On 的 相互 作用 9 ceeeees Wang 和 而 红 蛋 白 模 型 .ev FEAR UD UR c-c ccc cccccevcccseces cesses senses cesses seecesseeees 全 3.3 固氮 酶 及 其 模型 化 合 物 pep ” 国 气 醇 ee 以 氮 分 子 配 位 的 金属 络 合 物 pe even Schrauzer 的 固氮 酶 模型 化 合 物 eve 3.4 SEAS B,, 辅酶 及 其 模型 化 合 物 ……………e 了 be Se Bs) ER RG RE TU[Loy 四 有 cc cce cee cee cee cee cen cne 3.5. 铜 蓝 蛋 白 的 模型 化 合 物 ee + (146) + (148) 3.6 生物 化 学 中 引入 注目 的 络 合 物 及 其 反应 ……………: ak 888 人 利用 金属 络 合 物 使 ATP 水 解 .pe 氨基 酸 金属 络 合 物 的 立体 选择 性 .…….……….…..…. MUP Sei nanon os aos cum oeeses see cee sce sacsreccestessccce sus sencse TE BEAD FE Gy Bh -oo ener ete cen ccccencce cee ces cre cenccecneseeces cee et ARAM ERTERT AH - 和 肽 的 选择 性 断裂 ， (114) (118) (122) (126) (130) (130) “+ (133) (135) -** (138) (139) (142) (145) (152) (159) ++ (162) (167) (174) -ee (179) (181) v7 « Fy 1 BS -~ . 1 d . e , = ad 四 ’ — ‘ < 2 > % : ‘ he 6 是 本 | ioe. i tee ‘ew +4 7 ay , ia, b 7 [和 Ld 4 & dt" 二 2 @ 7 - ff * & — & 2 ’ > ¢ CoA : '> - 7 2 5 4 > _~ © +. 的 ae f - * < Gal 上 Te ee GU ha on ~~ 人 入 ee 四 四 . 和 . .. 。 . ** ; : - -- a 6 从 高 等 的 动 植物 到 微生物 ， 它 们 的 化 学 组 成 以 及 代谢 途径 基 本 相同 。 以 这 种 共同 性 为 研究 对 象 的 生物 化 学 称 为 普 ani. 生物 无 机 化 学 ， 则 是 以 无 机 化 学 的 知识 为 基础 ， 用 无 机 化 学 方法 来 研究 生物 化 学 的 一 门 科学 。 从 前 人 们 一 直 相信 只 it 才能 形成 有 机 化 合 物 , 认 为 具有 有 机 化 学 与 生命 现象 之 间 才 存在 着 深刻 的 关系 。 但 是 ise deepal Rgsgiie 生物 体 的 主要 成 分 是 水 和 有 机 化 合 物 ; 但 是 ， 各 种 无 机 成 分 ， 别 是 全 属 高 子 的 作用 ， 对 生命 Wer te ge 金属 离子 为 下 心 ， 进 而 考察 它 与 周围 环境 的 禄 互 作 用 AMR ED 是 络 合 物化 学 。 因 此 。 简 单 地 说 ， 生 物 无 机 化 学 就 是 与 生物 体 有 . 关 的 无 机 化 学 。 从 事物 质 科 学 研究 的 化 学 工作 者 ， 对 于 生物 体 可 能 很 不 a %, Apt, 这 里 必须 提供 一 些 预备 知识 ， 有 必要 对 最 基 林 的 重要 二 物质 作 一 些 介绍 。 在 绪论 里 ， 将 具有 生物 活性 的 蛋白 质 以 及 核酸 等 生物 高 分 子 物 质 的 结构 ， 以 及 它们 和 各 种 金属 离子 的 相互 作 用 ， 进 行 一 般 性 的 讨论 。 首 先 ， 简 单 介 绍 一 下 生物 高 分 子 物质 的 一 些 基本 构成 。 1 。] 与 生物 体 有 天 的 HAR Glycine (Gly) . NH: | CH:COCH BAR’ . Alanine (Ala) , NH2 CH3CHCOOH FSA BR Vahne (Val) NHa | CH;CHCHCOGH CH; Pr ae Leucine(Leu) Hs : { en reer CHa FEAR {golcucine (Ile) NHa2 | ida aba CHs 丝氨酸 .Serine (Ser) H2 HOCH:CHCOOH mye UP ai UB) Methionine (Met) NH: | CH:-S-CH:CH:CHCOOH Vp Ax thy 化 加 {Jj + 维持 生命 的 基本 分 子 BE he Threonine (Thr) “ais CS OH Phenylalanine (Phe) NH | {\- CHzCHCOOH ris AR Tyrosine (Tyr), 种 类 繁多 。 但 是 ， 曾 有 人 从 极 小 的 RAR Aspartic acid (Asp) NH. HOOCCH,CHCOOH KAM (Asn) Asparagine N , 2 | . H:NCCHzCHCOOH 有 SAR Glutamic ‘acid (Glu) N 2 | 1 HOOCCH,CH.CHCOOH SRK | 7 ho- 人 》-ohnchoooh Chuiemine (Bln) AR 1 syptophan (Trp) NH "ties on H 半 胱 氨 酸 Cysteine (Cys) 人 CH.CHCOOH SH Wi 2h RB Proline (Prc) CH CHz CN:z 7 CH—COOH 宝宝 No y HANOCH.CH,CHCOOH . #9 AFR Histidine (His) ， . NHe i -==0OHCHOOOH N NH No 精 氮 酸 Arginine (Arg) Ntie HaNGNHCH:CHCH:GHCOOH NH Lysine (Lys) Nit ~ HaNCH2CH.CH.CH2CHCOOH 3 和 RTE Urach ARR GOR Thymine = EE Cytosine beat ial 0 NH é I II : e C C | HNE * 50H WNT "Sc—CH NZ *ScH H—n2 » wa fi ™ a> =CL1 $C O=Ci 1 SCH 0=O SCH N es *% Adenine RaQ Guanine NH, 0 有 ans ZN be UN NT ic "Nag b HAL a _ g 8 | BCLs tec 3 / Wer ca J R-D- RS a-D- i a-D-Riboso a-D-Clucose 5 四 CH:0H HOCH: ,O. H . H OH ‘ H “RH oH . OH H Fa 3 2 OH Ho OH OH OH 有 H OH ise 甘油 mine Palmitic acid Glycerol Cholina CHs~(CH2),~GOOH CH,0H OH, ) | CHOH CH.—N—CH,CH,OH CH:OH CH; 微生物 枝 原 体 〈Mycoplasma) 的 化 学 组 成 推断 ， 设 想 地 球 上 最 初 形成 的 细胞 仅仅 是 由 30 种 基本 分 子 构成 的 。 其 中 ,有 构成 蛋白 JRA 20 种 氮 基 酸 ， 以 及 构成 核酸 的 “材料 2” 5 种 碱 基 和 wx-D- 核糖 ， 还 有 作为 多 糖 类 “材料 ”的 ec-D- 葡 萄 糖 及 与 类 脂 化 合 AWA. Hh. ADR, FE 30 种 。 正 如 26 个 字母 组 成 无 数 的 英语 词汇 ， 这 些 词汇 经 过 各 式 各 样 的 排列 组 成 文句 一 样 ， ER 30 种 基本 分 子 构成 各 式 各 样 的 高 分 子 ， 并 进行 各 种 生 物 反 应 。 这 些 维持 生命 的 基本 分 子 ， 对 以 下 的 讨论 非常 重要 ， 请 务必 熟 记 其 化 学 结构 。 1.2 加 日 质 和 爹 局 离子 AR (protein) LED RS ELE, 是 由 前 述 氨基 酸 通 过 的 键 形成 的 多 肽 链 。 由 于 氨基 酸 的 排列 顺序 干 变 g Aik PORN TIOMEAR. ZARA, Kien RRA 酸 的 简单 蛋白 ., 和 水 解 后 除 氨基 酸 外 还 生成 其 他 有 机 成 分 或 无 机 成 分 的 结合 蛋白 (conjugated protein), 其 中 非 伺 基 酸 的 部 分 称 为 辅 基 (prostietic group)。 根 据 辅 基 的 不 同 ,结合 蛋白 还 可 以 、 分 为 核 蛋 和 白 (核酸 与 蛋 自 质 相 结 合 ), 脂 蛋白 (类 脂 化 合 物 革 蛋白 质 的 复合 物 ), 磷 蛋白 (含有 磷酸 的 复合 蛋白 质 ) ,金属 蛋白 (与 金属 离 子 结合 的 蛋白 质 ) URRSA 〈 含 有 糖 类 的 蛋 让 质 ) ， 等 等 。 蛋白 质 是 高 分 子 物 质 ,- 分 子 量 可 达 数 万 " 数 二 万 或 更 大 ,但 分 子 量 较 小 的 蛋白 质 也 为 数 不 少 。 和 芒 糖 核酸 酶 “RNase) 的 分 子 量 为 14000。 细 胞 色素 c 为 12400， 肌 红 蛋 自 为 到 000。 它们 由 KA 100~150 个 氨基 酸 构 成 。 从 牛 身上 得 到 的 胰岛 素 (insulin) 更 小 , 分子量 只 有 约 5700， 由 17 种 共 51 A}, F.San- ger 确定 了 胰岛 素 的 化 学 结构 ， 如 图 1-1。 这 是 最 早 搞 清楚 毛 基 酸 排列 顺序 的 和 EH A, BRR HEH, A BENNY NASIJE HSER. C ASR 了 链 的 N anid: : AS = H-Gly——+—— 二 一 一 一 和 sn OH S | | / i ; vite: Bi Wiehe 1 可 — Ala-O# a Bl PASROLSaa ae FN FEAT AR, CHEF. A LB ARE a S—S SER 处 交 联 ， 在 A 链 上 还 有 一 个 链 内 的 S 一 S 键 *。 按照 蛋 自 质 的 立 体 形状 来 分 类 , 有 纤维 状 蛋白 〈 介 brous pro- tein) 和 球状 蛋白 (globular protein) 两 种 。 纤 维 状 蛋 和 白 是 高 等 动物 结缔 组 织 的 基本 结构 单元 ,例如 在 连接 筋 与 骨骼 的 肌 键 中 所 含 的 胶原 蛋白 以 及 毛发 中 的 角 蛋 白 ， 都 是 纤维 状 蛋 自 。 它们 不 溶 于 水 或 盐 的 稀 溶 液 ， 和 疹 强 玫 的 力学 性 质 。 球 蛋白 是 由 多 肽 链 臻 SRAMERG, WAFK, SAP RM. SEM 1000 Fe, 大 多 属于 球状 蛋白 。 具 有 免疫 能 力 的 抗体 ， 以 及 前 面 提 到 的 胰岛 素 等 激素 ; 徇 荔 蛋白 六 血清 蛋白 等 ， 也 都 是 球状 蛋白 。 蛋白 质 的 一 级 结构 mrs, 蛋白 质 是 由 许多 毛 基 酸 残 基 以 肽 键 连 接 而 形成 的 BATH, 它 比 小 分 子 化 合 物 复杂 得 多 。 对 化 学 家 来 说 ,氨基酸 的 连接 顺序 是 一 个 最 重要 的 问题 。 与 肽 链 在 空间 怎样 延伸 等 问题 相 区 别 ， 这 种 氛 基 酸 的 连接 上 序 称 为 一 级 结构 (primary struc- ture), 一 级 结构 由 肽 键 来 维系 ， 肽 键 是 共 价 键 。 为 了 确 定 一 级 结构 ， 生 化 学 家 们 曾 设计 了 各 种 方法 。 弄 清 蛋白 质 的 一 级 结构 对 吾 解 蛋白 质 的 性 质 很 重要 ， 这 方面 已 有 许多 生物 化 学 专著 论述 ， 在 此 不 次 述 。 以 下 主要 讨论 肽 键 的 结构 化 学 。 肽 键 结构 可 参见 图 1-2. 3% Pauling 所 述 , 肽 键 部 分 有 50% 是 双 键 。 现 已 知 其 C 一 N 键 长 为 0.132nm, 和 C--N Ht (0.147nm, PIM FALE, 更 接近 于 双 键 的 键 长 (>C 一 N 一 为 0.130nm， 如 肝 )。 此 外 ,一 CO 一 NH 一 的 C 与 人 共同 形成 sp* 杂 化 中 心 ,一 CO 一 NH- 一 全 在 一 个 平面 内 。 但 一 CHR 一 的 两 个 键 ， 单 键 成 分 比 例 很 大， 可 以 自由 地 旋转 。 © } 肽 链 的 氨基 末端 ,羧基 末端 分 别 简称 为 N 未 端 \C A. Min A H fy H-Gly 为 N 末端 ， ASn.OH AC 末端 。S 一 S PMAM ATE Hi Ht AH MAE MR EL ROCK. 只 R i H page | wf , : R a f NOX Ry cael Nee ~ il Hina 7 \ if | 0 fH H Sg 0 , 以 上 述 一 级 结构 的 特点 为 基 础 ， 为 了 加 强 整个 分 子 的 稳定 tt, SRHEWAWE 现 几 种 形 式 ， 这 就 是 二 级 结构 (secondary Structure) 。 图 1-3 所 示 是 其 中 的 一 种 -螺旋 结构 (c-helizx)， ERATE oH, KEW 有 许多 N—H--O Set, SER Ft SUA. 也 有 与 右 旋 相 反 的 去 旋 的 a-Si 474, Pauling 曾 指 出 ， 一 般 以 工 - 揽 基 酸 为 母体 的 肽 链 ， 图 1-3 右 旋 ”ec- 螺 旋 结 构 右 旋 的 c-WENELCALHE HY oS He 稍 稳定 一 些 。 这 种 螺旋 每 图 包含 3.6 PEER, Hae 长 0.54nm。 除 了 -螺旋 结构 ， 还 有 B- 结 构 或 称 为 有 - 折 琶 (有 - pleatedsheet) 的 二 级 结构 。 在 这 个 结构 中 ， 多 肽 链 星 锯 此 状 (zigzag), 见 图 1-4a， 氮 基 及 办 基 与 肽 链接 近 成 直角 ， 在 相 邻 的 肽 链 之 间 形 成 链 间 氢 键 〈 图 1-4b)。 因 此 ， 多肽 链 有 许多 个 坚 图 1- 如 所 示 的 折 皱 汰 ， 所 以 叫做 拆 释 结构 (pleated sheet)， 由 于 肽 - 链 伸展 的 方向 不 同 ，p- 结 构 又 分 为 平行 型 和 反 平 行 型 。 平 行 型 的 e 6 e 实例 有 有 - 角 蛋 白 ， 反 翌 行 型 的 例子 是 绢 的 丝 蛋白 。 肽 链 的 伸展 图 1-4(a) RW 1-4(b) B-#¢ROFE ABE 有 8- 结构 单元 图 1-4(c) 8- 折 登 结构 WARE zx- 形 式 或 8- 形式 ， 而 是 一 种 不 规则 的 结构 。 图 1-5 中 每 个 螺旋 结构 之 间 的 弯曲 部 分 ， 就 相当 于 这 种 不 规则 结构 ， 我 们 也 称 它 为 无 规 线圈 (random coil). 正确 的 叫 法 应 为 不 规则 结 构 〈unorderred Structure)。 在 二 级 结构 中 , 除 此 以 外 ,已 经 弄 清 楚 的 还 有 其 他 规则 的 型 式 ,但 此 处 暂且 不 谈 。 由 c- 螺 旋 和 有 - 折 登 e 7 e 来 判断 ， 肽 链 内 或 肽 链 间 的 气 键 对 维持 二 级 结构 有 很 大 的 作用 。 蛋白 质 的 三 级 结构 仁 基 酸 的 排列 顺序 〈 一 级 结构 ) 和 o- 螺 旋 结构 “二 级 结构 ) i-5 MARS wa (OLRARRRM ais (eH) , Bim ik, DEY -FRARLPKAERYBRRR. MME Ana (41-5) 可 见 ， 螺 旋 状 的 部 分 共有 8 段 ， 由 此 压 紧 拆 - 县 起 来 。 这 种 折 释 形式 称 为 三 级 GW 〈tertiary structure), = 级 结构 以 S-S AMAR, MSRM FR. BK gt, MEAS AMR AWK an Bt. eR eS 各 种 强 弱 不 等 的 相互 作用 来 支撑 (24 2.2), —Re#wM=¢ 结构 ， 都 是 多 及 的 空间 构象 。 蛋白 质 的 四 级 结构 三 级 结构 确定 了 多 肽 链 特 有 的 空间 构 型 ， 下 一 步 就 妥 了 解 蛋 ee 来 , 在 后 文 还 要 详 述 〈 参 见 2.3)。 肌 红 蛋 自 或 血红 蛋白 都 能 够 结 合 氧 分 子 ， 但 两 者 的 氧 解 离 曲线 形状 完全 不 同 *。 肌 红 蛋 白 是 单 体 、 而 血红 蛋白 则 是 四 聚 体 〈&:8,， 表 示 大 小 不 同 的 2 种 单位 ， 各 有 2 不 **， 共计 和 个， 集合 成 四 面体 ) ， 在 各 个 肽 链 之 间 形 成 了 狐 特 的 相互 关系 。 这 样 由 NAST ME AMR. RE, wee. 更 大 的 蛋 和 白质。 这 种 结构 称 为 四 级 结 梅 〈quaternary structure), 在 具有 生物 活性 的 球 蛋 白 里 ， 琉 水 性 〈hydrophobic) #y 4%. 基 酸 侧 链 在 三 级 结构 的 内 部 ， 亲 水 性 Chydrophilic) 侧 链 的 极 性 基 则 暴露 在 三 级 结构 的 表面 ， 因 而 ， 蛋 白质 在 水 中 呈 可 溶性 ， 但 是 ， 偶 尔 在 表面 有 较 多 的 朴 水 性 侧 链 存在 时 ， 这 样 的 蛋白 质 青 水 性 基 团 就 相互 挨 近 、 靠 拢 。 此 外 ， 还 有 带 负电 荷 的 一 CGO- 基 和 带 正 电荷 的 一 NHY EM AEA. Birks. S| AM EH 他 aE 共 价 键 结合 是 维持 四 级 结构 稳定 的 重要 因素 。 蛋白 质 的 变性 蛋 直 质 的 一 级 结构 不 变 ， 而 其 二 级 、 三 级 或 四 级 结构 等 立体 结 梅 发 生 了 变化 ， 由 此 引起 功能 的 改变 ， 岂 做 变性 (denatura— tion)。 蛋 白质 的 高 级 结构 十 分 微妙 。 由 于 支撑 它 的 力 在 大 多 数 ' 情 BPO, Auk, ee pH 的 变化 ， 以 及 加 入 某 些 试剂 等 会 引起 变性 。 变 性 就 是 指 它 的 溶解 度 减 小 ， 酶 蛋 自 的 活性 降低 等 。 如 图 1-6 所 示 。 蛋 白质 原先 的 立体 结构 展开 ， 随 即 发 生 了 各 种 变化 。 | WEE SEE, WRASSE. GE 些 年 来 ; 发现 了 在 试管 内 变性 蛋白 质 可 以 恢复 原状 的 例子 。 如 果 * ”血红 蛋 自 的 曲线 呈 sS 形 ， 而 肌 红 蛋白 的 种 绕 为 双 曲 线 . 一 -译注 es 即 2 个 a- 肽 链 和 ?2 个 1- 伏 链 一 一 译注 ee 9 。 大 多 数 的 蛋白 质变 性 以 后 也 可 复原 《或 再 生 ) (Tenaturation)， 那 么 即使 不 能 简单 地 说 “和 蛋白质 的 一 级 结构 一 且 确 定 ， 其 二 三、 四 级 结构 也 随 之 确定 ”, 我 们 也 会 发 现 所 基 酸 的 排列 顺序 具有 决定 性 的 意义 *。 各 种 生物 活性 蛋白 质 是 由 仅 29 种 氨基 酸 构成 的 ,这 20 种 氨基 酸 若 是 单独 和 存在 时 ， 并 设 有 任何 活性 ， 活 性 仅 当 氨基酸 以 一 定 顺 序 排列 以 后 才 显 现 出 来 。 蛋 总 质 和 金属 离子 的 相互 作用 。 从 肽 链 的 结构 可 以 看 出 ， 除 了 两 MA RIE ILS Hh, 蛋白 质 还 具有 无 数 的 肽 键 和 各 种 氨基 酸 残 基 的 支 链 等 供电 子 基 团 。 就 金属 离子 而 言 ， 主 族 金属 离子 和 过 渡 金 属 离子 对 配 位 体 的 亲和力 不 同 ， 键 的 性 质 也 就 不 同 。 因 Bis 蛋白质 的 变 。 此， 要 想 对 蛋白 质 和 金属 离子 的 相互 性 和 复原 作用 ， 作 出 令 人 满意 的 全 面 讨论 ， 尚 不 可 能 。 为 了 给 以 后 各 章 的 学 习 打 下 基础 ， 在 此 先 做 一 般 的 讨 论 。 Na* 、K， 等 碱 金属 离子 ， 如 在 无 机 化 学 中 所 数 知 的 那样 ， 倾向 于 生成 典型 的 离子 键 。 因 此 ， 它 们 售 近 蛋白 质 结构 中 带 负 电 荷 的 羧基 等 基 团 ， 而 形成 离子 对 。 这 就 使 得 蛋白 质 在 高 级 结构 中 ， 比 较 靠近 的 负电 荷 之 间 的 排斥 作用 得 到 缓和 ， 有 利于 蛋白 质 从 整体 上 来 说 的 稳定 化 。 因 此 ， 一 般 用 蒜 馏 水 处 理 蛋 扯 质 时 ， 往 往 在 蛋 自 质 表 面 发 生变 性 。 用 食盐 水 来 处 理 ， 可 以 防止 变性 。 这 一 一 一 - ee ee ee es 多 肽 链 含 有 促使 其 恢复 三 级 结构 所 必需 的 信息 ， 即 肽 键 中 氨基 酸 的 排列 顺序 决定 了 三 级 结构 一 一 译 者 es 10 。 RE 一 事实 可 以 用 上 述 的 离子 对 形成 的 概念 来 解释 。 Mg2 和 Ca** 在 本 质 上 为 离子 性 结合 较 强 者 ， 但 是 与 Nata K+ 相 比 ， 其 比 电 荷 e/r (e， 电 荷 ，r， 离子 半径 ) 较 大 ， 含 有 一 定 程 度 的 共 价 键 性 .和 Na*, K* 一 样 , Mg2+ 和 Ca** 也 属于 HSAH 规则 * 中 的 硬 酸 ， 易 与 硬 碱 如 羧基 、 磷 酸 基 或 羟基 等 基 团 中 的 氧 原子 相互 作用 。 Zn 是 过 湾 金 属 ，Zn(IT) iy 5d" 结构 ,也 与 主 族 金属 离子 的 性 质 相 同 。 但 是 比 起 上 述 碱 金属 和 碱土 金属 离子 来 ， 它 是 软 的 路 - 电 斯 酸 。 配 位 体 即 路 易 斯 碱 ， 例 如 咪唑 氮 ， 易 与 稍 软 一 些 的 供 体 腺 子 配 位 。 一 般 来 说 ，Zn(I) 络 合 物 多 为 四 面体 结构 ， 这 种 四 面体 也 往往 是 变形 较 大 的 。 就 配 位 场 而 言 ， 若 是 变形 较 大 时 ， Zn(I) 与 其 他 过 湾 金 属 离子 不 难 形成 络 合 物 ， 可 以 认为 du oe 汐 的 LESE 〈 配 位 体 场 稳 定 化 能 ) 接近 于 零 。 蛋 白质 内 部 的 活 性 部 位 (active site) 能 容纳 金属 离子 ， 人 金属 离子 周围 的 配 位 体 很 多 是 相当 对 称 的 。 从 以 上 事实 来 看 ,包围 在 中 间 的 Zn(I) 好 像 是 “PR” 。Zn(I) 就 这 样 居于 金属 酶 的 活性 部 位 ， 发 挥 路 BM 酸 的 特性 ， 在 水 解 酶 的 色 应 中 往往 起 着 主要 作用 。 Fe, Co, Cu, Mo 是 能 形成 稳定 络 合 物 的 过 渡 金 属 群 ， 它 们 可 以 直接 与 蛋白 质 的 侧 链 ， 或 通过 辅 基 与 蛋白 质 联接 ， 形 成 强 有 力 的 共 价 键 结合 。 因 此 ， 使 供 体 基 团 极 化 的 性 质 也 很 显著 。 然 而 ， 这 些 金属 的 氧化 状态 很 容易 相互 变换 ， 往 往 参 与 由 此 特性 而 发 生 的 电子 移动 过 程 ， 起 氧化 还 原 反应 的 中 心 作用 。 金属 存在 于 金属 梅 或 金属 蛋白 质 的 情形 ， 见 表 1-1。 * HSAB 规则 即 软 硬 酸 规则 (Hard and Soft Acids and Base rule), 人 金 民 离子 为 路 易 斯 酸 , 配 位 体 为 路 易 斯 碱 , 分 为 二 类 : 1. 变形 性 小 的 ， 较 难 极 化 的 ， 是 硬 的 栈 、 碱 ;2， 变形 性 大 的 ， 较 易 极 化 的 ,是 软 的 酸 、 碱 。 硬 的 酸 亲 硬 的 碱 ， 软 的 酸 亲 软 的 大 ， 这 样 的 结合 稳定 。 及 .G.Pearsony,J.cnel .Edxc.,45, 581(1968); J.E. Huheey, Ino- rganic chemistry, Harper&Row (1972), ell. H1-1 典型 金属 蛋白 质 及 其 机 能 ak SARA R | salad | Te eee vee - Ms | eens Bio MRK MMIC (hexokinase) 已 糖 +ATP-> 已 糖 -6- BR + ADP / ie (i) Bs 使 中 性 脂肪 水 解 ， 是 脂肪 酸 和 甘油 反应 (lipase) BY AD A 1 3a i | Mn 精 氨 酸 酶 | 将 工 -Arg 水 解 为 工 -OP 和 尿 过 的 反应 | (arginase) 的 俱 化 剂 ( FURR ILS PIRIER + CO, + ATP-> 草 本 乙酸 上 ADBP carboxylase)| + 了 Pi 反应 的 tte 化 剂 与 乙酰 CoA 的 活 XY Roe b FERSO ee a ee Fe | 血红 蛋白 | 4 存在 于 血液 里 参与 组 织 氧 的 运输 (hemoglobin) | 细胞 色素 | 通过 Fe(I) 、Fe (种 ) 的 可 逆 变 化 ， 进 行 | (cytochlome) | FA FE is : . 过 氧化 和 氢 酶 2H,0,—>2H,0 + O2 反应 的 候 化 齐 : (catalase) | Eas | R-CHO+0,+H,0—>R - COOH + (aldehyde oxidase) H,0, RWW RELA ‘ 铁 氧 化 还 原 蛋 自 光合 成 体系 的 叶绿素 受到 光 还 原 | (ferredoxin) 构成 铁 氧 化 还 原 蛋 和 白 -NADP* 还 原 Bi, “Het: NADP* i | 是 固氮 菌 形成 固氮 梅 的 电子 供 体 与 | N; 的 还 原 反应 有 关 HE IAM ez Bs 琥珀 酸 脱氧 为 延 胡 索 酸 反应 的 众 化 剂 | (succinate dehydro- . | genase): e 12 ¢ 一 一 一 -一 一 一 Pen 、 十 ee ce. ee ee ee empl same | ”生物 学 机 能 ee Co (CRD FRING Bg DNA Hien (ribonucleotide re du- ctase) ARR | RAM MTNA BAEK < Be BE (glutam ate mutase) 反应 的 催化 剂 . Cu Mee BEF RTD. RES Hh mR HY (hemocyanin) | 氧 运 答 体 细胞 色素 C 氧 化 酶 “| 细胞 呼吸 时 在 电子 传递 系统 (呼吸 链 ) (cytochrome c oxi-| 的 末端 工作 ， 将 呼吸 基质 传递 的 电子 直 dase) 接 交 给 O, RARE HRD ALIN] 参与 分 子 0; 氧化 L-Tyr 生成 黑 索 (mae- (tyrosinase 或 monop-| lanin) 的 反应 hynol oxidase) 质 体 蓝 素 在 光合 成 的 电子 传递 中 ， 光 化 学 系 _ @lastocyanin) SIME ZA eBRAW—A 血浆 钢 蓝 蛋白 运输 血液 中 的 Cu， 氧化 Fe(I) (ceraloplasmin) | : Zn BERETS = |: 于 CO 二 HzO+CO, 反 应 的 健 化 剂 ， 调 (carbonic anhydrase) | 节 滚 体 的 PH 值 #2 KBE | HES IREENY C 末端 肽 链 有 选择 地 切 BF (carboxypeptidase) | | GRABS CBS LA AE ke REA BY YY a EH (alcohol dehydro- genase) i - COO -一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 e 13 e RHA-1 “Bi 蛋白 质 名 称 ) 生物 学 机 能 Mo Be MS SU BS BUCKS (hypoxanthine) WARE (xanthine oxidase) (xanthine), 3+ (4 RB MRA 还 原 硝 酸 盐 为 亚 硝酸 盐 反 应 的 催化 剂 (nitrate reductase) . ~4 ¢ 固 气 酶 与 铁 - 硫 蛋白 * 共 同 作用 , 将 分 子 态 Nz 还 (Nitrogenase) Fe A ; | *# 固 氢 酶 由 两 种 蛋白 质 组 成 ， 均 含 Fe 一 S。 一 一 译 者 1.3 核酸 及 其 有 头 化 合 物 和 金属 离子 核酸 是 由 野 哈 和 吵 喧 碱 基 、 糖 以 及 磷酸 组 成 的 有 机 高 分 于 化 合 物 。 由 于 这 种 酸性 物质 富 含 于 细胞 核 内 ， 因 此 被 命名 为 核酸 (nucleic acid), 它 是 生物 遗传 连续 性 以 及 性 状 表达 的 基础 ， 5 蛋白 质 一 起 ， 都 是 形成 生命 的 最 基本 的 重要 物质 。 在 讨论 其 结 梅 前 ， 先 介绍 一 下 构成 它 的 基本 分 子 材 料 。 核酸 及 其 有 关 化 合 物 的 结构 构成 核酸 的 碱 基 ， 有 脱毛 核糖 核酸 (DNA, deoxyribonuc— leic acid) ify ARIES (adenine), B G&% (guanine), fal te (cytosine) # Ag keWoe (thymine), 以 及 核糖 核酸 (RNA, ri- bonucleic acid) Hg ike, SIM, fawehe APR SME (uracil), HAWRAREMATHRS, LABR LN. RECA Se 9 位 的 N〈 以 后 以 N(9 ) 来 表示 ) ， 胞 喀 啶 、 胸 腺 MOE, HR me REMINC1), SRR 〈 或 脱氧 核糖 ) 相 结合 ， 构 成 核 昔 Cnucle— oside) 。 核 背 再 与 磷酸 结合 成 酯 ， 就 是 通常 说 的 核 苷 酸 Cnucle— 。14 。 ctide) 。 ee eR ERS bart 1-7 所 示 。 z or 'S, 7 / 0 o 0 did ae i] il & CHO ee 站 sa \OH OH OH 号 Py oo Se ie iin has oe Ad - OH Hi J \ TR (MB) F CR) ， / UY “ Re (HK) FR RRA GSAMPy | ae a BER eee 一 BA ; mY—RR GS 腺 苷 三 磷酸 〈 缩 写 ATP) 1-7 BESRERH AY RE, BEROTHILKAMOAAS. CRRKHHRBEY ATP 的 分 子 结构 也 已 经 X 射线 分 析 确 定 〈 如 图 1-8 所 示 ) . 际 上 上 ， 从 结晶 学 的 角度 来 看 ， 独 立 存在 着 两 种 ATP 分 子 ， 图 1-8 所 示 只 是 其 中 之 一 。 由 图 上 看 ， 腺 叶 叭 碱 基 和 核糖 部 分 几乎 是 垂 直 的 ， 整 个 磷酸 部 分 是 十 分 曲折 的 。 图 1-8 ATP 的 分 子 结构 e 15 。 HH, Ci? CH) He, SHRBERINCR) 羟 基 之 间 形 成 磷酸 二 酯 键 ， 从 而 形成 一 条 长 链 。 玫 示 这 个 链 的 一 级 结构 时 ， 去 侧 的 核 兰 ( 碱 基 以 A、G、C、T 等 缩写 表示) 通过 符号 yp 表示 核糖 的 5/ 羟基 与 磷酸 相 结合 ， 习 惯 上 在 右 侧 核 背 的 7 羟基 上 与 磷酸 结合 也 用 p 来 表示 。 因 此 ,图 1-9 的 结构 bys 成 …AprGpCoe…。 | | Watson—Crick 的 DNA BAA, PIA LIRR CRE #1 S BEBE, GEIL RR, 以 双 螺 旋 结 构 形 成 DNS SF CB 1-10), O—P-9o 0. 图 1-9 DNA 的 一 级 结构 1-10 DNAM SUE 由 图 1-11 可 以 看 出 两 个 长 链 互补 的 原因 ， PRR CAD 和 胸腺 旷 啶 〈T) 、 胞 哮 啶 CC) MSE (G) 在 结构 上 的 配置 是 汪汪 很 巧妙 的 ， 它 们 分 别 以 2 个 或 3 SAE EE, 双 螺 旋 的 直径 约 1.8nm， CH 螺旋 每 旋转 36°, 就 沿 轴 方 向 Seok 伸 长 0.336nm。 因 此， 每 10 ana Sy. 个 核 昔 酸 绕 轴 旋转 一 周 ， 每 个 van > ” 螺 距 为 3.36nm。DNA 的 螺旋 NS HES RK KGHABRBER (T) 1 达 lmm 以 上 ， 成 为 巨型 商 分 . ~~ F ik, | DNA 的 脱氧 核糖 以 核 狂 MNOS a ACR, BOBRRENE CT) DURE Bis y) GE (U) 代替 ， 即 为 RNA。 因 N 此 DNA 碱 基 对 中 的 A 一 T 就 =U 代替 ， 在 RNA 结 构 图 1-11 A=T. C=GhS ch, 有 碱 基 对 部 分 ， 也 有 未 配 aati 成 碱 基 对 的 部 分 。 从 生化 机 能 上 区 分 ， 有 核糖 体 RNA (分 子 量 50~1200 万 ) ， 信 使 人 NA (分 rah Ht 5~150 万 ) 和 转移 RNA (分 子 量 37) , LR DNAX, 分子量 都 小 。RNA 的 生物 化 学 在 生命 的 组 成 上 极为 重要 ， 租 ; 是 因为 与 下 面 的 讨论 没 有 直接 联 系 ， 在 这 里 不 多 介绍 。 碱 基 、 核 苷 、 Mees sey 构成 核酸 的 基 未 材料 是 碱 基 、 糖 和 韭 酸 酯 等。 ee 含有 许多 个 供 体 原子 。 它 们 的 金属 络 合 物 目前 大 多 数 都 E yoo i 各 种 方 法 aS 了 解 。 但 没有 充裕 的 时 间 对 1; 合 物 逐一 细致 观察 , 只 能 由 X 射线 结构 分 析 的 方法 , 取得 sae WPluk. 1-12, ee 1-15 列举 出 几 个 有 代表 性 的 分 子 结构 。 首先 看 一 下 碱 基 的 代表 腺 叶 叭 的 Cu(I) 络 合 物 (图 1-12)。 ee 7 。 下 下 cS. a2) “结构 1-12 [Cu,(Ade~) ,(H,0) 218047 这 个 络 台 物 中 腺 嗓 叭 的 N(9) 脱 质子 后 的 阴离子 OF Ade- 表 示 ) ， 人 恰好 与 醋酸 铜 (I)[CCu(CHsCOO-)4(HzO)z] 中 的 醋酸 根 CH,COO- 相同 ， 两 个 Cu(I) 横 跨 着 ， 由 N(C9) 和 N(3) ZEA © © A1-13 AMD (Se%e) #Aa wha Tas ee 18 e #7, —* Cull) 的 平面 内 有 4 个 供 体 原 于 ， 在 N(3) RNC) 至 各 有 两 个 ， 在 平面 上 下 的 HLO 分 子 与 相 邻 的 Cu) 以 极 小 的 他 距 排列 着 。 醋 酸 铜 〈I) 的 CU 一 CU 间距 非常 短 ， 为 0.264nm， 在 Ade $f yy) 0,295nm 稍 长 * 一 些 。 另 一 核 普 络 合 物 的 例子 是 铂 〈I) nH (4D AAD, MA 1-13 ras. WAstCPt(L)X,(NH;), 12 (x; Cl -等 易 从 配 位 处 离开 的 配 位 体 ) 的 络 合 物 显示 有 抗 癌 作 用 ， 其 原因 是 DNA Ay Se oe SE A CI) 的 相互 作用 。 从 模式 研究 的 意义 上 来 看 ， 它 是 值得 注意 的 络 合 物 。 在 结构 上 , 有 的 Pt(I) 络 合 物 是 平面 四 配 位 型 的 ， 两 个 位 置 是 乙 二 胺 的 歼 合 配 位 ， 其 余 的 两 个 位 置 是 2573 (6H F fEN(7) 上 的 配 位 。 从 图 1-13 中 还 看 不 清楚 ， 可 再 看 其 结晶 结构 (图 1-14), HPSS 核 ) 背 与 Pt(I) 通过 N (7) 单 配 位 ， 其 0(6) 与 相 图 1-14 ad) (3H). 邻近 的 Pt(I) 上 配 位 的 乙 二 胺 的 氨 ra Rana Bios Oe eligi 这 种 由 和 氢 键 架 桥 的 铂 (I) (和 鸟 H), 络 合 物 是 在 一 级 结构 上 发 展 了 的 结构 。 从 这 种 PtCI) 络 本 和 让 和 DNA 若是 直接 和 Pt 络 合 物 连 接 ， 尽 管 其 相互 作用 的 性 质 是 危 e 的 ， 但 或 尘 对 我 们 还 是 有 些 启发 的 ! s# RUA “MAK, RR. —#SA e 19 e 图 1-15 WEE GIMP) 的 Co(I) 络 合 物 的 结构 示意 ， 肌 TRALEE Cl Zee RAB NH, 单元 ) 。 因 此 ， IMP 与 AMP 同 是 一 种 核 背 。 从 图 上 很 容易 判断 ，Co(I) 是 六 ros - oy we 0(9) */ 图 1-15 (Co()IMP(H,0) 5 的 分 子 结构 Ms 配 位 正八 面体 ， 直 接 与 IMP 的 N(7) 相 结合 。 剩 下 的 配 位 体位 置 全 是 HO (图 中 标示 为 W 的 ) 。 配 位 水 分 子 与 IMP 的 90(6) - 以 及 磷酸 的 2 个 O 原子 "之 间 ， 形 成 所 谓 分 子 内 和 氢 键 ,. 看 来 这 有 利于 络 合 物 的 稳定 。 as DNA 和 各 种 金属 离子 的 相互 作用 现在 来 考察 一 下 构成 DNA 等 核酸 的 小 材料 分 子 与 各 种 金属 离子 形成 的 络 合 物 的 结构 。 各 种 金属 离子 对 于 DNA, 表 现 出 怎样 的 相互 作用 呢 ? 图 1-16 比较 了 几 种 2 价 金 属 离子 对 于 DNA 咨 解 的 影响 。 将 DNA 溶液 加 热 ， 由 于 温度 的 升 高 ， 碱 基 对 之 闻 的 氢 键 遭 破坏 ， 双 螺旋 结构 随 之 拆散 而 变 成 单 链 的 DNA- (变性 © 即 磷 酸 中 的 O0(8) 和 0O(9)。 一 一 译 者 © 20 e _DNA)。 这 种 现象 就 叫做 熔 解 ， 这 时 的 温度 称 为 熔点 (melting temperature) Tm。 通 常 通过 核酸 的 碱 基部 分 在 260nm 附 近 的 吸 收 带 的 强度 变化 “变性 随 着 增加 ) 来 测定 Tm. 由 图 1-16 看 出 ， 当 念 属 离子 浓度 绞 小 时 ， Tn 变 化 与 金属 离子 的 种 类 没有 关系 ， 甚至 极 微量 的 任何 金属 离子 都 会 使 Zn 上 升 。 了 ( 症 六 一 一 一 一- 一 OFS TOS (20°25 3.0% $24.0 摩尔 wir /ONA(P) FAI-i6 各 种 2 从 党 电离 子 浓 度 与 DNA 的 Te 全 关系 © (G.L.Eichhorn et al,,“Siudies on Metal Jons and Nucleic Acids” in “Effects of Metals on Celis, Subcellular Elements,and Mae- romolecules, ”Jack Maniott et ai.,eds. Charics C. Thomas publ!- isher, Springfield (1970), p.88] | 金属 离子 浓度 变 大 时 ，DNA 的 Ta 孝 转 而 下 降 ， 这 样 的 金属 离 子 有 Cul), Cdl) 等 ， 也 有 的 金属 离子 浓度 相当 大 时 ，Tm 只 是 连续 地 略微 地 上 升 ， 这 样 的 金属 离子 有 Mg(I)、Co (1), Ni (DS; 还 有 的 ， 如 Mna(CI) 和 Zn(CI)，、， 则 处 于 上 述 两 种 之 间 . 的 中 间 状 态 。Tm 的 上 升 。 可 能 是 金属 离子 容 AM DNA HH RA 合 ， 使 带 负电 荷 的 磷酸 基 之 间 的 相 斥 作用 减弱 ， 双 螺旋 结构 因此 ° 21 ° 硒 变 得 稳定 。 在 Tm 下 降 时 ， 维 持 DNA REAM ME Hz 间 加 入 了 与 氢 键 相 竞 争 的 金属 离子 ，DNA 的 结构 因而 变 得 AAP 定 。 由 于 金属 离子 种 类 不 同 ， 即 使 其 相对 于 DNA 的 KERS. | 也 只 有 易于 与 磷酸 根 的 氧 原子 相互 作用 的 Mg (I) Ga Hy fh Tad 上 升 的 效果 。 相 反 地 ， 对 碱 基 对 的 工 性 氮 原 子 亲 和 竹 极 大 的 蜂 Cu(I)， 使 Tm 下 降 的 作用 颇 为 显著 。 下 列 人 金属 离 子 对 碱 基 的 亲 唱 和 性 ， 按 顺序 依次 增 大 ; Mg{(i);B+ ---====M)HgA:Bs- Boars:-- = __LMneHaArBs…] [EMUILSJILAJLBJR pqyT,S…， 是 络 合 物 申 各 成 分 的 摩尔 数 ，p8oars… 是 络 合 物 总 稳定 党 数 Coveralstability constant)。 近 来 多 采用 电子 计 oe ATCA, SACHA p. dq, ft, soe I Ei, :以 数码 表示 相应 成 分 的 摩尔 数 » 仍 如 ， 南 Cu(I> SH*,A, BAK 的 系统 此 成 Cua, 时 ， 其 络 合 物种 类 为 1020, 稳 定常 数 BU Biezo。 又 如 配 位 体 A -的 质子 化 常数 “ 酸 离 解 常 数 的 倒数 ) 是 Bore Boaro oth, 备用 的 还 有 描述 各 阶段 平衡 状 态 的 分 步 稳定 常数 《step- 《2 一 工 ) wise Stability constant)K,, K,, +++ ， 或 是 配 位 体 的 酸 离 解 常 数 (aciddissociation constant)Ka Ka …: sah [MA] Pens ‘> [MICAI rea _ _(MA,]_ MA + A= WIA, 4 4 [TMA]LA] Kat KS 3 (87 £a2, HA HiaA as [HA] 有 了 这 些 常 数 ， 就 可 以 求 得 各 种 络 台 移 的 SHES At pH 的 pax Ri No 现今 AK} 这 类 te Ba fi ‘Sah RF Jy} BAR, 已 由 Siilen、 Marte- i1* 和 Martelli, Smith** 72 2 成 集 用 电子 计算 机 模拟 血 桨 中 的 平衡 血浆 若是 能 够 达到 近似 的 平衡 ， 只 要 知道 各 络 人 各 物 成 分 的 稳 “， 定常 tar MKD A 金属 离子 和 多 种 、 量 的 配 位 体形 成 的 多 金属 = 多 届 位 体 体 系 PA ar IEF a system), 因此 用 实验 方法 了 RAED | 之 间 的 平衡 情况 几乎 是 不 可 能 的 。 为 此 ,最 近 采 用 由 氨基 酸 ! 有机“ 酸 等 小 分 子 配 位 体 及 与 芝 结 合 的 一 些 金属 离 乎 错 痪 的 模型 体 系 ， 重 或 在 此 体系 中 加 入 血清 白 蛋 自 的 模型 体系 ， 通 过 这 类 模型 体系 分 别 每 到 了 利用 稳定 常数 进行 电子 计算 机 模拟 实验 的 报告 。 注 意 He fil FA FE Tt setae iis 始终 注意 这 是 一 个 模型 体系 ET WS 水 分 子 络 合 物 的 相对 含量 ， 也 可 以 永 得 全 作 机 汪 站 仆仆 人 有 关 游 离 金属 离子 的 浓度 等 有 用 的 数据 。 以 Mn(I), Fe(Il), Cu(I)、Zn(I) 等 了 种 念 属 离子 与 氢 基 酸 等 40 种 小 分 子 配 位 体 组 成 一 模型 体系 (pH7.4; 离 子 强度 工 = 0.15; 37")， 由 此 求 得 的 数据 ， 部 分 列 于 表 2-3. me 由 表 2-3 可 见 ，Cu(I) 几 乎 全 部 是 以 CuCHis); 和 含有 组 :所 酸 的 混合 配 体 络 合 物 形 式 存在 ，Zn(I) 主要 存在 于 含 半 胱 氨 酸 的 络 合 物 中 ;Fe 下) 几乎 全 部 形成 柠檬 酸 络 合 物 Fe(citrate)OH) 。 一 一 一 - 一 -一 一 一 - 一 -一 一 一 一 - -一 一 一 - nn e L.G.Sillen,A.E.Martell, Stability Constant of Metal-Ion Com- plexes,Supplement No.1,the Chemical Society. 1971 +e A.E.Martell.R.M.Smith, Critical Stability Constant, Vols. I~, Plenum Press, 1977 e 34 。 4 a z ! ; : H2-3 AKRKALPSHRAS OMAHA (pH 7.4;1=0.15, 37°C)** —CuMssts | Cu(CysSSCys) (His) ~ Cu (H) (CysSSCys) (His) Cu (His) » Cu (His) (Thr) Cu (His) (Val Cu (H) (His) (Lys) * Cu ‘Aia) ) His) Cu (L's) (Ser) Cu TGs) (Phe) Cu ‘Gly; (His) Cuxiiisy (Leu) Cu (Gla) (His)* = Cu ‘Glad (Tiis} ~ Cu (H) Hiss (Orn)* Cuihisy> Zach); oxalate -草酸 根 离子 、 PP.M.May,P.W.Linder,D.R.Williams,J.Chem.Soc.，Dalton Trans.. DaltonTrans., VI 外 不 : Fe( ll) 的 浓度 分 别 为 10-2，10-"，10- 全 摩尔 / 升 。 计 算得 到 的 与 氨基 酸 e 35 。 -结合 的 金属 离子 所 占 该 金属 总 量 的 比例 为 ， Ca (IT) 99% Bt, | Zn(1)95%W Eb, Fe( 焉 ) 约 100%。 与 此 相反 ,在 Cu(I)、 毛 基 酸 、 血 清 据 蛋 折 组 成 的 体系 中 ， 得 到 的 结果 是 ， 大 部 分 的 Cu(ID WCuUEEED (8.9%), Cul G#A).691.3%), 与 氛 基 酸 结合 部 分 仅 在 0.7% 以下。 a 以 上 所 述 始终 是 对 模型 体系 进行 的 咪 拟 ， 若 是 不 考虑 那些 其 平衡 常数 未 知 的 终 合 牧 的 形成 反应 ， 它 就 提供 了 有 关 微 量 金 属 离 子 在 血浆 中 存在 形式 的 有 益 信 息 。Mo、Coe 在 生物 体系 中 也 是 .必需 的 ， 但 是 它 在 血浆 中 的 浓度 比 Fe、Cu、2m 更 低 《〈 表 2=2) 因 此 缺乏 定量 方面 的 资料 。 金属 离子 在 生物 体 中 的 运输 和 几 存 形态 血清 自 蛋白 ， 血 清白 蛋白 是 血浆 运输 者 中 的 多 面 手 ;， 除 了结 合金 属 离子 外 ,还 可 以 和 胆固醇 (cholesterol), HH (steroid) FERS 《fatty acid) SAE, 维 竺 它们 在 水 中 的 溶解 状态 ， 同时 -担负 着 运 得 任务 。 它 的 分 子 量 为 88000， 是 血浆 中 最 多 的 一 种 蛋 白质 〈 表 2-1) 它 具 有 像 吸 墨 水 纸 那样 强 的 可 和 各 种 物质 相 结合 的 能 力 。 血 清白 蛋白 的 这 种 性 质 , 是 由 于 其 氨基 酸 的 排列 , 使 得 小 分 子 物质 能 够 很 顺利 地 进行 和 它 非 共 价 键 相 互 作 用 *( 参 见 2.2) 。 例如 牛 的 血清 和 白 蛋 和 白 分 为 三 个 区 域 (domain) 区 域 1 是 Cu(I)- 的 结合 部 位 :区域 2 是 Lys220 的 O--NHYI 基 对 言 级 脂肪 酸 的 结 oir, Kit 3 是 Tyr408 和 Lys411 对 低级 脂肪 酸 的 结合 部 位 。 i ee =- * 非 共 价 键 相互 作用 (ncn-covalent interactiony 正 如 字面 所 示 ， 汪 共和 价 BU ,外 的 结合 形式 ， ABRRMAA. BRS HE (dipole-dipole interaction), #ixk 2 间 的 相互 作用 (hydrophobic interdction)@, ZRAATRAFRMBSACHH eH 。 哟 名词。 结合 的 强 弱 受 离子 强度 、 介 电 当 数 等 环境 条 件 的 影响 。 AREA BA 水 区 域 中 进行 的 有 效率 而 又 迅 琅 的 酶 反 实 和 让， 这 类 相互 作用 有 极 重要 的 意义 。 (ZL E. Frieden, 3.Chem.Educ., Vol.52,p.754, 1975. BAA 2.2.) ° 36 。 血清 白 蛋 白 与 Cu 的 结合 情形 ， 已 得 到 详尽 的 研究 。 牛 、 大 BRA AWB ABAAS 1B 24 个 氮 基 酸 排 列 次 序 如 图 2-38 所 示 。 ww Asp-Thr-His-Lys-Ser-Glu-lle- la~His-Arp-Phe-Lys- gis: Glu-Ala-His-LYS-Ser-Glu-Ie-Ala-His-Arg-Phe-Lys- 犬 Asp-Als-His-Lys-Ser-Glu-Val-Ala-His-Arg-Phe-Lys- iat des Asp-Leu-Gly-Glu-Gln-His-Phe-Lys-Gly-Leu-Val-Leu R Asp-Leu-Gly-Glu-Glu-Asn-Phe-Lys--Ala-Leu-Val-Leu H2-3 MRASANRERAIM CBREANAE BR Ht 烈 方式 ， 牛 、 大 和 白鼠、 人 、 犬 的 都 相同 ) Cu) 5 NWR 3 个 氨基 酸 残 基 相 结合 。 由 图 2-3 可 见 ， 除 了 犬 以 外 ， 其 他 三 种 血清 白 蛋白 〈 牛 、 大 BM. AWMWAEA) 的 第 3 个 氨基 酸 都 是 组 氨 酸 ， 也 许 这 里 BUEN AMAL Cu) 特异 结合 的 部 位 。 事 实 上 ,人 血清 白 蛋 白 与 CuCl) 的 1:1 络 合 物 在 525nm HAA TE 收 值 ， 在 CUD 的 一 位 位 置 上 有 4 个 氨 原 子 ， 说 明 上 述 解释 与 事实 是 相符 合 的 。 由 于 这 个 光谱 与 CutI) - Gly-Gly-His 的 光谱 非常 相似 ， 因 而 推 测 Cu(I)- 血 清白 蛋白 的 配 位 结构 如 1。 te 有 趣 的 是 ,在 犬 的 血清 白 蛋 白 中 第 3 号 氢 “T (° | ERERABRE TARR, Cu(I) 的 tg vee 浓度 对 于 大 白鼠 没有 什么 影响 ， 对 于 厂 的 则 有 影响 。 可 能 是 由 于 大 的 血清 白 蛋白 Lo 缺少 这 个 组 氨 酸 ， 失 掉 了 Cu (I) 与 血 入 铺 白 蛋白 结合 的 特异 性 ， 导 致 Cu(I) Ca(Gly+Gly-His)- 2 37 e L 运输 能 力 风 降 低 ， 进 而 减弱 了 对 于 Cu(I) WHE. 运 铁 蛋 白 ”在 100 毫升 人 血浆 中 约 含 40x 10 3 克 运 铁 蛋 白 。 这 种 蛋白 质 是 分 子 量 约 为 80000 的 有 B 球 蛋 自 ， 每 二 分 子 利 含有 2 个 FeCl) 原子 。Fe( 亚 ) SEARAACRRER, RHESH 的 Fe( 亚 ) 进行 交换 。pH 由 了 下 降 到 5 时 ，Fe( 焉 )》 容易 解 离 。 Fe( 亚 ) 与 蛋白 质 的 3 \MABRRENBEAWR 2pAR BRE 的 咪唑 氮 相 结合 ， 剩 余 的 一 个 配 位 位 置 南下 CO3 BRL, Heo 其 配 位 结构 如 图 2-4。 图 2-4 推测 的 运 铁 有 蛋白 的 配 仔 经 和 杨 (R.E.Feeney,S.K.Komatsu,in “Structure and Bonding” Vol.1,p.149,/1966) BABA ON Pel) Kies, EAR, 而 幼 红细胞 〈 即 未 PRAMWOEL fii —— PERE) AFUE PR IE Pe aS a, 波 循环 时 吸附 在 幼 红细胞 表面 ，Fe( 下 ) YE Ar SA BB, 38) T 血红 素 中 。Fe( 亚 )》 就 被 还 原 为 FeCI)。 失 掉 Fe(IT) ie RH ° 33 ° . 划 从 平 述 铁 蛋 自 的 铁 贮存 体 中 再 次 获取 Fe( Il) 铁 蛋 白 ;; 铁 蛋 白 (ferritin) 是 存在 于 肝脏 、 脾 脏 中 的 蛋白 i, 含有 Ee( 亚 ), 分 子 量 约 为 .900000， 每 摩尔 中 售 的 Fe( 亚 ) 数 目 为 .4500。 失 去 了 Fe( 焉 ) 的 脱 铁 蛋 白 * Capoferritin) -分 村 量 约 450000 一 480000。 人 体内 的 铁 约 有 .70%% 存 在 于 血 . 红 重 月 (he- moglobin) 中 ， 约 有 20 一 25%% 贮 存 于 铁 蛋 自 中 ,， 其余 存在 于 不 溶性 的 含 铁 血 黄 素 (hemosiderin) 颗 粒 中 (人 参 见 1.4)。 在 铁 蛋 AREA Fel) TWAT HAAR, HR, Aas 月 SAN MARSEAAK, SRREACM, KREAARIERRAN 贮藏 库 , :或 许 是 Fe( 亚 ) 形成 水 合 氧化 物 , 生成 结晶 性 的 壳 , 人 恰 好 与 蛋 自 质 的 间隙 吻合 。 怎 样 将 Fe( 亚 ); HAWKMABR, 18 是 曾 发 更 铁 还 原 酶 〈ferrireductase) 可 以 从 铁 蛋 白 中 将 Fe( 焉 ) ”还 原 成 Fe(I)， 而 游离 出 来 。 因 此 ， 可 以 断定 ， 将 Be《 焉 ) 一 还 原 成 Fe(I), 即 可 使 Fel) 与 铁 蛋 白 相 分 离 。 血浆 铜 蓝 蛋白 〈ceruloplasmin) KPEARRATFAKR 许多 动物 的 血浆 中 。 是 分 子 量 约 150000 的 .B,- 球 蛋白 。 HOR KitSewmss 8%，Cu 约 占 0.3%。 每 分 子 铜 蓝 蛋白 含有 8 个 Cu, 已 知 其 中 有 2 个 蓝 铜 “, 2 个 非 蓝 铜 ， 以 及 4 个 ESR 非 检 出 铜 ;人 (会 见 2.4)。 至 少 有 -- 半 的 .Cu 呈 Cu (CI) 状态 。 血 浆 铜 蓝 蛋 吾 在 血液 中 不 只 是 铀 的 运输 者 ， 同 时 也 是 贮藏 者 或 捕捉 剂 。 由 于 cu 在 食物 中 含量 较 丰 富 ， 押 以 必须 要 有 防止 在 体内 蓄积 的 机 构 。 专 缺 少 这 种 机 构 ， 或 是 这 种 机 构 不 能 很 好 地 发 挥 作 用 ， 则 ;Cu 就 会 在 体内 的 肝脏 、 肾 脏 、 脑 等 处 过 多 地 蓄积 起 来 ， 从 而 引起 脏 器 * ， 脱 辅 基 蛋 白 (apoprotein) 、 脱 输 基 酶 蛋白 (apoenzyme) 是 从 蛋白 质 〈 复 含 蛋白 Si) RAMEE (prosthetic group) (如 下 例 的 Cu(I)， 人 细胞 色素 类 的 血红 素 等 》 或 «SB (coenzyme) 〈 相 当 于 易于 解 离 的 辅 基 NAD、EMN) 的 蛋白 质 部 分 。 原 先 的 蛋白 质 称 为 全 蛋白 质 (holoprotein) 或 全 酶 (holoenzyme), apo 表示 “离开 ”、“ 分 离 ”， 下 ol1(6) 表 示 “全 体 的 ”"、“ 完 全 的 ?意思 * 铜 蓝 蛋 所 中 ， 显 蓝 色 的 称 作 蓝 铜 ， 反 之 则 称 为 非 蓝 铜 。 一 一 译 者 e 39 e 变 。 这 种 病名 叫 Wilson 氏 病 ， 是 一 种 允 天 性 疾病 ,是 因 患 者 if. ne. 的 血浆 铜 蓝 蛋白 不 足 而 引起 的 。 治 疗 Wilson 氏 病 使 用 D- 霉 胶 (8, 8- 二 甲 基 半 胱 氮 酸 ), 疗 效 显 著 。 如 有 果 还 不 能 除 反 Cu, nee 乙 撑 四 胺 (Trien) ABFA BEF. Mie Hs We 白 还 是 能 将 Fe(I) 氧化 成 Fe(M) 的 氧化 酶 。 但 是 对 这 种 玛 白 所在 生理 学 上 的 意义 ， 还 不 甚 了 解 。 血浆 铜 蓝 蛋 白 中 Cu 的 结合 部 位 ， 据 推断 是 组 氨 酸 的 号 三 氮 以 及 半 胱 氨 酸 的 纺 基 ， 但 是 还 不 太 有 把 握 。cCu 是 血浆 REA 的 一 个 构成 要 素 ， 在 活体 内 不 能 与 Cu(I) 离 子 交换 。 但 在 体 外 ，, 可 以 将 Ca(I) 全 部 还 原 成 Cu(I)， 与 外 部 的 CuCl) 22m, pH 到 等 电 点 以 下 时 ， 用 CN- 离子 处 理 ， 失 掉 Cu 以 后 就 得 到 脱 畏 基 蛋 白 〈 脱 辅 基 血 浆 铜 蓝 蛋 白 )。 as 2.2 FRAT MCE Rin PAE Ee, BOBS RS Zn(I) 的 动物 ， 发 育 迟 缓 ， 生 殖 器 的 发 育 及 生殖 机 受 障 阻 ， 智 力 识 钝 ， 等 等 。 现 今 已 知 多 各 酶 “主要 是 水 解 酶 ) 的 活性 中 心里 含有 Zn(I)， 酶 的 结构 与 反应 机 至 也 正在 被 前 明 。 但 是 ， 上 述 病 症 和 Zn(I) ERMA AMORA DRAM. 含有 金属 的 酶 ， 通 常 可 分 为 两 类 ， 一 类 是 金属 与 蛋 自 质 强 红 不 等 地 结合 而 成 的 金属 酶 , 另 一 类 则 为 必须 由 金属 才能 激活 的 酶 。 为 了 辨别 是 不 是 金属 酶 ， 随 着 酶 的 纯化 ， 人 金属 对 蛋白 质 的 比 箱 增 大 时 ， 必 须 注意 金属 含量 与 酶 的 活性 之 间 有 无 直接 的 影响 & 有 Zn) Wee Zn) 蛋白 质 络 合 物 ， 其 解 离 常 妆 药 107? 摩尔 / 升 或 更 小 。 已 经 弄 清 楚 性 质 的 锌 酶 如 表 2-4 所 示 4H 1.2 所 述 ， Zn(I) 是 四 面体 的 配 位 结 稳 ， HAS Di BE eR 基 的 咪唑 基 ， 谷 氨 酸 残 基 的 YIRIL, WOE MRR WE e 49 e Ae / (SH). 在 蛋白 质 内 部 疏水 区 域 中 ,Zn(I) 作为 强 路 易 斯 酸 而 作用 六 广 物 。 在 生物 体内 的 .Zn(I) 不 参与 伴 有 原子 价 变化 的 反 应 ， si a-nation 电子 ， 例 如 催化 水 解 反应 。 让 此， 举 出 已 充分 研究 了 其 结构 与 性质 交锋 酶 ， Koti Zo (1) 的 结合 形式 与 机 能 。 # 2-4 2 a : . 4 降 | pete | 分 子 且 下 次 肽 酶 A Cf Age WE | 34500... >| 1 1 WAG B | For | g4000 ie arts a 25 BKB | 年 水 晶体 | 324000 1 2 1 | 猪 肾脏 人 ”1 80000G . | 6 MAE BS WA KAIF EY) 37500 Sag hai Bak VE 198 BR CBR) BG 大 肠 菌 | sooon | 2 | 碳酸 陪 水 梅 B AEA ie | 266u0 : 1 1 oe St | 31000 7 1 We Ee Hie 7K Bg C 红 on | $2600 | 1 E, AG Hh | y Fri | 87000 | 4 RNAP me fa A ; a ; 80096 ics | | - KYB | 135000 | 8 DNAR & | AB | rog000 eae | | 7a ik BA FPe ik Bg B 生物 体 摄取 的 蛋白 质 经 各 种 蛋白 水 解 酶 〈 和 蛋白 酶 pfotease) EFA, DHARIR. 14, HAAN SRAM Cpepsin) 将 蛋 自 质 水 解 为 长 链 的 多 肽 。 这 些 多 肽 进一步 被 水 解 ,起 乍 用 的 酶 有 : 内 切 酶 〈endopeptidase) 将 肽 链 内 部 的 肽 键 水 解 ， 肽 链 端 解 酶 〈exopeptidase) 一 一 将 肽 链 的 N AU C 末端 的 肽 键 水 解 。 AW AIS TP MINA RR BA (thermolysin)， 不 含 金 属 的 e 4] « FAAS BH (chymotrysin) iRBAR (trypsin), 肽 链 端 {28S le FEES SRA (aminopeptidase) FUFxB RK EB (Carbo- xypeptidase) 。 这 些 酶 的 作用 部 位 * 表 示 如 下 : R! R?2 | sien NH,—CH-—CO—NH::---- NT 一 志 sO an ， teneee CO 一 个 t tC 72 kB A 和 也 氨 肽 酶 ” 哮 热 菌 蛋白 酶 , PRAZAM. REA 3 “7 R a | NH—CHCOO- JIMA EE A. SRK. IRS CRM BEAK, FER 羧 肽 酶 ACCPA) 对 于 C 末 端的 残 基 中 含有 芳香 基 或 疏水 基 《〈 脂 ， 肪 族 碳 链 ) 的 L- 氮 基 酸 有 专 一 的 作用 。 也 有 一 种 羧 肽 酶 可 作为 酯 的 水 解 能 化 剂 。 从 牛 胰 脏 中 得 到 的 羧 肽 酶 A〈 图 2-5) 是 由 一 个 ， Zn(1) #4 307 个 所 基 酸 组 成 ，N 端 氨基 酸 是 工 - 丙 氮 酸 志 这 仿 酶 是 用 X 射线 分 析 法 (分辨 率 0.20nm) 探 清 结构 的 第 一 个 金属 梅 。 其 结构 见 图 2-5。 它 的 大 小 为 5Xx4.2x3.8nm; 近乎 球体 ， 约 .1/3 RRA, 41/2 RUE (SR1.2), RR MAAVTENERK, WARAAH (参见 1.2)。 活 性 中 心 位 于 表面 附近 的 裂纹 (cleft) we BY Ae (revice) Ah, 4 HH 中 , CE SMBAH HY His69、His196 的 OK MER M1 Glu72 Hw RE 氧 配 位 。Zn(I) MARL HO, BAe Ie 4 Oe ik 结构 。 用 X 射线 分 析 ，- 它 是 羧 肽 酶 A_ 和 模型 底 物 的 络 & wy, Bish EMS#Ew*. HERS IMA MAM eR, BR 。 这 些 酶 由 二 氨基 酸 残 基 的 侧 链 及 HER SRE RRR 4 * enzyme-metal-substrate complex (Si-2R-KWASD) 的 简称 。 酶 反应 Bt, GECE) MUMS) BRT KA Sy (CScomplex), #MNSRM, WAHSR M, 就 形成 酶 -金属 - 底 物 络 合 物 。 5 e 42 。 —— oF i - ee ee 2-5 KERR OA 的 结构 (W.N.Lipscomb, J.A.Hartsuck, F.A.Quiocho, G.N.Reeke, Prac. Natl. Acad.Sci.U.S.A.Vol.64, p.28, 1968) 助 我 们 理解 反应 机 理 ， 底 物 是 用 水 解 速度 比 普通 肽 慢 10: 倍 的 甘 氨 酸 - 工 - 酷 氮 酸 。 (0G1ly"L-Tyr)。 其 EMS 络 侣 物 活性 部 位 的 结 ARMA 2-6。 乍 这 一 结构 中 可 见 ,Gly.L-Tyzr 从 酶 的 活性 中 心 裂 禾 处 插入 ， 其 C 疯 的 二 COO- 基 与 Argl145 的 县 基 以 静电 结合 ,得 活性 中 心 男 定 下 来 。 底 物 酷 氨 酸 残 基 的 侧 链 ， 人 恰好 被 特殊 的 琉 水 穴 装 进 去 ,这 下 说 明了 底 驳 的 专 一 性 。 肽 键 的 >C= 0 基 取代 了 与 ZCI 配 位 的 水 分 子 而 与 .Zn(I) 相 结 合 。Tyr248 Sew ZEN fp ale 颖 的 外 侧 ， 形 成 EMS 络 合 物 时 ， 反 转 过 来 伸 向 活性 中 心 的 内 e 43 。 侧 。 在 蓝 水 环境 中 ，Zn(I) 吸引 电子 的 能 力 极为 有 效 地 传递 到 肽 键 。 键 的 切断 如 下 图 所 示 是 Glu270 与 参加 反应 的 水 分 子 直 接 图 2-6 ki A 和 甘氨酸 - 工 - 酷 氨 酸 络 合 物 模式 (W .N.Lipscomb,G.N.Reeke, J.A.Hartsuck, F.A.Quiocho, P.H.Bethge, Phil. Trans. Roy, Soc.Lond., Vol.B257, p.177, 1970) 作用 ， 向 Tyr248 供给 质子 而 完成 35 用 和 射线 分 析 结果 来 解释 酶 反应 的 机 理 当然 是 重 要 的 ， 但 是 要 注意 ， 这 样 得 出 的 绪 构 终究 只 是 酶 的 固体 状态 ， 是 静止 的 东 西 。 在 实际 的 反应 中 ， 并 不 一 定 完全 与 此 相同 结 人 臻 参见 3.1) 。 有 关 羧 肽 酶 A 的 Zn(I) 被 其 它 过 渡 金 属 离子 置 e 44 。 Ale 0 co tan = R-CmNHR’ SoasS-R-C—NHR? OH oon Cy Hi Nu 2 ) . “==. Glu 270 conser a Glu 270 C00H Tyr 248 | / No ‘he De 为 1 2 Poa PR R-c 十 Ha-Rr ‘ae \ HO HH 一 0 "Tyr 248. Tyr 248 换 时 的 酶 活性 、 各 种 光谱 以 及 酶 的 化 学 修饰 影响 酶 活性 等 的 研究 成 果 , 有 助 于 了 解 酶 的 反应 机 理 。 将 Arg145 用 双 乙 酰 基 修 饰 后 ， 肽 酶 活性 降 为 “ 零 ”, 而 酯 酶 "活性 则 提高 3 一 4 倍 。 对 于 包括 Tyr248 在 内 的 酷 氨 酸 残 基 的 修饰 ， 也 显示 相同 的 结果 。 这 表明 Argl45、 Tyr248 对 肽 酶 的 活性 都 是 必需 的 。 就 Arg145 来 说 ， 由 于 它 与 底 物 的 静电 结合 引起 了 结构 上 的 变化 。 当 然 ， 组 氨 酸 残 基 、GIu 270 的 化 学 修饰 也 会 使 酶 失去 活性 。 用 Cu(I) 置 换 酶 中 的 Zn(I)， 肽 酶 活性 会 提高 2 倍 以 上 。 * FRR (esterase) 2 fié 2k ft AR. e 45 e 若 用 Mn(I)、Fe(I) 置换 时 ， 其 活性 就 降 到 1/3 以 下 。 BAA HE, CuCl) 凑 肽 酶 的 肽 酶 活性 、 酯 酶 活性 等 都 是 “ 零 2。ESR 光谱 表明 ，Cu(I) 在 本 质 上 为 平面 结构 ， 它 没有 活性 的 原因 可 能 是 由 于 EMS 络 合 物 的 立体 构 型 以 及 过 渡 状 态 不 同 而 反映 到 本 的 活性 上 来 。 LEeh, FRAKES BCCPB) AURA AME, ECWCit A ARR MARR MIKASA s RKB BSRKBA 422 LPR EAL, APRS ERABRE, 可 以 断定 不 会 只 有 一 个 纺 基 与 Zn) BE, FREE MERE 的 不 同 ， 在 与 姿 钛 酶 A 访 水 穴 相 对 应 部 分 ， 估 计 存 在 着 与 精 氨 Re. RISA A IER TMA SA St AR AB EE BY Y-COO- %, (ARES TREAD. Ce 7h Bada El G8 22g EAM (thermolysin) FMF eh, 是 一 种 对 热 PEW Ae. MRE AKT i Bacillas thermop- roteolyticus) #2) G REAR, 37 Hy 37500, 每 一 分 FRAIL ZnCl) 和 4 个 Ca(I)。 它 是 可 以 将 肽 链 内 部 的 键 水 RAIS AWAS, MSCS AAR I Ww ee LARK 的 氨基 酸 残 基 作 为 N 端 的 肽 键 起 作用 。 用 ;1 10-SE Zn? 夺 走 ， 酶 区 失去 活性 ， 但 仍 保持 热 稳 定性 。 若 净 2Zm(ID7 重 新 加 六 到 这 个 酶 中 ， 酶 又 完全 恢复 活性 。 这 样 就 判明 本 Zn) 2S 现 活 性 所 必需 的 。 若 是 用 EDTA % Br A 1 47> CaCl) #14 Zn(I) 全 部 去 除 ， 恢 复活 性 就 很 困难 了 。 part 将 哮 热 菌 蛋白 酶 用 X 射线 进行 结构 分 析 (分辩 率 0.20nm)， Ty LR “IA” AAPM, Za 就 位 于 “ 沟 内 “图 2=-7)。Zn(I) 与 蛋 月 质 的 结合 ， 是 由 His142、His146 的 两 个 咪 唑 损 以 及 Glu166 的 Y- 羧 基 氧 杞 们 的， 与 凑 肽 酶 上 相同 (图 2=8)。 ° 4§ 。 as \ 2 图 2-7 Se APES RAT TS i Ps a A (B.W .Mathews, J.N.Jansonius,P.M.€olman, B.P. Schoenbrun, D.Dupurque, Nature (New Biol.), Vol. 238,p.37,1972) 第 4 个 配 位 位 置 可 能 是 由 HLO 占据 ,在 Zn(CI) 的 周围 形成 畸变 四 面体 。 由 于 不 可 能 进行 EMS 络 合 物 的 X 射线 分 析 ， 因 此 对 于 Zn(l) 参与 位 于 活性 中 心 附 近 的 各 种 氨基 酸 残 基 的 反应 还 不 清 8 47 e Fé 但 是 FE» MEA ae Ny Za 可 以 看 纳入 ki iat A 中 的 Glu270 的 Sr NA “ “Ee Ao we vs a v3 es LS ch tet 2 os Ni i? ”可 ie 锚 2-3 If SABIEE are ty Bist (P.M .Coiman,J.N.Jansonius, B.M.Matthews, J.Mol. Biol., Vol.70,p.701, 1972) VER ERE, cs Glul43 完成 的 。Axrg145 HBBBS BKC bra EE, 5 PR Are203, EM ee BY Are203 与 Asp170 结 台 ， 而 不 参与 底 物 的 C 端 羧基 的 结合 。 由 于 嘻 热 soi IRA, Meike AWS, Alt CKim7ce ea XPERIA RB, Tyr157, His231 77 7EF IE ME Mii, BLAGMI ANIA, 4 个 Ca(I) ew 2s ae, BK 子 、 和 蛋白 质 的 极 性 基 相 互 作 用 ， 这 样 能 使 酶 结构 稳定 。 TB BT BG 在 生物 体 可 以 将 CO* 和 水 结合 为 CO 《或 亚 COs)， 也 可 以 将 HCO; 分 解 为 CO, 和 OH 、 这 种 反应 在 缓冲 作用 上 有 重 要 的 意义 。 FELIX ALG is, AERP EG CCA) (carbonic an 一 q hydrase), APM AMET i aah, 其 中 发 现 最 早 的 是 EMG. EMPEY AMAA Zeal) RET. AN ah 物 的 红细胞 中 得 到 的 都 是 分 子 量 约 30000 HEEB, deh a 4.701), RRB RMKREACARER EY, 7 10’~10° PEAR / (Ft &>) 。 碳 酸 栈 酶 的 反应 机 理 在 过 去 已 持续 Hoe 了 10 年 以 上 。 量 期 值得 注意 的 信息 都 是 由 Riepe、Wang 经 红外 光谱 测定 得 到 的 。 他 将 牛 的 碳酸 酝 梅 水 溶液 〈pH5.5) 处 于 CO, 的 平衡 状 | 2, RHA, HCO, 的 吸收 峰 在 2341cm-! 与 单独 的 CO, 水 溶液 中 的 2343cem™' fA], BOA, ZEA WRAPS ZO tty FE 活性 蛋 自 质 存 在 下 ，N3 有 2046cm-! 的 吸收 ， 在 有 碳酸 本 酶 存 在 时 其 吸收 向 2094em™! 移动 ,表明 * Ni 与 Zn(I) 直接 结合 。 通 入 CO: 后 的 碳酸 性 酶 水 溶液 中 加 入 Nai, 其 吸收 峰 移 至 2094em™! 但 比 纯 CO, 时 的 2341lcm-: 吸 收 轿 波 数 小 得 多 。 从 以 上 事实 - 见 ， 即 使 碳酸 栈 酶 吸收 CO,, CO, ZnCl) Bie, TE Bt IK RANG 趋向 Zna(I) 配 位 处 于 较 近 的 位 置 。HCOi 与 CO, 不同 ， 能 与 Zn(I) 结 合 ， 模 型 如 图 2-9. 这 里 ，HCO5 的 O- 与 2n(I) 结 合 ， 其 余部 分 存在 于 疲 水 穴 的 沟 处 。 CO, 在 酶 中 进行 水 合 的 机 理 有 两 种 假说 。 其 一 为 ， 蛋 白质 中 的 基 团 “〈 例 如 一 NH+) 脱 质子 化 而 与 Zn(E) Mi, HORE 质 子 化 的 同时 ， 产 生 的 OH- 将 已 有 的 CO: 变 为 HCO3， 估 计 是 HCO; 5Zn(1) Aci. (HAMAR X 射线 分 析 结 果 了 解 到 ， 这 样 的 配 位 体 在 Zn(I) 的 近 处 是 不 存在 的 ， 耐 且 新 的 基 园 在 Zn(I7 配 位 时 ， 不 会 增加 络 合 物 的 稳定 性 ， 上 述 从 说 缺乏 说 服 力 。 还 有 一 种 假说 认为 ， 离 子 化 的 基 团 使 与 Zn(I) 配 位 的 水 分 章 MAAR KMS N,SZn(1) Be, —--i#FF 一 T [2 49 « FA 2-9 Riepe、Wang HY PERS ET BBS rh tes 子 成 为 Za(I) 一 OH， 进 而 攻击 了 在 酶 中 的 CO,。 这 种 假说 有 一 定 的 根据 ， 如 随 着 pH 的 上 升 ， 蓝 的 活性 也 提高 ， 就 说 明了 这 二 点 。 用 图 式 表 示 如 下 ， 有 ZnI 一 OP Hoos Cepia re +. parang pka 728 5 \ 4 Xo wm ° 可 eae tbat = ee di 这 一 机 理 包 含 了 2 个 阶段 的 质子 转 B, EN MA ZnCL)—OH, A | OH Zn()—OH, fj Zn(I) 一 OH 再 生成 Zn(I1)—O—CK ga O 如 何 说 明 这 种 极为 迅速 的 质子 转移 , 还 有 困难 。 对 此 , 如 图 2210 AVES» H:O 分 子 的 高 度 的 有 序 排列 可 以 说 明 问题 。 加 入 Cl- AF Bg ee 50 « 时 的 作用 有 限 碍 ,其 原因 就 是 Cl 与 Zn(I) 的 结合 扰乱 了 这 ' 种 秩 FF. AIPA, CAA ELA CO, 的 水 合 速度 依赖 于 pH， 现 出 在 已 经 了 解 在 蛋白 质 中 存在 的 PKa7 一 8 的 残 基 的 碱 型 浓度 的 比 | 例 ， 脱 水 速度 相 局 的 残 基 的 酸 型 浓度 的 比例 ， 这 或 许可 以 说 明 上 ” 面 的 反应 式 。 图 2-10 在 碳酸 车 酶 活性 中 心 水 分 子 的 排列 用 CO(CIE) 置换 的 碳酸 醋 酶 具有 如 前 述 的 羧 肽 酶 A 类 似 的 酶 活性 [为 Zn(I) 时 的 1/2]， 与 Zn(I) 相同 ，CO(I) 也 是 四 面 体 配 位 结构 。 利 用 可 见 区 吸收 光谱 的 变化 情况 , 可 以 得 到 CO(I) 坚 换 体 的 pKa. 在 人 的 红细胞 里 含有 3 和 C 两 种 碳酸 酝 酶 ， CAB 和 CAC， 已 由 买 射 线 在 最 近 分 析出 来 。 碳 酸 本 酶 C 是 用 分 辩 率 为 0.2nm 的 注射 比分 析 结 果 ， 如 图 2-11 所 示 ， 为 4.1x4.1x4.7nm 的 球状 酶 ，Zn(I) 存在 于 约 1.5nm RHYME, ERS 水 分 子 排列 整齐 。 ss CA = ais au Gs SS 1 iN 1 2-17 人 的 红 细 有 临 中 碳酸 醒 酶 已 的 结构 (A.Liljas, K.K.Kannan, P.G.Bergstén, L. Jarup, S.Lévegren, M.Petef, Nature(New Biol.), ° - Vol.235, p.131, 1972) : 可 以 用 其 它 金 属 离子 来 幅 换 和 菌 的 金属 离子 ， 然 后 比较 两 者 的 稳定 #6 2. SOA cud 换 后 ,其 ESR 光谱 与 2, 2’-—W wie hy Cuc) 络 合 物 相 近似 ， 工 此 能 断定 它 有 3 个 氮 原 子 配 位 。 WX BR oy 析 ， 人 恰好 是 Figg， His95， 和 Hisl18(X 射线 分 析 结 果 申 也 有 认 为 是 His117 的 ) 的 3 个 跌 哈 氮 与 Zn(I) 结合 。 剩 余 的 一 位 置 被 水 分 子 或 OH- 离子 所 占据 ， 在 Zn(I) 的 周围 形成 了 畸变 四 面 体 。 些 外 ， 志 以 和 射线 4 和 它 的 活性 比 碳 酸 配 ， 酶 C HITTER, 4751/20, Bee? RBS B 在 红细胞 让 的 大 aE oF 碳酸 栈 酶 C 要 多 。 两 者 的 氨基 王 排 列 相 似 ， 三 级 结构 ERA 似 。 即 Zn(I) 53 ARBRE His94， ae His119 的 BR 唑 氮 相 结合 ， oe 1.2nm (WHSiis. HO 或 OH 占据 第 四 配 位 位 置 ， 在 Zn(I) 的 周围 形成 了 畸变 四 面体 结构 。 rn 一 Rit vay 非 共 价 键 作用 在 生物 反应 中 的 重要 性 与 酶 的 活性 、 选 择 性 之 间 的 关系 生物 体 中 的 非 共 价 键 作用 Cnon-covalentinteraction) 最 近 颇 引 人 注意 , 轩 为 它 汪 年 物体 显 型 反应 的 高 效率 ,高 适应 性 和 特异 性 的 基础 。 酶 反应 的 高 效率 和 高 选择 性 是 由 于 酶 - 底 物 之 间 微 弱 的 特异 性 相互 作用 造 或 的 。 抗 不- 抗体 反应 的 迅速 和 特异 、 激 素 与 其 受 体 的 结 会 等 多 数 生 物 反 应 ， 必 须 以 非 共 价 键 作用 来 解释 这 些 可 闭 反 应 的 灵活 性 和 快速 性 。 这 种 非 共 价 键 作 用 是 紧密 的 共 价 键 以 外 的 结合 形式 的 总 称 ， 是 氨 键 乃至 静电 相互 作用 以 及 朴 水 基 间 的 相互 作用 。 表 2-5 列 出 蛋白 质 内 的 非 共 价 键 作用 和 它们 的 稳定 化 能 ( 键 能 ) 。 前 述 羧 肽 酶 A 是 靠 静 电 的 相互 作用 与 底 物 结合 ， 才 产生 酶 反 应 特异 性 效果 的 例子 。 即 ， 酶 的 Argl45 的 服 基 和 肽 链 C 端的 凑 EWES, RRM PRK, C 端的 肽 键 是 处 于 易 与 酶 蛋 上 白 其 它 部 分 相互 作用 的 位 置 上 ， 而 且 易 受 Zn(I) 路 易 斯 酸 的 攻 击 。 通 常 认为 这 种 酶 -~ 底 物 间 的 相互 作用 模型 不 只 限于 羧 肽 酶 A。 由 非 共 价 键 作 用 而 产生 底 物 特异 性 的 典型 例子 ， 不 是 金属 酶 ， 而 是 胰 凝 乳 蛋 白 酶 (chymotrypsin) 与 胰 蛋 白 酶 (trypsin). 胰 凝 乳 蛋 和 白 酶 是 在 肽 键 上 痰 基 侧 的 氛 基 酸 残 基 一 一 葵 丙 氨 酸 、 栈 A. SARIN LA, REAMEMAR. HARB 特异 性 的 作用 。 这 类 酶 称 为 丝氨酸 蛋白 酶 〈serineprotease)， 其 活性 中 心 有 丝 氮 酸 。 由 X 射线 分 析 判 断 ， 胰 凝 乳 蛋白 酶 的 活性 中 心 是 由 His57、Asp102、Ser195 形成 的 ， 对 于 和 氛 基 酸 残 基 的 识别 是 依据 Ser189。 与 此 相反 ， 胰 蛋白 酶 的 活性 中 心 相 同 ， 但 与 Ser189 相对 应 的 部 位 为 Asp 189。Aspl89 的 8- 羧 基 与 底 物 的 赖 氨 酸 、 精 氨 酸 残 基 侧 链 的 氨基 和 版 基 呈 静电 相互 作用 ， 因 而 决 定子 酶 的 作用 部 位 。 欧 2-6 所 示 樟 型 的 股 基 与 状 基 之 间 的 作用 ， e 53 。 =Asp eRe AE. 2-5 蛋白 质 中 非 共 价 键 作 用 祖 互 作用 例 a 4 mf 6 ada mer | org HONG 4a 静电 相互 作用 BRI icra Sie: GLKA EEA a CH: 一 Chg Chis © 54 e ea ere es J -一 一 ’ 如 以 和 XX 射 线 分 析 实 际 的 Arg-Glu 结晶 ， 则 如 图 2--12， 判明 Lys 稳定 化 能 TR Lee (于 卡 / 摩 8.4-~21(2~5) © T42(<10) 1.26(0.3) 6.3.5) 6.3(1.5) ee 2-12 HARSAARAIN (FA (T.N.Batt, M. Vijayan, ActaCrystallogr., Vol.B33, p.1754(1977)) 数字 表示 氢 键 的 += (nm) | 从 马 肝脏 得 到 的 乙 本 醋 酶 与 其 辅 因子 NAD(nicotinaamide aden- ine dinucleotide) (辅酶 D) 类 似 的 化 合 物 ADP- 核 将 相 结合 ， 用 X 射线 分 析 “〈 分 辨 率 0. 24nm) FT MS 5g 3 ZA) AY ht 水 键 及 焦 磷 酸 与 Arg47 之 间 的 离子 键 起 着 重要 作用 。 非 共 价 键 作用 对 于 血红 蛋白 亚 基 的 结合 (参见 2.3) 起 着 决定 性 的 作用 。 4 个 亚 基 中 有 2 个 是 & 链 ,2 个 是 8 链 , 它们 之 间 的 结合 力 是 蛋白质 固有 的 正 负极 之 间 的 静电 作用 力 和 了 忙 水 基 间 的 相互 作 用 力 . 正 常 的 血红 蛋 下 为 血红 蛋白 A(HbA)*， 已 知 发 生 遗 传 变 : HSE RRENS 6 ARRIETA REM 取代 ， 形 成 血红 蛋 和 白 SGHbS)**: 谷 氨 酸 与 顷 氨 酸 的 差异 起 很 大 影响 ,HbS 的 脱氧 体 © 人 体 有 8 种 血红 蛋白 ，HbA、HbA， 和 HbEF。 成 人 体内 主要 成 分 为 HbA， 占 95% 以 上 ， 了 HbA2 占 2%, HbF 占 1% 以 下 。 一 一 译 者 a os 由 于 遗传 物质 的 变化 ， 如 单个 碱 基 取 代 ， 终 止 密码 变异 或 移 码 突变 ， FRA 成 的 血红 蛋白 异常 。 异 常 血 红 蛋 白 种 类 繁多 。HbSs 是 人 体内 发 现 的 第 一 种 ， 它 的 BH 第 6 位 气 基 酸 发 生变 化 ， 人 在 中 HbS 的 含量 达 SON LEM, MMR Se A aE. 一 一 译 者 e 55 e & 链 的 Valé 与 4& 链 的 适当 的 蕊 水 基 相 五 作用 ， 就 形成 了 血红 aa Ae Hd Go REALM, WA AK ee Bh (sickle cell), KABH iA BA (sickle-cell hemoglobin), AA CA we, PAs WRK Ala KH th UE (sickliceli anom— ia) 。 生物 体内 弱 的 相互 作用 除 上 述 之 外 ， 已 知 的 还 有 形成 DNA 双 漯 旋 的 氢 键 , 核酸 碱 基 之 间 的 彼此 重 受 在 未 知 的 体系 中 可 能 还 | 存在 多 种 多 样 的 相互 作用 ， 其 中 还 可 能 存在 不 必 依 赖 于 稳定 的 共 价 键 而 富 于 适应 性 的 反应 。 2.58 各 种 载 氧 体 的 结构 和 功能 生物 人 其 外 界 摄 入 氧 并 葵 送 到 细 有 里 ， 用 来 氧化 从 食物 中 取得 的 营 券 袁 笔 有 机 物质 。 从 而 利用 所 产生 的 化 学 能 进行 生命 活动 各 种 生物 都 选用 一 定 的 色素 蛋白 来 运输 氧 。 着 椎 动物 是 用 血红 和 蛋 Fj (Hemoglobin, Hb), IR AAhA——-hARWHRSR AE ACA. TE Hb 中 能 够 可 逆 地 结合 氧 的 主要 是 血红 素 中 心 的 Fe (I), BY, FRANK ADMWNRAKE-ARA LE 蛋 握 (Hemocyamin, He) 的 铀 蛋白 。 这 个 名 词 很 容易 被 误解 ， He RAGA, MAERCu MAH Fe) 50,44. .Cus 蛋白 质 的 则 链 直接 联结 ，2 所 于 的 Cu 5 ka as 在 Cu 周围 的 情况 ， 尚 有 许多 未 搞 清 楚 。 星 虫 等 多 种 海洋 无 肴 椎 Din) ea ere a Bl MAS ee Hr)。HIT 也 没有 血红 | 素 ， 但 是 一 种 非 血 红 素 铁 蛋 白 ， 与 0, 结合 的 是 Fe(I)。 同 He | 中 的 ;Cu 一 样 ，Fe 也 是 直接 联结 在 和 蛋白质 侧 链 上 ,2 原子 的 Fe 与 1 分 子 的 O, 相 结 合 。 最 近 ， 虽 由 和 射线 晶体 分 析 进 三 步 研 9, Hr 与 Hb 也 仍然 局 样 地 未 弄 清 楚 。 此 外 , HER RR A 为 血 钒 素 〈Hemovanadin，Hv)， 是 含有 YY( 亚 ) 的 蛋白 IA, ki ° 56 e 避 从 注意 ， 但 也 有 全 然 否 定 的 论文 ， 尚 无 确实 的 结论 。 广 义 的 Hb 包括 了 无 脊 椎 动物 血红 蛋白 Cerythrocruorin), BE WH 是 6 邑 鱼 虫 闪 沙 委 、 媒 子 . 量 虫 等 的 裁 氧 体 。 环 形 动物 的 盟 虫 类 、 龙 大 类 的 血液 色素 称 为 血 绿 蛋白 “chlorocruorin)， 乃 是 血 绿 蛋 白 AC3K (chlorocttioroheney API) A IAA AK. ， 师 的 血液 中 发 现 了 含有 锰 的 蛋白 质 ， 估 计 它 具有 运输 氧 的 功能 ， 称 为 羽 蛋白 《pinnaglobin) 。 — ， 现 将 以 上 各 种 生物 的 发 氧 体 列表 作 一 比较 内容 限于 现 阶段 生物 无 机 化 学 的 寺 论 范围 《 表 2-6)。 “#26 RARRORNSREAR mn 7k B 球 、 血 浆 血红 蛋白 | WALA | age AS] tn ES : Hb | Mb — | He | Hr ”金属 品种 ee i Fe |. cu Fe oh fe ae | Re | =e 运输 4H: O, | Fe:O, | FeO, | 2Cu:0, ) 2Fe,20; SRR oh abt = | eae | ZS ea eR | Le a7 3 | Et = Ea-R amk | 红 红 i a oe 分 子 量 65000 17000 | 105 一 10? 108000 亚 基数 | 4 1 多 个 8 存 在 ESE) | 肌肉 中 “| ARES) 星 虫 等 海洋 无 的 红细胞 | 体 动物 的 :和 BA Paste JEU PHAR, 或 在 陆 上 生活 ;或 在 水 中 生活 。 在 各 式 各 样 环境 中 ; 氧 的 浓度 不 同 。 此 外 , 激烈 运动 的 生物 ， 和 在 泥 沙 中 以 RENEE RAHA MHS, MAE jest 尽 相同 。 生 物 是 多 种 多 样 的 ， 为 了 适合 于 它们 各 自 的 生命 活动 ， 就 ene used RIE wien 四 57 e 不 同 的 载 氧 体 。 与 此 有 关 的 问题 证 分 有 趣 ， 隐 就 表 2-6 中 的 加 和 载 氧 体 加 以 说 明 。 血红 蛋 折 和 肌 红 蛋白 的 结构 血红 蛋白 (Hb) BFE FER OARS, 由 球 蛋白 和 血红 素 梅 成 。 它 挫 有 在 氧 分 压 高 的 肺 中 成 及 鳃 中 与 O: 结合 ， 在 氧 分 压低 的 组 织 内 放出 O, 为 功能 。 与 9 直 革 结合 的 是 血红 素 中 的 Fe(I) 。 血 红 和 蛋白 的 分 子 量 为 64450 (哺乳 类 )， 成 人 的 Hb 分 子 是 由 2 条 w HEAD HB IB RAPD. HE 141 SERIE. BE 146 个 氨基 酸 残 基 组 成 。 它 的 一 级 结 构 已 经 清楚 。 各 亚 基 分 别 含有 一 个 血红 素 。 Perutz 用 和 X 射 线 分 Br B 链 的 结果 如 图 2-13 所 示 。 Vei EU 2-13 血红 和 蛋白 8 亚 基 的 结构 (M.F.Perutz,L.F.TenEyck, Cold Spring Harb. Syinp.Quant.Biol., Vol.36,0.295(i971)) ° 38 ° 在 图 2-13 中 ， 靠 近 N 端的 螺旋 部 分 以 A,B,…H 符号 表示 ， 非 螺旋 部 分 在 N 站 以 NA， 在 e 端 以 HC， 在 螺旋 部 分 相互 之 间 以 AB, BC 等 表示 。 辅 基 血 红 素 藏 在 己 WHER F 螺旋 段 所 形成 ROM TC, F 螺旋 部 分 的 HisF8 的 咪唑 氨 与 血红 素 铁 配 位 结合 。 血 ” 红 素 含有 丙 酸 羧基 的 一 侧 靠近 表面 ， 其 余部 分 则 深 埋 在 球 蛋 和 白 的 内 部 。 在 血红 素 铁 的 第 六 配 位 位 置 的 稍 远 处 有 HisE7 的 咪唑 所 *。 脱 氧 型 血红 蛋白 〈deoxy-Hb) 被 认为 是 五 配 位 的 。 肌 红 蛋白 (Mb) 与 Hb 相同 ， 也 是 血红 素 蛋白 ， 存 在 于 肌 肉 eA, SACRO, HG. REAM Ck FH HR, sperm whale) 是 由 153M EERREA R-AK, DFR 17000. 它 含有 1 个 血红 素 ， 相 当 于 HORA IDK. 其 大 致 的 结构 如 氏 臣 5 所 示 , 区 2-13 是 Hb 中 的 一 个 亚 基 ， 两 者 极其 相似 。 再 看 一 下 血红 束 与 珠 蛋 白 的 结合 。 最 主要 的 结合 是 HisF8 的 吻 唑 氨 与 Fe(I) 的 配 位 ， 此 外 还 有 血红 素 - 蛋 白质 间 的 弱 作 用 。 例如 与 0, 结合 的 Hb， 即 氧 合 Hb(Oxy-Hb) ， 随 着 又 射线 分 析 的 分 辩 率 的 提高 已 经 可 以 判明 血红 素 与 球 电 和 白 之 间 约 有 60 个 原子 是 以 范 德 华 力 相 互 作用 CH=CH: CHs We fH, SARA Bs ee AM MWRE A, ix 60 个 H.C 时 CH=CHa AF LES 2M WER HO FH BRE. BHIBR, 为 yo CN = 了 表达 血红 素 的 全 部 功能 ， ~ H 它 必须 与 周围 产生 相互 间作 oP via Fe UE, MALRHARR rh CHz | 基 (人 参见 图 2-1) MHA COOH COOH ， 质 碱 基部 分 的 相互 作用 ， 对 ”图 2-14 血红 素 的 结构 而 “以 Fe(I) 为 中 心 ， 与 HisF8 HK“ RANK. —FF * 59 。 于 血红 素 能 稳定 好 容纳 在 球 蛋 让 内 部 的 凹 穴 里 5 BREE, at Mb 而 言 ， 至 少 有 1 个 羧基 确 与 Are 残 基 有 着 静电 相互 作用 。 G 知 在 羧 肽 酶 A〈 人 参见 2.2) 的 活性 部 位 Argl5 Ay MM BE SE w Gly“ 工 -Tyz 的 末端 涛 基 通过 包含 氧 键 在 内 的 静电 作用 相 接 触 ， 疝 样 是 酶 与 底 物 的 相互 作用 。 血红 素 的 乙烯 基 也 对 球 蛋 白 构 象 中 的 疏水 结构 的 内 部 取向 为 稳定 化 作出 一 定 的 贡献 。 脱 氧 型 (deoxy) 以 中 啉 核 的 侧 链 与 ， O, 结合 成 氧 合 型 (Oxy)， 在 结 # 构 上 起 了 变化 ， 同 时 对 于 局 国 蛋 自 质 的 构造 也 产生 显著 的 影响 参见 下 段落 论述 )。 血红 蛋白 和 肌 红 蛋 握 的 氧 平 衡 机 能 Hb 的 氧 平 衡 功 能 有 以 下 三 个 特点 ，1:. SAAR MH, 2. 血红 素 间 相 互 作用 ，3. Bohr Rv. RAMEY, ASEH p, ¥ 和 P 之 间 的 关系 如 图 2-15 所 示 。 fase 7126) 50 BGP EE pn 图 2-15 Mb 及 Hb 的 氧 饱和 曲线 Mb 的 氧 饱 和 曲线 形 如 双 曲 线 ，Hb 是 S 形 (SH), XBR 本 不 同 之 处 。 总 之 ,饱和 度 Y GAB) OOM, KRW UE dire 人 ( 称 为 半 ea 60 。 | 询 和 分 压 ) 是 Hb 及 Mb 对 氧 亲 和 性 的 尺度 。 图 2-15 KW Mb 比 Hb 对 氧 的 亲 和 性 大 ， 即 前 者 的 pvv* 的 值 小 。 二 "Hb S BURG MMT Rea, FT Zy (a 的 Hill SA 式 (2-2) Kp” te 1+ Kp" (2-2) Re-2 KWH SO, 结合 的 平衡 常数 ，n 是 在 平衡 状态 时 亚 基 所 具有 的 平均 缔 合 数 , 或 者 是 反映 血红 素 间 相 互 作用 的 数值 。 成 ML 人 Hb 的 n 光 2.9。 若 nmn=1， 则 饱和 曲线 与 Mb isl, Ae We BH BBR, 相应 地 ， 血 红 素 间 没 有 相互 作用 。Mb 的 亚 基 最 多 只 有 一 全 REISE HARA IAA. Hb 的 n> 革 时 ，4 个 亚 攻 每 -- 不 都 含有 一 个 血红 素 ， 则 共有 4 个 ， 任 何 一 个 血红 素 都 与 @, 结 侣 ,因此 ;第 2 个 、 第 3 个 …… 血 红 素 与 0, 的 亲 和 性 增 mM. 4 个 血红 素 与 9, 结合 的 平衡 常数 , 增加 的 比例 为 1:4:24:9。 在 与 血红 素 相 结合 的 O, 分 离 时 ， 人 情形 也 是 同样 。Hb 在 氧 分 压 高 RAO, 结合 的 能 力 ， 在 氧 分 压低 的 毛细 血管 等 处 运 载 的 9; 能 高 效率 地 释放 出 来 ， 是 Hb 的 优异 性 能 。 换 言 之 ， 由 于 Hb HURRAH WK MAEMO, 就 为 Hb 成 为 优良 的 载 氧 体 提 供 了 好 的 条 件 。 Hb 的 氧 平衡 功能 的 第 三 特点 是 Bohr 效应 。Bohr 效 应 即 ， 4 CO, 的 分 压 上 升 ,pH 值 就 降低 , 氧 分 压 没 有 变化 ， 氧 饱和 度 减 /多 氧 的 释放 就 容易 进行 ,毛细 血管 是 血液 与 组 织 之 间 进 行 物质 交 换 的 场所 , HF Bohr 效应 , CO, 多 的 部 位 促进 了 反应 O,-Hb—> Hb+ 9: 的 进行 ， 形 成 使 运输 的 9: 易 于 释放 的 环境 。- 这 里 ,确实 使 大 深 深 感 叹 生 命 结构 的 巧妙 。 但 是 ,由 于 4 个 血红 素 之 间 的 相互 作 用 ， 对 于 Hb 的 Bohzr 效 应 的 研究 是 极其 复杂 的 。 与 氢 结 合 导 致 的 血红 素 络 攀 变化 及 其 影响 Ni(II), CuGil), Pd) Sijuuhkagib, pees BT MEF 4 PALER AUT ROE aA. JLAA BT a AY ZROp Ok SG th, Fe 都 突出 平面 0.04 一 0.05nm。X $4284) 07 5) SRR. Mb 的 Fe 也 与 平面 相距 约 0.03nm， 靠 近 近 端 组 氨 酸 *。 这 种 现象 与 金属 离子 的 大 小 ， 以 及 容纳 它 的 下 嘛 环 中 的 空间 大 小 都 有 关系 。 路 啉 环 不 是 被 固定 在 理想 的 平面 上 ， 而 是 一 种 有 很 多 折 皱 的 结构 《近似 平面 )。 脱氧 血红 蛋白 〈deoxy Hb) 的 血红 素 铁 处 于 2 价 的 高 自 旋 态 (s = 2), 因为 半径 大 ， 所 以 从 中 啉 面 中 罕 出 来 靠近 近 端 组 RM 酸 。 4550, 相 结合 的 FEe(I)》 WERIRAIEA (s=9), FEB, A 路 啉 平面 内 缩 回 。 此 时 ， 通 过 将 近 端 组 氨 酸 拉 到 近 前 ， 使 得 PR 旋 起 作用 ，F 螺旋 与 H 嵌 旋 之 间 相 互 靠拢 ， 位 于 它们 之 间 的 ' TyrHC2， 即 C 端 第 2 个 Tyzr 的 侧 链 向 外 便 伟 出 “〈 人 参见 图 2-13， 图 2-16) 。 羧 基 等 歌 性 基 和 和 氮 基 等 碱 性 基 能 在 亚 基 彼此 之 间 发 生 静电 相互 作用 《〈 一 C008…eNHs 一 》， 而 上 述 TyrHC2 的 移 位 可 以 截断 这 种 静电 作用 。 详 细 内 容 可 参照 PerVtz 的 论文 。 正如 俗语 所 说 的 “ 风 一 刮 起 来 ， 桶 店 就 高 兴 2* ， 第 一 个 现象 迹 发 了 第 二 个 现象 ， 接 着 ， 第 三 个 .第 四 个 现象 就 相继 发 生 。 从 脱 氧 Hb (deoxy-Hb) 的 稳定 的 四 级 结构 ， 再 排列 成 氧 合 Hb Cox- y-Hb) 稳定 的 四 级 结构 。 以 上 不 过 是 Perutz 基于 射线 分 析 的 结果 所 推论 的 假说 之 一 。 这 种 假说 颇 为 可 信 。 4 个 亚 基 间 的 信息 * 近 端 组 氨 酸 :血红 素 与 铁 配 位 的 含有 味 吨 基 的 组 氨 酸 称 为 “ 近 端 组 氨 酸 〈pr- oximal histidine)"。 与 此 相反 ， 在 稍 偏离 对 称 点 的 位 置 上 , FEHKRED SRR 哗 基 ， 这 种 远方 的 His KA ARR (distal histidine), * 日 本 是 岛国 。 一 刊 大 风 〈 飓 风 )， 海 水 泛滥 成 灾 ， 什 物 漂 没 。 水 退 之 后 ， 遍地 译 者 。 62° 传递 的 方式 ， 即 血 幻 素 间 相互 作用 的 其 体 说 明 是 十 分 有 趣 的 。 AL BB NG SAmaey ELH 9-16 Hb MM a WIE C HAPAITES O, Stay Swe 血红 素 铁 与 氧 的 结合 如 前 所 述 ， 炎 红 索 铁 与 筑 的 结 台 是 Fe:0:.=1:1,， 对 其 结合 形 武 有 两 种 说 法 ， 一 .为 “end-on? 型 CEM), — “side-on” 型 〈 横 型 ) (AR 2-17) 。 Pauling, Weiss 等 提出 end-on 型 ， Griffith 提出 side-on 型 。 氧 合 血 红 ad se cat ine ol r: ~. 30-08 AWA X NAAR, MAREE SII | 到 8 | “~i~ BIH BS PR AN IEF, hele “|< eR PPA IE. (AR 制 出 低 分 FBLA ty (SIA 3.2) W 图 2-17 血红 素 铁 与 氧 后 》 用 各 种 方法 研究 了 这 种 结构 ， 同 ERA ABET BRIO, ue “end-on” MMW SRA, RERE Tl ty Fe KY vO--O 为 11590cm-” 1 (893.2, SRAM 红 素 的 vO-O 为 1107cm ”有些 差异 、 但 这 对 于 更 进 -- 步 详细 探 讨 血 红 素 铁 周围 的 构造 ， 在 方法 上 也 许 有 重要 意义 。 e 63 。 前 已 及 复 论 述 过 Hb 50, 是 可 逆 的 结合 ,血红 素 自 雪 也 与 9， 结合 。 但 是 ， 和 面 红 素 以 及 血色 率 ”的 且 动 氧化 性 很 强 ， BASRA 反应 ， 被 迅速 氧化 成 Fe( 亚 ) 的 状态 ， 即 产 高 铁 面 红 素 “血红 蛋白 与 氧 是 Wk 的 结合 ， ii 6 『 么 是 不 可 逆 的 氧化 呢 ?” 这 是 个 普 中 性 的 问题 ， 留待 3.2 再 谈 。 i 1 血 蓝 蛋白 ic) 是 乌贼 、 章 鱼 、 贝 类 、 蜗牛 等 软体 Bh hy, 以 及 虾 、 螃 蟹 、 敖 虾 等 节肢 动物 的 呼吸 色素 蛋白 。 与 Hb 不 同 的 是 , 它 直接 溶 于 血清 中 , 而 不 是 存在 于 押 球 中 。 如 表 区 6 所 示 ， 血 蜂 蛋 白 是 一 种 铜 蛋白 、 分 子 量 很 大 。 其 含 铜 量 ， 软 休 动 物 大 体 是 0.25%， 节 肢 动 物 为 0.17% 左 右 ; 虽然 辣 为 血 蓝 蛋 自 高 但 在 软 体 动物 中 的 情况 与 节肢 动物 的 不 同 。 笑 蓝 蛋 白 在 生物 体 中 呈 浅 蓝 色 ， 若 取出 后 暴露 于 空气 中 则 变 成 深蓝 色 〈oxy-=He)5 诚 压 并 通 入 氮气 ， 除 去 氧 ， 则 成 为 无 色 (deoxy-Hec) 。 将 血 蓝 和 蛋 自 在 KCN 的 水 溶液 中 透析 ， 去 掉 Cu 离子 ， 就 成 为 无 色 的 脱 铜 血 蓝 和 蛋白 (Apo-Hc) (参见 ?2.2) 。 另 外 ,由 于 于 0O, 作 用 ，Cu Bs FART 道 地 氧化 ， 形 成 Met-He。 血 蓝 蛋白 由 多 个 亚 基 组 成 ,适当 地 调整 pH 以 及 离子 强度 就 会 分 获 成 较 少 个 数 亚 基 的 组 成 。 软 体 动物 的 血 蓝 蛋 白 ， 是 分 子 量 为 50000 左右 的 颗粒 ， 恰 好 含有 2 个 Cu 原子 ， 是 与 0, 可 逆 结 合 的 | 最 小 单位 ， 也 就 是 仅 有 一 个 亚 林 即 具 有 活性 。 节 腕 动物 具有 活性 的 最 小 单位 的 分 子 量 为 70000 左右 。 | 蛋 自 质 部 分 的 一 级 结构 现时 尚 不 清楚 ， 据 报道 已 弄 清 了 几 不 品种 的 氮 基 酸 组 成 。 它 们 之 中 ，Asp 和 Glu 等 二 羧基 毛 基 酸 几 和 平 占 氮 基 酸 总 数 的 1/4， 也 含有 较 多 个 数 的 His、Leu、 了 he €, © 所 谓 备 色素 就 是 而 气 崇 铁 的 第 5、 第 6 配 位 位 置 上 结 含 吡啶 、 氢 等 禽 氮 配 位 体 的 物质 。 2 64 « Trp 的 数量 在 不 同 种 类 的 生物 样品 中 罩 不 出 差异 ， 大约 是 定 值 。 反之 ，Cys 的 含量 因 种 类 不 同 而 差别 甚大 。 关于 活性 部 位 的 Cr 周围 的 情况 , 有 Cus 的 SH 和 Cu fare 的 报道 ,也 有 与 此 相反 的 报道 , 故 尚 无 明确 结论 。 而 His 与 Cu 相 结合 的 说 法 却 很 有 说 服 力 。 例 如 ， 有 报道 将 He 及 Apo-He 分 别 用 尿素 与 有 进行 分 解 后 注定 ， 对 于 Hec， 每 一 个 活性 中 心 只 可 检 出 44 个 His， 而 对 于 Apo-He 又 多 检 出 8 个 His ( 共 22 个 )。 乙 栈 BAR HAAR CD 的 CD 光谱 ( 圆 二 色光 谱 ) 和 oxy-He 相似 ， 表 明 是 His 与 Cu 相 结合 。 此 外 , 据 报道 ,来 自 Trp 的 荧光 在 deoxy-Hc 一 >oxy-Hec 变化 的 同时 ， 消 失 了 ,因而 证 WA Trp 与 Cu 是 靠近 而 不 是 直接 结合 ， 除 His 和 Tirp 以 外 ， 也 有 人 认为 Tyi 位 于 Cu 的 配 位 环境 。 以 下 就 血 蓝 蛋 自 的 两 个 Cu 原子 的 氧化 状态 与 0 结合 时 的 变化 作 一 简单 讨论 。 首 先 ; 未 与 0; 结合 的 血 蓝 蛋白 ， 即 deoxy He 是 无 色 的 并 有 反 磁 性 ， 也 观测 不 到 ESR (AS, CAT WGA 为 ， 两 个 Cu 原子 都 是 Cu), 。 其 次 ，oxy-Hec 在 可 见 光 区 有 吸 收 《 图 2-18), 实际 是 蔓 色 的 。 但 是 几乎 观测 不 到 CuCl) 特有 的 ESR 信号 ， 悦 化 率 温 度 变化 的 测定 结果 也 是 反 磁 性 的 。 由 此 可 Wri 4e oxy-He 的 2 个 Cu 的 氧化 状态 有 以 下 三 种 可 能 ， (a) Cu(o0,Cu(T) (b) Cu(1) O;Cucil) (ce) Cui OF-CuCe) (a) 中 ， 由 于 Cu(I) 是 3d", ARBU dd EE TG PE AE 吸收, 所以,oxy — Hec 的 可 见 区 吸收 全 是 CT 迁移 〈 电 荷 迁 移 吸 收 带 )。(b) 的 提出 是 基于 Cu(D 与 Cu(ID) 的 混合 原子 价 态 络 合 驳 的 WK ie Hh 2% 45 oxy — He 相似 (c) 与 普通 的 Cu(I) 络 合 物 相 同 , 通 wid—d 跃迁 ， 可 很 好 地 说 AA oxy-JHc 的 可 见 吸 收 光谱 。 但 是 oxy — Ho 的 吸收 强度 测定 为 s = 500, 远 大 于 一 般 的 Cu) aM ee 65 。 ) [6], (deg: om* /Am- gauss) (deg: om? /dm ~ 一 mm pre Er 有 I 600 59% 6uv 700 B90 A(nm) 9-12 oxv-He(Sepioteuthis lessonicna) fy (a) WRB, . (b) MCD, rc CD3¢3%—77K; —198K; ---293K. 的 吸收 强度 .所 以 , 也 不 能 笼统 地 说 人 们 对 (c 没 有 异议 *。 但 是 蛋白 质 的 活性 部 位 在 多 种 情况 下 估计 是 对 称 性 低 的 配 位 体 场 ， 按 说 禁 阻 跃 正 也 容许 者 某 种 程度 的 4- d RoE, Cucl) 为 顺 磁性 , 当然 也 可 观测 到 FSR 信号 ， 但 这 一 点 也 可 以 考虑 用 2 个 Cu(I) 间 的 强 反 磁性 的 已 施 问 得 互 hi. 3% 74115, Ey (Cancer magister) 的 oxy — He ices! Owe ak, AAW BABS AG, Ce) WATE ETN. BK CE CURA A Cu 的 周 国 ， 所 以 观测 以 邻近 效 hy RSE effect) Yitniwy CD Iti CA 2-18) By Lika ty SRA CD 光谱 模式 完全 FEY? j 说 ADI lhe s MEME OL BTR coonm HTH REOTRR, KMAAN RAB (SW 247 AKLHEHHMKRARARS.S). es 66 。 不 同 。 著 者 等 从 室温 直至 液 气温 度 对 oxy- Hc ( 触 脚 乌贼 sepio- teuthis lessoniana) 测试 ， 其 CD 光谱 可 见 区 内 显示 出 430, 490, 565, 600 及 700nm 5 个 吸收 带 。 中 电子 构 型 的 Cu (I)， 最 多 只 有 4 种 跃迁 ， 或 许 这 是 表示 与 O, 相 结合 的 2 个 Cu(I) WA 环境 不 相同 。 尽 管 如 此 ， 已 知 Cu(I) 的 配 位 环境 是 相当 低 的 对 称 性 场 。 最 近 ， 有 报告 支持 血 蓝 蛋白 的 活性 单位 是 由 2 种 Cu 所 形成 的 观点 。 蜗 牛 的 血 蓝 蛋白 若 由 NOz 和 NO 氧化 活性 部 位 的 2 个 Cu 只 有 一 个 被 氧化 ， 但 改变 条 件 ，2 个 Cu 都 会 被 氧化 。 在 前 一 种 情况 下 ， 蛋 白 可 被 羟 胺 还 原 而 复原 ， 血 蓝 蛋 白 与 氧 的 结合 能 力也 得 到 恢复 。 但 是 也 有 不 少 的 报告 持 与 此 相反 的 意见 ， 认 为 2 个 cu 是 丰 癌 的。 最近， 由 于 系统 的 模型 络 合 物 的 光谱 研究 的 结 果 ， 提 出 了 Cu 周围 的 结构 ， 如 图 2=19 所 示 。 此 结构 究竟 是 否 Wi, MEME, DARTS RHR. 图 2-19 光谱 学 研究 结果 推导 的 oxy-Hec 的 2 个 Cu 的 周围 结构 Or #6 tn £0 3 63 or 85 20a Hr Chemerythrin) BH (Sipunculida), 多 毛 类 (Polychaets), ERA (Priapuloidea) AyereET FH HE 物 的 血球 、 血 浆 中 含有 的 红色 载 氧 体 。 分 子 量 为 108000， 由 8 e 67 e meee 一 亚 基 含 有 113 个 氢 基 琶 残 基 和 2 个 Res 亚 基 的 结构 如 国 | 2-20. Gly-Phe-P >to-lle-Pro-Asp-Pro-Tyr-Val-A sp-Trp-Pro-Ser-Phe-Arg- 时 Thr-Phe-Tyr-—Ser-HNe-lle-Asp-A sp-Glu-His-Lys-Thr-Leu-Phe-Asn- Gly-lle-Phe-His—Leu-Ala--lle-Asp-Asp-Asn-Ala-Asp-A sn-Leu-Gly Glu-Leu-Arg-Arg-Cys-Thr-Gly-Lys- His-Phe- Leu- Asn-Gln-Giu- | Val-Leu-Met-Gin-A la-Ser-Gin-Tyr-GIn- Phe- Tyr- Asp- Glu- His- | Lys-Lys-Glu-His-Glu-Gly-Phe-lle-His-A la-Leu-Asp-Asn-Trp-Lys | Gly-Asp-Val-Lys-Trp-Ala-Lys-Ser-Trp-Leu~Val-Asn-Hisa-lle-Ly s- : Thr-lle-Asp-Phe-Lys-Tyr-Lys-Gly-Lys-lle 2-20 Golfingia gouldii (2H) Hr 的 亚 基 的 氨基 酸 排列 _ 因为 没有 中 呆 核 ， 所 以 按理 Fe 应 保持 与 氨基 酸 残 基 的 任何 一 个 侧 链 直接 结合 ， 即 使 一 个 亚 基 也 可 与 O, BA, ABER /\ 体 时 ， 它 与 D: 的 结合 力 要 弱 得 多 。 从 图 2-20 可 以 看 i, Fe 的 | 配 们 氨基酸 是 Cys, Lys, His, Tyr, Met, Asp 和 Glu。 综合 其 对 各 种 试剂 的 到 oe 可 以 推测 有 2 不 Tyr 的 酚 基 氧 和 4 个 His 咪唑 氨 与 Fe 配 位 。 最 近 的 和 射线 分 析 确 定 , 一 个 Fe 是 由 ITyT767， His73 和 His101 另 一 个 Fe 是 由 His25, His54 #1 Tyr109 | 配 位 。 与 氧 的 结合 ， 即 oxy-Hrihw 0, 与 2 个 Fe 的 关系 ， 也 同 | exy-He 的 情况 相同 ， 可 能 有 多 详 的 氧化 状态 的 组 合 。 其 中 Fel (HO; Fel) 的 结合 形式 占 优 势 。Dunn 用 :AI 芒 激 光 (48850nm) 进行 共振 拉 股 散射 实验 ， 将 OO, - Hr 与 8o, - Hr 作 -- 比 较 ， 确 定 了 与 0 一 0 伸缩 振动 相对 应 的 拉 曼 谱 线 CSO, 844, VO, 是 798cm-:) ， 为 过 氧化 物 离子 O 扩 型 。 | Loehr RVFV 1°0,, "*0,, 40, 的 共振 拉 Be 研究 的 结果 ; 提出 了 如 下 的 结构 ， e 68... Rt Fe(Il)---Fe(I)—O—O So- >o-e Fe(—) Fe( 亚 ) Hr AiO, 的 平衡 ， 其 情形 与 Hb 和 0: HATA. Atm 曲线 不 是 S 形 的 ， 也 没有 Bohr 效应 。 这 与 以 Hr 及 Hb fe HO, 载体 的 动物 的 生理 学 条 件 有 关 。Hr 存在 于 海洋 无 脊椎 动物 的 血 球 中 ,在 体腔 中 浮动 着 ， 与 其 说 运输 0: 还 不 如 说 是 贮存 0:。 而 在 哺乳 类 的 Hb 则 是 具有 典型 的 运输 0, 的 功能 。Hr 对 0: 有 很 强 的 亲 和 方 ， 因 而 能 借助 其 结合 作用 使 体液 内 溶解 的 氧 扩 散 。 He 的 Bohr 效应 相当 大 。 据 报道 ， 由 于 CO, 的 进入 ， 使 毛细 血 管 等 处 的 酸性 仅 增加 0.13pH ir, BARR 1/3 的 存留 氧 。 这 与 Hr 的 情形 是 鲜明 的 对 比 。 mis A WHA (Ascidia) 的 血球 中 含 钒 的 蛋白 质 ， 在 强酸 人 性 条 人 御 下 (41.5 一 2NH:SO) 能 溶解 0,, 估计 它 与 0 AWWA. Car- lisle 曾 提出 对 有 V( 亚 ) 的 钒 细 胸 在 低 氧 分 压 下 不 可 与 0: 作 可 道 结合 。 正 如 Swinehart 所 指出 的 ,N, N’-C PHM KBR WER) 钒 ( 亚 )(V( 焉 )Salen) 被 分 子 氧 氧 化 的 过 程 中 ,生成 了 0; 加 成 产物 《参见 3.2)， 所 以 ，V( 亚 )salen 是 海 鞘 类 体内 含 V 载体 的 模型 ， CHz—CH, HC 1 Fife ag 、 VE / ONS VCiDsalen 络 含 物 : e §9% 。 但 没有 确切 的 实验 证 据 支 持 Catlisale 的 见解 。 另 一 方面 ,V 是 以 V( 焉 ) 或 VCT) 形式 存在 ， 与 海 鞘 类 生物 体内 的 酸性 之 间 ， 可 能 有 相关 的 联系 。 Vs+ + HO 一 >VO2+ + 2H*+e 由 上 式 可 见 ， 在 VC) 与 V(T) 变化 的 同时 ， 产 生 了 H*。 推测 是 这 样 的 机 理 ， 但 是 又 不 能 如 此 简单 地 卖 表 定 它 ， 因 为 V 与 氧 并 不 都 是 存在 于 同一 个 细 驳 内， PPaIUS 训 mammilata 等 一 拓 : WHR RAAS V io Ae. KeRES RAN a. 1.4 ， 铁 蛋白 与 网 蛋 白 的 结构 和 功能 众所周知 ， 含 铁 的 蛋白 质 有 细胞 色素 、 铁 氧 还 蛋白 S 过 和 氧化， 氢 酶 等 ， 合 铜 的 蛋白 质 有 质 体 蓝 素 、 酷 氨 酸 酶 。 羊 胺 拨 化 酶 等 ， 并 且 已 知 还 有 同时 售 铁 和 铜 的 细胞 色素 oy AE ag IE 蛋白 大 多 具有 作为 生物 体 氧 还 反应 能 化 剂 的 重要 作用 忆 金 属 离子 直接 参与 了 FEe(I)/Fe( 开 )、Cu(GDVCu(CIL) 型 电子 的 传递 此 外 ， 已 在 2.1 RAN AEA mK Wee RIE A Fe Cu 的 载体 ， 这 里 以 Fe, Cu 的 重要 作用 一 一 氧化 还 原 反 应 为 中 心 ， 讨 论 铁 蛋 白 与 铜 蛋 自 的 结构 和 功能 。 生物 体 的 能 晤 代谢 为 了 维持 生物 体 的 生命 ， 必 须 进 行 各 种 物质 代谢 。 代 谢 寺 程 是 井然 有 序 的 。 它 包括 两 个 方面 ， 不 仅 可 以 将 大 分 子 分 解 为 小 上 分 子 ， 释 放 的 自由 能 以 ATP 的 形式 贮存 起 来 〈 分 解 代谢 catabo- lism)， 而 且 还 能 利用 ATP 的 能 量 将 小 分 子 高 度 有 序 地 合成 大 分 子 (SMR anabolism), 前 者 称 为 异化 作用 (dissimilation), 后 者 称 为 同化 作用 (assimilation 从 食物 中 摄取 的 蛋白 质 、 脂 类 、 多 糖 类 在 好 氧 性 条 件 下 如 图 2-21 那样 ， 分 别 分 解 成 小 分 子 ， e 70 。 | | 经 过 三 次 循 环 ，(TCAcyele) ， 最 终 被 氧 分 子 所 氧化 的 过 程 为 能 4 四 Sa —~ nnn NH, 区 Is Win ee ; En 甘油 多 糖 类 单 粮 类 二 一 2-21 分 解 代谢 的 途径 在 生物 的 物质 代谢 的 许 多 阶段 ， 都 与 含 铁 或 售 铜 的 蛋白 质 的 上 氧化 还 原 反 各 有 尖 。 作为 细胞 色素 类 蛋白 质 及 光合 成 体系 一 个 成 员 的 质 体 蓝 索 或 铁 氧 法 和 蛋 沂 等 就 是 一 个 实例 。 因 此 ， 为 了 理解 这 eS AES SUT, TERE RR OR (MFPs REE (electron iransport- pathway), 也 称呼 吸 链 (re- spiratory chain). 呼吸 链 就 是 从 接受 了 氢 原 子 对 《或 电子 对 ) IS NAD* (氧化 型 烟 栈 膀 腺 大 叭 二 核 苷 酸 Nictinamide adenine— dinucleotide. BUSiii 1) 变 成 NADH (参见 细胞 色素 一 节 ), 再 被 AF Ml 2538 FRG NADH 脱氧 酶 俊 化 氧化 的 过 程 开 始 ， 直 到 细胞 fs Rest AlN 648 WT SiR CB 2-22), 7 * =RMUEM (Trice rboxylic Acid Cycle), 或 是 Krebs = Wie Him, BY Py ie MAS Hh GRE COA 4 HRA SRE MT BRA Mi, 5: RR+CO.— a- Rai =84Co,; bly ariel — EWR RR — TREES. GX PER GE it FF | aa A EAL CORAL FM AE KR COP 参照 细胞 色 素 二 节 )， 在 氧化 屋 酸 化 生成 ATP 的 过 程 中 电子 向 氧 分 子 转移 ， 氧 分 子 与 4 个 DR 合成 水 ， e 7Tl1 。 ey NAD bee NADH CUR pat © er A NR 2-22 WREMRTRBRE (在 方 杠 中 的 均 为 铁 或 钢 蛋 白质 ) 该 系统 位 于 细 胸 线粒体 的 内 膜 上 , 在 线粒体 的 内 部 〈( 即 间 质 matrix) 由 TCA 循环 及 其 它 酶 反应 所 产生 的 氧 原子 对 (或 电子 对 ) 都 汇 入 此 途径 。 这 里 ,NADH fii SAS 6 是 以 EMN (flavin mon- enucleotide 黄 素 单 核 背 酸 ) 作为 辅酶 的 非 血 红 素 铁 蛋白 ， DF 量 78000, 每 一 分 子 中 含有 4 个 Fe。 非 血红 素 蛋 白 在 其 它 的 细胞 色素 b、ci 中 也 都 存在 。 还 有 能 将 琥珀 酸 里 的 氢 原 子 传递 给 辅酶 Q (coenzymeQ) 的 琥珀 酸 脱 氢 酶 ， 分 子 量 为 100000，1 分 子 中 含有 2 Fe, 是 非 血 红 素 铁 蛋 白 , 是 以 FAD(flavin adenine din- ， ucleotide MAMERIBHR) 作为 辅酶 。 辅 酶 Q 是 如 结 构 式 1 的 茉 醒 ， 存 在 于 微生物 中 的 是 na= 6， 存 在 于 哺乳 类 中 的 大 多 二。 | © 72 e 6H:0 CHs ote CH:0 (CH. ~CH=C—CH)e-Ht } n=6, 10 ny | if ¢ 泛 配 ubiquinone 辅酶 Q (coenzyme Q) 的 氧化 型 、 与 此 相反 ， 细 胞 色素 类 都 是 带 有 血红 素 核 的 蛋白 质 ， 细 胞 色素 a, as 含有 相同 摩尔 数 的 Cu。 图 2-23 表示 氢 原 子 由 能 量 高 的 状 态 向 低 的 状态 顺 次 传递 ， 在 自由 能 落差 大 的 部 位 生成 ATP， 贮 存 能 量 。 电 子 的 传递 倡 联 (coupling)， 由 ADP 与 Pi (天 机 磷 酸 ) 生成 ATP 的 反应 机 理 是 很 复杂 的 ， 最 近 已 逐渐 查 明 ,， Baw 道 详 细 内 容 可 参阅 有 关 论 著 。 Ee (Ve is x AG’{kcal/mol (ks/mol)) : 一 0.22|-TNAD Ler jo 0.27 3 ADP F 4 12.4 -=-ATP jwcai/man \ ; ne 0. 好 日 Wv "| "AD? + Bh . | 6 tk: 7 ar ATP . " 0. 231. - Say —30 oe en 4 Peart ADP+Pi ATP 二 6(—221) HB 2-23 ot el lla lei aS A ap ll -FPp, NADH 脱氧 梅 〈 黄 素 蛋 白 ， flavoprotein) b,c,a, GMA Pi, AMRR 标准 氧化 还 原 电 位 (&/) (pH74 28°C) 7) sea ee 73 « 一 方面 ， 绿色 植物 叶绿体 (chloroplast) 的 光合 作用 需要 的 电子 传递 系 有 两 个 阶段 ，(D 在 Mit 的 存在 下 将 水 分 解 生 成 0， 所 产生 的 电子 通过 光化学 系 I， 借 助 无 阳 能 的 激发 而 合成 ATP， 光化学 系 工 再 度 将 NADP+ (SLURRY Bam 磷 酸 nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, 8) BD & 发 变 成 还 原型 NADPH ( 光 反 应 lightreaction), (ii) 与 此 相反 ， ATP 和 NADPH 的 化 学 能 将 CO, 还 原 合 成 为 葡萄 糖 CER | dark reaction)。 尽 管 详细 的 途径 尚未 弄 清楚 ， 但 细胞 色素 b、 ff， 以 及 铜 蛋 白 的 质 体 蓝 素 参 与 了 从 光化学 系 卫 到 I 的 路 径 铁 氧 还 蛋白 参与 了 从 光化学 系 工 到 NADP+ HAE, 它们 在 电子 传 ， 递 进行 时 很 重要 。 zt 从 以 上 和 情况 来 看 ， 在 生物 体 中 的 电子 传递 方面 ; Ree 都 有 着 不 可 缺少 的 作用 。 当 然 ， 铁 、 铜 蛋 自 质 并 非 仅仅 参与 上 述 电子 传递 ， 它 们 还 具有 多 种 功能 ， 如 ， 和 氧 的 运输 末 4 参见 2983) m 。 红 蛋白 一 一 过 氧化 氢 酶 将 HO; 分 解 成 为 HO MO, 含有 Cu、Zn 的 超 氧化 物 歧化 酶 将 超 氧 化 物 离子 0; 分 解 威 为 本 0 和 0 Ai ， 胞 色素 P450 PETRI; SE. EMNBRE TSMR, ES 数 情况 下 ， 从 本 质 上 可 以 说 均 参 与 了 有 电子 传递 的 反应 二 下 面 从 ALPE BOERS. + Al & He 前 已 述 及 细胞 色素 〈cytochrorme， 参与 呼吸 链 、 光 侣 成 等 电子 传递 过 程 ， 但 是 它 仅 存在 于 好 氧 性 细胞 中 。 除 组 腹 名 玉 c | 外 ， 呼 吸 链 中 的 各 种 细胞 色素 都 与 线粒体 贞 忠 牢固 结 侣 细胞 多 素 P450 45 b, 则 是 存在 于 细胞 器 (微粒 体 iicrosome) th, 细胞 色素 含有 血红 素 核 ， 根 据 其 取代 基 种 类 的 不 同 ， 耸 劳 志 b、c 型 (Ww 式 2、3) 等 。 还 原型 [FeIT) 型 ] 细 胞 色素 中 ， 根据 血红 素 的 不 同 ， WHR eB. Y= GE MER 收 峰 ， es 74 人 所 y . ; > ab ny 4 i wy. iy ij 3 1 1 证 人 六 Hos m= 中 ws bps rt i e ou / ' 5 . Lie he 的 S J { NS i 309 40 500 600 nm gs) . , 2-24 如 哆 色素 ec 的 吸收 光谱 《〈 示 相对 吸收 强度 ) ——— Afi «++ os 氧化 型 eH BERRI IY DE Hi Jy Sores 吸收 带 (2-20, Sy WM ER a Ga, 形成 复合 依 ， 称 为 纳 胞 色素 aas 或 称 为 | 细胞 色素 ec 氧化 酶 人 c oxidase), # BRIAR 7 6 yori eee are ala 4 22h ie SS RARMARZH AER c hh 2.54 OE Be SR BEERS SH 尺 RRIEIRe ;细胞 色素 ab Sa, eA 一 样 , 通 过 非 共 价 刍 作 用 所 形成 的 。 知 今 研 究 得 最 好 的 且 已 查 清 其 BRE HE EE co 对 从 马 的 心肌 中 得 到 的 | 氧化 型 细 隐 色 mc 的 a sale By (4S HEX 0O.28nm), FE3) TMA A rN eras, weg 2-25 Prats BUSA, Meee Sma eA. ALi Ze ies EASA, ner Xk Fe (285) 6 ALi eee e R- (His1 8) 75K MRE GN RR ECHE (Met 80) WG SHH. 由 于 它 采 eug5*e 取 了 这 种 配 位 形式 ， 因 而 不 显现 与 0,、CO、CN- 的 反应 性 。 h 金枪鱼 心肌 得 到 的 细胞 色素 蛋白 和 血红 素 核 的 的 结合 情况 与 马 的 till, HRM Aww XNA GS BER 0.245nm)， 与 可 以 看 出 在 血红 素 近 旁 的 裂缝 处 和 分 子 的 有 侧 部 分 的 结构 发 生 了 改变 。 图 2-25 的 氧化 型 相 比 较 ， Te 一 NM hr ( ‘ Se HG HONS ; , 血红 索 b( 原 初 自 红 系 ) : Ro CH=CH , Jesse Pee attra. :R_ CHe-CHy Gi, COOH ) a : os : CHs dis Hac” cm PR, HC ho-cf ONC | ch，， - Fe-N me 07 H=CHs | Hae Sit Phi atin 1. wees : ae 4 | CH, ChesoeH | " BY mie | e 76 e a nies es CH Cc i Na Nail Nou” Notts aed 细胞 色素 的 性 质 也 o(V) a 1 200000 | +0.210 | 600 439 | 线粒体 as | +0.385 | 604 443 b | 25000 | + 0.030 563 532 429 | ”线粒体 by | 25000 | +0.02 | 556 526 423 | “微粒 体 Cy 37000 1 + 0.220 554 524 418 | “线粒体 ce 12500 | +0.254 | 550 521 415 | 线粒体 CN QD iy A Ale 5 Co BB 2-25. May WLAY Bh 2 2 es the Ec wy at SR HY eH 从 酷 气 酸 48 与 色 氨 酸 59 出 发 的 箭头 表示 血红 素 的 丙 酸 基 Si (R.E.Dickerson,T.Takano, D.Eisenberg,O.B. Kallai, L.Samson, A.Coope, E. Margoliash, J. Biol. Ch- em., Vol.246, 1§11(1971)) e e 77:« 细胞 色素 的 氧化 还 原 肥 应 是 : Fe(II) = 7 Fe(Ml) 反应 中 , 氢 原 子 并 不 迁移 而 是 由 电子 迁移 。 细 胞 色素 bc HAY Fe 还 原型 和 氧化 型 都 是 低 自 旋 型 电子 构 型 。 从 细 胞 色 素 “的 还 原型 与 氧化 型 的 结构 来 观察 ， 其 中 之 一 的 反应 Fe(l)—>Fe(®) 的 电子 迁移 过 程 如 下 所 述 。 对 于 氧化 型 而 言 ，Tyr74 和 Tip59 HHS A EF, Tyr67 与 血红 素 核 有 相当 程度 的 平行 平面 ; 相 民 ， 在 还 原型 中 ， Trp59 与 Tyr67 大 体 上 平行 ，Tyr74 划 与 血红 素 核 分 离 。 这 时 的 过 程 为 : (i 从 还 原 酶 〈reductase) 到 Tyr74， 再 经 Trp59 Ha aT 云 重 释 ， 将 工 个 电子 传递 给 Tyr67。 BD 电子 从 Ty r67 向 血红 素 核 迁 移 ， Tyr67 呈 缺 电子 状态 (iiiy) 掏 型 的 变化 使 氧化 型 结构 改变 为 还 原型 结构 ， ni | 与 Tyr67 的 芳香 环 面 平行 时 导致 工 电 子 云 重 登 。 Civ) 此 后 ， 工 个 电子 从 Trp59 传递 到 Tyr67,Tyr67 即 恢复 为 电 中 性 ， 整 个 分 子 就 成 为 还 原型 这 种 模式 画 出 来 就 如 图 2-26， 但 是 ， 以 后 将 提 及 这 种 模式 细胞 色素 “细胞 色素 ag Wie: 省 = 盖 5 人 ae io on | a er \ Al BEX (i), (ii) . BYES (ill), Gv) 9-26 Mie 3 c Hy HE -Few Bt (T. Takano, J. Bi- ol.Chem. Vol.248, 5234 (1973)) 9 78 « x ; SHLAA. ATR FRSRRAAKEORM, Dees 无 定论 。 ji 细胞 色素 a 与 as 位 于 呼 奴 链 的 末端 ，0 的 氧化 力 使 细 肥 包 素 ec 被 氧化 。a、as 都 是 每 一 分 子 含 有 一 原子 的 Cu， 约 半数 的 Cu 不 能 用 ESR GH, O, 进 六 细胞 色素 aa, 的 扩散 速度 为 1x 10° 摩尔 /( 升 . 秒 ) ,as 及 a 的 氧化 的 一 级 反应 速度 常数 为 3x10"/ 秒 和 7x102:/ 秒 。Cu 在 电子 迁移 中 的 作用 还 不 清楚 。 细 胞 色素 a, 能 与 CO 结合 ，CN-、N3 也 使 它 中 毒 。 已 经 证 实 as 与 9: 的 反应 性 同 Cu 的 电子 传递 有 关 。 另 一 方面 ， 除 上 述 呼吸 链 外 ， 在 细胞 的 微粒 体 部 分 还 有 与 异 相 结 侣 的 非 磷酸 化 反应 (ATP 的 合成 ) 的 电子 传递 系统 ， 该 系 统 包括 含有 血红 素 b(protoheme) 的 细 脏 色素 P450〈 常 简称 为 P450) 以 及 细胞 色素 be。 了 P450 具有 下 列 作用 :， 参 与 合成 省 体 激 x, Wee Hey KEL. THAD 以 及 环境 污染 物 ……') 进行 产 化 反应 的 加 单 氧 酶 (monooxyenase)。 羟 化 具有 对 药物 解 毒 或 是 发 现 毒 物 的 作用 。 这 在 药理 学 上 有 重要 的 意义 。 细 胞 色素 bs 可 用 作 脂 肪 酸 脱氧 反应 的 电子 传递 。 设 该 反应 的 底 物 为 S， 由 子供 体 是 AH:，SO 为 反应 生成 物 ， 其 反应 式 为 : S+O+AH- 一 >SO+HO+A 中 肪 酸 的 脱 氢 没有 多 结合 氧 ， 可 以 设想 是 在 生成 中 间 体 羟基 酸 后 发 生 了 脱 氢 反应 ， 同 样 也 可 称 作 加 氧 反 应 。 生成 SO 的 电子 传递 过 程 岂 是 由 NADPH 开始 ， 在 称 为 NAPPH- 细胞 色素 P450 还 原 酶 的 黄 素 蛋 自 质 参 与 E， 最 终 形成 了 P450 和 0is 含有 细胞 色 素 bu 的 那 一 系统 也 同样 通过 NADH- 细胞 色素 bs REAR, BETH 电子 传递 。 P450 正如 它 的 名 称 那 样 ， 它 与 CO 祖 结 合 时 , SAE Hy Aha 色素 不 同 ， 显 示 在 450nm 处 有 --Soret 吸收 带 。 若 加 进 药 物 ， 根 据 药物 的 种 类 不 同 。 生 成 不 辐 的 P450。 HIM, MARCHA, e 79 。 生成 分 子 量 为 50000 的 P450。 和 氧化 型 P“50 有 在 自 旋 型 和 高 自 旋 型 ， 前 者 可 能 在 第 5 配 位 位 置 有 半 胶 氛 酸 的 S$ ， 据 ESR 的 测定 数据 ， 推 测 第 6 配 位 位 置 上 有 咪唑 核 N 〈 见 结构 4)。 册 号 唑 的 质 &: NH 4 FRA, WES Fe 结合 的 强度 。 在 高 自 旋 型 中 咪唑 核 离 Fe 较 远 ， 是 很 弱 的 配 位 体 结合 。 还 原型 P450 是 高 自 旋 型 ,推测 P450 的 血红 素 部 分 与 0, 结合 时 ，0; KW (end-on) (BR 2.3， 图 2-17) 与 Fe 配 位 ， 硫 醇 根 S- 与 反方 向 的 O 相互 作用 ， P450(Fe% pasolee)-s Pasa(re)—-S i : - ti 6 : A | | H.0 t P450(Fo")—S 2H+ u oy . ; P450(Fe")—S P450(Fe)-S 2 2 a 图 2-27 ie eH WARY ° 80 «© 但 这 仅 是 设想 而 已 。 了 450 与 底 物 和 和 氧 的 反应 途径 大 致 如 图 2-27 所 示 。 过 氨 化 氨 酶 DLEMN at FAD 作为 辅 梅 的 氧化 酶 ， 如 还 原型 L- 氨 基 酸 氧 (ee. SiN FUL OL 氧化 后 ， 生 成 过 氧化 物 0 。 Or 和 超 氧化 物 OF 等 OC, 的 氧化 产物 都 是 细胞 毒物 。 所 以 ， 生 物 & ot 对 它 有 一 系列 防御 机 构 ， 能 够 将 游离 的 05 、03 迅速 分 解 ， 用 于 其 它 的 氧化 反应 中 ,从 而 被 消除 掉 。O2:- 通过 过 氧化 氧 酶 (catala- Se) 以 及 以 后 将 介绍 的 超 氧 化 物 歧化 酶 (stper oxide dismotase) 的 俱 化 作用 ，0; 通过 过 氧化 物 酶 (peroxidase) ayte 10 TF Fi. we EM PRR (HO, 为 例 ) : 2H,0, gen eeeOtO, 、 ‘ (2-3) 四 上 列 二 式 看 出 ， 若 〈2-4) RMI WSK, 则 〈2-3) HK MMR LO, 自身 ， 而 成 为 《2-4 式 的 特例 ， 办 此 可 以 次 过 氧化 的 酶 是 过 氧化 物 酶 的 一 种 特殊 品种 。 在 伤口 上 涤 折 双氧水 (3%H,0,) 时 ;用 明显 的 泡沫 多 出 ， 就 是 〈2-3) ARMM 现 。 过 氧化 复 酶 在 各 组 织 中 具有 使 08- 变 为 无 毒 的 作用 。 相 到 ， 有 时 利用 0- 的 毒害 作用 ， 以 防止 细菌 感染 ， 如 白细胞 吞噬 纽 次 后 生成 03 .035，， 亲 死 细菌 。 过 氧化 氨 酶 的 分 子 量 为 240000 一 250000， 每 一 NOY FEA AANA. Wa eR BH FeCl) 状态 ， 通 过 磁化 次 和 其 它 方法 测 定 表明 ， 它 是 高 自 旋 型 的 。 该 Fe( 亚 ) 型 血红 素 欠 有 在 变性 的 情况 下 ， 才 被 连 二 亚 硫 酸 Hz5:0， WIR FeCl) 型 熏 SK. SHY + 血红 素 的 轴 配 位 体 进行 了 各 种 研究 ， 第 5 配 位 位 置 上 是 有 也 胜 核 还 是 有 羧 基 ， 至 今 仍 未 弄 清 楚 。 其 余 的 配 位 位 置 为 e Sloe Koy FT ie WAALS HO, AY Soret Deve iy it WR IG 减弱 ， 首 先是 因为 形成 了 中 间 体 了 Pil awa HO, 超 ih: 过 氧化 氢 酶 + H,0,—>*fi [i] I+ H,0 中 间 体 1+ H,0,—> iw H(t 2 + O, + H,0 过 氧化 氢 酶 的 反应 是 双 电 子 反 应 ， 在 中 间 体 工 形 成 时 的 原子 价 表 现 为 5 价 。 大 部 分 过 氧化 物 酶 与 过 氧化 氢 栈 相同， 也 是 含有 奖 红 素 的 血 红 素 蛋白 ， 例 如 脂肪 酸 过 氧化 物 酶 。 息 在 1,0, 存在 下 对 脂肪 酸 进行 o- 和 氧化 。 2H0s 3H0 RCH:CH.COQH aes fie RCH.CHO + CO2 ; ee BORX- 和 、 Wey Be WASSER ARARSA 含 铁 的 蛋白 质 有 的 并 不 含有 中 啉 核 。 它 们 即 非 血 红 素 铁 蛋 白 (non-heme iron protein) (人 参见 2.4 生物 体 的 能 量 代 谢 一 节 )， 其 中 的 铁 - 硫 党 自 Ciren-sulfur protein) 尤为 重要 。 它 的 下 e 与 蛋白 质 的 结合 全 部 借助 于 半 胱 氨 酸 的 S， 多 数 情 形 含 有 等 摩尔 的 Fe 与 无 机 硫 ” (inorganic sulfur), 铁 - 硫 蛋 折 包括 由 分 子 oA 6000~-29000 的 小 分 子 蛋 白质 , 以 至 分 子 量 为 280000 LANE A 质 〈 如 醛 氧化 酶 。 黄 味 叭 氧化 酶 ) 。 它 们 的 氧化 还 原 电 位 “《E) 由 -0.49 至 +0.28V 范围 内 大 幅度 变化 。 铁 - 硫 蛋白 是 下 列 反 应 的 催化 剂 ， 光 合成 ， 脂 肪 酸 的 o FAIL, N, AUNT, MPU SE AD 子 传递 ， 省 体 化 合 物 的 羟 化 等 。 按 照 不 同 的 活性 中 心 ， 铁 - 硫 蛋 # HRS HS 作用 而 产生 的 破 称 为 不 稳定 硫 Cabile sulfur), ° 82 。 自 可 分 为 以 下 三 类 ; (1) Fe(S 一 Cys), 型 (AREA) (2) Fe,S,(S 一 Cys), 型 (植物 铁 氧 还 蛋白 等 ) (3) Fe,S,(S—Cys), 型 〈 微 生物 铁 氧 还 蛋白 等 ) 这 三 种 铁 - 硫 蛋白 的 结构 如 图 2-28。 航 2-8 8 列 出 多 种 铁 - 硫 绰 白 的 性 质 。 二 oP a £ ca ev = Cys-S. AAS-0ys Cys- s、 AsN， 2 “Cys “BARS | 6 Fe-|--S Cys-S% Ns-cys Cys-S wd 4 Ne -Cys sr’ CysS ~S-Cys (1) (2) (3) Fe(S-Cys), 型 Fe.S,(S-Cys), 型 Fe,S,(S-Cys) 型 图 2-28” 铁 - 硫 蛋 白 的 活性 部 位 结构 模式 红 氨 还 蛋白 (rubredoxin) 呈 红 色 ， 如 上 所 述 ， 蛋 肠 质 的 4 AEB RY SH 基 与 Fe 结合 ， 不 含 无 机 硫 ， 这 点 与 铁 氧 还 S 白 不 同 。 红 氧 还 蛋白 通常 多 见于 细菌 ， 参 与 在 脂肪 酸 的 @ 位 或 碳 和 揽 化 合 物 的 未 端 上 导入 羟基 的 反应 。 当 存在 0 时 ,@ 产 化 酶 . 红 SEH, NADH 红 氧 还 蛋白 氧 还 酶 进行 如 下 的 产 化 反应 ; NADIR 了 氧化 型 还 原型 RCHs rece 人 红 氧 还 蛋白 co 羟 化 酶 还 原 了 氧化 型 RCHoH e 83 e Rwy (9 mdb (9 Mie TAS A Ce eee Seeerrrgrory wereeeereeereeeeereeieeeerieeeeee yo en evemeeeeenea (O00ZL)88E . me .,(uinteurosy9) (0026) 0S¥ §(odogT) Sse f~oooseze OSEOF 了 二 了 0896) ne (a4?) e199 TO cn (UIT playso[y? (COW9EIOSe £/000'5) 207 geeO- Be & § 0009 REA E HU wore (q (SN{Loeg) (000325 COP O8s'0- F¥ v 0008 fed ERD Wey %sh9-g) oq z (#4 £ x i (0096) SF £(00001)S. 7 £LQ005) 548 QOLZ°0- & Zz OOSZL Reals Sey DO Me HT (0068) S9% 5(00767077 {(OO0TL)OSS O2F'0- B g 0005IT peas (KR) ABD ¥oq¢ 7 (SAD-S) “sag © ae | (OOES) EEE £(OO8OL) IIE Mee = ¢g (WUTPTso[9) (0883) 067 (00801) 068 090°0- 0 T 0009 | We 1) AEG (s4D-g) a Le <> ay Ue yf oe ae I Came SP cen a £4 Lf EM CAE EO ie ~ 38 (Qu) 过 PTY Hh : - WRN GY Ys [cS /29 BiG vias WW EE Veet Fy Bit UO ah Olle 8-2 从 ° 84 « EA ESR 的 g 值 约 为 4.3， 氧 化 型 [Fe (I), KAW CEe(IE7 都 是 高 自 旋 型 。 用 属于 厌 氧 性 细菌 的 巴 氏 梭 菌 《〈C1os 仁 ridium Sieonereeen an taannrrne se 判断 其 结构 如 图 站 + =-29 所 示 。 图 2-29 红 领 还 蛋白 与 活性 中 心 模型 络 合 物 [Fe(o-(SCHs)， CeH4) -的 结构 (a) Clossridium pasteurianutm 红 氧 还 蛋白 的 肽 键 (分 辩 率 0.250m) (J.R.Heriott, 1.C. Sieker, ¥. H.Gensen, J.Mol.Biol., Vol.50,390(1970))s (b) [ Fe (o-(SCH3) CeH4) 2]7 (及 .W .Lane， J.A. Ibers, R.B.Frankel, R.H. Holm, Proc. Natl. Acad.Sci.USA Vol.72, 2868 (1978)) e 85 。 颇 为 有 趣 的 是 ， 它 的 结构 和 各 种 性 质 与 人 工 合成 的 模型 化 含 物 [Fe(o-(SCHas):CeH4):] -或 2 的 很 一 致 。 含有 2 原子 铁 的 铁 - 硫 蛋白 一 一 2Fe 铁 氮 还 蛋白 CE 称 为 双核 铁 氧 还 蛋白 ， 其 氧化 型 呈 红 色 至 栖 褐 色 。 每 一 个 Fe 原 子 与 一 个 原子 的 无 机 硫 结合 。 在 叶绿体 中 所 含 的 2Ee KA CEA 基 光 合成 电子 传递 系 的 一 员 ， 参 与 如 下 的 反应 : NADP* + H,O-—>NADP + H* + + O, ADP + Pi* —-—>ATP 2-30 [Fe,S,(0- (SCH,).C.H,> 2127} Lee (J.J.Mayerle, S.E.Denark, 5.V. DeParaphilis, J A. Ibers, R.H.Holm, J.Am.Chem.Soc., Vol. 97, 1032 (1975)) BESh, TER LAR RA hae Ze Ee RE Be (BER evo ane (adrenodoxin), 7EMAILAW, & RO CORI CAEA. 2Fe AA REAL PRR 昌 EW X HAGA, 从 合成 的 模型 化 合 物 CFe,S,(o2(SCH,), | CeH):J (图 2-30) 的 屯 子 光谱 Cr 414; 4555 590) 、 磁 化 率 、M5ssbauer 谱 等 44, ny DIRE, © Pi 为 无 机 磷酸 (IJnorganic phosrhoric acid)。 * 860 。 曾 天 项 的 说 伍 中 心 也 和 借 型 化 合 物 一 样 ， 都 是 复数 核 结构 。 还 原 者 都 是 高 自 旋 型 的 Fe(I) 与 Fe( 亚 )， 呈 反 磁 性 相互 作用 ， BR 化 型 也 是 高 自 旋 型 的 2 个 Fe(I)， (kik F 是 自 旋 = 自 旋 间 的 相互 作用 ， 前 者 是 顺 磁 性 ， 后 者 是 反 磁 性 。 4Fe 铁 氧 还 蛋白 的 稀 溶 液 呈 黄 绿色 ， 浓 溶液 呈 黑 褐色 。 与 藻 药 的 2Fe 铁 氧 还 蛋 自 一 样 ， 它 的 还 原型 有 分 离 的 8 个 ESRg fa, 显示 出 Fe 周围 的 对 称 性 稍 差 。 这 种 蛋白 的 特征 是 4 个 Fe 原子 结 合 有 个 无 机 硫 原子 , 这 种 铁 - 硫 蛋白 的 氧化 还 原 电 位 有 高 和 低 之 分 〈 见 表 2-8)， 氧 化 还 原 电位 高 的 称 为 高 电位 铁 - 硫 蛋白 (high- potential iron-sulfur protein), 4Fe 铁 氧 还 各 朋 [Fe4S， (S- Cys), Fy n=2,3, 高 电位 型 的 na=1,2。 两 者 的 结构 同 模型 络 合 | 物 [FesS4(SR) 很 相似 ( 见 图 2-3(b)。Fe 的 氧化 状态 如 下 表 : Fe pki 介 态 me 电位 铁 - 硫 怒 ik AREA 3Fe (I) + 1Fe (i) (4 J 型 ) yA 2Fe (1) + Fe (i) 还 原型 氧化 型 1Fe(I) + $Fe 8~F See J a 1 y “ 太 8 v G V 3 上 8 ¥ G I T T OER ICESE: caer G] ie 一 HY KEM HOM HI CH / EE) ft - : Se ee -一 一 一 一 -一 一-- 000071 OOOOTL 00069 00007T 000FT 0000¢ 0090T ore eee fl 3G Te (ee 2 UL CH) Sid Ys 9 SE UE AY CHEM ‘OM HEM $s 2 = fi i £1) k-d din SN OYE a Ve ae fy 7 YS YY $1) By A Ul yg 激 eum) B® EASE SE A EE iy foe 3 Ht WG EWM 6-0 . ee e O91 e e 92 。 图 2-32 ” 质 体 蓝 素 的 结构 了.A.Colman H.C,’ Freeman, J.M.Guss,M.Murata, V.A.Norris, J.A.M.Ramshaw,M.P.Venkatappa, Nature, Vol.272, 319 (1978) ) (a) 多 肽 链 与 Cu 的 位 置 《〈 图 圈 示 & 碳 位 置 )》 (b) Cu 的 配 位 结构 可 能 的 。 质 体 蓝 素 的 反应 及 其 结构 还 有 待 子 今后 的 研究 。， ik fd A RY. 光谱 性 质 的 类 似 性 可 参见 3 3. 5 介绍 的 次 型 . 合 物 。 超 氧 化 物 玻 化 本 | 生物 在 利用 O, 的 过 程 中 ， 生成 了 对 细胞 有 毒性 的 2 为 此 ， 如 前 所 述 ， 生物 通过 过 氧化 氢 梅 和 超 氧 化 物 歧化 芯 (super pxide dismutase) (SOD) % 0, 的 还 原 产 物 变 成 He 以 RE 性 。 好 氧 性 生物 具有 这 种 能 力 是 理所当然 的 ， 但 是 在 地 球 上 和 营 积 O, 之 前 出 现 的 厌 氧 性 生物 也 有 SOD， 又 是 什么 原因 ? 原来 这 是 为 了 防御 水 被 光 4 分 解 生成 的 oO, 。0, 被 还 原 时 有 如 下 的 变化 ; “人 <5 O37 ee > 2027 . eT O->0;>077, SOD 在 反应 中 能 将 03 转变 为 0% 和 O,, 203 + 2Ht 3oR H.0.+ O, HARTA HO, R—Sit WUE AMC TE, By HO 和 O, SODPEMFEFEMR, BOEES 动物 的 红血球 、 线 粒 体 中 。 改 变 0; SOR AFAR I, Away SOD 含量 则 受 O。 盆 奈 的 影响 ， 成 比例 地 作 相 应 的 变化 ， 这 就 说 明 SOD ZO, 的 科 用 上 景 不 可 缺少 的 。 能 生成 OF 的 体系 存在 于 叶绿体 、 线粒体， 这 就 是 血红 蛋白 ， 黄 呆 叭 氧化 酶 、 过 氧化 物 酶 、 铁 氧 还 蛋白 、 FMN 等 多 种 酶 、 蛋 白质 、 小 分 子 化 合 物 能 够 发 挥 作用 的 藉 因 。 此 外 ， 已 知 有 各 种 的 SOD， 其 中 有 含有 Cu 与 Zn 的 Cu- Zn SOD， 含 Mn jij MnSOD, li 4 Fe ij FeSOD, Cu-ZnSOD 对 CN- 敏 感 ， MnSOD 及 FeSOD 则 不 受 CN- 的 影响 。 以 前 认为 前 者 ERLE (eukaryote) 中 存在 ,后 者 在 原核 生物 (prokaryote) 中 存在 , 但 未 必 如 此 。 表 2-10 列 出 几 种 SOD 的 存在 部 位 与 性 质 。 e 93 。 #2 2-10 超 扎 化 物 监 化 梅 (SOD) MAS ER APA 存在 部 名 Pisa ee CH Spee Wiss 子 /摩尔 ) Ca-ZasCD 哺乳 动物 的 组 织 ， 2Cu 2Zn 32000 os Ra, READS Photobacterium : 1Cu 2Zn 33100 as teiognathi® MnSCcD Escherichia eli») 1.4Min $9590 a 5 A AP A AOR 2.1Mn 20000. ae RE iE 2B ar ae 4AMn 全 人 38000 as ¥reSOD Escherichia coli pie 38700 a2 ; spiraling vlatensis® iFe 37490 Cs2 . a nn ee 一 一 | aS RK AEF b) 7a this cc) HE ESE CuZnSOD 在 580nm 与 258nmabA Beue, MnSOD J ily 475nm 5 280nm, FeSOD 2-4 350nm 455 23¢nm, FcSOD 是 在 地 球 上 .最 .时 HLA at Wi, AMZ MnSOD, jij CuZnSOD > Ri ezine Lie 成 好 氧 性 条 件 以 后 放出 规 的 。 . CuZnSOD 是 第 二 类 铜 蛋白 ( 非 蓝 铜 )。 与 0; RM RES] UP MRE, Rae ea KG(vu=KLIOz]LSOD]) 的 数量 级 为 10 趾 摩尔 /( 升 . 秒 ), 反 应 时 必须 有 Cu(CI)， 脱 Cu(I) Jah SOD 的 i obi FA COC) WK Zn), Mig 竹 仍 保持 100%。SOD 与 | 通 衣 有 如 下 的 有 反应， SOD - M"* + Di 一 >SOD--Meoa-D++O， SOD-M‘"-* + 0; + 2H*—>SOD — M"*+ H,0, 4M" Cua 时 ， 反 应 物 的 氧化 还 厌 i 1 BAC) ne 2-11 所 列 。 ， 94 。 4 % 2-11 和 氧 、 铜 的 氧化 还 原 电 位 瑟 ; Ca) R Ff . E*,(V) 0,+e°s0,° - 0.36 Cu2* Ce) +e 全 Sa (Be) 0.17. SOD - Cu?+ +e7==SOD - Cut ' 0.42 O47 + 2H* +e" H.0, 0.90 (a) SOD 是 来 自生 红细胞 的 Cu--ZnSop 用 ESR 研究 了 CuCl) 与 磁性 等 价 的 N 原子 的 配 位 CuCl) 置 换 SOD 的 吸收 光谱 ， 由 MCDP 光谱 测 得 的 Zn(I) 的 结合 部 位 同 悉 酸 脱 氢 酶 的 结构 近似 。 最 近 已 对 牛 红细胞 的 Cu- ZnSOD 作 了 X 射线 晶体 结构 分 析 〈 分 辩 率 0.3nm)。 这 种 SOD 的 分 子 量 为 ， 31400, 含 氨基 酸 151 个 ,每 一 亚 基 含 工 个 Cu 和 1 个 Zn,680nm 处 的 摩尔 消光 系数 为 300。 采 用 X 射线 分 析 可 测 得 Cu 与 Zn 之 间 的 距 离 为 0.6am， 它 们 都 与 同一 个 His61 的 咪唑 核 相 结 合 。 Cu 除 了 His61 以 外 ， 还 与 His44, His46, Hisl18 的 咪唑 核 N 结合 , 成 为 稍 有 变形 的 正方 形 平面 。 Zn 与 His61、 His69、 His78 的 咪唑 核 N 以 及 Asp8i 的 8- 羚 基 勉 强 结合 成 正四 面体 形 (图 2-33)。 2 个 亚 基 极为 相似 ， 在 溶液 中 其 骨架 完全 等 价 或 非常 相似 。 亚 基 闻 的 键 是 由 数 个 氨 键 和 多 个 疏水 键 组 成 。Zn(I) 的 作用 是 维持 活性 部 位 旁 的 多 聊 的 构象 。 在 二 聚 体 中 2 个 Ca 相距 约 3.4nm。e 有 趣 的 是 ， 咪 唾 核 作 为 Cu 与 Zn WH, ASEDNSTAS 物 中 还 未 见 这 样 的 例子 。 合 成 的 Cu(I) 络 合 物 5 WEAR 构 的 借 型 。X 射线 分 析 也 证 实 了 这 一 点 CA 2-34)。 e 95 。 OE Pt Na. 6mm 一 一 © 5 a v4 é 3 eet , 7 Asp 8 f 二 2-33 来 自 牛 红细胞 的 赵 氧 化 物 歧 化 酶 的 多 肽 链 (U.S.Richardson, K.A.Thomas, B.H. Rubin, D.C. Richardson, Proc. Natl. Acad.Sci.USA, Vol.72, 1349 (1975) ) 5 Cu, Zn 配 位 结构 的 模式 ， (a) 亚 基 的 简化 骨架 Ss dic (b) Cu, Zn 的 配 位 结构 e 96 e SS atte eee attetta ogy N, —_ 《2]- {> | a Ny—cu-n7 n— cu ns Geb we N seaN、 | 5 \ [Cu2(bpim) (im) ]."* 9 ea 2-34 (Cu, (bpim) (im) fi ga AY — SRR EQ (G.Kolks, C.R.Frihart, H.N. Rabinowitz, S.J. Lippard, J.Am. Chem .Soc.Vol - 98, 5720(1976)) TW RESCH. HPAES IF OLA an eA 08 ie As) 十 07 十 如 本 —= (His)jcul 十 HA N—2n (tis) (Ae) 一 02 1 POF + XN —Za(e) ep 一 -tao 一 六 \— Zn (Hs) (489). 十 Ho) KF SOD 的 研究 ， 沿 待 进一步 开展 。 e 97 e 2.5 人 金属 离子 的 脆 通 朋 细胞 被 细胞 膜 (plasma membrane) Al, HIRATA 胞 内 外 物质 的 流通 。 在 细胞 内 部 的 细胞 核 、 线 粒 体 、 高 尔 基体 被 膜 包围 ， 连 同 内 质 网 (endoplasmic reticulum) TB T Ai fie a ER | 体系 。 这 种 膜 对 于 离子 的 通 透 表现 出 选 译 性 ， 寻 致 离子 这 浓度 梯 上 度 迁 移 、 产 生 电 化 学 势 ……. 7 RPS) SANS He 一 般 的 物质 单 靠 扩散 是 不 能 通过 生物 体 膜 的 。 障 有 物质 选择 性 或 通 透 方向 选择 性 ， 这 就 是 使 膜 内 外 的 物质 产生 浓度 差 的 原 因 。 各 种 细 肥 对 焉 及 碱 十 金属 离子 表现 的 浓度 差 如 表 2-12 所 列 。 “— 表 2-12 各 称 生 物体 系 的 金属 离子 浓度 (10- BAH) —_——— ~ 一 一 一 一 一 人 一 < 一 一 一 -一 一 一 - -一 -一 -~ 一 一 一 -一 一 -一 -一 一 生物 体系 Jeanne | Ne;* Nay": K\* Ko* Megit* Mgt Cae* Cay — ——— ee CA) "15 as se ts 1:0. CH, tae) =~ + % bps lla ceo" a CH; / Cl ls CH-CHi- 012 CHa~ Chi ryt ma) NH 0 i li + : CH (CH2)a— CH=CH eT CH—CH.— 0- P ~Q—CH3s—CHa-N(CH3)s OH ar Ng 3 RAR? : 脂肪 酸 的 烃基 部 分 。99 。 膜 的 结构 是 由 H.Davson, J.Danielli 提出 的 ,再 经 J.D_R- _obertson 修改 的 脂 类 双 层 模型 。 即 ， 在 膜 中 各 种 极 性 脂 类 的 烃 基部 分 指向 内 便 排列 ， 通 过 臣 水 键 形 成 双 分 子 层 ， 亲 水 基 则 伟 向 Spl CE] 2-35)。 | ; Airing og Ny | | | | | } 人 ss 多 肽 链 2 2-35 膜 的 Davson-Danielli-Robertson 模型 S.J.Singer 和 G.L.Nicclson 的 镶嵌 结构 模型 是 更 先进 的 模型 ， 它 是 脂 类 与 球 蛋白 形成 的 双 层 镶嵌 结构 。 在 此 平面 结构 中 ， 脂 类 分 子 与 蛋白 质 分 子 可 以 作 横 向 运动 ， 这 就 说 明了 膜 的 柔软 性 。 蛋 占 质 贯穿 膜 ， 并 在 两 侧 合 出， 其 余 的 蛋白 质 仅 有 一 半 陷 入 脂 类 ，， 或 为 完全 埋藏 在 内 的 状态 。 跷 的 构成 是 由 于 脂 类 之 间 及 脂 类 与 蛋 白质 之 间 的 疏水 性 相互 作用 或 静电 的 〈 氢 键 ) 相互 作用 。 这 一 模 型 的 示意 如 图 2-36。 物质 通过 膜 的 形式 。 包 括 细胞 的 内 部 与 外 部 > Tal Ww HK, 从 外 部 通过 细胞 再 向 其 它 细胞 的 外 部 输送 ， 以 及 如 线粒体 那样 的 细胞 器 在 膜 内 外 的 输送 。 现 就 其 中 最 常见 的 细胞 内 部 与 外 部 之 间 的 输送 加 以 讨论 。 膜 通 透 可 以 分 为 溶质 着 溶液 浓度 梯度 迁移 的 主 | 动 运输 (active tranport) 和 有 顺 淡 度 梯度 迁移 的 被 动 运 给 (pas- | sive transport)。 主 动 运输 必须 伴 以 自由 能 的 增 大 ， 不 能 自发 地 进行 ， 在 生物 体内 发 生 时 要 消耗 ATP。 根 据 物 质 的 不 同 种 类 ， 膜 。100。 aloe, 7 +5 | i ae" a RT ; HO 一 CO 一 CH 一 CH: 一 OH OH 2-36 ”了 戏 的 镶 族 结构 模型 (S.J. Singer, G.L. Nicolson, Science, vol.175, 720(1972)) AREER RUAN lia, AScamiar Homage 体 ， 就 是 一 种 蛋白 质 ， 它 阻止 根 皮 素 (phloretin) (4) 通过 。 Na — K* ap | 表 2-12 表明。 细胞 内 K* 的 浓度 高 ，Na+ 的 浓度 低 。 高 浓度 的 K+ 对 于 糖 原 酶 解 *、 神 经 的 作用 **、 核 糖 体 的 蛋白 质 生物 合成 等 细胞 站 的 各 种 功能 ， 都 是 必要 的 。 为 了 保持 这 种 状态 ， 必 须 © SRR NE (glycolysis) = 4) HWA AE AY EE. $ 直 ”影响 肌肉 神经 的 兴奋 程度 。 一 一 译 者 * 101° 育 一 种 机 构 从 细胞 内 排出 Na+， 并 从 细胞 外 吸入 K'， 这 就 是 . Na*, K*-ATP 酶 体系 ， 即 所 谓 的 Nat-K* 3, Nat, K*-ATP Bg 是 利用 ATP 的 能 量 来 保持 细胞 内 的 Na*、 玫 ”浓度 的 机 构 ， 几 乎 所 有 的 动物 细胞 戏 内 均 存 在 。 当 细胞 内 存在 Mg8AIP ”和 高 浓 度 的 Na“， 在 细胞 外 存在 高 浓度 的 K 时 ，Na' ,KEAIP 酶 的 活性 Js. CESS EOIN, 细胞 内 只 有 当 Nar 存 ERA 能 最 示 这 种 酶 的 活 性 ， 所 以 叫做 Na* RR o 细胞 内 外 的 Na 、 K* 芳 及 Nat, Kt 和 Nai Kt 表示 ， 那 Z, HF Nat, K*-ATP 酶 的 作用 ， 这 些 离子 的 迁移 如 下 式 进 行 。 | 3Nat + 2K*+ + ATP*- +H,O —> 3Naj + 2K{ + ADP*- + HPO}” + H* 通 透 作 町 的 机 制 ， 可 以 认为 如 下 式 : 8 ` .Mg?* Nat + ATP+-E=== Na-E~Ps ae Na - E~P===Na- E’/~Pp K* +H,0 + Na—E/~p==2Nat+ Kt +E+Pi (WELD BGR. E~P, B’~P 为 磷酸 化 合 物 ，Pi 为 - ABU ae heh fit Na*-K* RY 葡萄糖 和 氨基 酸 进行 主动 运输 ， 即 通 过 Nat, K*-ATP 4§ JZ agi Nat 浓度 梯度 ， 使 结合 Na 积 葡萄 糖 的 载体 起 作用 ， 将 葡萄 藉 送 浓度 梯度 送 入 细胞 内 。 对 氧 基 酸 也 是 如 此 。 由 二 氮 基 酸 的 种 次 不 同 , 存在 不 同 的 载体 。 进 入 细胞 内 的 Na* 再 借助 Na+*，K+-ATP 酶 排出 细胞 外 。 Fa Fi ii, Ca®* 的 膜 通 透 认 为 是 借助 于 肌纤维 的 细胞 质 一 一 所 谓 肌 形 质 和 内 质 网 体 进 行 答 关 ， 起 到 松弛 肌肉 的 作用 : 这 是 Ca -ATP AS 的 活动 使 ATP 水 解 ， 由 水 解释 放 的 能 量 供 Ca”…” BY SEI 合用 。 在 线粒体 的 电子 传递 上 ， 每 结合 2 个 电子 ， 则 答 _—— ¢ 鸟 木 苷 抑制 钠 系 工 作 ， 从 而 抑制 精 的 吸收 。-- 一 译 着 °102¢ ~ 入 6 不 Cast。 这 种 机 制 对 于 保持 细胞 内 低 浓度 的 Cax*， 有 重要 总 wee | 离子 载体 前 已 述 及 Nat+、- K* 等 的 膜 通 透 机 制 , 它 调节 离子 浓度 。 抗 生 素 对 这 些 金属 离子 的 脂 溶性 或 膜 通 透 性 ,都 有 巨大 的 影响 -发 现 最 早 的 抗生素 是 从 放 线 菌 (Streptomyces fulvissinus) Bij RA HX (vatinomycin)(5)。 这 是 一 种 环 状 化 合 物 ， 它 的 存在 能 抑制 ”线粒体 的 氧化 磷酸 化 中 ATP 的 生物 合成 (切断 了 电子 传递 途径 )。 这 种 现象 使 得 在 正常 情况 下 不 能 通 透 的 线粒体 内 膜 可 以 顺利 放 过 X*， 所 以 消耗 掉 合 成 ATP 必需 的 能 量 。 也 即 ， 顷 氨 考 素 借 极 性 ROARS KY RR, KY 包围 在 环 状 结构 中 ， 非 极 性 基 向 外 侧 伸 出 ， 形 成 脂 溶性 K* 络 合 物 。 一 般 与 碱 金 属 离子 相 结 合 的 这 类 具有 脂 溶性 结构 与 性 质 的 化 合 物 称 为 离子 载 体 〈iono- phore)*。 在 其 结构 内 含有 许多 能 与 金属 离子 结 台 的 伍 诛 子 。 具 有 与 顷 握 霉 素 栖 似 的 环 状 结构 的 天 然 离 子 载体 ， 已 知 的 有 思 钴 孢 菌 J(enniatin)(6) 和 无 活性 菌 素 (nonactin)(7) 及 其 类 似 物 等 。 a SAE KAA SSR, TESS 键 成 环 。 其 中 。 中 性 的 离子 载体 没有 可 解 离 的 氢 。 与 此 相反 的 有 莫 能 菌 素 Cmonensin) (8), X537A 拉 沙 里 葛 素 (lasalocid) (9) ) See Rhy, HWA RIE, TARE, PU, CIERAS 物 时 ， 在 这 两 个 基 团 之 间 形 成 氢 键 ， 而 成 为 环 状 结构 。 在 这 种 情 Th, BARRE, HO, SMA, EIR A | 时 必须 将 pH 调 至 适当 值 。 另 一 方面 ， 合 成 的 化 合 物 中 也 有 与 碱 金属 离子 可 进行 有 效 的 结合 的 ， 形 成 -- 系 列 环 状 栈 ， 即 冠状 化 合 物 (crown compound) * ionophore 来 源 于 希腊 语 的 -phone (有 带 者 、 运 者 之 意 )， 是 指 离子 的 运载 工 A. RMA, (bearer), .- ° 103 » NA ¢5 oe i, Le : 4 i oo tt NG _ NHCHCG ~ j pe 要 Se 8 SS g° ‘GS are aT 4 "eto 45 AS 地 % 包 i ee : 多 \ 了 —~5 a r - gS BY , F-9 \% 53 % 人 / 办 D 4》 : ~~ % Ae 4b, a & e ,PP Pro, 要 JE 38" as rs) Feel ™ ge le ake oo eS Z AND HS ioe z Hey By 和 e 104。 MERIMEH A :R= CHCCHWCHCE eae B:R=CH(CH)s — nor : R AAD». 0 CHa . fA- 0 ee 、- 0 只 CHa | 了 a Tite :RCH (Pia, TOS Sere, mse 分 别 有 1,2,3, 4 个 R ， 每 个 R WH, CHs sat eee | .-~ COOH CH, CH, cH, SY? chioH， bh pty “HOY #: | : OH 0 0 9 cHaCHy H:C 名 这 是 1967 年 由 C.J.Pedersen 首先 发 现 的 。 冠 醚 的 命名 为 ， 名 称 前 部 为 取代 的 烃基 ， 其 后 为 成 环 的 原子 个 数 ， 再 后 标 上 “和 冠 字 ， 末尾 是 配 键 的 氧 原子 个 数 。 例如 〈10) 是 二 葵 并 一 18- 冠 -6 《di ?eazo-18-erown-6)。 这 类 化 合 物 也 是 借助 于 醚 键 的 所 将 金属 离 于 “钳制 ?在 环 的 内 部 ， 与 顷 氨 霉 素 一 样 ， 提 高 了 金属 离子 的 脂 浴 “105。 性 和 膜 通 透 性 。 Gs eae Se 10 经 射线 晶体 分 析 ， 确 定 了 几 种 离子 载体 在 溶液 中 是 人 金属、 BTREEAPRWAM. MARK -K* 络 合 物 (图 2-37) 是 酯 键 的 兰 基 氧 与 K+ HAS, KW NOOBS SB . K*—O fh 键 长 为 0.27 一 0.28nm。 fig , 2-37 MABA-K*AAWHAN (4B (M. Pinkerton, L.K. Steimarf, P.Dovkins, Biochem. _ Bioppy” 72s. Commun., Vol.35,512(1969)) 无 活性 菌 素 -K* 络 合 物 (图 2-38), RaW B-K* 络 合 物 的 K+--O 键 长 分 别 4g 0.27~0.29nm 和 0,26~0.28nm, FERE (二 © 茶 并 -18- 冠 -6)-RbNCS (图 2-39) fy Rb*-—O $B BE 0.27~ 0.28nm， (〈 葵 并 -15- 冠 -5)-Mg(NCS)，( 图 2-40) 的 Mg?*—O $B 上 离 为 0.22nma © 106，。 ; | 2-38 无 活性 菌 素 -K* 络 合 物 结构 (@®.T. Kilbourn, 了.D.Dunitz, 工 .A.R.Pi ioda, W .Simon, J.Mol.Biol., Vol.36,.559 (1967 , ; \ 图 2-39-” «(EF - 18- 冠 -6) -RPNCS 44 2 yy Be (@.Bright,M.R.Truter, Nature, Vol.225, 176 (1970)? 4 © 107 fA 2-40 (283 -15- 冠 -5)- Me (NCS), AG WMA | (J.D.Owen,J.Chem.Soc.Dalton Trans.1978, p.1416) PE RUM SIR BST GAP ERD eS REPRO SET. TEE 类 化 人 台 物 来 说 主要 是 由 环 状 结构 的 空 腔 的 大 小 和 金属 离子 的 大 phen, vei eh sper aat cee; 离子 的 大 小 与 空 腔 配合 差 ， 则 形成 稳定 性 低 的 络 合 物 。 例 如 15- 冠 -5 的 空 腔 直 径 为 0.17~0.22nm， 络 合 物 的 稳定 性 顺序 为 Na+ >K*>Cs*,18--6 的 空 腔 直 径 为 0.26 一 0.32nm) 二 络 合 物 的 稳 定性 顺序 则 为 KK+> Cs+ 之 Nat+。 表 2-13 列 出 天 然 的 离子 载体 的 络 侣 扬 稳 定性 顺序 。 %2-13 ”离子 载体 对 金属 离子 的 选择 性 离子 载体 ery 选择 性 RABE K+SRbt >Cs*t >Nat >Li* 无 活性 菌 素 NH4 >K*>Rb* >Cs*>Na*>Li_ 二 茶 并 -18- 和 冠 -6 K*t>Na* >NH,* >Cs*>Li* Bi fe SA _Na*t>K*>Rb* >Li>Cs* qu vy FB ai AE (X-537.4) Cs*>Rbt = K* >Na* >Li* 2 108° — Mi 2 GE K*~Rb*>Cst>Nat>Lit, Kt 与 Rbt HBT 径 分 别 为 0.133nm 71 0.147nm, BH 差 值 比 K*S Na* ay 22 (0.097nm) Bh, FEI PFARK)NSMRK. BRAT 在 丙酮 等 非 水 溶剂 中 进入 离子 载体 时 ， 车 只 从 空 胸 的 大 小 和 离子 半径 大 小 看 ,2 在 含水 丙酮 中 的 次 序 为 KK > Cs*>Na*, 水 分 子 的 存在 改变 了 这 一 顺序 ， 水 合 离子 的 脱水 与 络 合 物 的 形成 之 间 =e: 能 差别 的 大 小 影响 选择 性 ，Na* HKSAR TK Kt 的 需要 更 ZW, Ale Na’ 络 合 物 的 稳定 性 必然 较 低 。 由 于 离子 载体 的 特殊 性 质 ， 以 它 作为 生物 膜 中 的 载体 模型 ，| 对 于 膜 通 透 的 研究 有 重要 意义 。 j ° 109° 加 生物 无 机 化 学 关于 和 全 组 成 的 研究 研究 生命 科 学 方面 ， 最 初 是 生物 学 者 和 生化 学 者 ， 后 来 是 无 机 化 学 家 ， 都 对 生命 现象 ; eee 作出 了 贡献 。 iO) 下 什么 方法 进 行 研究 ， 这 一 章 将 对 此 作 重 点 讨论 。 首 先 分 个 绍 生 物 无 机 化 学 的 研 究 方法 ， 如 何 采 用 这 出 Lita HURT IRA WUD HF -物质 的 结 IFRS AE, FFAS HELE HI, : 3.1 生物 无 机 化 学 的 研究 方法 如 在 绪论 一 开始 就 指出 的 ， cc ne 识 为 基础 ， 采 用 无 机 化 学 的 方法 来 研究 一 般 生 物化 学 的 领域 。 Werner 学 mice amity. Att, FTTH BLA, CUE RIRWASDKFARD, 已 是 有 有目共睹 的 了 。 研究 方 法 得 到 充实 , 同时 积累 了 大 量 的 知识 。 这 些 知识 及 研究 方法 不 仅 探 明 生物 体系 的 机 构 与 功能 夺 也 为 这 方 面 的 研究 提供 了 新 的 力量 。 生 物 无 机 化 学 作为 探索 生命 的 科学 ， 在 研究 方法 方面 大 体 分 为 ， 通 过 模型 进行 的 研究 ， 和 以 金属 离子 为 中 心 直 接 对 生物 体 物 质 进 行 的 研究 。 ”利用 模型 化 合 物 的 研究 方法 我 们 已经 知道 ， 无 论 是 多 么 简单 的 生物 ， 为 满足 其 生命 活动 一 一 也 即 维持 其 个 体 的 生存 ， 以 及 更 重要 的 生长 、 繁 殖 、 运 动 和 其 它 有 要求， 都 必须 有 一 系列 令 人 吃惊 的 、 十 分 复杂 的 、 十 分 巧妙 的 生物 反应 与 之 相 适 应 。 由 于 这 种 生命 现象 都 是 在 分 子 水 平 上 进 行 结构 和 能 量 的 变化 ， 尚 有 许多 问题 未 获 解 决 。 为 了 探索 生命 的 “Uk, 与 生命 科学 有 关 的 各 部 门 研究 者 必须 共同 协作 ， 才 ”能 达到 目的 。 生 物 无 机 化 学 工作 者 只 是 这 一 协作 群体 中 的 一 员 。 他 可 能 被 期 望 的 贡献 是 ， 探 究 生 物体 内 的 诸 反应 。 但 是 ， 与 生物 体 有 关 的 蛋白 质 是 极 复杂 的 生物 高 分 子 物 质 ， 要 想 了 解 什么 样 的 结构 是 根本 的 ， 反 应 又 是 按 什么 样 的 机 制 进行 二 非常 困难 。 因 此 ;及 可 能 多 地 把 这 些 复杂 的 结构 和 机 能 特点 分 解 成 容易 处 理 揭 模型 体系 ， 通 过 这 些 特 性 来 理解 生物 体系 ， 是 经 常 采 用 :的 手 xis ! 生物 无 机 化 学 的 《模型 为 是 学 者 们 为 了 探索 生命 的 组 成 所 提 旦 的 研究 手段 .换言之 ， 为 了 机 这 对 上 竺 物体 系 的 结构 和 功能 的 理 解 ， 通 过 模型 所 获得 的 资料 必须 具有 针对 性 。 例 如， 高 度 氛 化 了 的 某 种 含 碳 的 化 合 物 ， 具 有 将 0, 和 CO, 进行 物理 性 溶解 的 性 质 ， 现 正 进 行 研究 将 它 作为 0; 的 载体 以 成 为 血液 代用 品 。 WS 用 为 目的 ， 该 研究 未 身 是 一 项 有 意义 的 工作 ， 但 仅 从 能 够 用 做 O; 的 载体 这 一 性 质 ， 而 认为 氟 矶 化 合 物 是 血红 蛋白 的 一 个 烧 型 则 是 错误 的 。 原 因 是 ， 氟 碳化 合 物 的 结构 和 溶解 0, 的 功能 同 血 红 蛋 自 的 结构 和 功能 之 间 ， 一 开始 就 没有 任何 关系 。 人 工 代用 曲 和 生物 无 机 化 学 模型 是 性 质 完 全 不 同 的 两 回 事 。 采用 模型 进行 研究 ， 是 生物 无 机 化 学 家 的 基本 观点 。 自 然 界 深奥 ;复杂 , 但 归根 结 蒂 也 不 过 是 -~- 个 个 简单 现象 的 综合 表现 。 这 种 决定 着 一 个 个 现象 的 物质 与 反应 ， 同 迄今 的 物质 科学 确认 的 或 elI。， ， 将 确认 的 物质 与 反应 ， 没 有 本 质 上 的 区 别 。 模型 是 为 了 显现 组 成 生物 体系 的 简单 、 易 于 研究 的 各 个 现象 而 设计 的 实验 手段 。 近年 来 获得 了 各 种 酶 蛋白 结晶 ， 其 X 射线 衍射 结 BD OT 的 数据 也 逐渐 积累 起 来 。 其 中 也 有 eB A (参见 .27 那 样 的 例子 ,, 它 的 酶 一 底 物 络 合 物 的 结构 和 酶 未 恤 的 结 梅 汐 已 阐 明 。 当 然 ， 为 了 理解 这 种 酶 的 结构 和 功能 ， 应 该 说 这 和 料 的 资料 是 最 有 用 的。 但 是， 研究 对 象 是 蛋白 质 ， 对 它 进 行 极 高 精度 的 和 射线 衍射 分 析 ， 并 不 能 轻易 获得 成 功 。 在 进行 民 射 线 分 析 之 ” 前 ， 准 备 齐 全 氨基 酸 排 列 顺 序 等 众多 的 预备 资料 是 十 分 重要 的 。 在 这 二 阶 届 ,研究 覃 型 是 首要 任务 。X ARORA 是 结晶 蛋白 质 的 结构 ， 也 许 与 在 生物 体 中 表现 沪 性 的 结构 并 不 一 致 ， 吏 且 ， 即 使 是 高 分 辩 率 的 分 析 结 果 ， 也 很 难 推断 在 整 不 蛋白 | 质 结 榴 中 的 活性 部 位 ， 小 分 子 在 哪 一 位 置 上 ， 作 什么 样 的 取向 。 2:9 NEA re | 的 酶 一 底 物 络 合 物 的 结 也 不 过 是 不 断 变化 着 的 结构 的 其 中 的 一 种 图 景 撕 绘 。 因 此 ， 尽 管 和 射线 分 析 是 非 藻 有 用 的 资 料 ， 130-58 anos: neice ene ial aa 作用 使 活性 得 以 表达 ， 从 而 更 详细 地 阐明 功能 。 即 使 在 这 一 阶 段 ， 模 型 也 担负 着 重任 。 针 对 生物 活性 蛋白 质 的 结构 与 功能 ， 如 ” 何 通 过 具体 的 模型 进行 研究 ， 这 些 问题 将 在 3.2 以 后 讨论 。 Hh 38 AE yy BAS BR AR 就 处 理 生 物 物 质 的 着 眼 点 而 言 ， 生 物 无 机 化 学 与 生物 化 学 是 不 同 的 。 如 果 两 者 相同 ， 则 是 生物 化 学 ， 而 失去 无 机 化 学 的 特 Fic 5 eg 点 就 是 把 探索 重点 放 在 在 生物 体 的 结构 和 功能 中 发 挥 作 用 的 金属 离子 上 。 wees 白质 活性 部 位 ， 担负 表达 其 活性 的 重任 的 是 过 波多 BN, 采用 络 合 物化 学 的 知识 与 研究 方法 是 有 效 的 。 络 合 物化 学 可 112° ”根据 金属 离子 的 种 类 ， 推 断 蛋 白质 侧 链 中 的 配 位 基 并 预测 共立 体 ， ”化 学 。 常 常用 各 种 光谱 学 方法 来 判断 这 种 推论 是 否 正确 。 万 其 是 利用 可 见 区 到 紫外 区 的 电子 光谱 和 同时 并 用 CD 光谱 、MCD 光 谱 等 ， 更 为 有 效 。 这 些 光 谱 随 温度 的 变化 ， 更 是 迫切 希望 认识 的 。 它 们 常常 应 用 于 小 分 子 络 合 物 的 结构 研究 ， 也 同 祥 能 提供 重 要 的 数据 。 此 外 ， 以 NMR、ESR、M5ssbauer、ESCA(X 2h 线 光 电 子 ) 等 谱 以 及 磁化 率 测 定 为 主 ， 加 上 还 原 电 位 测定 和 滴定 实验 等 ， 凡 是 能 够 用 于 现代 络 合 物化 学 的 几乎 所 有 的 研究 方法 ， 都 能 够 阐明 过 小 金属 离子 及 其 络 合 环境 。 总 之 ， 充 分 利用 研究 4 电子 带 来 的 信息 是 以 往 的 生物 化 学 工作 者 不 常 使 用 的 ， 而 这 恰恰 是 无 - 机 化 学 、 络 合 物 化 学 工作 者 最 为 得 意 的 研究 手段 。 Ea “用 别 的 金属 离子 置换 金属 蛋白 质 内 原 有 的 金属 离子 ， 也 是 用 于 这 种 结构 研究 的 方法 。 特 别 是 当 原 来 的 金属 离子 ， 例 如 Zn(I) 等 ， 为 te 的 电子 桨 型 时 ， 得 不 到 上 述 基于 4 电子 的 资料 。 而 以 Co(I) 或 Cu(ID 等 别 的 爹 属 离子 置换 ， 即 可 以 获得 有 关 d 电 子 的 数据 以 供 研 究 。 尽 管 如 此 ， 但 是 将 原 有 的 金属 离子 去 掉 ， 再 导 ? 入 别 的 金属 离子 时 ， 导 入 的 离子 未 必 项 奉 了 原先 的 位 置 ， 酶 的 活 性 多 少 也 会 有 变化 。 即 便 如 此 ， 这 一 方法 对 于 了 解 有 关 人 金属 酶 的 GH Se, GREE. TH, MRSS BF HR 时 ， 公 在 特定 的 场 侣 才 有 活性 ， 则 也 提供 了 有 用 的 信息 。 不 仅 为 了 了 解 金 属 离子 ， 同 时 也 为 了 了 解 底 物 或 抑制 剂 在 酶 促 反 应 中 与 梅 前 活性 部 位 表现 出 怎样 的 相互 作用 ， 我 们 可 以 追踪 那些 结构 类似 但 性 质 不 同 的 化 合 物 的 反应 状况 。 例 如 CO, 和 Ni 是 等 电子 结构 中 直线 状 的 三 原子 分 子 ， 在 碳酸 脱 氢 酶 的 活性 部 位 对 ZatIX 的 反应 有 明显 的 不 同 (参见 2.2)》 Wang 等 人 采用 IR 光谱 深入 研究 这 一 差别 ;成功 地 推断 了 碳酸 脱 氢 酶 的 作用 原理 。 WERT, BAB) ot 巴 的 红外 吸收 ， 在 通常 观测 时 可 不 P48, WA 2200~1800cm™ Ki LEMMA BARK, RAR ° 113 ° 多 重 键 的 篇 划分 子 的 吸收 作 进一步 追踪 研究 。 以 下 在 介绍 实例 时 ， 重 点 放 在 生物 无 机 化 学 的 研究 方法 上 ，， 包括 以 入 的 一 些 研究 报道 ， 晶 然 由 于 这 一 分 支 日 新 月 蜡 的 发 展 ， 这 些 研究 报道 已 失去 其 原 有 的 重要 地 位 ,但 它们 在 部 个 生物 无 机 化 学 研究 进程 中 的 先驱 作用 是 不 容 忽视 的 。 5.2 血红 蛋 已 和 肌 红 蛙 白 的 模型 化 合 物 血红 蛋 自 和 肌 红 蛋 自 的 结构 与 功能 已 在 2.3 中 概括 地 讨论 过 。 目 Kendrew 和 Perutz 作出 它们 的 和 射线 分 析 结 果 后 ,已 积 累 了 大 量 的 研究 成 果 。 甸 红 蛋白 和 肌 红 蛋白 是 现今 研究 得 最 透彻 的 两 种 蛋白 质 。 目 前 生物 无 机 化 学 在 研究 方法 方面 虽然 已 经 取得 为 数 甚 多 的 成 就 但 是 要 做 到 完全 透彻 ， 仍 是 期 望 中 的 事 。 这 一 节 里 ， 将 在 理解 血红 蛋白 和 肌 红 蛋白 的 结构 和 功能 的 基础 上 ， 深 浅 程度 不 等 地 介绍 重要 的 生物 无 机 化 学 知识 ， 以 及 采用 模型 化 合 “ 物 进行 研究 的 实例 。 ‘a £2805 0, 的 相互 作用 自 Werner 的 时 代 以 来 ， 络 合 物化 学 工作 者 合成 Co( 葡 ) 络 合 物 多 采用 使 CoC) 与 配 位 体 相 结合 后 接着 进行 空气 氧化 的 方 法 。 这 是 利用 了 Co(I) 络 合 物 的 迅速 形成 的 特点 。Co(I) 的 氮 溶 液 诛 是 Q, 的 弱 载 体 , 但 是 经 过 空气 氧化 , 形成 了 褐色 的 抗 磁 性 的 络 合 物 [(HN)sCo0:CoCNHs)s]4+。 用 HO, 代替 空气 来 氧化 ， 可 获 绿色 的 顺 磁 性 络 合 物 CCN), CoO,Co(NH,).]°*. Co(I) 的 氨基 络 合 物 经 空气 氧化 ， 也 成 为 褐色 的 抗 磁 性 络 合 物 [(NC)。 CoO,Co(CN) 51°"; 若 在 碱 性 环境 中 以 Br, 处 理 ， 则 生成 红色 的 顺 磁 性 物质 [CC(NC)sCoo;Co(CCNX]5-。 这 说 明 ， 在 任何 情形 中 抗 磁性 络 合 物 是 Co( 亚 )02~Co (IL), RHA A wR Co(M)O; °114° ~ Co( 焉 )。 总 之 ;原先 的 Co(I) 络 合 物 加 入 了 0.4, PAE 成 Oz 桥 多 和 核 络 合 物 。X: 射 线 的 分 机 结果 也 支持 顺 磁性 络 合 物 的 超 氧 化 物 离 子 型 的 氧 桥 结构 «CR 3-1)。 但 是 ， 这 种 多 核 络 合 物 的 D; 不 能 可 逆 地 解 高 。 AE Ea 物 与 OL, WAT IMB. SUK BRS CORI ty PE OE Ot Cal 称 salen) 的 Co(l> 络 合 物 ， 是 一 种 典型 的 获 合 物 (1)。 NH, WA; 0、 0 RN 一 六 一 Nit oR: KN / ' NH NH, 3.0 一 -co 一 --NH， HzC 一 -CH NHa NH, Co®(salen)24 Ay 图 3-1 CCI;N).CoO,Co (NH) 515" 的 结构 Co(ID) (salen) 宥 存在 于 溶剂 中 溶解 状态 的 ， 也 有 大体 状态 的 ， 均 是 极 有 效 的 氧 城 体 。 络 含 物 有 多 种 结晶 形状 ， 其 中 能 SO, 25 合 的 分 子 排列 如 图 3-2a 所 示 。 平 面 的 Co(I) (salen) 单元 相 互 平行 ， 在 这 两 全 单元 之 间 的 .DO 像 桥 一 样 将 2 个 Co(I) 原子 联 结 起 来 。Co(I)Ksalen) 没有 结 台 9: 的 能 力 的 结晶 状态， 则 是 DRAKE, WS 3-2b Pras, — oO, 0 can Ett. ~ ) (3) 3-2 Co(I(salen) 络 合 物 的 活性 型 (a) 与 无 活性 型 (b) 。115 。 这 一 ' 无 活性 的 结构 ， 其 两 单元 相对 应 的 酚 基 氧 和 Coll) 两 两 结 合 ， 在 Co (I) 周围 形成 五 配 位 四 角 锥 结构 , 阴 引 与 9, 的 结合 。 而 且 ，Co(I)(salen) 中 的 Co(I) 各 有 一 个 弧 电 子 氧化 后 的 形状 如 图 3-2a, 具有 抗 磁 性 。 这 就 说 明 ， 最 初 是 低 站; 旋 型 灾 的 Co(I)， 与 0; 结合 时 相当 书香 供应 DO 一“ 个 电子 ， 就 成 为 Co ( 焉 )92m CoC) 的 状 7 Co" 态 。 Fae ‘plese ae En : ; Co(I)(salen) 的 乙 三 膀 部 分 替换 为 HaC ee | : ANH 3 二 膀 后 所 形成 的 络 合 物 2 也 能 与 0, Fy 地 结合 。 与 salen 络 合 物 不 同 的 是 ， 它 与 0, 结合 的 比 合 是 1: 到 CoI) 为 ”五 配 位 四 角 锥 形 结构 ， 具 有 3 个 孤 电 子 ， 是 高 自 旋 中 和 构 型 。 氧 化 时 ， 孤 电子 数 减 至 1 个 ， 低 自 旋 严 构 型 的 ,co( 亚 ) 与 过 氧 离 FOr ZAM LIAS. Bal 与 2 ) 的 氧化 与 脱氧 化 经 过 帮 次 循环 后 ， 结 合 氧 的 效率 逐渐 降低 。 早 期 的 看 法 是 这 是 由 于 在 反复 的 氧化 与 脱氧 化 过 程 中 ， 结 合 0: HARMON 失 的 缘故 ; MAA XE SDM ARAB Hi His, Lys, Arg, Ser 等 氨基 酸 以 及 His 脱 奖 后 形成 的 组 胶 ， ”它们 的 各 个 Co(I) RAM, 和 某 些 二 肽 的 Co(I) BSH, & 表现 出 氧 裁 体 的 功能 。 在 这 些 物质 中 ， 分 离 出 某 些 被 氧化 了 的 加 体 ， 发 现 它们 的 组 成 是 2 摩尔 络 合 物 结合 工 摩尔 Q,。 这 样 的 Co (lL) 络 谷物 之 所 以 显示 载体 功能 ， 是 因为 即使 与 9 B48, 它 们 仍 具 有 相当 的 可 逆 和 氧化 还 原 电 位 。 例 如 Fe(I) 的 His 络 合 物 ， 能 不 可 逆 地 氧化 至 Fe( 亚 )。Cu(I) 和 Ni(I) MH His 络 合 物 与 O。， 不 起 反应 。 而 CoML) 的 His 络 合 物 的 性 能 从 于 丝 两 者 之 间 。 最 近 ， 有 报道 Ni(I) 的 四 甘氨酸 络 合 物 、 甘 氨 酰 甘 AMS 合 物 在 温和 的 条 件 下 ， 容 易 被 0, 所 氧化 。 这 是 由 于 肽 的 配 位 活 化 了 NICD), MEGS OUGRM. HPAMRAMT ° 116° .Ni( 亚 ) 的 状态 ， 催 化 了 肽 配 位 体 的 氧化 作用 。 中 心 金 属 的 性 质 由 于 配 位 体 的 相互 作用 而 往往 发 生 很 大 的 变化 ,这 是 可 以 理解 的 。 Be Co (IE) 以 外 的 父 属 、Y( 焉 ) 的 selen BS (BA 2.3) FEM mE MME, APO, 进行 1:1 的 络 含 。 3 所 示 的 是 著名 的 RK 的 Vaska 络 合 物 ， 是 络 合 物 FEDCIHCo) (PPA,).] 在 荣 溶液 中 与 Di 。 ¢€ O, RMR RASH. HE 为 以 ys 下 为 中 心 的 三 角 双 锻 。 由 于 它 表 现 出 抗 磁 ”一 YAN te, PUL Ic) SAP RUS Faget 配 位 的 。0O 一 0 闻 的 焉 离 为 0.128nm。 对 于 于 (TI)， 氧 是 01， 由 0--O a 的 监 离 也 得 到 了 证 明 。- 在 这 种 情形 中 ，ir(CR) 与 O3 的 自 “ 旋 相 互 作用 ， 也 能 说 明 其 反 磁 性 Ir 的 Vaska HAM eH 与 金 层 所 成 的 键 〈 参 见 图 3-3a)， 说 明 氧 采取 与 乙烯 络 合 物 相 局 -的 方 式 ， 供 给 金属 离子 以 z 电子， 同时 工 电 子 从 金属 的 d 电子 充满 轨 道 移 至 9; 的 反 键 轨道 ， 伴 有 相应 的 电子 反馈 *。 @) | 全 图 35-35 过 演 人 金属 离子 与 氧 成 的 键 (2) 金属 离子 与 氧 的 区 键 (b) 金属 离子 与 氧 的 6 键 # 视 电 子 迁 移 的 程度 ，O; 被 部 分 还 原 。 ell7。 前 已 述 及 的 氧 桥 多 核 络 合 末 ¥y { (HAN) ,;CoO,Co (NU,), I** 的 “RUA 3-3b 所 示 。 这 里 的 氧 也 同时 存在 着 与 a 相同 的 电子 反 馈 供 予 。 > | Wang (12TS Awe Misa 50,2 aM WAR. -AABRS aera, 血红 素 与 0, HAASRRHEM. (EEK OB AeA Fy Hh aie, BA Fe( 亚 ) KAS, Ai ART we A. Be ap. HAP RA SAM ese RAM. ARR, 4 DAANAN ARE RAN TG, IMNMbsa Tina ae bite ag Ehren ye re , aE. Se AP EA eel 4S He Ht Be aE Wang SAGA, BAM KMD RIA, ARIA come ee, (BH bce wei CHUL URE, TIMES ATTA —-28 Wang iT ISAO. Wang 等 EL ep He He Nae O, ASAT A fe ay 程 ， 比较 血红 重 自 与 O,, sine 3g ¢ O, Yj. bose i 4 BAS CGO， 市 红 素 与 COM ERE, REM S CO 的 平衡 可 简单 地 以 (3-1) 式 表示 。CO: 血红 过 =1:1， 其 平衡 常数 如 (3-2) 式 所 示 。 CO+ fasts CO ese | (3-1) ( CO- fi 2! LZ oI oe ah He Fie Zt & Poo ee Jn MOVE TARY CO (Poo) 时 , 血红 素 的 COMME, tee 半 饱 和 分 压 为 2.4mmHg(320Pa) (pH9.6~10.5; 25°C HA). 另外 ， 还 报道 过 pH7.4 时 ， 血 红 蛋 和 的 CO 半 饱 和 分 压 为 0. 06 miDHg(8.0Pa)。 血 红 蛋 所 的 租 红 素 间 有 着 相互 作用 CB YL 2.3), O (aM RRA SB. we 〈3-1) 式 那 样 简单 平衡 的 情形 比较 其 ° Lil18。 半 饱 和 分 压 ， 也 只 能 是 粗略 的 比较 。 血 红 蛋 白 结 合 CO 的 能 力 很 强 ， 为 血红 素 的 40 倍 。 此 外 ， 当 在 血红 素 的 第 5 配 位 位 置 上 ， 以 吡啶 配 位 时 ， 其 半 饱 和 分 压 将 下 降 至 .0.29mmHg(37Pa)， 只 相当 于 血红 蛋白 半 饱 和 分 压 的 4 一 5 fF, RAR HME AS CO 的 结合 能 力 比 起 血红 素来 并 不 强 很 多 。 关 于 an 血红 蛋白 和 Co- 血红 素 被 Q， 的 氧化 速度 ， 尽 管 没有 定量 的 记 雪 。 但 CO- 血 红 素 的 水 溶液 与 空气 接触 ,: 迅即 氧化 ， 而 CO- 血 红 和 蛋白 溶液 在 室 气 申 可 以 稳定 数 周 ， 由 此 可 以 认为 这 两 者 的 反应 速度 可 能 相差 0 REX. Alt, WY CO- 血 红 玖 白 的 抗 氧化 能 力 比 CO- 血 红 素 大 的 原因 ， 只 能 认为 是 由 于 CO- 处 红 和 蛋 洁 与 CO- 血红 素 的 生 成 目 由 能 根 差 悬 原 而 引起 的 。 | BAT eae heme) HO, 氧化 过 程 , Bn WS 3-4 BR ay HK 1% 14 O,-heme (Fel) 2 py Oj-met—heme (Fell) (03 —7y— i 40 #E (Fell)), 则 在 全 电 和 常数 低 的 介质 中 由 于 Fe( 亚 ) …D5 [a] 的 -离子 io, BMG FO” Gk HO) 脱离 泾 局 谈 血红 素 ， 因 而 血红 素 是 很 难 被 氧化 的 。 加 3-4 O,-heme 的 电子 传道 Wang 设想 血红 蛋 自 的 血红 素 不 要 吉 ERE, CRRKERA WR Mt (Ul ak PO ad » AUC STRAP MLECR ALE, ShAN HOR HLL AB He 事实 20 AS F BG ry 2 Lae Ae tien oe BB, RAGA. Pim, PM a Mee Ae TB EES yn er 2a, Wreamaey aa. tt 5" St.George #j Pauling ¥ © 119 9 为 ， 血 红 素 与 CAHNC、i-C:HNC 1% t-C,H,NC 的 结合 能 为 都 | 没有 明显 的 差异 ， 但 血红 蛋白 与 这 些 化 合 物 的 结合 差别 却 很 大 ， 它 与 体积 小 的 C:HsNC 结合 比 与 体积 大 的 t- CHJNC 结合 要 容易 0%. CN 与 血红 蛋 自 的 结合 ， 趴 它 与 游离 血红 素 的 结合， 有 EOS, HCN 与 血红 素 可 以 牢固 地 结合 ， 与 备 红 蛋 提 则 、 不 表现 反应 性 。CN- 与 CO 是 等 电子 结 梅 〈isoelectronic struc— | ture), 大 小 和 形状 也 比较 近似 。 如 前 所 述 ，CO 与 血红 蛋 自 、 血 红 素 结合 ， 其 强度 要 相差 数 十 倍 。 对 这 种 CN, CO 都 表现 出 来 的 较 大 的 结合 差异 ，Wang 曾 有 过 报道 *。 假 设 在 血红 蛋白 中 血 RPE AK MUS, BA, meee HER K-NC | -Hb 络 合 物 的 自由 能 比 游离 的 血红 素 heme 生成 的 -NC-heme 的 自由 能 要 大 ， 世 即 带电 离子 从 高 介 电 性 的 环境 进入 低 介 电 性 的 环 ， 境 必须 微 较 大 的 静电 功 。 bite : 根据 实验 结果 作出 解释 ， 进 而 提出 新 的 假说 ， 因 此 ; BPH ， 必须 做 实验 ， 判 定 血红 素 在 低 介 电 性 的 环境 中 ， 是 否 仅 表 现 出 它 ， WO, 的 氧化 有 抗 性 。 为 此 ， 要 了 和 解 血红 素 在 非 水 溶剂 中 的 表现 。， Wang 做 了 这 样 的 实验 ,在 葵 溶 液 中 用 吡啶 作为 轴 配 位 体 ， 同 血 | 红 素 二 栈 配 位 ， 再 通 入 CO， 生 成 Co- 血红 素 二 酯 一 此 啶 (CO -hemediester-Py)， 确定 知道 它 对 9, 是 稳定 的 。 以 上 的 研究 是 Wang 血红 蛋白 模型 提出 的 先决 条 件 。 即 ， 血红 蛋白 的 珠 蛋 白 朴 水 性 蛋白 质 黄 链 覆 盖 在 血红 素 的 周围 ， 从 而 ， 形成 低 介 电 性 的 环境 ， 因 此 抑制 了 血红 素 Fe(I) 结 合 0, 后 ， 产 高 铁血 红 素 中 0; 的 放出 。 如 果 这 种 环境 以 完全 不 同 的 化 合 物 加 以 再 现 ， 推 测 血 红 素 即使 在 水 溶液 中 也 具有 抗 氧 化 幅 。 SS * BR J.H.Wang; Hemoglobin studies.1. The Combination monoxide © ‘With hemoglobin and related model compounds. J. Amer. Chem. Soc.;, | Vol. 80, 1109(1958) 一 一 详 者 | Te * Wang 以 图 3-5 表示 的 步骤 合成 了 模型 。1-(2- 葵 乙 基 ) MR 唑 一 氧化 碳 血 红 素 二 酯 (1-(2-Phenylethyl) imidazole earben— momooxy hemediester) 在 聚 葵 乙烯 环境 中 显示 与 CO-Hb 很 相 似 的 光谱 。 RERVHRAATA 3-6, a? ice on TETHER ， = WOO HE | SER) eer 过 量 I-( 2 ECA KM | Nas O, 还 原 后 , LER ne ae — 三 透明 的 薄片 上 一 一 一 一 图 3-5 Wang 的 血红 蛋白 模型 的 合 成 侣 序 图 3-6 Wang 血红 蛋白 模型 (J.HB.Wang, Acc, Chem. Res.,Vol.3,90(1970) ) ”得 到 的 薄片 状 模型 ， 通 N 数 小 时 ， 则 获 典型 的 血色 原 hemoe- ° 121。 brome) 〈 参 见 2.3) 样 的 光谱 ， 符 合 图 3-6 的 结构 ， 再 通 入 CO， 则 得 到 相当 于 CO-Hb 的 光谱 ， 用 O, te # CO 则 给 出 如 O:-Hb 的 光 氏 。 这 种 操作 可 以 反复 进行 。 这 里 ， 即 使 将 薄片 保存 在 为 空 气 所 饱和 的 水 中 ， De arg ae a Fe(Il) 的 化 合 wm, We, AA MACH 而 直接 用 血红 素 制 成 薄片 ， 则 不 可 逆 氧化 将 发 生 。 这 是 由 个 二 全 非 酯 形成 的 血红 素 不 能 完全 被 包 埋 ， 而 暴露 出 表面 的 缘故 。 、 第 一 个 血红 蛋 自 的 模型 就 这 样 取得 了 成 功 。 关 于 根据 什么 设 想来 证 计 模 型 ， 其 成 功 的 结果 意味 羞 什 么 ……。， 很 值得 玩味 。 该 模型 是 在 1958 年 报道 的 。 后 来 在 1966 年 ，Kendrew 发 表 了 人 血 红 素 的 X 射 线 分 析 结 果 ， 证 明 Wang 提 出 的 血红 素 周 围 结 梅 1K BA 于 是 正确 的 。 El HH Ub 6k Wang 血红 蛋白 模型 提出 后 10 FERN AB, AP 续 提 出 各 种 血红 蛋白 模型 ， 拓 宽 了 研究 途径 。Hammond 等 研究 . 了 Fe(z 在 水 溶液 中 的 自动 氧化 现象 。 他 们 研究 了 乙醇 水 洲 液 中 Wik DM) 自动 氧化 的 动力 学 ， 其 反应 速度 已 知 Fe (E)》 为 二 级 ,0: 为 -- 级 。 血 皂 素 也 即 中 啉 铁 〈I) 〈 以 下 简称 Fe (Il) -P), 其 氧化 速度 v 如 (3-3》 式 所 示 : ; v= K[Fe(1) *P}*[O,] (3-3) 在 氧化 机 理 方 面 , 与 0, AAKFe(1>-P—O, 再 与 第 二 个 Fe(EH)*P 反应 ， 中 间 经 过 氧 桥 多 核 络 合 物 Fe(I)"P 一 9: 一 Fe (I)"P 的 ER, BBA Fe( 亚 ) ,P。 因 此 ， 如 果 能 合成 一 种 模型 化 合 物 ， 在 这 个 模型 中 第 二 个 Fe(I) +P 只 能 接近 Fe (1) -P—O, 但 不 能 与 之 结合 ， 那 么 它 可 能 显示 载 氧 功能 ， 选 择 中 啉 类 与 铁 (IT) 的 小 分 子 络 合 物 是 个 方向 。Collman 等 人 按照 这 一 想法 合成 了 路 啉 衍生 Hy Fel) 络 合 物 ， 如 图 3-7 所 示 。 下 于 ie 图 3-7 2A (N-FA EDK PS) (=X) -= 介 -~ 四 (a, a, a, a-O=- SFC RRB) Ube CD ( 国 栅 中 啉 ) 由 图 3-7 可 见 ， 这 一 结构 是 由 四 个 三 甲 基 乙 酰 腕 构 成 0.54nm 的 疲 水 空间 ， 与 Fe(I) 结合 的 0, 被 围 在 里 面 。 这 个 屏障 恰好 肪 备 第 二 个 Fe(T) -P4Fe(1)-P—O, 结合 。 事 实 上 , Fe (I)."P 络 合 物 5 OO, 可 以 进行 本道 的 结合 (252 时 ，12 个 小 时 )。Collman 称 它 Fz FG Ab AK Cpicketfence porphyrin, mono (N-methylimidazole) (dioxygen)—meso-tetra (a, a, @, a—0—pivalamidepheny]l)— porph- inatoiron(Il)), FH OX S284) Hr 确定 ，Fe 一 N CPKM), 0.207nm; Fe—O(O,), 0.175nm; O—O 0.123~6nm; Fe 5 0, 的 结合 为 紧 型 (end-on)， 键 角 乙 Fe 一 0 一 0, 135~137°, FAEMA EA LO, 4 Fe th @ (842.3) 尚未 得 到 最 后 的 结论 ， 所 以 该 模型 化 合 物 的 和 射线 分 析 结 果 是 很 有 价值 的 。 模 型 和 血红 蛋白 或 许 有 不 少 区 别 .但 至 少 从 围 栅 路 呆 得 到 的 数据 可 以 看 出 ，Fe 一 O 键 的 键 级 较 高 ， O, 按 竖 型 与 Fe GA, (HER Fe(I)—O, KE Fe ( 亚 ) 一 0; 尚 不 | © 123。 能 确定 *。 据 此 ， 它 们 的 表现 也 许 是 所 谓 “中间 状 态 。 虽 然 如 此 ， 此 络 合 物 与 0, 一 Hb fy O, 的 伸缩 振动 约 有 50cm™ az (BE 罩 见 2.3), 这 种 差别 究竟 说 明 什么 ， 颇 邻 人 感 兴趣 。 | a SE 98 BEA A m2 Wy CO 半 饱 AGERE, Wms CO 的 结合 较 牢 固 〈 参 见 Wang 血红 蛋 和 白 模 型 一 节 ) Traylor 使 中 啉 核 的 侧 链 与 咪唑 核 以 共 价 键 相连 接 ， 当 与 Fe(I) 配 位 时 恰好 满足 了 适当 的 空间 条 件 ， 并 试验 了 他 的 合 ， 威 模型 的 功能 (图 3-8)。 了 \ CHa / CH.—CHs HC——N 1 \ NH mins ya 50 N : CH CH 4 > eH; a ae \ Py \—- OS ee SCH CHe a ae N 一 一 < hope Spe CH Nee cari: bee eee nn Ne Ge eet : Uh ee iB : bs CH; CH; x . 3-8 近 端 中 啉 (T:G.Travlor, 1974) 这 一 模型 模拟 血红 蛋 所 和 肌 红 蛋白 近 端 组 氮 酸 的 唆 唑 与 Re(I) ， 配 位 ， 以 使 Fe(I) 一 0, WEEE, Bl 此 称 为 近 端 忠 呆 (prox- imalbase porphyrin), Ah X 的 配 位 位 置 与 O, AA. 但 至 少 在 低 | ae OT oat 0, CO 4S, BAS os 2 Re (I) ——> FeCl a | 变化 。 这 就 是 说 ， 它 具有 和 氧 载 体 的 功能 。 但 是 在 接近 室温 时 ， 上 - 述 结合 小 分 子 的 络 合 物 即 行 分 上 明 。 因 此 ， 从 功能 上 来 看 、 该 模型 REAM TS, MCRL MES, DS ¢ 0-0 间 的 距离 , 过 氧化 物 离子 0;2 -为 0.149nm, 超 氧 化 物 离 FO” 40.133 am, O? 分 子 为 0.121nm,O2? ”为 0.112nm。 以 上 为 它们 的 标准 值 。 .124。 酸 的 重要 性 ; Baldwin 合成 了 路 啉 环 乱 一 全 被 包 国 着 的 模型 ， 即 戴 幅 中 啉 Fe(I) (cappedporphyrin Fe(il) (iL (3-9). 3-9 Hoh I.E. Baldwin, 1975 Chang 也 提出 了 类 似 结 构 的 模型 即 Mn so Bp WK Fe(II) (Crowned porphyrin Fe(I)) 《图 3-10)。 FA 3-10 HFK CC. K. Chang, 1977) _ BR BWW, ae HHS eta RH. A © 125° Fe(H) 可 与 1 一 2 个 吡啶 分 子 进行 配 位 。 星 啶 与 Q, 作用 时 ， 一 个 吡啶 分 子 可 被 0, 置换， 这 就 发 生 了 氧化 。-- 20 时 氧化 是 可 道 的 ， 常 温 下 以 10 个 小 时 左右 的 半衰期 被 氧化 。 辑 冠 中 啉 Fe CD 的 氧化 反应 可 以 在 甲 匠 中 进行 试验 。 轴 配 位 体 与 N- 《三 茉 甲 基 ) 味 哗 CN-(triphenylmethyl) imidazole) 相 结合 ， 因 空 间 位 阻 AS 到 5 配 位 络 合 物 。 据 报道 ， 此 和 氧 络 合 物 的 半衰期 约 为 工 小时。 此 外 ， 生 越 等 人 (1975) , Ibers 等 人 (1977) 刘 出 的 多 球 模 型 ， 因 篇 幅 所 限 只 好 割爱 。 正 如 3.1 中 已 讨论 过 的 那样 ， 和 任何 模型 都 是 为 了 说 明 血 红 旦 和 白 和 上 咒 红 各 由 的 功能 与 结 梅 的 某 --- 方 面 而 合成 的 ， 通 过 研究 模型 的 积累 , 可 以 逐步 加 深 对 血红 蛋白 和 上 红 蛋白 的 理解 。 血 蓝 蛋白 的 模型 化 合 物 ikea Ac) £ 2.3 中 已 概略 地 作 过 介绍 。 它 与 上 述 的 血 红 各 甩 、 肌 红 生 月 不 同 , 既 没 有 和 射线 分 析 的 数据 , 又 不 了 解 其 活 性 部 位 2 个 Cu 周围 的 确切 情况 。 但 是 具有 载 氧 功能 的 铜 络 合 物 的 发 现 ， 堪 称 一 个 重要 的 生物 无 机 化 学 课题 。 在 10 年 或 5 年 以 hl*, RRAS BIS D: 作 可 逆 续 合 的 铜 络 合 物 ， 最 近 二 三 年 间 陆续 发 表 了 这 类 模型 络 合 物 的 有 趣 报道 。 我 们 从 Osbormn 等 人 的 模型 开始 讨论 CA 3-11)。 图 3-11 1, 4- 双 -(1- 氧 杂 -4, 10-1 H-7-AZ+t+x—# 7-H) 荃 的 铜 络 合 物 -一 -一 一 一 :一 -一 一 -一 一 一 一 一 - $ 即 1968 年 或 1973 年 以 前 。- 一 译 者 。 126。 -出 图 可 见 ， 配 位 人 1, 4- 双 -(1- 氧 杂 -4, 10- KE -7- 氮 杂 十 二 烷 -7- 亚 甲 基 ) 葵 C1, 4=bis-(1-oxo-4，10- MER -7- 氮 杂 十 二 &A- ME) HE) CHL 具有 柔软 的 几何 灵活 性 ， 8 全 Cu 之 间 保 特 0.25 一 0.5nm 的 间距 。 因 此 ， 可 以 推测 在 2 个 Cu 之 间 具 备 捕捉 住 O, 的 可 能 性 。 2 个 Cu 配 位 原子 以 各 种 形式 与 (N) (O)(S), 相配 置 。 脱 氧 型 He 中 的 铜 以 Cu(D 的 形式 ， 氧 化 型 He 的 则 可 能 以 Cu(I) 形式 (参见 2.3)， 在 与 0, 结合 或 解 离 的 过 程 中 ， 即 使 Cu 的 配 位 环 境 有 若干 变化 ， 但 已 形成 的 络 合 物 本 身 不 会 被 破坏 。 图 3-11 的 模 型 由 于 很 灵活 ， 所 以 不 论 是 易于 生成 正 国 面体 结构 的 Cu(D ,还 是 易于 生成 平面 正方 形 结构 的 Cu(I)， 都 同样 地 形成 络 合 物 。[ECu(D ],L 的 硝 基 甲 烷 溶 液 中 通 入 CO, 使 Co 与 之 结合 ， 将 此 溶液 于 80° CHA Ar 则 放出 CO。 此 外 ， 固体 状态 的 [Cu(D ] 江 [BF,],- 丁 烷 -2- 酮 ， 加 入 O, 即 成 为 痰 绿 GBA. ERS BEMAA WIAs] 110°C, WH O,, Wik 。 复 为 原来 的 白色 状态 。 氧 化 和 脱氧 化 不 论 反 复 多 少 次 ， 均 不 分 解 。 被 氧化 了 的 固体 状态 物质 呈 淡 绿色 ， 在 溶液 中 尚 不 能 确定 其 细节 , 与 理想 的 血 蓝 蛋 白 模 型 相距 甚 远 。 如 前 所 述 , 可 以 认为 在 这 个 钢 络 合 物 中 实现 了 与 0, 的 可 逆 结 合 的 功能 ， 适 当地 配置 这 二 个 Cu 可 以 得 到 2:1 型 的 Cu(O:) 络 合 物 。 2 个 Cu 原子 保 特 着 适当 的 (0.4~0.6nm) 间隔 ， 它 们 为 工 价 或 2 价 ， 这 种 络 合 物 的 模型 不 只 限于 Osborn 设计 的 一 种 ， 这 类 结构 的 多 核 络 合 物 大 致 能 满足 血 蓝 蛋 白 模型 的 第 一 条 件 。 为 使 其 具有 适宜 于 Cu 与 0, 可 逆 结 合 的 氧化 还 原 电 位 , 要 选择 合适 wie 位 原子 。 为 了 解决 这 样 的 问题 ，Lehn 提出 多 核 窝 穴 化 合 物 (cry- ptate) 。 图 3-12 给 出 两 个 典型 例子 。 生成 满足 要 求 的 圆 简 状 大 环 双核 窝 穴 络 合 物 的 模式 如 图 3-13。 遗憾 的 是 ， 在 图 3-12 的 Cu 络 合 物 中 还 不 能 确定 WO, 或 CQ 是 。127 。 Ns? ™\ EX Z N j 过 Z = a SA SNASSAARS PN ee AE ES SR rN baa 加 tb) 图 3-12 Lehr 的 头 型 环 状 配 位 体 举例 )Z= 于: RO) 图 5-13， 圆 简 状 大 环 双核 窝 穴 化 合 物 中 进入 金属 离子 的 模式 否 可 道人 性 结合 。 但 是 观测 到 加 进 O, RCO 后 ， JMR RA. 变化 ， 特 别 有 趣 的 是 图 3-12a 的 2Cu(I) 络 合 物 中 加 入 和 0O: ke, 它 的 光谱 与 2Cu(1) 络 合 物 通 入 9: 后 所 得 生成 愧 的 光谱 十 分 相 Ae | EAE, Wilson 报道 了 在 室温 下 0, ae 也 可 与 其 溶 . WETS Hy Cu(D 络 合 条 《Wilson HH), 它 是 通过 图 3-14 TAR ORE KG renee ak FRCL 2 BRE, 1 SOE A 2 TROD eS ae AN, 5 Osborn, a . 的 模型 不 同 之 处 即 此 Ns 型 配 位 着 人 征 。 il 络 合 物 4 以 红色 国体 [Cu(I) bimp] CIO, 从 *, ae qj ny ZR. DMP, DMSO 4 hy BPP Hf 形式 行 在 。 Ay Bh DMSO 深 液 在 O, RIL, MW) 2 BEAK Cu ile 1 WEIR O,, SREY HA Wy AR ALAM, 7E 40, BER GRE AN, 同时 搅拌 。 则 又 恢复 至 红色 ;这 种 氧化 与 脱氧 化 ， 每 循环 * 128 。 1 a - one Mz cn 4 Ae | : i H ne Te PR ec | ns、 ， ‘ ie Eye : 人 ei s L 7 2 a a Oe | 本 aoe | 国 5-14 ， 双 -2,6-L1-(2- 咪 吕 -4- 亚 乙 基 亚 胶 基 ) 乙 基 ]- 吡 啶 - 铜 I) 离子 (Cu(T) pimp 的 合成 途径 一 次 ，O: 的 吸收 量 平均 减少 约 20%, 可 以 一 连 6 个 循环 观测 到 0, 的 吸收 ， 以 后 就 变 为 茶色 而 失去 吸收 O. 的 能 力 。, 除 DMSO 以 Dh, BIE ZE Gilg, DMF, 图 啶 或 2, 6- 二 申 基 吡啶 溶液 中 ,， 在 室温 下 与 Q, 也 有 可 逆 的 结合 ， 但 这 种 结合 速率 因 深 剂 不 同 而 异 。 有 报告 作 了 溶剂 的 比较 : Z jig + DMF ~DMSO(1~ 24) 44> Ht BEX 2, 6——FA JE mE C5 5p BH). LAR BUR TE ATKAS Feta AE, 红色 络 合 物 4 的 粉末 ， 在 工 个 大 气 正 ;0 气氛 中 至 少 要 工 个 小 时 会 完全 变 成 昧 色 。 绿 色 物 质 在 减 压 下 于 60 可 以 复 源 为 红色 物 , 质 ， 这 时 不 完全 PI al bk, fi iT Ae RAKES 1.2BMZ4.5 ©, 2 SSR AY Be IE Cu()O3;-Cu(), 但 它 的 电子 光谱 、ESR ik, i cxy=-Hc 有 一 些 差异 。 通 过 该 模型 REE-HEE LARGER AWAY. A, RMS ©1296 型 ， 无 论 是 在 溶 ath, 还 是 固体 状态 ， 都 能 与 0: 进行 基本 上 可 逆 的 结合 Os 这 一 意义 是 很 大 的 。 3.3 固 氨 酶 及 其 模型 化 合 物 我 们 在 一 开始 就 讲 过 ， 维 持 生命 的 材料 分 子 之 中 ， 氮 是 不 可 ROW, AUT PRR, Sieh RTD, 植物 一 般 以 硝酸 盐 和 铵 盐 为 氮 的 来 源 。 其 中 ， 硝酸 盐 经 过 下 列 步 织 最 终 还 原 为 铵 盐 。 某 些 细 菌 〈 固 氮 菌 azotobacter, FURR dostridium pasteurianum) 以 及 许多 涟 类 ,吸收 游离 的 氨 , 可 最 终 还 原 成 毛 , 如 (3-4) 式 。 这 就 是 氮 的 固定 (mitrogen fixation), 担任 铝 氮 的 酶 即 固 氮 酶 (nitrogenase)。 NO;*—->NO;—>NH,OH—>NH? 氮 的 氧化 数 +4 +3 : rT = N, + 6H* + 6e—>2NH, | a 氮 的 氧化 数 0 —3 BAe FECES FE OB. MUL LU TL BS A Fe, MO 的 蛋 自 质 以 及 仅 含 有 Fe 的 和 蛋白质。 前 一 种 蛋白 质 的 分 子 量 药 为 200000, 是 由 两 类 的 亚 基 各 2 个 组 成 的 四 霄 体 。 这 四 聚 体 中 含 有 2 个 钼 原子 和 多 个 铁 原子 ， 以 及 与 铁 数目 相同 的 无 机 硫 (人 参见 2.4)。Fe 与 S 如 同 铁 氧 还 蛋白 那样 以 原子 得 形式 存在 。 后 一 种 蛋 Am, MEK YW BAM, LBA 55000~680000, 2 由 两 个 同类 的 亚 基 组 成 的 二 聚 体 。 二 聚 体 中 有 4 个 Fe 原子 ,' HEA * NO3°-— NO. -的 还 原 过程 中 ， NADPH 是 还 原 剂 ， 以 含有 Mo 的 黄 素 酶 为 催化 剂 ， 也 有 以 细胞 色素 体系 为 还 原 剂 ， 通过 钥 铁 蛋 白 酶 来 催化 的 过 程 。 这 些 酶 称 为 ， 硝酸 还 原 酶 。 。 130 相同 个 数 的 无 机 硫 原 子 。Fe 与 S 也 与 MOFe 和 归 月 一 样 ， 以 铁 FUR AAPM TRIAGE HE. MOFeCRASFeRA, 各 自 分 别 直 表现 出 活性 ， 两 者 合 在 一 起 才 显 示 活 性 ,固氮 MR TN, thy HAR OCR, WRREAAEM CR 3-1)。 3-1 RET A RTE fe yy 生成 物 还 不 电子 数 Rat F N2 2NH3 6e 一 氧化 二 所 N20 N,+H,0 De BRAT Ni3- Na +NEB ze P ih CH, .* C,H, 2e 乙 fis | CH;CN CH, + CH3;NH; 5§e SOM ES PE ON 水 合 气 离子 2H;0** H,+ 2H,0 2¢ Pim | CH CO COOH | 2NH; N2 图 5-15 AM ALIS NER © 原文 遗漏 “2”。 编者 ° 131° SAPS 3-15 Bra, Zone Me 2 LS FAMATRE AF, Ta! cS BB Hiei RUN RR i GARR) Babak (ATP), 众所周知 的 Haber-Bosch JE N, 生成 2NH, 的 反应 FF BE AG 的 减少 为 7.95 PR / REM (383.3 干 焦耳 /摩尔 )， 似 乎 还 原 不 需要 外 加 能 量 。 但 实际 上 需要 才 虑 活化 能 。 假 设 氮 分 } 子 还 原 是 按 碎 下 的 过 程 迟 行 的 ， 其 中 间 休 连 二 亚 胶 必 然 是 极 不 稳定 的 CA 3-16). pr 一 M3-i6 ， 氨 分子 认 涯 过 程 中 的 家 出 能 pa N,——> HW = NH-—>H,N — NH,-—>2NH;,: fe — WB “i : SKESBNLBAK, BA ATPEMAY. 7 sth 还 原 途径 尚未 弄 清 。 由 于 目前 许多 情况 SHE, 因此 理解 men etait 十 分 困难 。 尽 管 如 此 ， 采 用 磺 型 体系 进行 研究 还 是 可 能 的 。 这 是 因为 MO、Fe ,和 多 种 过 湾 宝 必 SN, 的 反应 ， 其 配 位 部 位 已 研究 清 E. 使 属 配 位 的 N, 比 起 游离 的 N; 活性 副 大 。 这 意味 着 ， SB 配 位 使 游离 的 .N, 获得 了 意 想 不 到 的 反应 性 。 如 时 在 固氮 酶 的 作用 机 理 中 MO 和 Fe 也 同样 地 与 hy 配 位 ， 发 生 与 模型 体系 相同 的 变化 ， 那 么 ， 研 究 模 : 型 的 意义 就 更 大 可; 这 就 是 所 谓 固氮 » ST Be ® 酶 的 模拟 研究 。 以 氮 分 子 配 位 的 金属 络 合 物 首先 研究 一 下 用 N; 配 位 的 金属 络 合 物 。 现在 已 知 有 许多 情 各 shag aie 代表 性 的 列 于 表 3-2, 表 3-2 典型 的 N: RTS | 络 合 4 | IR. vx: (em) | . [Rut (NH;) 5 AN; ICI, COs! (NH3) 5 “N2) ]Cl， | . 2010 - [OggBr, (N>) (PMePh;) 3] 2090 [Co® (N,) (PPh;) 31 | 2093 [Co!H(N;) (PPh;) 3] | 2094 [Fel H(N,) (Ph, P-CH,-CH,-PPh,) 7 | 2090 Mo®(N,) (PPh3) 2+ (Ph-Me) ) 2005 N: 与 金属 的 结合 形式 与 3.2 中 讲 过 的 氧 载 体 相 同 ， 也 分 坚 型 (end-on) 和 横 型 (side-on) 两 种 。 但 是 分 离 出 来 的 思平 全 是 BE, Wade 3-2 的 红外 吸收 数据 可 见 ， 这 些 氮 络 合 物 的 由 N--N 伸缩 振动 引起 的 强 红外 吸收 都 在 1900 一 2000cm-: 的 范围 ， 同 游 离 的 N, 分 子 的 2331cm-: 〈 拉 曼 光 谱 ) 相 比 ， 已 较 大 程度 十 向 低 波 数 一 端 移动 了 。 从 金属 4 轨道 向 空 的 反 键 x* 轨道 进行 的 电子 反馈 ， 提 示 N 一 N 间 的 键 级 是 比较 低 的 。 事 实 上 ， 由 氮 络 合 物 的 X 射线 分 析 结 果 来 看 ， [CoH (N:) (Pphs) ,] 及 反 --[Mo(N:); (ph,P —CH,—CH,—Pph,), 1h N, 分 子 核 间 距 为 0.11onm， bh oe BS N; 的 0.101nm BAGS, N, 在 两 个 金属 之 间 的 桥 式 结构 如 表 3-3 Bras, Vx, 向 低 疲 数 一 端 移动 ， 更 加 活化 。 在 两 种 金属 间 有 NF 键 的 这 种 络 侣 物 ， 和 固氮 酶 (Fe 与 MO) 作 一 比较 是 特别 有 趣 的 。 氮 络 合约 的 时 作 扎 分 子 果真 是 经 过 质子 化 而 还 怕 成 霓 的 吗 ? 7199 Tes © q 3-3 几 种 氮 桥 络 合 物 a aa aT toh ty 27 ™ 络 合 物体 系 iF 键 [wenn ee —_——- + — ee 一 _——— -一 SE ees a =e Ome ReC! (N,) (PMe;Ph) + TiCli | Re—N,—Ti | © 1805 + CrCl, Re—N,—Cr : 1890 + MnCl, Re-—N,—Mo 1850 + MnCl, | ,Re 一 N: 一 Mo 1795 + MnCl, (过 量 量 ) Re 一 Ns- 一 Ma | .1680 代表 性 的 例 子 反 二 MnpCN)， (Ph,p--CH,— CH, ~-PPh,) 1(1) ra) ae 应 示 于 图 3-17 \! ie a oe 4 st ~< a a 人 上 THF eR He 7 Se ee Nt Sw | | 光 加 下 | 已 NeBPh .一 一 Mo } (BPh.)” + Neel + ( Su) 一 -一 | p~ Lp p~/ \\p wn IN “| qt Cl IN L (3) 于 “p % ls ( Nu 】 + NH(CeHs),€1 7 ae 4 Ge : (4) Hi 3-17 R-{(Mn/(N;); (ph,P-CH,-CH,PPh,)] 的 配 位 氮 的 反应 途径 e 134° 1% THE 等 有 机 溶剂 中 与 HCI 反 应 ， 放 出 一 分 子 N: 而 生成 2。 由 2 的 结构 式 可 以 看 出 配 位 所 已 被 质子 化 而 生成 连 二 亚 胶 。 2 与 四 苯 硼 酸 钠 (NaBph,) 反应 生成 络 合 物 3。 这 时 ，2 的 配 位 物 连 二 亚 胺 变 成 脖 。 同 样 ,2 也 可 与 N(C:Ha)。 作 用 ， 得 到 4 那样 HE WRRBASH. we A R-LW(N,).(pph,CH,),] (也 可 以 Mo 代替 W) 作为 起 始 物质 ， 在 甲醇 中 用 硫酸 处 理 ， 依 下 式 变 成 NH, 的 反应 ， 值 得 注意 。 [W(N,),(pph,CH,),] + H,SO,—> 2NH,+N,+W(WAAR (wim, RACKS RNR HAAS Wee SA 题 ， 不 会 有 多 大 的 启发 。 从 这 个 角度 讲 ， 人 人们 感 兴趣 并 给 予 一 定 评价 的 是 Schrauzer 模型 。 Schrauzer 的 固 和 氢 葡 模型 化 合 物 Schrauzer 以 Mo 的 Cys 络 合 物 1 MARIE TE 2 (EAB 的 铀 蛋白 和 铁 蛋白 的 模型 。 它 们 的 水 溶液 审 加 入 还 原 剂 NasS:O。 在 室温 下 通 进 N,, 就 生成 NH。。 推 测 其 反应 机 理 如 图 3-18。 首先 Mo 以 横 型 与 N; 配 位， 质子 化 后 生成 连 二 亚 胺 ， 通 过 些 化 RMI RHE N,. BRR eR ACMo (red) IRMA, HF i 2 ie fir EU Th ZEB Ak Be 4B [Mo (ox) ], Mo(ox) geek ER FT KB [Fe,S,(SR),]*~ 和 ATP 还 原 ， 再 复原 为 Mo(red)， 与 下 一 个 N， 配 位 。 同 时 ， 将 Mo(ox) 还 原 为 Mo (red) 而 自身 被 氧化 为 [Fe4S， (SR), ]*~ WMCFe,S,(SR),]°~ 可 用 S,O7- 还 原 。Mo(red) 被 认为 是 Mo (KW) 状 态 。 应 该 说 这 是 很 好 的 模型 体系 ， 但 其 反应 机 制 大 多 是 推测 的 ， 所 以 不 能 说 图 3-18 的 整个 过 程 是 完全 正确 的 ， 这 点 应 引起 注意 。 例 如 ， 认 为 N: 在 Mo (red) 上 按 横 型 配 位 的 看 法 ， 是 由 乙 抉 的 还 原 机 理 类 推 而 来 ， 事 实 究竟 如 何 尚 难 断 定 。 智 且 撤 开 这 点 不 谈 ，Schrauzer 模型 与 固氮 酶 在 许多 方面 具有 共同 的 特 e135 [ oc -—— 0 H re + 6. at . | HG——NH 9 | o— RS... Ff Fe aie ae 1 rad, alee O Mao, i? pm ML | | mehr H,c ——% . "8 , R4a-CH Psd | S : rire E 全 0 一 一 -82 | L 1 \ | ee SR vg ra 7 we ae MoCys ZEyrR AY F Few RTH ， ee cs Woe ae ADPHP? Mure wy [Fz4S,SR) aN yee 1 MN, ; ofr 33 . ) io e Ms /| . ‘ ; 4 aso, [Fe S.(SP) 3° he Mom =~ “Se pie NH x . : ‘Mo? | | -~ HAN-NHe + Na | 有 atte 2NH, | 一 一 一 站 3-18 Schrauzer EA A LE 征 。 表 3-4 MAM. xy inde 3.1 中 所 述 ， 通 过 模型 研究 乃 是 理解 生物 体系 的 一 种 方 gd Schrauzer 模型 是 Schrauzer 提出 的 方案 ， 他 假定 固 氨 BS 活 化 SN 的 部 位 在 Mo， 只 含 Fe 的 蛋白 质 仅 起 电子 传递 系统 的 信用 。 但 是 有 一 处 疑问 ， 即 含有 Mo 的 蛋白 质 内 也 含有 Fe， 而 该 Fe 与 Mo it Ni BURA RR SU ERAT AA MIs ETD 2a geic. Wok, 9 TED FARE LRM, AGE VTE & ek MITE suk, EAE EAE Mo,Fe ORE, 分 离 出 上 ° 136° 表 3-4 固氮 酶 与 Schrauztr tie A HA LE | [ia] pa 酶 Schrauzer 槛 型 mabe pr yy 1 CONDI Grates bei 金属 Mo, Fe, Mg | Mo, Fe*,Mg* Mo. 的 配 位 体 蛋 和 白质 -Cys-S-(? ) | Cys-S°,RS ATP 效应 + | 4% 电子 传递 系统 非 血红 过 铁 ， 铁 氧 还 蛋 向 | 铁 氧 还 蛋白 模型 还 原 剂 OO S,0,?" BH,” 最 适 pH | 7~8 7~10 CRUE ATK EE 200 OR (摩尔 /摩尔 Mo* 分 ) | : 以 乙 炊 还 原 速度 为 基 ye hes HE RYN, ds Jal AA RT ae | “pire 还 原 底 物 | HC==:GH,Ns",N20,N, | CH;NC, RCN # 不 是 必需 的 含有 Mo 一 Fe 一 S 的 辅 因子 ， 这 就 为 解决 固氮 酶 的 功能 与 结 构 的 课题 带 来 了 希望 。 这 种 辅 因 子 的 组 成 为 Mo:Fe:S= 1:8:6, 还 原 乙 燃 的 能 力 为 固氮 酶 活性 的 8%, 同 时 ， 与 回 氮 酶 -一样 ， 被 COM 制 。 作 为 辅 因子 的 模型 ， 正 按照 大 们 的 希望 去 合成 ， 如 [MosFes S, (SC:Hs),] ,[MoFesSs (SPh)o 了 -等 (图 3-19)。 “36 | ~ $Ph : ah SS Fe Ra 和 ee > Ait 9 Ph 全 SPh oo 图 35-19， MoFe BF# sn。 5.4 维生素 B,, 辅 酶 及 其 司 型 化 合 物 ESB, 是 了 B 族 维生素 之 一 ， 具 有 罗 强 的 抗 亚 性 和 贫血 作 用 。 其 结构 如 工 所 示 。 它 是 由 带 有 许多 取代 基 的 隔 凡 (corrip) 核 与 核 奉 酸 所 组 成 。 a CH,CONIA, OW CH; = a CHC! NH2 1 — sae aha ~ fate A “ {6 >- .CHiGH CONH» N 4 内 SS 到 CH 4 Lc ae mice hemes ‘3 “ais “CHCH, ome | 核 苷 众 含 有 o- 糖 并 链 ， 与 从 核酸 得 到 的 不 同 〈 参 见 1.3)。 已 经 查 BaF Mie WR AR ro 1 Aras) 5 IMABAR, 两 个 A.D 吡咯 环 直 接 结 合 ， 所 以 变形 较 大 ， 而 且 存 在 着 分 子 内 空间 排斥 ， 故 呈 稍 弯曲 的 结构 。 args a Co ( 亚 ) SAA 4SNECFRCH. COMM) 又 在 锅 向 上 , 与 5, 6- 二 甲 基 葵 并 咪唑 的 N RAF CN 配 位 。 因 此 ， 以 CO( 亚 ) 为 中 心 配 位 对 称 ， 基 本 上 是 六 配 亿 正 八 面体 ， 届 ' 138。 有 特别 异常 的 性 质 。 轴 配 位 体 之 一 的 CN- 可 经 一 定 操作 而 分 了 出 来 。 除 掉 CN- 的 整个 结构 称 为 销 铵 素 〈cobalamin) 。 所 以 ， x FEZ By, MM ER. VL OH 、H:O、.ONO -代替 CN 则 分 别称 AHR. KHRE. ODM. HE. ENRASAD 离 。 也 发 现 有 核 背 酸 残 基 碱 基部 分 不 同 的 类 似 物 。 例 如 在 1 的 5, 6 一 二 甲 基 葵 并 咪唑 腺 用 味 叭 、2- 甲 基 腺 味 叭 ， 或 鸟 野 叭 等 代替 ， 世 属于 维生素 B,， 类 似 物 *。 维生素 Bi 辅酶 维生素 Bu， 除 具 有 营养 作用 外 ， 最 重要 的 是 具有 辅酶 的 功 能 。 和 氰 钴 氢 本 身 表 现 铺 酶 活性 的 酶 反应 尚未 发 现 ， 但 是 ， 钴 用 人 - RR BSR) PL 2 做 为 辅酶 而 参与 的 反应 。 己 知 有 有 -多 种 ， 如 表 3-5， 均 为 伴随 着 氢 转 移 的 异 构 化 反应 。 已 知 的 前 OH oH i a \ . a, Ny » N ZN Co NH, 詹 -5- 脱 氧 路 (CHO EH F GE) 类 咕 啉 与 1 相同 的 部 分 省 赂 )》 述 水 犀 贸 素 或 更 为 广泛 的 水 类 咕 啉 做 为 辅酶 ， 也 参与 了 各 种 甲 基 转移 反应 ， 如 表 3-6 所 示 。 与 维生素 Bta 类 似 物 有 关系 的 酶 反应 大 致 有 二 种 ， 即 件 随 氢 转移 的 异 构 化 反应 和 申 基 转移 反应 。 © 或 名 假 维生素 Blz。- 一 译 者 33-5 销 -5/- 脱 氧 腺 〈 哇 叭 核 ) 音 〈 基 ) 类 咕 啉 会 与 辅 卫 的 各 种 反应 人 ee Bhs Mb ah ) : Bg | R’ R’ R”/ AST ERAS TER (glutamate mutase HO ears pail ZS — Be Bt CoA 22 BL H COCcA COOH (methylmalonyl-CoA mutase) CH OH OH 3 eh Hi7K 8s (glycerol dehvdrase) CH,OH OH OH 7, BLAS (ethanolamine deaminase) i El SG SF 75 BS (B-lysihe isomerase) - NH, OH H H NH: CH.CH | 二 醇 脱 水 酶 (dioldehydrase) | H NH; | OH | | | ! : wer FA hey be BS 5—CH,;—THFA* + (methionine synthetase) —-THFA + (1) CRS | Gi#*+CO,>CH;CO, (2) (acetate synthetase) | By ee be . FA Gee EX Be C,**—>CH, (3) (methane synthetase) | 。 THEA: 四 氨 叶 栈 es Ci: 申 基 的 前 体 销 -5/- 脱 氧 腺 〈 味 吟 核 ) 背 〈 基 ) 类 咕 OK RD AE SEB, ， 其 结构 中 腺 背 与 钴 间 的 结合 为 Co 一 C o 键 。 用 试剂 -将 分 子 他 部 分 的 联系 切断 ，。 此 键 却 不 受 影 响 ， 是 极 好 的 稳定 有 机 外 aS, 内 其 化 含 物 。 些 键 稳定 的 主要 原因 是 ， 配 位 体 上 咕 啉 环 特 有 的 电子 。 详细 研究 了 By, 辅酶 的 模型 化 反应 之 后 ， 出 乎 意外 地 发 现 了 许多 含有 稳定 的 Co 一 C 键 的 络 合 物 ， 可 见 这 并 非 仅 限于 咕 啉 环 配 位 fk, By 辅酶 作用 的 本 质 示 于 医 3-20 0 和 图 3-91, 其 特 氮 在 于 与 niaigubpaueeam 1 ; Pi) Oo? Geis vo" CHR 图 5-20 RMA BNF ARMY Ee 《自由 基 反应 机 理 说 ) | CH, FR 站 NH 5-CH:—THFA yas coo2 一 一 CHi—S —CH,—CH.— CH—COOH 2 一 AN) | a PTL AR - seg RO Wes be | is, CH: 本 SS SN cee, VL wee AT Rca om EHO J eed ; (3) ， HCHs FA 3-21 PZ EU RM ° 141° HERB HRARBLSD *Co—C 键 稳定 化 的 必要 条 件 是 什么 ? 对 各 种 钴 络 合 物 烷 基 化 反应 进行 研究 后 ， 发 现在 Co 的 平面 上 必须 有 道 当 强度 的 配 位 场 ， 而 轴 配 位 体 的 作用 不 大 。 这 里 着 重 讨论 Schrauzer 等 人 的 维 生 素 B,， 模型 化 合 物 和 双 (TImis* HUD 络 合 物 3 [bis (dimethylglyoximato) cobalt( 划 )]。 由 结构 3 可 以 看 到 , BATH 柄 膨 离 子 在 两 处 形成 0 一 芯 .…0 氢 键 ， 并 与 Co UD 相 结合 成 为 平 、 面 环 状 四 此 配 位 体 。 配 位 原子 也 是 四 个 N, SESAME A 似 :事实 上 cobaloxime 与 类 咕 啉 一 样 , EMA LEAH SHAE 位 体 , 表现 为 稳定 的 络 合 物 , 还 原 后 则 由 Co( 开 ) 转 变 到 Co (1) KAS. Cobaloxime 示 例 X: CN” Y: 吡 啶 1 Co(I) 状态 必然 对 氧 很 敏感 ， 只 能 在 高 DH 条件 焉 存在。 、 在 酸性 溶液 中 分 解 产 生气 ， 成 为 cobaioxime， 其 反应 性 与 维 生 有 素 B.S (A 3-22) 相同 。 CI eI I CI? WiiK kth te LAK FARE 维生素 Biz， 维生素 Be SEB. HE EB... HE EB. 3-22 与 维生素 BL AKANE ee - sa 8 cobaloxime, °-142°¢ 如 前 所 述 ， 甲 基 钻 氮 素 在 由 高 半 胱 氨 酸 生物 合成 甲 态 氨 酸 的 过 程 中 , 发 挥 辅酶 作用 , AIEGGI 〈methylcob aloxime) 也 同样 将 高 半 胱 氛 酸 甲 基 化 。 在 分 子 所 这 样 的 还 原 剂 存在 下 ， 诱 导 纯 醛 与 腕 的 N=- 甲 基 化 ， 这 是 维生素 Bi MSHA Whe. ”种 反应 的 中 间 体 4 已 分 离 出 来 。4 还 原 之 后 。 有 可 能 最 终生 成 N- 甲 基 。 HCHO + H,,N--C,H,<=: C,H;NHCH,OH H,, 4 CO C,H,NHCH, ‘ H,O VAL ELG, Gh SESE 8,， GERUTIROUEL, BO Xt 线 分 析 的 结果 确定 。 即 ， 平 面 A Cok 45 ah iy Co— CHR FARR. RAMA SE, HISAR RH, SUL RK, Bi MRO LABS HR, WERE Eee. Pst, 相对 地 讲 ， 钴 且 是 稳定 的 。 Dolphin 也 由 钴 中 啉 络 合 软 合 成 了 各 种 有 机 钻 衍 生物。 但 | et teh daa ana a eae —FARRELE EMD UTE IE Cot). Mth SS up Oi BB ALS SL Ey 和 NE eh eccnesncomwerminnn, a 站 村 上 为 了 弄 清 楚 维 生 素 Bi 的 催化 功能 与 平面 配 位 体 效 应 间 ° 143。 的 关系 ,研究 了 吐 哄 核 上 增加 地 电子 时 中 心 销 的 状态 。 研 究 的 结果 | 是 ， 四 胱 氢 咕 啉 销 (I) 络 合 物 5 很 容易 还 原 为 Co(I) RS, Se 使 co(I) 的 亲 核 性 减弱 ， 即 使 进行 伐 基 化 反应 ， 也 得 不 到 Co _C 键 ， 另 外， 适当 增加 了 天 电子 数 的 AD- 双 脱 氢 咕 啉 (BDHC)? | 合 物 6， 用 NaBH, 还 原 为 CO(ID)BDHC， 后 者 用 Wehbe Be 则 生成 这 基 化 络 合 物 。 村 上 进一步 指出 ， 它 的 电子 光量 庶 与 维生素 了 络 合 物 的 光谱 很 类 似 。AD 环 外 便 的 工 键 与 环 内 BBL IESE SL, BER, SENT TABU SL RAMKSS PS CHs CHs | HC CHs 5 6 . 四 脱 氢 咕 啉 钴 〈 工 ) 络 合 物 A DAA BAM Fh (ID 络 合 物 [tetradéydro cormn cobalt (If) J LAD bi achydro corrin cobalt (ID) J io) Sp ais: sptpneniny 在 Co(I) BDHC de 2 ty ty fa fea) Ee Se 1 Sy 当 烷 基 较 小 时 _ 则 与 维生素 Bus MERAH LE, ERE, 速度 下 降 。 这 说 明 AD-BDHC 与 咕 啉 仅 在 立体 结构 上 有 差别 ， 国 _ 在 催化 反应 上 ， 不 仅 表现 在 电子 效应 上 ， 而 且 在 平面 配 位 体 土 取 ， 代 基 的 立体 效应 也 有 重要 的 影响 。 铬 胺 素 的 络 结构 1 中 ，AD Bi 雪 接 联结 ， 并 有 较 多 的 取代 基 存 在 ， 看 来 这 是 适应 需要 的 。 。 144。 ts 3.5 HRS ARE aD RAAT RRA ET: ECAC, Oe 反应 等 ， 以 及 构成 光合 成 、 氧 化 磷酸 化 的 电子 传递 链 等 。 这 些 已 在 2.4 作 过 大 致 的 介绍 。 在 络 合 物化 学 领域 中 已 积累 了 大 量 的 有 关 铜 络 合 物 的 基础 知识 ， 近 年 来 以 此 为 基础 ， 研 制 出 许多 模型 铜 络 合 物 以 试图 阐明 铜 蛋 入 活性 中 心 的 结构 和 功能 。 与 血红 蛋白 不 同 ， 在 铜 蛋白 的 活性 中 心 没 有 像 血 红 素 那样 的 辅 分 子 入 ， 铜 直接 与 蛋 自 质 侧 链 以 各 种 式样 相 结合 。 这 一 点 很 难 在 铜 蛋白 的 分 子 水 平 上 也 以 解释 。 因 汪 ， 适 宜 的 模型 化 合 物 对 于 研究 生物 体系 特别 有 意义 。 以 铜 蓝 蛋白 为 中 心 的 模型 研究 是 生物 无 机 化 学 的 重点 之 -一 一 Ril, BUX 射线 分 析 已 经 弄 清 了 质 体 蓝 素 结晶 的 结构 (人 参 KL 2.4， 这 样 的 模型 络 合 物 用 于 研究 是 十 分 有 效 的 ， 即 ， 通 过 比较 模型 络 合 物 的 各 种 光谱 或 氧化 还 原 电 位 与 实物 的 光谱 和 和 氧化 还 原 屯 位 而 推断 错 的 铜 配 位 结构 ， 与 用 射线 分 析 而 获 知 的 活 性 中 心 结构 很 相近 。 考察 2.4 中 的 表 2-9, 除去 几 种 铜 蛋白 .已 经 弄 清 在 同一 蛋白 质 内 存在 着 不 同类 型 的 Cu) 。 在 这 种 情况 下 ， 很 难 由 模型 低 分 子 络 合 物 推断 出 与 蛋白 质 结合 的 CuGI) 的 配 位 结构 ， 同 时 也 很 难 明确 各 个 铜 原子 的 作用 。 阁 今 研究 过 的 大 部 分 模型 的 络 合 物 Go 铜 蓝 蛋白 。 酷 氮 酸 酶 、 血 蓝 蛋 白 等 ) 是 以 通过 只 含有 一 种 铜 的 蛋 白质 活性 中 心 的 模型 再 现实 物 作为 研究 目标 的 ， 尤 其 对 于 具有 蓝 铜 特征 的 络 合 物 的 创建 是 占 主要 地 位 的 。 这 样 ， 以 铜 蓝 蛋白 为 中 心 ， 探 讨 开发 模型 化 合 物 ， 来 推断 结构 并 考虑 模型 的 意义 。 就 是 科学 工作 者 的 方向 。 e 1456 由 铜 蓝 避 白 的 性 质 推 断 其 结构 在 每 摩尔 内 售 有 1 个 蓝 钢 原子 的 质 体 蓝 袁 ， 已 由 和 射线 分 析 确 定 ， 是 四 面体 的 CuN;:S, 配 位 结构 “〈 僚 见 2.4)。 这 种 分 析 的 量 例子 还 有 天 青 精 蛋 白 (azurin), KERR (stellacyanin) 等 蓝 铜 蛋白 ， 它 们 的 化 学 性 质 以 及 吸 we It He. CD Iti, MCD 3 © 谱 、 共 振 拉 曼 谱 、ESR 谱 、ESCA 谱 等 均 已 研究 清楚 。 将 它们 与 各 种 模型 化 合 物 比较 、 研 究 ， 推 断 其 活性 让 心 是 四 面体 结构 ， 玫 HORM, IRN, BRAS, BARBS, YL CuN,S % Cu © NLS, 方式 与 Cu(CI) 配 位 。 质 体 蓝 素 . 天 青 精 蛋白 : 繁 继 花 青 素 的 Cu(I) 被 Co(I) 置换 时 ， 比 较 它们 的 吸收 光谱 ， 发 现 6000nm | 附近 的 强 吸收 是 由 于 电子 从 半 胱 氨 酸 S 到 Cu(I) 的 跃迁 吸收 所 致 ， 推 断 置换 的 Co(I) 占据 对 称 性 非常 低 的 部 位 。 脱 辅 基质 体 蓝 素 、 脱 辅 基 天 青 精 蛋白 中 的 Co(IT) 可 进入 Cu(I) WR, 表明 Co(I) 的 配 位 环境 和 Cu(I) 一 样 。 还 发 现 铜 蓝 蛋 白 在 近 时 红外 区 有 弱 吸 收 带 ， 这 是 由 于 四 面体 结构 的 dd 跃迁 所 致 。 Cu(I) 的 配 位 结构 从 平面 形 转变 为 四 面体 形 ， 这 与 畸变 四 面体 琶 型 的 铜 (LD) 络 合 物 的 ESR 光谱 同 铜 蓝 蛋 白 一 样 表 现 出 极 小 的 | jAil 值 这 一 事实 相 吻 合 ， 氧 化 还 原 电 位 Ey 随 着 从 平面 结构 的 转 变 也 增 大 ， 这 也 与 四 面体 结构 不 矛盾 。 关于 配 位 体 的 资料 也 很 多 。 通 过 以 下 实验 确认 在 活性 部 位 上 恒 P(E PARR: BY, AY SH 试剂 一 一 对 和 氧 高 未 茶 甲酸 (PCMB) “处 理 脱 辅 基 蛋 白 时 ，Co(I) 或 Cu(I) 都 不 能 进入 结合 位 置 。 从 Cu(I) 结合 前 后 的 和 射线 电子 光谱 的 变化 可 以 证 明 有 Cu(I) 一 S 键 的 存在 。 将 质 体 蓝 素 . 天 青 精 蛋白 的 还 原型 [Cu(I) 以 及 脱 辅 基 蛋白 质 进 行 /HNMR 光谱 测定 , 从 组 氢 酸 咪唑 核 C(2) 质子 的 化 学 位 移 对 pH 的 函数 关系 而 得 到 的 氧 解 离 常 数 ， 表 明 2 AVS Cul) 相 结合 。 在 这 一 基础 上 再 以 红外 光谱 、 共 振 es 146。 拉 曼 光谱 的 研究 相配 合 ， 还 发 现 肽 链 或 侧 链 的 酰胺 基 N-， 有 可 能 与 Cu(I) 配 位 。 图 3-23 示 关 于 由 菜豆 (phaseolus vulgaris) 得 到 的 质 体 蓝 素 醒 设计 的 活性 中 心 模型 。 其 结构 为 四 面体 Cu (咪唑 ):( 肽 N)S 型 ， 反 映 出 由 研究 得 到 的 各 种 结论 ， 贷 有 趣味 。 另 外 ， 通 过 模 ， 型 化 合 物 的 电子 光谱 的 详细 研究 而 推断 得 到 的 结构 如 图 3-24 所 示 ， 这 个 结构 的 不 同 处 是 酷 氨 酸 的 O 代替 了 肽 N-。 8 国 35-235 菜豆 质 体 蓝 素 的 活性 中 心 结构 模型 [了 ,ITI.Solomony， J.W.Hare,H.B.Gray, Proc. Natl. Acad.Sci. USA; 73, 1389 (1976) J HB 3-24 蓝 铜 部 位 的 推断 结构 [A.R.Amundsen,J.Whelan， B. Bosnich, J.Am.Chem.Soc.99, 6730(1977) ] ° 147 。 ej plain eteniesinerimbeietnttmgmcib i: hn 拉 近 。 不 过 ， 和 蛋氨酸 S 代 之 以 肽 N- RBM 酸 D- 这 二 点 ， 是 从 Br BIN 325 re A HER Re CARTER AR ee 实 中 归纳 出 来 的 结 $ 果 ， 或 许 除 了 质 体 蓝 素 。 天 青 精 蛋 自 之 外 ， 还 下 HEB 表现 与 蓝 铜 部 位 的 性 质 。 errr 从 模型 低 分 子 络 合 物 到 对 活性 中 心 结构 的 研究 ， 是 根据 由 天 | 然 试 样 得 到 的 资料 ， 通 过 模型 络 合 物 ， 使 其 结构 、 性 质 上 的 特征 得 以 再 现 ， 也 即 : G) 利用 Cu(I) 周围 发 生变 形 的 配 位 体 ， 来 比较 对 其 ESR | 参数 、 吸 收 光谱 强度 造成 的 影响 ; | (ii 利用 以 琉 赤 $ 为 配 位 体 的 Ye bol 研究 其 吸收 光谱 。 | (ii RE (iii) 2 IR AG EHO UALS Fe EMAC eR Bs BS He 总 之 ， 最 重要 的 就 是 将 赣 铜 的 特异 性 质 在 模型 上 上 再 瑰 。 以 下 ” 是 几 个 研究 的 例子 ; AUK N BPRS ener S 配 位 的 CU(I)， in at GR; ECA 600nm 处 的 强 吸 收 带 , 3X — UR BE FHF p (S) > d (Cu) Hy 8K 二 让 Ra akc Onc) ta ae 取得 适当 的 模型 化 合 物 ， 所 以 杉 浦 首先 合成 了 带 有 SHE MILE 物 c- 开 基 丙 栈 甘 毛 酸 及 其 类 似 物 ， 成 功 地 分 离 出 它 与 Cu(I) 的 络 合 物 。 已 经 查 明了 由 于 ,S- 的 导入 ， 造 成 吸收 强度 增 大 和 IAL IR 小 。 兼 有 SHESMRMBAM N-HIECMABR. Cul) He RIGS, iat Re we tH. CD Iti, ESR 谱 以 及 1HNMR 谱 得 到 了 研究 。 发 现 反应 生成 物 在 438nm 和 598mm 处 有 s=970 和 ， 830 的 强 吸收 带 。 由 所 获 的 各 种 信息 ， 推测 生成 的 络 合 物 的 结构 e。 148 ，" 如 ” 在 CU( 了 )》 二 有 S- 与 号 只 N 同时 配 位 作 8 Ii LIRA, ERAMKHW. RAK Hi 一:a， 5037, “mikey o-RIGABEH AME 400nm (SHE) gg HOH 5 g0snm(e = 260) 处 有 吸收 。 iain, Cu “PN Ca (DS SHAM, RAR Cu), : vs | SH 成 为 二 硫化 物 S--S。 这 些 络 合 物 都 以 Ney cud) RABE, XS IGN RE els HAMAR ASAKOER. 16 LIHO，， me } JA,)=93x 10cm", 5 HW fe Hi. ARMRBAS Wm, *- RAR S SORMAN 参与 了 配 位 , 本 以 说 是 对 以 前 各 种 推测 的 证 实 。 | BEER, EW RMUERSHORKEED. BH. ROL Addison 详细 研究 了 四 面体 的 畸变 对 Cu(I) 的 ESR 谱 的 影响 ，， “得 知 由 各 种 配 位 体 产 生 的 CuN,, Cus, 等 多 种 形式 , 无 论 哪 一 种 ， Cul) HEF HB MASAO AK en AN |Aii| 的 倾向 将 四 面体 形 的 [Cu(I) (CH,CN) ,JCIO, HY 射线 照射 而 得 到 的 [Cu(I)(CHsCN),]: ESR 谱 具 有 特异 的 参数 , 说 明 结 构 影 响 ESR 谱 。 为 了 解释 形成 畸变 四 面体 的 原因 , 以 配 位 体 氢 化 三 (3,5- 二 甲 基 -1- 吡 唑 基 》 硼酸 LHB (3, 5-Me:PZ)s] Lhydrotris (3, 5=dimethyl-1-pyrazolyl) boric acid] 2 HP, Thompson 将 Seth HE FRE (p-nitrobenzene thiol) (RS 一 ) 的 铜 (I) 络 合 物 反 应 凡 合 成 了 不 稳定 的 混合 配 位 络 合 物 KLCuU(I) (HBG,5- Me;PZ),)(SR7] 53; 并 予以 买 射 线 结晶 分 析 。 还 用 [Cu(I)《SR) ] CIO, 合成 了 铜 (ID 的 络 合 物 。RS 一 为 对 硝 基 荣 硫 基 时 , 该 洛 合 物 有 588nm 处 \.s、3910 的 吸收 ， 同 时 ga = 2.286. 8, = 2.0617 CEE WAC AA 2.287,2.051), 说 明 它 具有 与 铜 蛋 卢 相近 的 数 值 。 但 是 ，|Aill 值 (171x 10cm”) AK, HHX- BKM CMA © 149。 能 成 为 最 佳 措 型 。 这 是 因为 络 合 物 的 结构 为 上 下 稍 龟 展 的 四 面 是 体 ， 导 致 在 配 位 体 场 的 强度 和 对 称 性 上 与 铜 蓝 蛋 向 不 同 。 4» : 1 : .B i 站 4 5 ae CH, | CHy Con Sei \ chy we Ps AN N R i st N N- 一 [一 ， 人 人 TANG ei NWN iV NON ee i er fe | 六 CH Je CHa CHa CH: ， Cite CHa > 了 Mi A >) ? é 人 2 | -\ SR | 3 男 - 一 个 供 研 究 用 的 模型 是 为 了 进行 铜 蓝 蛋 由 高 氧化 还 原 电 位 量 的 研究 。Rorabacher 等 人 研究 了 大 环 状 以 及 链 状 多 ARBRE 是 氮 硫 醚 的 铜 (I) 络 合 物 的 吸收 光谱 , 并 测定 了 它们 的 氧化 还 原 电 | fy, MS TARR 600nm 附近 出 现 e~ 2000 的 吸收 带 ， 半 波 电 是 位 31/2 为 0.8 伏 左右 〈 表 3-7)。 它 的 稳定 常数 下 为 10: 一 102。 © 1 4, 8, 11-20 Be 环 十 四 烷 (143 时 _ ane-S,)(1, 4, 8, 11-tetra thia cy— clotetra decan) Hy X 射线 分 析 结 F (3-25) BRAS Hy 为 四 角形 。 因 此 ，Rorabacher 等 人 得 到 这 样 的 结论， 即 ， 平 面 变形 并 不 是 表现 蓝 铜 的 光谱 及 氧 化 还 原 性 质 所 必需 的 。 他 们 还 测 定 拉 曼 光 谱 ， 推 测 蛋 所 酸 的 S 参 3-25 Cu(i4-ane-S,) SMU, MNTRARARMS (ClO) ;的 结构 ” ， 继 花 青 素 为 二 硫化 物 S 一 S 与 Cu “150 。 (I) 瑟 位 。 这 种 研究 的 优点 在 于 尽管 采用 的 化 合 物 与 生物 体系 无 关 ， 但 孝 可 以 由 此 推断 生物 体系 的 配 位 形式 。 应 该 说 ， 采 才 欧 型 来 研究 ， 珠 是 有 意义 的 。 #3-7 Cu(I) 多 硫酸 络 合 物 的 性 质 * 88W/W% 呈 本 -20W//W%H2O8 25Cs 离子 强度 0.1(HCIO4 配 和 人 钵 Be Anas £400 Amex &400 Ey /4 (mV) (K) gar) S_ 2.4x10? 387 6.0%10? 675 2.0x103 728410 sy. [ 2.7x10? 390 6.0x10? 625 1.8x108 694 二 10 e-< : JS. & * =, 3.1X103 -390 8.2103 570 1.9x103 689+16 ae om ri > 2.310? 414 8.0x103 565 1.14x103 7829 g* Wy ee S a ‘i 9 440 6.3103 603 0.8x10% 798415 5 eS . ie ‘me 4 / eg ms S 9.8x10? 414 ~7x109 565 ~2x13 865+10 eS Pan © I on =), | S oe { _ 420 ~7.1x10° 545 ~1.4x10° 805+10 Cs , gs és 一 CH 14 410 6.8x103 612 1.1x103 892 士 10 SSCs *#T.E. Jones, D.B.Rorabacher, L.4.Ochrymowycz,J.Am. Chem.Soc., 97, 7485 (1976);E.R.Dockal, f.E. Jones, W.F.Sokol,R.J.Engerer, D. B.Rorabac- her, L.A.Ochrymowycz, ibid, 98, 4322(1976) e151 ° 3.6 生物 化 学 中 引 人 注 目的 络 合 物 及 其 反应 ABH 3.2 至 .3.5 已 提 及 各 种 生物 活性 中 心 的 模型 ， 它 们 是 生物 无 机 化 学 的 研究 方法 之 一 * 这 一 节 则 叙述 前 面 未 处 理 的 反应 络 合 物 化 学 特别 是 生物 化 学 上 各 有 趣 的 侧面 。 尽 管 许多 侧面 未 必 在 本 质 上 与 酶 相似 ， 但 是 在 结构 上 、 机 制 上 却 相当 可 靠 ， 而 且 大 “多 只 备 酶 促 反应 的 特征 之 一 一 一 选择 性 。 生 掀 无 机 化 学 的 范畴 也 包含 这 些 研究 内 容 。 ik Bic EE TR 动物 从 外 办 摄取 的 蛋白 质 被 各 知 具 有 特异 性 的 水 解 酶 水 解 ， 成 为 更 小 的 拓 单 位 ， 然 后 再 被 分 解 成 氨基 酸 而 被 吸收 。 催 化 肽 键 水 解 反应 的 酶 也 有 各 种 功能 性 特征 。 例 如 具有 切断 N 末 端 氨基 酸 残 基 功能 的 酶 称 为 氮 肽 酶 。 与 此 相反 ， 能 将 妃 末 问 的 氨基 可 切断 Not yak (BIL 2.4) 。)。 在 己 知 的 简单 的 低 分 子 络 合 DH, 地 有 有 具有 这 种 相应 功能 的 络 合 物 。 fEN Rig AERREMRHASH : Cee maiincg ai <3 fil, (2a: aE N Roi RE R. li, 7: pH7.5 (65) WY, - SUPERS eI, Wn 3-5 pene 仅 有 N 未 端的 xan REESE trien 络 全 物 中 去 ， 剩 下 的 肽 链 被 切断 而 分 离 出 来 。 fH (3-5) AURIS 3-26 所 示 的 机 制 ， 可 以 看 出 1 与 气 肽 酶 同样 能 选择 泪 地 将 N 末端 的 氟 基 酸 残 基 水 解 。 但 是 T 与 醋 不 同 , A 示 尺 揽 作 用 :因为 断裂 的 氨基 酸 作为 配 位 体 而 组 关 络 合 物 中 二 所 ”| WARE T EE er I AE. RT trien, RAMAMOARA 合 物 2 Fl tren Pp 2, 220 三 氨基 三 乙 腕 的 CoDAGwWS, BBA ° 152 ° Rar | (1) : 上 LA -€i$-8-[Co®(OH)(H,0) trien} vy - 1 el. NUL Cil-CO-NMi= 3-26 cis-B-[CO(M) (OH) (H,0) trien 17k AKA TL-Gly- Gly "OB [co(E) (Giy) trien}** + Gly ii -Gly- Gly + Giy Cis-B-LCo(M) | .ol rCo(—) en2} r Coll (OH) (H,0) tren] By Be N XH AK 4 hy AS 双 OKBED 铜 (ET)LCu(I) (salal),] 与 Gy .或 与 Gly"Gly 反应 ， 得 到 相应 的 西 佛 碱 络 合 物 〈 图 3= ya be Ve 该 反应 不 仅 对 Gly Bi Gly -Gly, 对 一 般 的 2 氟 基 HH RES 部 可 以 进行 。 i TEAR Na, 5 py eidh Ee Mize eeu eb Elbe 图 3-27 [CuGD (Salal)215 Gly, Gly-Gly 的 反应 。154。 ATA J 60 一 0 0 -000—HO—'HN 十 2 ae Fe + 5 =H | ae 7 G | RS -000 (9) LF: | | YOH : Oxo | a ON | ae HO + 下 eYHO—N ; 2 ‘ ! OHS e'0 一 一 OH ae | Wi => = bh ey [((IeIeS)InD] 8Z7-2 图 了 td 和- 一 ‘Ve, / oe 9 LO LO 同样 ，FCa(ID) (Salal),] WERE. BI pH OR TIARA, Ze pH (4.5) 时 它 的 生成 物 包 括 5 ae 基 - 酸 ， 基 此 认为 是 自 N 末 端的 第 二 个 肽 键 断 裂 的 〈 图 3-28)。 据 报 道 ， 金 属 络 合 物 的 配 位 体 肥 应 已 研究 得 比较 清楚 ， 加 3-28 中 7 的 结构 由 于 CuU(CI) 的 极 化 作用 ， 使 第 二 个 肽 键 的 碳 的 电子 密度 降低 ， 由 于 溶剂 水 分 子 的 亲 核 进攻 而 促进 了 水 解 。 与 此 . 祖 反 ， 在 高 pH 条件 下 ， 如 6 那样 ， 第 二 个 肽 键 脱 质子 而 带 负 电 荷 ， 所 以 在 它 附 近 的 电子 密度 并 不 十 分 低 ， A a BHO 各. OH- 的 亲 核 进攻 。 这 样 ,， 仅 在 低 pH 时 ， 接 照 图 3-28 的 机 理 可 以 清楚 地 看 到 六 末 交 第 二 个 肽 键 进 行 有 选择 的 断裂 。 当 然 ; 在 pH 更 低 的 条 件 下 ， 在 溶液 中 生成 了 8 以 及 其 它 络 合 物 ， 这 种 选 . 择 性 就 得 不 到 保证 了 。 Y R NH—CHR?— CONH —CHR’—C0O7 —- HO 107). we 2 I HC=N 0 \ 7 有 报道 认为 ， 能 够 单 - -地 使 N 未 端 第 二 个 肽 键 作 选择 性 断 怪 的 络 合 物 ， 其 适宜 的 pH 为 4.5。 (3-6》 式 归纳 了 以 各 种 肽 为 底 物 时 的 反应 结果 。 注 意 ， 这 类 : 反应 也 不 是 催化 的 、 而 是 按 化 学 计量 的 。 IAN RBH NAA Hh hE ) 在 图 3-28 中 已 经 表明 ， 三 肪 与 水 杨 栈 的 西 佛 碱 ， 在 高 pH 时 形成 的 Cu(I) 络 合 物 6 的 肽 键 不 能 水 解 。 同 型, 甘氨酸 肽 占 与 Cu (I) 或 Ni(CI) 在 高 pH 时 的 反应 ， 如 图 3-29 Gra, FAN 4B] “156。 :GOH e on Ate I =Gly- ar owt —> [Cu(I) (Sal = Gly+Gly) ]~ + Gly +Salal *Ala- Gly nT “OH. rCu(I) (Sal = Ala*Gly) ]~ + Gly + Salal CCu(@) yey. | Salal 1 (Sala 9 >[CukI) (Sal = Gly.Gly)]- + Ala + Salal 水 Soe Ae “= > OFF cuc I) (Sal = Gly-Gly) ]~ + Gly: “Gly + Salal H-Gly-Gly- Bias 。 ore 人 一 >[Cu(I)(Sal=Gly.Gly)] +H-Gly-Gly-Gly Ky OE! On + Salal (3-6) 第 三 个 肽 键 不 能 水 解 。 相 反 地 ， 上 距离 配 位 金属 较 远 ， 质 子 未 脱 去 AUER SE, 由 于 pH 高 TU 而 可 以 全 部 水 解 。 换 言 ‘at FOF 的 亲 核 进攻 ，Cu(I) 保护 了 N RG AK. O0C—NH—CH.—CO—NH—CH.—C007- C007 | CH : > CH. | @70 | 6,40 H2C—NH: N=e H2C—NHa N==6 ’ OH™ a a | " | pH>i2 | os | i Mi a ee 上 oe} N—CHa 和 个 CH， HaG—-CS CH: 一 C NO 5-29 Cu) 周围 的 四 肽 键 的 水 解 其 它 肘 键 的 断裂 反 启 四 -一 两 氮 酸 Cu(I) 络 合 物 在 pH6~9 时 ,以 2 当量 的 六 氧 镀 e 157.9 CV) ARE, Ww 3=30 所 示 ， 在 ICle- 氧化 的 中 间 过 程 形 成 Cu ( 亚 ) 络 合 物 CW 3.6.5) ik, 作为 配 位 体 的 四 -IE 丙 氨 酸 被 0D 和 全 C00” .% in. Fe : dc ARO Nera hoe | HN CH ae 0 NH; ”CHs a tae ale NA Da i een! | IrCle? pe | C HC EC =N NZ So TAPE HsC- SN N 一 So o— oH pat \ CHa 0 CH3 EGG cAg- | | HC—CHs 全 一 CHs i nN MH, _-CHs HN 0 NH, _CHs ee ey TRG RCOCOCH + R’CH(NH,) COOH - , RRB SMALMAAS IBSEN TRE, Se 成 酮 酸 ， 磷 酸 吡 哆 醛 则 变 为 磷酸 吡 哆 胶 。 逆 反应 亦 可 进行 。 并 非 特定 的 金属 离子 参与 这 些 酶 促 反 应 ， 但 很 早 即 已 知道 * 在 CU(I)、Fe(I)、Fe( 亚 )、Al( 亚 ) 等 金属 离子 存在 时 ， 即 可 以 促进 吡 哆 醛 和 吡 哆 胺 引起 的 非 酶 性 转 氮 反应 CA 3-31), 和 0C——CH R—CH—NH;* | Mi | | Coo- 十 OHC a Neat an iCH:0H \ 4 nC CHs ote / 0 、 piss NH® | HaG | (9) PRE cs , 1 一 一 Sn CHa CH.0H R-C=0 Mi 一 人 | / “A Coo- + LA N 十 M NHY H:N+ "Hh CAs (10) CH, 3-31 | CS REA IE Big Ee oe 中 D.E.Metzler %, J.Am.Chem.Soc.,74, 979 (1952) 一 一 译注 « 159 « Par Tae ee Rey QUE ee hI EL ES Se Te RE te FF TER Se BZ 应 。 已 经 分 离 出 来 与 图 3-31 的 9 相同 整合 物 骨架 的 11 和 与 和 和 相同 ED RA 12。 可 是 仅 能 确认 有 由 12 3 11 BU Be Be 的 fait IF ) CH ris | : oo— ci ee Tee | 0 N=cH % ae \ Cu" \ ju ne ee <<) aa | ) | ei cu hard aa | ON N= 14 yer 9、 一 cH: Cull bine Cu® bo OS eT Age ee te) 《3 Hb, Cs SUS 清楚 地 表现 出 转 氮 芭 应 。 二 是 乙 栈 厂 与 丙 氨 酸 的 西 佛 碱 的 Cu(I) 络 合 物 。 把 它 分 解 ， a0 ay 得 到 游 离 的 14， 即 甘氨酸 与 丙酮 酸 的 西 佛 城 的 Cu(CIL) 络 合 物 。 这 一 事 实 不 能 否定 在 溶液 中 生成 了 18， 但 至 少 说 明 能 以 极 高 的 收 率 巨 速 地 进行 转 氮 反 应 。 估 计 在 转 氨 反 应 过 程 中 ,， 西 佛 碱 配 位 体 中 以 NLL BIS CN 键 的 性 质 是 平均 化 的 。 对 于 难以 发 生 转 氨 反应 的 11 和 12， 或 更 缺乏 可 能 性 的 B- 丙 氮 酸 ,丙酮 酸 的 西 佛 碱 Hos, LENORE RAH RO GLB. WS, Rt FA Ye Hea PUES INLAY 13 与 14， 已 知 以 玉 为 中 心 的 两 个 N 一 C 键 的 电子 多 少 有 些 非 定 域 化 。 表 3-8 是 用 和 射线 分 析 确 定 的 那些 以 N 为 中 心 的 两 个 C—N SEM REIR ELBE. 13 不 能 分 离 出 e 160 « 来 ， 因 此 在 表 3-8 中 没有 数据 ，14 即 与 丙酮 酸 .甘氨酸 的 西 佛 碱 相 局 的 两 个 五 员 环 的 缩合 环 系 ， 所 以 ，C--N 键 的 键 长 也 应 该 是 Sih. HH 3-8 的 数据 看 出 这 两 个 C 一 N 键 是 最 平均 化 的 。 或 许 这 种 两 个 五 员 环 的 缩合 环 系 的 结构 有 较 大 的 变形 ， 因 此 ， 使 不 稳定 型 的 .13 诱导 为 稳定 型 的 14， a 8 西 佛 大 Cuddy eR Peay C—N 键 络 “Cu, (Salal = Gly) H,0- pay 0. | 6.5 o.128 4.145] 0.017 12 | | (Cuy(Salai=Gly)H,0]-4H,0. | 6.5 |0.130 0.146] » 0.016 [Cug(Pyv=Gly)H20}-:H.0 | 5.5 131 0.145 0.012 (Cu;) Pyv = B-Ala) 再 2O “2O 5 5.6 0.125, 0.148) 0.023 * iim, Saial=Gly EKHRSHARH EHR, Pyv=f-ALAE AMR S B- Fi ER HY TH OH 9K FE RES Wee 55 SSR RR BY Ob tit i 24 By CMn (pyridoxal = val),7 BEDE, ARBAXNRATARHRE. KEBRER 的 是 两 个 C—N 链 的 键 长 分 别 为 0.145 和 0.127nm, :其 差 值 为 0.018nm, 也 即 与 表 3-8 由 水 杨梅 ,甘氨酸 的 西 佛 碱 大 致 相符 。 es 于 缩合 环 系 都 是 由 六 员 环 和 五 员 环 组 成 的 。 很 相似 ， 所 以 这 是 当 然 的 。 此 外 ， 洲 为 水 杨 醛 了 时， 如 在 讨论 11 和 12 的 关系 时 同样 ， 几 乎 不 发 生 转 氨 反 应 。 但 若是 毗 哆 醛 ， 这 反应 就 很 容易 进行 ， 司 以 认为 是 由 于 屁 哆 醛 结构 上 特有 的 吡啶 氮 的 缘故 。 因此 1 一 14 的 Cu(al) 络 合 物 绝 不 能 算是 吡 哆 醛 辅 酶 的 模 型 。Tl 一 妈 表 现 的 转 握 反应 是 由 缩合 环 系 结 构 变 形 所 引起 的 。 尽管 如 此 ， 这 种 非 梅 性 转 所 反应 可 以 应 用 于 实际 的 合成 反应 ， 基 此 ， 这 也 是 在 生 禾 化 学 上 令 人 感 兴趣 的 络 合 物 反 应 之 一 。 * 161° 利用 人 金属 络 合 物 使 ATP KR ATP 即 三 殉 酸 腺 背 ， 它 的 生成 过 程 是 在 厌 氧 或 好 氧 人 委 件 下 A AE, ORR TESA EAA APE HERR Eh 2.4), 并 且 不 断 进 行 呼吸 链 的 氧化 磷酸 化 反应 。 其 他 的 途径 则 是 由 糖 、 脂 肪 酸 、 氮 基 酸 等 能 源 物 质 的 分 解 所 产生 的 化 学 能 量 ， 与 ADP 的 磷酸 化 偶 联 而 生成 ATP。 因 此 ，ATP 是 贮存 能 量 的 分 Fo 1 ATP 7K, Ae; ADP 与 磷酸 Pi 时 ， 则 放出 能 量 。 rian. tn (ASL 2.5) 等 所 需要 的 能 量 是 由 AIP 供 给 的 。 例 如 ， NAW, ATP 水 解 时 ， 就 有 肌 球 蛋白 ATP fea WL) RA A ATP 苦 等 的 参与 。 但 是 ， 现 在 对 ATP 水 解 的 酶 反应 机 理 很 难 从 FAR FOB. ie BLS MH APSE NB ELLIE SAS Hye ODER 研究 ATIP 非 梅 水 解 的 结果 概述 如 下 Tetas 等 人 曾 报道。 在 pH5 时 ， 具 有 ATP 水 解 活性 的 二 价 金属 离子 的 活性 顺序 如 下 : Cu> Zn>Cd>Mn>Ni>Ca>Co>none* >Mg>Ba 其 中 Cu 较 没 有 金属 离子 存在 时 促进 水 解 的 能 力 a 60 倍 ， Zn Wil 12 倍 。 在 pH 9 时 ， 该 顺序 变 为 ; | Ca>Mn>Cu>Cd>Zn>Co>Hg> none 它们 的 活性 比 pH5 时 普遍 降低 。 即 Ca 为 无 金属 离子 时 的 9.4 倍 (为 (pH5 Ih} Cu 7G PEN) 1/28), Cu7 Az. , 水 解 产物 在 DH5 时 的 实验 中 ， 有 ADP、AMP A Pi, AAW 有 了 PPi《〈 即 无 机 焦 磷 酸 ), 所 以 说 明 发 生 的 分 解 反应 为 5 # none 是 无 金属 离子 时 e。 162 ATP->ADP->AMP 在 pH9 时 ， 由 于 有 了 PPi, 所 以 也 发 生 ATP 一 AMP+PPi 的 反 Schneider 报道 ， 在 这 些 金属 离子 存在 下 ATP 的 水 解 反 应 的 速度 如 表 3=9, 33-9 二 价 金 属 离子 对 ATP 水 解 反应 的 相对 速度 none Mg Ca Mn Co Ni Cu Zn ATP 54 mee S 06.5 OX gia Vas 4 pag? "te MTP* lsd Re Be 6.0 FSG? 828 EU OT pH 本 0 6.7~ 6.7~ 6.6~ 6.6~ 6.6~ 5.3~ 6.2~ ped 659 a eet eS ee ee * MTP= 甲 基 三 磷酸 ,金属 (I)2x 10-2-moldm 23ATPRMTPI1 x 10° 3moldm’3, & RESO 在 这 里 ，pH 由 于 金属 离子 不 间 而 未 必 一 致 ， 所 以 不 能 直接 区 镑 ， 但 其 大 致 的 活性 顺序 为 Cu>Zn>Co>Ni, Mg>Mn>Co 同 Tetas 的 实验 结果 相 比 ， 有 若干 差异 ， 这 是 因为 实验 条 件 不 同 ,， 因 而 并 不 算是 错误 。 总 之 ，Cu(I)、 Zn(I)》 确实 是 比 其 他 离子 的 活性 高 。 Schneider 推断 水 解 反 应 过 程 是 形成 了 CuATP2 44H, 如 图 3-32 所 示 。 在 表 3-9 中 所 载 Cu(I) 对 ATP 与 MTP 的 水 解 反应 速度 相 差 约 53 倍 ， 这 或 许 是 由 于 ATP 的 了 -磷酸 与 腺 嗓 叭 形成 如 图 3332 WEBAAH, ii MTP 则 不 能 形成 这 类 结构 的 缘故 。 据 TE, ATP 的 水 解 过 程 实 际 上 是 发 生 了 8- 磷酸 部 分 的 构 形 变化 ， 以 便 可 以 直接 或 间接 地 与 Cu(I) AiG. NS ° 163。 OH OM PA 3-32 CuATY2-24 3% (Schneider #2) fy 也 有 不 用 二 价 金 属 离子 “水合 金属 离 子 》 而 是 用 其 络 合 物 使 ATP ETB MM. VIF ROE. SER me ws TF 生物 ，1, 10- 菲 罗 啉 -2- 甲 醇 “简称 phen) #4) Zn 44 & Hy 4 ATP 形成 了 混合 配 体 络 合 物 ， 其 中 ATP AMARMEAPSRD eK 移 。2Zmn 在 这 种 反应 中 的 作用 是 促 渤 甲醇 的 脱 质子 而 诱导 形成 一 (人 生起 7 和 ATP + Zn - phen=~> ATP — Zn—- phen— ADP + Zn-—- (phen - P) 调整 混合 配 体 络 合 物 的 形态 ， 使 它 确定 了 ATPY- 磷酸 部 分 和 phen 的 一 CH2:O- 部 分 在 立体 结构 上 有 着 适 官 的 距离 和 方 向 《图 3-33) ° ' ae y 三 N 二 人 2 SH: 6.°6 0,2 % Px ox | 70% {1,07 A Py Pe P+ 325 BSS 3-335 ATP—Zn-phen 混合 配 体 络 合 物 的 磷酸 基 转移 反应 的 推断 机 理 e 164 。 也 有 用 简单 的 Co CID) 络 合 物 对 ATP 进行 水 解 反应 的 研究 SA, HAMAR LAE Co) 络 合 物 ， 对 于 研 究 反 应 中 间 体 结构 ， 有 利之 处 很 多 。 铃 本 等 人 对 此 进行 了 如 下 研 Hi. -图 3-34 中 表示 上 共有 各 种 结 梅 的 COMAGWE AAR HE © 进 AITP 水 解 。 同 时 ， 除 了 对 ATP->ADP + Pi 不 chai 的 促进 作 用 之 外 ， 也 列举 了 对 ATP->AMPTPP 反 应 的 训 进 作用 。 像 [Collen,]** 那样 没 有 剩余 配 位 位 置 ch tints 本 不 能 促进 ATP 的 水 解 。ECoEtetracn(H:O) ]2 由 于 其 配 位 位 置 只 有 一 个 HAO, Br 以 对 于 更 强 的 供 体 原 子 很 容易 形成 结合 部 位 。 即 在 该 络 合 物 忠 ， ATP 可 以 进行 单 配 位 基 配 位 。 但 是 ， 对 于 ATP 一 ADP+E 的 水 解 反 应 ， 节 只 不 过 是 促进 而 已 Col (DMG), CH, 0), HAP o HECIB ATV Laciz, 2--O—H-- ipl cE TE ay, BTW Bi H,O ina 对 应 着 配 f2, 214 HO wy ATP RAC RAG MN TRE. 这 符合 AITP NAPIER, BER [CoIEtetraen (H, O}* 事实 。 些 外 ,[CoIedda(H,O):]+、[CoEtrien(HO) ]°* 4 fii 个 顺 式 位 置 恰好 是 允许 ATP 歼 合 配 位 的 结构 ， 反 映 出 的 特点 就 是 水 解 性 活性 比较 显著 。 但 是 , 由 Fae RINT vt ATP>ADP+ Pi ATP 一 AMP +PPi 指 水 解 反 应 ， 所 以 不 能 说 它 具 有 选择 性 促进 作用 。 与 了 这些 络 合 物 相 tk, C[CoMdien (H,O),1°* 对 于 ATP 水 解 的 促进 作用 湿 独 一 无 二 的 ， 这 是 因为 它 仅仅 选择 性 地 促进 将 ATP 水 解 成 ADP 和 Pi 的 反应 ， 且 效率 很 高 。 ATP-ADP+Pi xk fm 反应 的 速度 常数 是 Kops = 1.05 X 107*min“!(t1/2= 66min, -ATP:1.00x 10-smol -dm™*, Co™dien**,; 2.00 10°*mol-dm~*, pH4.0, YAEF50) 4% 之 在 相同 条 件 下 不 存在 Col 络 合 物 时 的 ATP 水 解 速度 (Kons = 17.1x10-smin-)， 加 快 了 约 150 倍 。 根 据 水 解 时 生成 的 反应 活 165。 -EL 2 “4 = taste ; <4 SH Fo 2A SE Sh SEM LW EASA S yoD 8-8 4 q T2 人 : ++ — Wdd-+dnWedly “++ . 5 站 ++ Wray dl, vat? (07H) U21P,99] gal? (OH) U9} -g-S19 acl? (OPH) UINE OD] -2 = I oar ; 7HO * a | ? ‘ : . N as . rg +1 : a tHOo—L—wn | } 2° . /soo 万 / x0 PE -全 4 *H0-—-N@ 下 7HO——TON™ | N. - ND : Nn? 过 + ~ 本 — i tetany av’ 十 十 时 二 有 Id 二 dgy -dy ,feppauo0]-2-50 +[z(O9H)z(ONO)aoo1 4[O5H uaellalso0] “4tLruen00] ip 1 RHO， 。 166。 竹 络 作物 的 可 见 吸收 光谱 ，CD 光谱 的 研究 和 ATP/Comdiena+ 之 比 同 反应 速度 间 的 关系 ， 推 测 其 结构 如 图 3=35。 ， SN | ni a. O 0 H ye | wert . eX > / mg Wy cage a ANON “ ANN N N N:OM 图 3-35 CoNdien?*—ATP 反应 络 合 物 的 推断 结构 在 ATP 于 结合 有 2 个 Comdiens+， 在 7- 磷酸 上 结合 的 Comdiens* 又 与 其 它 的 ATP 分 子 结 B CATP:Coldien** =2:3)， 在 此 机 理 的 基础 下 ，ATP 分 子 由 于 受到 2 个 CoM) 的 极 化 作用 ， 提 高 了 磷酸 酯 部 分 的 碍 原子 的 亲 电 子 性 ;由 于 水 分 子 的 亲 核 攻击 ， 磷 酸 酯 键 断裂 。 在 1 个 ATP 分 子 上 结合 了 2 Coldien™, Hh vt 彼此 的 正 电 荷 相 斥 作 用 ，ATP 的 构象 发 生 了 变化 ， 这 也 是 促进 水 解 的 原因 之 一 。 氨基 酸 金 属 络 合 物 的 立体 选择 性 组 成 金属 酶 活性 中 心 的 金属 离子 尽管 形成 了 置换 活性 络 合 物 ， 但 它 仍 显 示 了 底 物 特异 性 乃至 立体 特异 性 ， 说 明 这 与 金属 离 子 周围 的 酶 蛋白 与 底 物 的 立体 相互 作用 和 非 共 价 键 性 作用 力 有 很 大 的 关系 BIL 2. 2)。 设 想 将 能 够 造成 这 种 相互 作用 的 配 位 环境 赋 与 由 光学 活性 配 位 体 所 组 成 的 置换 活性 小 分 子 络 合 物 ， 由 于 几 e。 167。 个 配 它 体 间 的 祖 互 作用 ， 就 会 表现 出 立体 选择 性 。 这 种 推测 是 目 然 的 。 对 置换 非 活性 的 CeE 络 合 物 ， 其 络 合 时 的 立体 选择 性 已 有 (22 agg \ 易 置换 的 氨基 酸 或 在 侧 链 上 具有 极 性 基 及 pH SPE iT Hai Rem, 组 成 混合 配 位 体 的 铜 ( 工 )7 络 合 i 研究 了 它 的 对 cl 组 合 与 络 合 物 生 成 的 关系 ,， 发 现成 络 时 立体 选择 性 与 氨基 酸 的 旋光 异 构 体 分 离 的 可 能 性 有 一 定 的 联 从 平衡 常数 来 看 ， 立 体 选 择 性 可 由 下 列 的 稳定 常数 之 差 Alog8 表示 。 以 A.B 代表 两 种 氮 基 酸 ， 以 M 代表 金属 IS TF, £2 iy My (EH) g(L — A)r(L— B)s fl Mp(H)q(D- A);(L—B)s (Hi 荷 均 略 去 不 表示 ) 的 稳定 常数 为 logBoarsLL,logpnarsDL 《参见 2.2), WW Alog§8 = |logBpqrslL - logBpqrsDL| 据 报 道 ， 不 论 是 单一 氮 基 酸 ， 还 是 混合 氨基 酸 都 有 这 种 立体 Vote, UPS Wika RRA. Angelici 测定 了 N-(2-1ne EA) -L-KZABN-pyt-L- Asp) [N- (2- pyridy!methyl -L-aspartic acid] #7 N- 羧 甲 基 -B—-(2-lk tes) - 工 -页 氨 酸 (N-cm-L-pyAla)[N-carboxymethyl -8-(2-pyridyD-L-alanine], 与 工 或 D 纺 氮 酸 、 苯 两 氨 酸 等 多 种 和 氨基酸 (A) 的 混合 配 体 铜 (I)、 镍 (I) 络 合 物 M(N-pyr-L-Asp) (L-=% D-A) 1 和 M(N-cm-L-pyAla)(L= 或 DA)2 的 稳定 常数 Kx, Kip, | , Kir 是 下 列 反应 的 平衡 常数 〈Kip 也 类 似 )。 M(N-pyr-L-Asp) + L-A== ee (N-pyr=LZAsp) (LEA) logKy 1, = logBio:inn — LOgBio19 表 3-10, # 3-11 FZ Fite 2163 323-10 Ni(IT) 或 Ca (TD -N-(2- 吡 啶 基 町 其》 -&- 天 冬 氨 酸 的 金属 离子 RRA) Ni (I) Ni (1) Ni (ID Ni (1) Ni (ID Ni (ID Cu (I) Cu (I) Cu (I) Cu (11) Cu (11) Cu (I) e R.Nakon,P.R.Reciani,R.J.Angelici. licrg,Chem., 12, 2431¢1973) RAR ijog 天 rr 3. 4 3. 3 £o 54 -02 67 .76 jos 天 rp 3 3 4. 4.03 44 «93 .59 logKy,-logKyp 一 -一 。169 。 323-11 Ni(IT) 或 Cu(I) -N- 羧 甲 基 -8-(2- 吡 啶 基 ) L- 氨 酸 的 立体 选择 性 [25*,I= 0.10 (KNO;) ]* 金属 离子 氨基酸 (A) logKip logKrr _—‘logKyp ~ logKun 一 一 -一 一 一 -一 一 一 一 一 一 - -一 -一 -一 一 一 -一 一 一 一 一 一 一 一 -一 一 Ni (1) FH SAER 3.51 2.95 6.56 Ni 《了 aa 2.98 2.72 6.26 Ni (1) FIR 3.09 2:84 0.25 Ni (1) 丝氨酸 2.92 27% 0.21 Cu (了 ) ARR 3.72 3.59. 0.13 Cu (1) AR 3.65 3.69 —0.04 * S.A.Bedell, P.R.Rechani, R.J.Angelici,R. Nakon, Inorg.Chem., 16, 972<1977) 由 表 3-10 看 出 ，N-pyr-L=Asp 4 Ni(1),Cu() HASWSL-A 优先 结合 ，Angelici 以 假设 的 结构 工 来 说 明 这 二 现象 122 M 的 配 位 形式 ， 均 为 反 式 。 在 1 的 情形 ， 玉 A 的 侧 链 及 由 平面 座 荆 伟 由， 与 轴 商 配 位 的 羟基 没有 明显 的 相互 作用 ， 所 以 比 卫 在 平面 的 下 方 伸 出 的 .D- 和 氨基 酸 的 稳定 篆 数 要 高 IogKT IOogKEr p) C# 3-10) (2, WRB Aw2LARRS nee AER, D-A 的 这 类 络 合 物 则 更 稳定 Cog KrDp 二 1ogKrr) 《和 表 3-11) 。 这 种 稳定 性 的 差别 源 于 便 链 的 立体 空 间 障 碍 ， 这 可 以 从 ltogKErr -logKrp| 的 数值 在 很 大 程度 纪 依 赖 于 侧 链 置 换 基 这 一 点 上 来 理解。 也 即 ，MCON-pyIT-L-Asp)KA) 系 统 的 稳定 性 依次 为 Phe>Tyr>Val>Thr~Lev~Ala L BOB; Ni(I) (N-cm-L-pyAla) (A) AZEAY fa ce HE Val>Phe~ Ala ~ Ser D 构 型 的 领先 。 由 于 配 位 体 侧 链 的 静电 相互 作用 , 产生 了 稳定 和 前 we. 之 差 。 170。 Alogp, Pie Brooks, Pettit 报道 的 含有 组 气 酸 和 碱 性 氨基 酸 (B) 的 铜 (I) 络 合 物 。 在 中 性 pH HAMMER. MAR. SR 等 o 位 的 碱 性 基 团 质 子 化 后 带 有 正 电 荷 。 这 些 氟 基 酸 在 此 pH Ye 雷 和 是 < 位 的 氨基 和 羧基 如 甘氨酸 那样 的 配 位 ，@ MIEN A 保持 原来 的 状态 。 已 测定 了 L-B 和 Lak D- 组 氮 酸 组 成 的 th 合 Pd (uz 448 Fi CID He Be Wy RAGE. Ts aL logBiii Cie F(t & 4 iD) 和 log8Bioi 〈 脱 质子 化 络 合 物 )。 质 子 化 络 合 物 Cu(H) (L-His) L- ， B) 44 Cu(H)(D-His)(L-B) (H 意 即 结合 在 工 - 了 的 位 的 | 质子 ) 之 间 的 差 信 较 小 (Alog8 闪 0.1) (# 3-12)。 与 此 相反 ， 胸 质子 化 络 合 物 CuGL- 或 D-His)(L-B3)》 的 Alogb =0) 非 对 映 体 之 闻 没 有 差异 。 已 知 组 氨 酸 作为 三 齿 配 位 体 ， 可 以 与 Cu Cd) MES 《参见 2.1)， 所 以 Brooks、Pettit 认为 质子 化 络 合 物 为 顺 式 3 和 4 的 结构 中 ，L- 氨 茎 酸 之 间 的 组 全 使 其 侧 链 的 正 、 负 电 荷 接 演 ， 可 能 产生 静电 相互 作用 。 相 反 地 ， 荆 型 与 也 型 组 合 时 ，- 倒 链 在 CuCl) 配 位 平面 的 上 下 两 侧 分 开 ， 不 存在 这 种 相互 作 用 ， 因 此 导致 子 稳定 性 的 差异 。 对 于 工 -2" 生 三 氯 其 栈 酸 ，Alog8 = 0, 这 是 因为 其 侧 链 的 相互 作用 仅仅 存在 但 并 不 显著 的 缘故 。 脱 质子 化 络 合 物 由 于 失去 了 正 电 和 荷 ， 所 以 当然 不 会 产生 静电 相互 作 Fil. | | 根据 来 自 上 述 立体 效应 或 静电 性 相互 作用 的 立体 选择 性 ， 铜 《I) 络 合 物 那样 的 置换 活性 络 合 物 在 形成 过 程 中 ， 氮 基 酸 的 旋光 异 构 体 的 分 离 似乎 是 可 能 的 。 通 芝 稳定 性 之 差 Alogs yp, Br ul 在 溶液 中 非 对 映 体 分 别 以 相同 的 比例 存在 着 。 将 光学 活性 氨基 酸 络 合 物 部 分 结合 进 高 分 子 电 ， 采 用 配 位 体 交 澳 色 谱 法 ， 或 利用 非 对 映 体 之 间 的 溶解 度 差 ， 分 离 选择 性 地 组 合 进 某 种 对 映 体 的 络 合 物 ;， 这 样 就 有 可 能 进行 旋光 异 构 体 的 分 离 。 Rogozhin, Davankov 7£ 4 ZC. #s-p-_ Zi HE (styrene—p-di- vinylbenzene) 3 G WHS AL- Hii ARBRE (5S), KEE ARMAS LE ° 171° 33-12 对 于 Cuy QD, (L-s D-21 mR), L-PPT 的 Lat F25%,1=0.10(KNO;) ]* ie, VE Sa ae BR wipe log8pqrs** Alogs (pqrs) L-Atkm D-ARR r wey iit 27-493 27.393 ® 0.12 Hot eS 1011 17.25 aT ea 0 ww: 1111 27.883 27.78 orb iH: 2,4 it 1611 17:42 712° 0 <0 栈 酸 、 1111 29.250 29.226 6.12 1111 26.745 26.745 0 a G.Brooks,L.D.Pettit,J.Chem.Soc., Chem. Commun., 1975,335;J. Chem .Soc.Dolion Trans., 1977, 1918 ee ARB AF 0.02 at, 9 a .) a his Neamt Rtan xe i ‘ ; . 4" HC-HN、、\ ONH:—CH PO-HN_ MHz 一 CH if r nes , \ k Pg: Bs hey i HyC Cu \ Ha xe Ou petit a Pe pag a < 2 OC No tie N 48 F F * =a ¢ be mer ae Beg te ett : 4? “Cu a-Hig@-By -X*: ZN Cu) @-His)(L-B) sacl = ene ne y Bu : Nts ‘as 萃取 塔 中 ， 用 Cuso, diane 注入 DLW, WBE 出 液 ， ra BSE SY WY LAR, CEA INK, TR D-H. dail, iow meee 方法 还 可 用 于 其 他 物质 ， 夫 明 立 “172。 体 空 间 障 碍 是 选择 性 的 根据 。 应 用 配 位 体 侧 链 上 着 电 性 相互 作用 Ter wee SIA RE GER — KARR. & Oot 氨 酸 (A) 与 碱 性 氛 基 酸 (B) 组 成 的 混合 配 位 的 铜 〈《I) 络 合 物 ， 在 该 过 程 re 中 将 A 和 也 进行 了 旋光 异 构 体 分 离 的 研 党 " ae) 3. BU, A.B 的 侧 链 在 中 性 pH 条 件 下 “00c 分 别 带 有 负 、 正 电荷 ， 所 以 在 萎 成 络 合 hy 物 Cu(H)(A) (B) 时 ， 发 生 分 子 内 静电 性 相互 作用 ， 由 相互 作用 的 室 间 位 置 ， 推 断 出 CuGH) (L- A) (人工 -B) 是 反 式 结构 (6)， ‘Cu(H) (D- A) (L-B) Bist 484 (7)。 因 此 ,对 DL-A 以 Cu (I):DL-A:L-B=1:2:1, 对 DL-B 以 CHCI). L-A:DL-B =1:1:1.5 的 比例 进行 反应 ， 将 络 合 物 Cu(CH) (A)(L- B)，CU(CH (L-A)(B) 结晶 而 分 离 出 来 ， 确 定 组 入 络 合 物 中 的 各 氮 基 酸 的 光学 纯度 GE 3-13)。 C6O=: X+ >O= - SS COO=- X+ ae, NH2— ¢; \ «et spelt te tp pg Nih—OH | 本 7 aii. ri ad 6 Cu(H) (L-A) (L-B) Cu(H) (f-A) (L-B) | x53, 4 ~ RY 由 此 弄 清 了 作为 光学 活性 氛 基 酸 的 工 -A 或 工 - 了 的 加 入 ， 首先 在 分 离 的 络 合 物 中 。D -3 或 了 -和 A 被 优先 组 入 。 在 水 溶液 中 离子 强度 为 0.1(KNO:) 的 条 件 下 ， 由 于 稳定 性 之 差 为 Alog8 = 0， 所 以 其 旋光 异 构 体 的 分 离 主要 是 由 于 非 对 映 体 间 的 溶解 ° 173。 ESF. #3-13 ERACRERADASHEURNUEAREWRE = $C ~ Ta fy 获得 DL-2 Ze 对 方 BF Bo AL. sO Eee” ar TARE DL-Asp L-Arg 93 89 , L-Lys 79 89 L-Orn 50 ‘44% DL-Glu L-Arg 42 } 33 L-Lys 75 70 L-Orn 39 35 DL-Arg L-Asp 42 | 38 L-Glu 46 4). DL-Lys L-Asp 16 11 L-Glu 56 50 DL-Orn L-Asp 42 36 L-Glu 12 17 a) (T.Sakurai,O. Yamauchi, A. Nakahara, J.Chem. Soc., Chem Commun., 1976, 552; O. Yamauchi, T.Sakurai, A.Nakahara, Bull. Chem. Soc.Jpn.,50 1776 (1977). b) 分 离 了 的 络 合 物 是 用 CD 光谱 强度 算出 的 值 。 C) 络 人 台 物 在 分 解 中 从 离子 交换 树脂 分 离 出 来 的 氨基 酸 的 夏 旋 光度 算出 的 值 。 由 以 上 例子 司 见 ， 表 现 模型 体系 的 立体 选择 性 条 件 ， 主 要 是 由 于 金属 离子 周围 的 各 种 相互 作用 。 对 复杂 的 生物 体系 中 的 选择 性 ， 这 种 相互 作用 也 是 不 可 缺少 的 ， 正 如 一 些 酶 所 表现 出 来 的 那 样 | CuU( 亚 )- 肽 络 合 物 铜 通常 是 以 Cu(I) (3 由 ") 和 CuCl) (3d?) 的 状态 存在 ， 在 生 物体 系 中 至 今 被 确认 的 铜 络 合 物 中 也 不 外 乎 这 两 种 状态 。 与 此 相 。 174。 KR, Cod) 为 34， 它 与 Ni(I) 为 等 电子 态 ， 仅 在 NaCu0，， KCu0, 结晶 中 存在 稳定 ， 但 将 它们 洲 解 在 水 中 娃 则 马上 分 解 面 得 不 到 稳定 的 水 溶液 。 因 此 ，Cu( 亚 ) 是 不 稳定 的 反应 中 间 体 。 Ci(I) 与 缩 二 逐 H,NCONHCONH, 反应 ， 得 到 脱 质子 化 络 合 物 KsCUCNHCONHCONH),，， 将 后 者 在 碱 性 水 溶液 中 用 :SOs 氧 化 ， 即 生成 稳定 的 Cu( 亚 ) 络 合 物 KCUCNHCONHCONH)。 相应 的 Ni( 亚 ) 络 合 物 也 能 同样 生成 。 推 测 Cu( 亚 ) 络 合 物 是 抗 磁 性 ， 为 平面 结构 克 脱 质子 化 的 酰胺 基 所 NT- 使 Cu( 亚 ) 状 态 稳定 化 。 这 些 络 合 物 不溶 于 水 ， 烷 基 可 置换 缩 二 腺 ， 该 络 合 物 在 二 甲 亚 大 中 溶解 ， 可 以 进行 各 种 光谱 测定 。 Margerum 在 研究 Cu(GI)- 肽 络 合 物 的 自动 氧化 中 ， 曾 下 现 在 水 溶液 中 有 稳定 的 Cu( 亚 )- heres 并 研究 了 该 络 的 各 种 性 质 ， 了 解 到 Cu( 亚 ) 这 一 mlcapaste RRR TE. POH ARG, 与 Cu(I) 在 如 下 反应 中 ， 随 不 同 的 pH WE ED 5 Fk E-NHCO-1h ie ~6Cul + G7 = Cu'G* —— Cul (H_ 6) FHS ee (H_,G,)~ + H* = Cul (H_,G,)2" + H* (3-7) tip, H7\Gi-,H_,G-},H_.Gi 代表 脱 质子 化 的 Gt。 JA Ichi 将 eCul(H_.G,)*- (6, 则 定量 生成 Cul (H_,G,)-; Cul (H_,G,)2> + IrCl2-=—=> Cull (H_.G,)~ + IrCl3- (3-8) Kg 1 257907 Ha cl- 的 氧化 作用 ， 基于 Cu(IT) 的 4-d 跃 迁 的 吸收 消 AR, WH pH 时 在 365nm 处 有 属于 N -一 >Cu( 焉 ) 电荷 传递 的 强 吸收 (e=7100)7。 同 时 ESR 光谱 也 消失 。 这 种 现象 被 认为 是 由 -于 Cu) WER. Hest (3-7) 可 见 ,Cu(I) 络 合 物 Cul (H_,G,)*~ 的 生成 依赖 于 pH, 式 (3-8) 反应 也 显示 出 它 对 pH 的 依赖 性 。 即 175 TLE 由 于 -PH 的 增 大 ， 生 成 Cul (H_.G,)?7,. ja BP ZE 490nm fy ICR 的 吸收 减少 ， 在 '365nm 的 吸收 增 尖 (加 :3-36) ae eed CU( 焉 ) 只 有 做 为 失去 失去 3 个 质子 的 1 .G27 人 1) 3x—48 合 物 才能 存在 。 ICIHVICIH 的 氧化 还 反 电 位 (也 ) Jy 0.892V,Margerum 得 到 的 G pe CH 一 CD aS ; | CH Dealt i——(} ya. Pg | , Cu | ae ! H2C—H=N ERA es ~\ CH, = 人 二 I cdQo0~ 1 Cu( 开 ) 络 合 物 的 E°= 0. 63V。 Cull (H_,G,)~ + e"===Cul(H_,G,)2~ (3-9) E°= 0.63V 此 值 比 Fe(T) (aq) /Fe (HL) (ag) 的 0.77V BEE 0.14V, 7 No ALD IE AZ TEINS FT DLE AA WSS] Cu) RAs, Kincaid Abie SWE Te, ioe 420em™! 的 峰 是 基于 CuCIL)—N (BER 的 伸缩 振动 ， 并 认为 Ca\I) 络 合 物 在 388cm-: 附近 有 由 Cu(HsG,)2- 造 成 的 最 大 峰 ,， 波 数 增 大 约 30cm : 是 与 高 的 氧化 状态 与 平面 结构 时 dx? - y? Be 失去 1 个 电子 相对 应 的 。 Su\ 开 )= 肽 络 合 物 在 中 性 ~ 碱 性 时 生成 ， 但 在 此 pH 范围 中 不 稳定 ， 分 解 反 应 逐渐 加 快 。Stevens 报道 了 由 Cu(I)= 肽 络 合 物 制备 Cu) 络 合 物 的 稳定 酸性 溶液 的 方法 。 即 ， 将 二 甘 氨 酰 基 C.K (diglycero ethylene diamine) (2) 的 Cu aA Wrst 性 溶液 在 电解 池 中 通 以 过 量 的 电波， 得 到 了 Cu epee 性 党 沪 。 这 是 四 为 过 量 的 电流 在 生 臣 CuCl 络 合 物 的 周 时 ， ,也 。176 。 ， 银 度 (10-4M) 、 5 —s sor. er © eee yy —log LH*) 3-36 Cu ( 亚 ) 络 合 物 生成 与 Cl.” 的 消失 对 pH 的 依赖 [D.W.Margerum, K.L.Chellappa, F.P.Bossu,G.L.Buroe, J.Am, Chem.Soc., 97, 6894 (1975) ] OCu® (H_3G,4)~ @IrCi,?- 铜 络 合 物 及 W7Cl,? 的 总 浓度 2.51x10"moldm-3I= 0.1moldm73 (Na C104), 25°C 将 HO {ty H* 5 O, 的 缘故 。 NH, CH, CONHCH, CH, NHCOCH,NH, 2 ll Cw( 亚 ) 状态 有 关 而 且 颇 引 人 感 兴趣 的 是 做 为 第 2 类 铜 ( 非 蓝 铜 ) 蛋 自 三 一 半 乳 糖 氧 化 酶 (galactose oxidase) (& 见 2.4) 的 反应 中间 体 ， 有 .Su( 亚 ) 存在 的 可 能 性 。 尘 乳糖 ALES LT 类 ， 为 细胞 外 和 蛋 句 质 ， 在 一 分 子 该 蛋 自 中 含有 一 原子 Cu, RAB 化 以 分 子 氧 将 了 - 半 乳 多 氧化 为 D- 半 乳糖 已 二 醛 糖 (D-galacto-- hexodialdose) 的 作用 。 此 外 ， 伯 醇 也 被 氧化 。 除 去 Cu, 则 失去 活性 ; 加 上 Cu, 则 活性 恢复 。 ° 177° Hamilton 注意 到 以 下 事实 ， (i) 加 入 超 氧 化 物 卜 化 酶 (参见 2.0 ， 则 半 乳 糖 氧 化 梅 国 的 反应 受到 抑制 ， 其 下 SR 信号 增强 。 Gi) 加 入 0; 或 [Fe(C)e] ， 其 反应 速度 增 大 , [Fe(CN)o] ” Bh 的 ESR 信号 则 几乎 完全 消失。 | CH,0H HO 9 H : J +. 6. eis lags D- 24 2B <3 | 氧化 酶 E 4 OH H ”OH D-Fae YO 了 D- 半 乳糖 已 二 醚 糖 (ERD - 半 乳 糖苷) . 他 由 这 些 事实 得 出 结论 : Cul) 态 为 重要 的 反应 中 间 体 ， xcT( 开 ) 是 非 活性 状态 。 此 外 , FELFe(CN), 1° SLFe(CN),.]*” 的 存在 下 ， 测 定 ESR 光谱 和 反应 速度 ,发现 [Fe (CN)o]- /Fe 7 [CN)。]4- 之 比 有 决定 性 作用 ， 当 饼 比 值 在 10 二 数量 级 时 ESR 光 于 谱 强度 达到 最 大 ， 反 应 速度 最 小 ， 表 现 出 在 氧化 状态 时 具有 酶 活 性 。 铜 的 配 位 基 至 少 有 2 个 氮 原 子 〈 可 能 是 组 氮 酸 的 哑 哈 氮 ) 存 在 。 考虑 到 肽 络 合 物 的 Cu(I) 生 成 很 容易 ， 则 对 于 这 一 酶 来 说 岂 生成 Cu( 亚 ) 也 并 不 勉强 。Hamilton 设 #4 Cu ( 亚 ) 一 >CU(I) & ， 有 2 电子 还 原 途径 如 下 ， 还 原 剂 氧化 剂 E-Ou(I) E-Du(I)-0; ( 非 活性 ) 《人 0 一 、E-Ou(TI) ° 178° 由 Cu( 亚 ) 生成 Cu(I) 有 时， 必须 伴 有 由 平面 结构 向 四 面体 结构 的 变化 ， 这 与 Cu(I) -一 >CU(I) 相同 。 如 果 在 此 物体 内 CU( 葡 ) 与 Cu(I) 之 间 的 Z 电 子 氧 化 还 原 是 可 能 的 话 ， 则 没有 细胞 毒物 一 . O, 的 生成 , 当然 是 顺理成章 的 。 曾 有 人 认为 栈 氮 酸 酶 也 是 Cu CD) 状态 。 也 有 半 乳 糖 氧化 酶 存在 CuI) 状态 的 可 能 性 。 这 些 情 况 都 是 颇 令 人 感 兴趣 的 。 参考 书目 生物 无 机 化 学 包括 化 学 、 生 物化 学 等 多 个 领域 。 这 方面 的 研究 日 新 月 异 ， 因 此 很 MERA CRU AIT A 现 将 参考 书 按 以 下 原则 分 类 ， 有 关 生 物化 学 、 无 机 、 4 iat 的 参 考 书 列 六 A、B; EAR 同 水 平 上 论述 有 关 生 物 无 机 化 学 -` 般 问题 的 书籍 为 C; 以 最 近 的 课题 为 主 的 综述 列 入 Di， 刊载 有 尖 生 物 无 机 化 学 论文 : 较 多 的 杂志 列 为 卫 。 现 将 主要 的 文献 篇 名 依次 列 出 ， 队 苏 对 了 解 迄今 为 止 的 生物 无 机 化 学 状况 有 所 助 益 。 A 生物 化 学 1 A.L.Lehninger, Biochemistry—-the molecular basis of cell stracture and function, 2nd Ed., Worth Publishers(1975) 2 H.R.Mahler, E.H.Ccrdes, Biological chemistry, 2nd Ed., Harper & RowPublishes (1971) $ H.J.M.Bowen, Trace elements in biochemistry, Academic Press (1966) B 无 机 、 络 合 物 化 学 1 F.A.Cotton, G.Wilkinson, Advancedinorganic chemistry, 3rd Ed., Interscience Publishes (1972) 2 J.E.Huheey. Inorganic Chemistry. Harper &Row Publishers 41872) 3 山崎 一 雄 ， 山 和 村 秀 雄 ， 无 机 化 学 全 书 ， 别 卷 ， 错 体 CL), MH © 179° (1977) 4 A.E.Matell, Coordination chemistry, ACS monograph 168, van |} » Nostrand Reinhold (1971) 5 Sea, BRIA 门 ， 第 3 版 共立 会 己 (1979) | 4 6 WwAe—B, Beh S——s 属 错 体 化 学 ， 化 学 同人 〈1966) | C 生 牺 无 机 化 学 ai, 1 M.N.Hoghes, The inorganic chemistry’ of biological processes, John Wiley & Sons (1972) | 2 G.L. Eichhorn, Inorganic biochemistry, Vols. I&]. Elsevier (1973) 3 D.R.Williams, An introduction of bioinorganic chemistry, CharlesC.Thomas Publishers (i976) 4 R. P. Hanziik, Inorganic aspects of biological and organic Chemistry, Academic Press(1976) | 5 Ej-ichi Ochiai, Bicinorganic che mistry—an introduction, Allyn& Bacon (1977) | 如- 有 关 生 物 无 机 化 学 的 综 ; 1 J.Peisach, P.Aisen, W.E.Blumberg, The bioc hemistry of cop- per, Academic Press (1966) 2 R.F.Gould, Bioinorganic chemistry, Advances in chemistry series 160, American Chemical Society (197i) 3 H.Sigel, Metal ions in biological systems, Vols.1—7, Marcek Dekker, Vol.1 Simple complexes (1974) Vol.2 Mixed ligand complexes (1973) Vol.3 High molecular compicxes(i974), Vol.4 Metal ions as probes (1974) Vol.5 Reactivity of coordination compounds (1976) Vol.6 Biological action cf metal ions(1976) Vol.7 Iron in model and natural compounds (1978) © 180° 4 farhse, ark, 福 并 三 ", Bicinoreanic chem ctry Iy I, (FIT, 61,68, 化 学 同人 (1974, 1976) 5 C€.A.McAuliffe, Techniques and topics in bioinorganic chemi- stry, McMillan press (1975) 6 J.V.Bannister, Structure and function of haemocyanin, Sprin- er-Verlag (1S77) 7 K.N.Raymond, Bioinorganic chemistry I, Advances chems jstry seriesi62, American Chemical Society (1977) 8 E.E.van Tamelen, Bioorganic chemistry, Vols 1—4, Academic Press (1977, 1978) 9 目 本 化 学 会 ， 错 体 化 学 在 生物 体系 让 的 研究 ， 化 学 总 论 No.20, 学 会 出 版 中 心 (1978) 有 关注 物 无 机 化 学 的 论文 多 见于 J.Am. Chem. Soc. Inorg. Chem.， J. Chem. Soc.Dalton Trans, 等 杂志 。 上 此外, 下列 杂志 对 生物 无 机 化 学 或 有 关 领 域 的 论文 也 吴 重视 。 | 1 Bioinorganic Chemistry, stash sao 1077 48, 4 AJ. Inorg. Biochem, ) 2 J.Inorg.Nuc].Chem., Pergamon Press 3 Bioorganic Chemistry. Academic Press 4 Biophysical Chemisiry. North Hotland 5 Inorganica Chim‘ca Acta, Elsevier RawES 330 1 P.M.Harrison, Metal in biochemistry, Chapman & Hall Lt& (1980) 2 T.G.Spiro, Nucleic acid-metal ions interactions, John Wiley &Sons (1980) 3 T.G.Spiro, Copper proteins, JotinW ley &Sons (1982 4 T.G.Spiro, Iron-sulfur Proteins,John Wiley & sons (1982) ° 181° | 4a 47 AF BH te il | vill 6 M.N.Hughes, The inorganic al of biological proces— ses, John Wiley & Sons(i98i) 7 H.A.O.Hill, Inorganic biochemistry, Vol.i,2,; Royal Society of Chemistry (1981) 8 R.W.Hay, Binlkorsanic Chomintey, R.W “ay/Elhis sarword Ltd (1984) ee oe Saltman, The biochemistry and ph siology of iron, Elsevier Biomedical (1983) 10 A.B.P.Lever, Iron porphyrins, pt. i, 2. Addison-Wesley Publish- ing Company (1983) 11 C.A.Owen, Biochemical aspects of copper, Noyes Publications (1982) , 12 René Loutie, Copper proteins and copper enzymes, Volsi, 2. CRC Press Inc (1984) ° 1826 egal ES GB YW Ae ZA , 借 者 姓名 | 借 出 日 期 | 还 书 日 期 — re 三 二 ee ee em | -一 Repel Pore ie; ‘ , a -~ , 6 2 a Pee ’ , C 本 ss “ & ao be % ead cr ee. S F i oF ro ’ - ppt oe bem Ff ’ : 3 oe = fe; 4 ioe) 1 上 -~ N bo | oOo < So be | cr i] rt Za —Q WN —