1、1,生物氧化還原反應(yīng)中的 金屬蛋白和金屬酶,第五章,2,除了厭氧生物以外，一切生物都需要氧，因此，氧化還原反應(yīng)是生物體內(nèi)的重要反應(yīng)。但氧化還原反應(yīng)并不僅僅局限于生物體的呼吸作用。光合作用，固氮作用以及生物體內(nèi)的許多代謝過程都涉及到氧化還原反應(yīng)。本章介紹生物氧化還原反應(yīng)過程中的部分金屬蛋白與金屬酶。,3,本章主要內(nèi)容,第一節(jié) 生物體的氧化還原反應(yīng) 第二節(jié) 血紅素蛋白 第三節(jié) 鐵蛋白（貯鐵）與鐵傳遞蛋白（運送鐵） 第四節(jié) 鐵硫蛋白 第五節(jié) 銅蛋白 第六節(jié) 維生素B12和B12輔酶 第七節(jié) 鉬酶氧化還原酶,4,第一節(jié) 生物體的氧化還原反應(yīng),一 、分子氧及其活化 根據(jù)分子軌道法。氧分子軌道由兩個氧原子

2、軌道組成： O2KK（2S）2（2S*）2（2Px）2（2Py）2（2Pz）2（2Py*）1（2Pz*）1,5,若在反鍵軌道上加入一個電子，則可以成為超氧離子O2-； 若在反鍵軌道上加入兩個電子，則可以成為過氧離子O22-； 若氧分子失去一個電子，則可以成為雙氧陽離子O2+。 O2-和O22-的鍵能比O2低，表明他們的 O-O 鍵能削弱 了，故可把O2-和O22-看為雙氧的兩種活化態(tài)。,6,大氣中的氧活性較差，鐵在空氣中緩慢氧化。木材，碳不會自燃，而一旦燃燒，非常迅速發(fā)生氧化反應(yīng)，表明氧是一個強氧化劑，只是需在一定溫度下進行。（電極電勢差EO2/ H2O= 1.23 V，O2為強氧化劑，在熱力

3、學(xué)上，有利于氧化生成CO2和H2O，但是實際上它同大多數(shù)底物在室溫的氣相或均相溶液的反應(yīng)進行得很慢，這是由于動力學(xué)上的原因）。 O2 + H+ + e HO2 E = -0.32V,7,在生命體內(nèi)，氧具有高度活性，這是由于存在過渡金屬配合物催化劑的原因。有人認為，這是由于O2分子和被氧化物均可和金屬離子反應(yīng)形成三元配合物 O2-M-E，其中氧分子與過渡金屬M形成一個鍵，還可能形成d-p*（反饋鍵），底物E若有對稱合適的軌道，就可和金屬的d軌道成鍵，形成O2-M-E一個擴展的分子軌道，使電子能順利地從底物轉(zhuǎn)移到氧分子，實現(xiàn)氧化還原反應(yīng)。,8,分子氧與過渡金屬可以以側(cè)基配位，端基配位和端基角向配位

4、。以側(cè)基配位時，分子氧的*軌道簡并通過配體場的作用而消除，這將有利于消除自旋守恒對反應(yīng)的限制，使電子容易成對地轉(zhuǎn)移到分子氧的反鍵軌道。如果中心金屬能程度不同地把電子轉(zhuǎn)移給O2，則配位雙氧可變?yōu)槌跣突蜻^氧型配體，O2就被不同程度地活化了。,9,這種活化方式不消耗外部能量，但配體反應(yīng)能力卻大大加強。當(dāng)然不是任何過渡金屬都可以使分子氧活化。事實上只有少數(shù)過渡金屬配合物可以完全與分子氧鍵合，這取決于金屬和配體的性質(zhì)。,10,二、生物氧化還原作用的類型,生物體的氧化還原作用主要有三大類型: (1)以氧作為末端電子受體的電子傳遞過程：,11,SH2和S 為底物的還原態(tài)和氧化態(tài)，Cired和Ciox代表一

5、系列傳遞電子物質(zhì)的還原態(tài)和氧化態(tài)，這類反應(yīng)的特點是在末端以 前的氧化還原反應(yīng)是一系列電子傳遞鏈，末端由O2接受電子生成水。 相當(dāng)于反應(yīng): 2 SH2 + O2 2 S + 2 H2O,12,(2)兩類脫氫反應(yīng): SH2 + 1/2 O2 S + H2O SH2 + O2 S + H2O2 實際上這兩個反應(yīng)要經(jīng)過一個或多個中間氫載體，并以氧作為末端氫受體的體系來進行，實際上也是一條電子傳遞鏈。,13,AiH2和Ai(I=1,2,3,.,n)分別表示氫載體的還原態(tài)和氧化態(tài)。,14,(3)底物與氧分子的氧原子結(jié)合 這類氧化還原反應(yīng)往往要相應(yīng)的加氧酶參與。 總之，脫氫過程中脫去一個氫原子（即一個質(zhì)子和

6、一個電子），加氧反應(yīng)常伴有氧分子接受質(zhì)子和電子而被還原為水。生物氧化的主要方式是脫氫作用，在依靠氧氣生存的生物體內(nèi)，從代謝物脫下的氫通過呼吸鏈的逐步傳遞最后被分子氧接受并生成水。,15,三、氧化還原酶的分類及其催化的反應(yīng),氧化還原酶是六大酶之一，它們大部分與金屬離子有關(guān)。這類酶在生物體內(nèi)的氧化還原產(chǎn)生能量、解毒及某些生理活性物質(zhì)形成過程中起重要作用，氧化還原酶習(xí)慣上分為四類。,16,1. 脫氫酶 輔酶：NAD、NADP，這些酶受氫或提供氫,脫氫酶,S + AH2,A為受氫體，SH2和S為底物還原型和氧化型。大部分脫氫酶需要輔酶，即為結(jié)合酶。脫氫酶的輔酶主要為NAD（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）或 N

7、ADP（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸），少數(shù)為FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）或黃素單核苷酸（FMN）。,SH2 + A,17,這些輔酶起供氫或受氫作用，例如含鋅的L-蘋果酸脫氫酶可催化蘋果酸脫氫反應(yīng)：,蘋果酸脫氫酶,L-蘋果酸,草酰乙酸,18,很多脫氫酶均含金屬離子金屬酶，如谷氨酸脫氫酶，乳酸脫氫酶均為鋅酶，黃嘌呤脫氫酶為鉬鐵酶。,19,2. 氧化酶,當(dāng)脫氫酶的氫受體是分子氧時，稱為氧化酶，氧化酶催化兩類反應(yīng)。 SH2 + O2 S + H2O2,這類酶的催化產(chǎn)物為H2O2， 另一類酶催化產(chǎn)物為H2O。,SH2 + 1/2 O2,S + H2O,20,3. 過氧化物酶,過氧化物酶催化以H2O2為氧化

8、劑的氧化還原反應(yīng)。 SH2 + H2O2 S + 2 H2O 過氧化氫酶催化H2O2 的歧化反應(yīng)。 2 H2O2 O2 + 2 H2O,過氧化物酶,過氧化氫酶,21,4.加氧酶,加氧酶催化氧分子的氧原子直接加合到有機物分子中，分為雙加氧酶和單加氧 酶。 雙加氧酶: SH2 + O2 S O2H2,雙加氧酶,順，順己二烯二酸,22,單加氧酶，又稱羥化酶。,R3CH + O2 + AH2,R3COH + A + H2O,肝微粒體單加氧酶,NADPH 為還原態(tài)的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸, 肝微粒體單加氧酶為一與細胞色素p450有關(guān)的單加氧酶，p450（存在于肝臟濃度最高）為血紅素輔基酶蛋白。,23,

9、四、呼吸鏈與電子傳遞體,1. 呼吸鏈 生物體的各種運動均需要能量，這種能量來源于糖、脂肪、蛋白質(zhì)等有機物在體內(nèi)的氧化。這些有機物在活細胞內(nèi)氧化分解，產(chǎn)生CO2和H2O并放出能量的作用稱為生物氧化。,24,有機物在生物體內(nèi)的生物氧化與在體外化學(xué)氧化的 產(chǎn)物和能量變化相同，即產(chǎn)物均為CO2和H2O，并釋放出相等的能量，不同的是，生物氧化是在活細胞內(nèi)由酶催化，經(jīng)一系列的化學(xué)反應(yīng)（分步反應(yīng)）逐步氧化，分次放出能量，這些能量主要以三磷酸腺苷（ATP）等高能化合物的形 式儲存起來，供需要時使用。故ATP是生物體的能量“儲存庫”和“轉(zhuǎn)運站”。,25,在生物氧化過程中，糖、脂、氨基酸等代謝物首先經(jīng)過以NAD（

10、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）等為輔酶的脫氫酶催化脫氫，脫出的氫經(jīng)一個或多個遞氫體沿一定方向傳遞，當(dāng)氫和電子被傳到細胞色素b時，H+留在溶液中，電子則繼續(xù)通過細胞色素體系和細胞色素氧化 酶傳遞到氧分子，使分子氧激活產(chǎn)生O22-，再與H+結(jié)合生成H2O，在氧與電子傳遞過程中，有三處放出能量，這些能量通過氧化磷酸化作用產(chǎn)生ATP，這個體系稱為電子傳遞體系或呼吸鏈。,26,SH2 S + NADH H + O22-,NAD脫氫酶,細胞色素b,e,O2氧化酶,4H+ + O22- = 2 H2O + Q 產(chǎn)生的能用于ATP的形成（儲能）,ADP ATP,27,2、電子傳遞體 (多種),在呼吸鏈中，有一類稱為電

11、子傳遞體的物質(zhì)，它們通過自身的氧化還原作用傳遞氫和電子，把呼吸鏈起始 的脫氫酶和末端的氧化酶連接起來。主要包括黃素蛋白、細胞色素、鐵硫蛋白和某些脂溶性維生素。 生物電子傳遞通常為長程傳遞，長度約10埃,28,(1) 黃素蛋白 含黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）或黃素單核苷酸（FMN）輔基，黃素蛋白有的是脫氫酶，有的是氧化酶，還有的為電子傳遞體。 (2) 細胞色素是含鐵卟啉輔基的蛋白，其主要功能是傳遞電子。在某些情況下，還具有氧化酶或加氧酶的功能。細胞色素的種類很多，從高等植物中至少可以分離出5類，即細胞色素b、c1、c、a和a3。,(3) 鐵硫蛋白包含一個或多個 FeS簇，主要功能是傳遞電子。 (

12、4) 脂溶性維生素中，最主要的電子傳遞體是富酶Q，它通過結(jié)構(gòu)的可逆改變傳遞電子。,30,第二節(jié) 細胞色素,鐵蛋白可分為血紅素蛋白和非血紅素蛋白。 血紅蛋白和肌紅蛋白都含有血紅素輔基（鐵（）卟啉），人體中70%的鐵以血紅蛋白 形式存在，第四章介紹了作為輸送、貯存氧的血紅蛋白和肌紅蛋白（結(jié)合蛋白）本節(jié)介紹在生物氧化還原過程中作為酶或電子傳遞體的一些血紅素蛋白。,31,血紅素輔基（鐵（）卟啉）,32,一、細胞色素 細胞的色素（Cytochrome）即細胞中顯色的分子 有a，b和c三大類，根據(jù)其還原型光譜最大吸收峰的位置來分類，還原態(tài)有3個吸收峰，分別為、譜帶，其中的譜帶從細胞色素a（570nm）、b

13、(555-560nm)到c(548-560nm)變短。 波長的長短與卟啉環(huán)側(cè)鏈的不同取代基相關(guān),33,血紅素a、b、c輔基的結(jié)構(gòu),34,細胞色素廣泛存在于細菌、酵母、植物、無脊椎動物、脊椎動物和人的組織中，動物 中主要存在于心臟及其它活躍的運動肌中，如鳥類和昆蟲的飛翔肌中較高。 細胞色素是一類血紅素蛋白，其基本功能是通過分子中的血紅素鐵的價態(tài)的可逆變化在生物體內(nèi)起電子及氫的傳遞作用。 目前從已知的細胞色素有50余種。不同的細胞色素具有不同的性能。,35,1. 細胞色素c,細胞色素c分子較小，易于結(jié)晶，其組成和結(jié)構(gòu)已研究清楚。 細胞色素c：血紅素c + 相應(yīng)蛋白構(gòu)成。 血紅素c以共價鍵與蛋白鏈中

14、的Cys相聯(lián) (譜帶的最大吸收在548560 nm),（上）血紅素c的結(jié)構(gòu)圖。 （左）細胞色素c的血紅素與肽鏈結(jié)合示意圖,36,人們研究了從小麥到人類共50多種不同生物來源的細胞色素c的一級結(jié)構(gòu)（氨基酸數(shù)目及排列順序），發(fā)現(xiàn)不同生物，肽鏈的組成是不同的，且生物親緣越遠，差別越大。如人與猩猩的細胞色素c分子，各有104個氨基酸殘基，這些氨基酸殘基的種類及排列順序大體相同，但人與馬相比，氨基酸殘基的種類就有12處不同。,37,共同點：盡管不同生物的細胞色素各不相同，但各個生物的100多個氨基酸殘基（肽鏈蛋白鏈）中，有35個氨基酸殘基是各種生物共有的；另外，每條肽鏈含鐵卟啉，鐵卟啉周圍的配體及其傳遞

15、電子的功能也是相同的。,38,以馬心細胞色素c為例說明細胞色素c的空間結(jié)構(gòu)和電子傳遞過程，馬心的細胞色素c相對分子量是13500，有一條104個氨基酸殘基肽鏈包圍著血紅素C輔基（鐵卟啉），血紅素輔基位于洞穴內(nèi)。,馬心細胞色素c結(jié)構(gòu)圖,從蛋白鏈的結(jié)構(gòu)分析得知，血紅素位于疏水空腔中，與外界的連接有兩個疏水孔道（水不能進入而電子可以自由通行）。這兩個通道可能分別連接細胞色素c還原酶和氧化酶,細胞色素c與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)上的差別,1、輔基不同 肌紅蛋白的輔基為血紅素b，6，7位的丙酸基處于疏水袋外 2、中心離子配位數(shù)不同 血紅素c為飽和六配位，而肌紅蛋白為五配位 3、中心離子的自旋狀態(tài)不同 血紅素c在還原

16、態(tài)和氧化態(tài)下都是低自旋，而肌紅蛋白還原態(tài)下為高自旋，氧化態(tài)下才是低自旋,41,二細胞色素p450 （簡稱p450 ),屬一類b族細胞色素，用p450表示，以別于其它b族細胞色素（血紅蛋白、肌紅蛋白） 藥物、農(nóng)藥、工業(yè)污染物等通過呼吸，口及皮膚進入人和動物體內(nèi)，動物體通過消化道排除大部分污染物，通過尿液排出大部分水溶性污染及毒素。但脂溶性物都很難由以上兩途徑排出，人體肝臟彌補了這一缺陷，肝臟有很強的解毒功能，它主要通過肝臟中的p450混合功能氧化酶系統(tǒng)發(fā)揮作用。,42,P450是一種特殊的血紅素蛋白，它的還原型（Fe（II）與CO結(jié)合在450nm處有最大吸收峰，因而命名為細胞色素p450，實質(zhì)上

17、，p450是一類具有不同分子量不同性能的血紅素蛋白。,43,1. P450 的功能 P450廣泛存在于動物、植物及微生物體內(nèi)，以致被稱為自然界中無處不在的酶，它參與許多代謝過程，人體肝、腎、腦及皮膚中濃度最高，目前所知，p450在動物體中（哺乳動物）可以催化近300種各種脂溶性化合物進行氧化還原反應(yīng)、羥化、環(huán)氧化等，各種脂溶性化合物經(jīng)p450催化氧化還原后，變?yōu)樗苄曰衔?，?jīng)腎臟、尿液排出體外解毒作用，這是有利的一方面；但另一方面，有些化合物經(jīng)p450催化氧化還原反應(yīng)后，毒性反而更高，如黃曲霉素、亞硝胺、致癌物3，4苯并芘等，毒性不大，但催化氧化還原后，毒性大大的增加。,44,2.兩類含p4

18、50的單加氧酶體系 由傳遞電子鏈不同將p450分二類。 A、 2H+ + O2 + S + 2e H2O + SO NAD（P）H + H+ NAD（P）+ + 2H+ + 2e,煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,產(chǎn)生的2電子經(jīng)NAD（P）、黃素蛋白還原酶FAD、還原蛋白中的鐵硫中心Fe2S2，把電子傳到p450血紅素活性中心，p450血紅素催化上述反應(yīng)。,45,B、 2H+ + O2 + S + 2e H2O + SO 單加氧 NAD（P）H + H+ NAD（P）+ + 2H+ + 2e,煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,產(chǎn)生的2個電子經(jīng)更復(fù)雜的黃素蛋白還原酶（黃素腺嘌呤二核苷酸FAD、黃素單核苷酸FMN

19、），把電子轉(zhuǎn)移到p450血紅素中，p450催化上述氧化還原反應(yīng)發(fā)生。,46,3.P450的結(jié)構(gòu),一類M分子量不同，生化免疫特征不同，催化能力不同的血紅素蛋白的總稱 細胞色素p450（特殊血紅素蛋白、催化近300種脂溶性化合物進行氧化還原反應(yīng)）是一類具有不同分子量、不同生化和免疫特征及不同催化能力的血紅素蛋白的總稱。 半胱氨酸：, 氨基硫基丙酸,47,大多數(shù)p450相對分子質(zhì)量為50000，含氨基酸殘基400多，每一條蛋白鏈都與一個血紅素（卟啉鐵）相連，平面四個氮原子與Fe（）配位，第5配位原子是蛋白質(zhì)鏈上半胱氨酸殘基的硫，不同的p450，第5配位的蛋白鏈的半胱氨酸硫的位置不同，第6配體現(xiàn)仍未確

20、定。 已測定多種p450的結(jié)構(gòu)，本書列出三種p450結(jié)構(gòu)，即單胞菌的莰酮5外羥化酶的p450（p450cam），兔肝p450 LM2和鼠肝p450的某些結(jié)構(gòu)特征見表53,48,表5-3 三種p450 某些結(jié)構(gòu)特征,49,4.雙氧活化和底物羥化作用,有機物與氧反應(yīng)，需高溫，在生物體內(nèi)，由于有p450酶的催化，可使氧分子活化，現(xiàn)人們普遍認為在生物體內(nèi)發(fā)生如下反應(yīng)：,50,P96 圖5-9 總反應(yīng)： (1). 高自旋的p450（Fe（）/ Fe（）氧化/還原態(tài)）與底物RH結(jié)合形成低自旋的RH Fe（）。在靜止?fàn)顟B(tài)，高自旋與低自旋p450處于平衡態(tài) : Hi Fe（） t2g3eg2 t2g5eg0

21、low Fe（） t2g4eg2 t2g6eg0 低自旋p450的第6配位可能是含OH基團（如氨基酸中的OH），而高自旋態(tài)的p450中，只有第5配位為半胱氨酸的硫，第6配位空著，這時的鐵高出卟啉環(huán)平面，高自旋p450與底物RH結(jié)合。,51,(2).NAD（P）HP450（煙酰胺腺）還原酶使NAD（P）H的電子轉(zhuǎn)移至p450血紅素鐵卟啉，使Fe3+還原為Fe2+。 (3).分子氧結(jié)合到p450上，形成三元配合物(Fe2+為中心，卟啉N（4個），半胱氨酸的s及分子氧)。 (4).第二個電子離開NAD（P）H還原酶，形成不穩(wěn)定的過氧化物FeOO。 (5).過氧化物與H+結(jié)合，形成H2O和配合物RH（

22、FeO）。 (6).ROH脫出后，又形成了氧化型p450，使循環(huán) 閉合。,52,細胞色素p450可能的催化羥化過程,53,底物分子SH羥基化反應(yīng)的可能過程,54,5.P450的模擬研究,p450 的M50000,氨基酸殘基400多，每條蛋白鏈與一個血紅素輔基相連，平面四個N原子配位，第5配位為半胱氨酸s，第6配位未確定。 P450具有室溫催化氧化，但天然p450結(jié)構(gòu)復(fù)雜。石油化工生產(chǎn)中，由烷烴、芳烴和烯烴氧化制取，環(huán)氧化物及酯需復(fù)雜和苛刻的工藝，p450具有高效專一催化多種有機物和分子應(yīng)，因p450不易制取，人們提出了多種模擬體系，主要有三種組分：催化劑、氧化劑和添加劑。,55,P450含血紅

23、素b輔基，血紅素輔基與金屬卟啉結(jié)構(gòu)相近，很多人研究含鐵卟啉體系；自證實p450活性中心含硫基配位后，許多模擬改用卟啉加硫醇體系，來進行有機分子的常溫氧化，均取得成效。,血紅素b,56,三、過氧化物酶和過氧化氫酶,多數(shù)以血紅素輔基（鐵卟啉）的酶，蛋白為糖蛋白 1.過氧化物酶 催化反應(yīng) SH2 + H2O2 S + 2 H2O,過氧化物酶,57,過氧化物酶普遍存在于動植物中，表5-5（57）列出了幾種過氧化物酶的某些性質(zhì)，催化反應(yīng)： SH2 + H2 O2 S + 2 H2O 從組成看，均為結(jié)合酶，全酶=酶蛋白+輔助因子 ，輔助因子有輔基（與蛋白結(jié)合牢）和輔酶（與蛋白結(jié)合不牢）。多數(shù)過氧化物酶的輔

24、基為血紅素（鐵（）卟啉），酶蛋白多為糖蛋白，而卟啉鐵（）為近平面，軸向第5配體為組氨酸咪唑氮原子，第6配位可能為H2O。,58,位于配位中心的Fe（）也有高自旋與低自旋之分，如從植物中分離純化的過氧化物酶（高鐵血紅素輔基）在低PH值時為高自旋，高PH值時為低自旋。 Fe（） t2g5eg0 Fe（） t2g3eg2,PH下降,PH升高11,59,細胞色素c過氧化物酶催化H2O2分解為H2O。 2（cyt.c）Fe（） + H2O2 2（cyt.c）Fe（） + 2 H2O 注：Ccp：細胞色素過氧化酶：為細胞色素a和a3復(fù)合體輔基為血紅素a（比較血紅素b和血紅素C） p9293（大本）,Ccp

25、,H+,60,而氯過氧化物酶（ClP）催化Cl- 氧化為ClO-,ClP Cl- + H2O2,ClO- + H2O,61,對大多數(shù)組織來說，H2O2有害，H2O2可氧化含巰基的酶或蛋白質(zhì)，使之失去活力，將體內(nèi)不飽和脂肪酸氧化為過氧化物 ，會產(chǎn)生疾病，如發(fā)生溶血癥等，過氧化物酶催化H2O2轉(zhuǎn)化為 H2O，從而消除了毒性。,62,2.過氧化氫酶 過氧化氫酶活性不及過氧化物酶，但它催化 H2O2 H2O + O2是高效的，過氧化氫酶為結(jié)合蛋白，由高鐵血紅素輔基和相應(yīng)的蛋白組成，相對分子量24000，每個分子含4個亞基，每一個亞基含一個高自旋正鐵血紅素鐵（）的軸向配體可能是氨基酸和H2O。,63,第

26、三節(jié) 鐵蛋白（貯鐵）與 鐵傳遞蛋 白（運送鐵）,為非血紅素鐵蛋白，不含血紅素輔基，但含鐵，在這一類蛋白質(zhì)中，鐵有多種存在形式，按生理功能的不同，將非血紅素鐵蛋白分成如下幾類：（四類）,64,表56一些非血紅素蛋白的生理功能,65,一、鐵蛋白,主要存在與動物脾臟、肝臟和骨髓中，在植物葉綠體及某些細菌中也發(fā)現(xiàn)有鐵蛋白。主要功能為貯存鐵。 鐵蛋白以Fe（）離子的微團為核心，微團的組織成分大致是（FeOOH）8（FeOPO3H2）微團中有20004000個鐵離子，外圍被24個相同亞單位組成的脫鐵鐵蛋白包圍著。,66,鐵貯存： Fe2+ -e Fe3+ nFe3+ + 脫鐵鐵蛋白 鐵蛋白 鐵釋放：鐵蛋白

27、 + ne 脫鐵鐵蛋白 + nFe2+,O,67,二.鐵傳遞蛋白,存在：動物體和細胞中； 功能：運送Fe（）； 組成：金屬糖蛋白；,1945年首次在人血清中發(fā)現(xiàn)。,68,存在：主要血清中。,鐵傳遞蛋白為金屬糖蛋白，不同動物的鐵傳遞蛋白，其氨基酸組成和糖含量不同。相對分子量是6700074000，人血清鐵傳遞蛋白是由一條含676個氨基酸殘基的肽鏈和兩條相同的糖支鏈組成，主要功能是運送鐵（）離子。,69,鐵傳遞蛋白的生理功能：,主要是在體內(nèi)運送Fe3+ 離子，鐵傳遞蛋白存在兩個結(jié)構(gòu)域，（600700氨基酸殘基，M7萬，2個相同糖支鏈），各有一個結(jié)合金屬的部位，分別稱為A位和B位，A位結(jié)合的鐵主要運

28、送到骨髓和胎盤，B位結(jié)合的鐵主要運送到肝細胞、小腸粘摸和其它組織細胞。,70,食物和飲料中鐵主要以Fe3+形式存在，需要在胃腸道內(nèi)還原為Fe2+才能被十二指腸及空腸上段的粘膜細胞吸收。一部分從小腸進入血液的Fe2+，經(jīng)銅藍蛋白催化，轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3+，在CO2存在下與脫鐵蛋白結(jié)合，然后隨血液運送到骨髓細胞中，用于血紅蛋白的合成，有些被送到各組織細胞中用于合成酶；其余被運送到肝、脾臟貯存起來。,71,Fe（）,Fe（）,血液,Fe（）,Fe（）+脫鐵蛋白,小腸、胃中,還原,十二指腸,等粘摸,O,CO2脫鐵蛋白,（鐵傳遞蛋白）,A部位,B部位,骨髓細胞（用于血紅蛋白合成）， 或各組織用于合成酶,肝脾臟

29、（貯存Fe（）,72,第四節(jié) 鐵硫蛋白,傳遞電子，參與生物體內(nèi)各種氧化還原反應(yīng) 為一類含F(xiàn)eS發(fā)色團的非血紅素鐵蛋白，利用鐵的可變價，進行電子傳遞作用。 根據(jù)氧化還原反應(yīng)中心的組成和結(jié)構(gòu)，鐵硫蛋白可分為三大類：1. Fe(Cys)4 蛋白；2.Fe2S*2(Cys)4 蛋白；3.Fe4S*4(Cys)4 蛋白. (Cys-半胱氨酸),73,1.Fe(Cys)4蛋白紅氧還蛋白,以 Fe(Cys)4為中心的蛋白呈紅色，故稱紅氧還蛋白，主要存在于細菌中，分子量并不高：6000，一般只含5060個氨基酸殘基，在肽鏈中，4個半胱氨酸的硫基硫配位。,74,圖511為紅氧還蛋白（產(chǎn)生小球菌）結(jié)構(gòu)示意圖。4個

30、半胱氨酸的s與 Fe配位Cys的6，9，38和41位s，第6，9，38和41位的半胱氨酸硫基硫與Fe（）配位 功能：傳遞電子。,圖511為紅氧還蛋白,圖5-12 植物型鐵氧還蛋白結(jié)構(gòu)示意圖,75,2. Fe2S*2(cys)4蛋白植物型鐵氧還蛋白,Fe2S*2(cys)4來源于植物的葉綠體，參與光合作用，故稱為植物型鐵氧還蛋白，S*表示無機S成活性S，肽鏈上只有5個半胱氨酸巰基硫與鐵配位（Cys：18，39，44，47，77）無機S作為摻連S原子。植物型鐵氧還蛋白的氨基酸殘基有9個，其中有5個Cys，分別位于18，39，44，47，77，均用S與Fe配位。,76,三、Fe4S*4(cys)4蛋

31、白高電位鐵硫蛋白和 細菌型鐵氧還蛋白,該類鐵硫 蛋白以Fe4S*4(cys)4為活性中心，來源不同，含活性中心數(shù)可能不同。如：從酒色著色菌分離出的鐵硫蛋白含1個Fe4S*4(cys)4活性中心，4個Fe和4個S*交替連接成立方烷結(jié)構(gòu)，每一個Fe與一個cys連結(jié)（巰基） 產(chǎn)生于小球菌鐵氧還蛋白分子含有二個Fe4S*4(cys)4活性中心，二者相距1.2nm，作用為傳遞電子。 酒色著色菌活性中心的結(jié)構(gòu)見圖5-14；產(chǎn)生于小球菌鐵氧還蛋白的活性中心見圖5-15,77,第五節(jié) 銅蛋白,銅蛋白的生理功能：載氧血藍蛋白，傳遞電子，貯存銅，作為氧化酶。 人體各組織的正常代謝都需要銅，肝、腦、心、腎和脾中含銅

32、高。銅以配合物的形式存在。膽和膽汁是過量銅排出的渠道和介質(zhì)。,78,銅蛋白有三種類型，即型銅、型銅和型銅。它們的光譜特性和磁學(xué)性質(zhì)不同。,79,含 型銅的銅蛋白在可見光600nm處有吸收峰，本身顯藍色，這可能是LM荷移光譜，型銅是順磁性的，型銅處于畸變四面體配位環(huán)境中，有較高的氧化還原電位。 型銅對吸收光譜沒有明顯作用，也是順磁性，接近四方錐構(gòu)型。 型銅是反磁性，早期認為銅處于一價狀態(tài)，現(xiàn)有認為，成對的Cu()- Cu()由于強烈的自旋-自旋相互作用而不產(chǎn)生EPR（電子順磁共振）訊號。,80,有些銅蛋白只含一種類型的銅如質(zhì)體藍素型銅蛋白，牛超氧化物歧化酶型銅蛋白；有些銅蛋白則含兩種或三種類型的

33、銅，如漆酶含、和型銅的銅蛋白。,81,第六節(jié) 維生素B12和B12輔酶,維生素B12是重要的含鈷的生物化合物，是天然存在的最復(fù)雜的配位化合物之一。存在于動物體及細菌中，動物體內(nèi)維生素B12是從食物中來，另外腸道細菌也可合成vitamin B12，人和動物本身不能合成維生素B12，維生素B12治療惡性貧血有效。 1948年分離出它的氰化配合物，經(jīng)結(jié)構(gòu)測定，其組成和結(jié)構(gòu)已較清楚。,82,一維生素B12及其衍生物的結(jié)構(gòu) 維生素B12的結(jié)構(gòu)如圖521，它是含咕啉環(huán)配體的鈷（）配合物，咕啉有4個吡咯環(huán)，吡咯環(huán)間由三個亞甲基CH2和一個碳原子直接連結(jié)。,83,配位于低自旋鈷（）（3d6 t2g6eg0）的

34、4個吡咯氮原子幾乎在同一平面上；第5位配體位于咕啉環(huán)平面的下方是核苷酸的苯并咪唑氮；第6位配體可變，用x表示。凡第5位配位的配體為二甲基苯并咪唑核苷酸者統(tǒng)稱為鈷胺素（cobalamins）。如第6位配體是CN-，稱氰鈷胺素，即維生素B12，第6配體為H2 O，稱水合鈷胺素或B12a或H2 OB12，若第6配體為甲基，得到B12甲基衍生物甲基鈷胺素MeB12，第6位為腺嘌呤核苷酸，稱為腺苷鈷胺素（AdoB12），它是一種活性很高的輔酶，又稱為輔酶B12。,84,維生素B12的結(jié)構(gòu),85,甲基鈷胺素和腺苷鈷胺素都有CoC鍵，是自然界中罕見的有機金屬化合物。 哺乳動物肝臟中的維生素B12近80%以輔

35、酶形式存在，維生素B12在體內(nèi)的功能為通過輔酶B12參與碳的代謝作用，促進核酸和蛋白質(zhì)合成，葉酸儲存，硫醇活化，骨磷脂形成，促進紅細胞發(fā)育與成熟。,86,二、鈷胺素的性質(zhì)與功能,1.鈷胺素的氧化還原作用,上述鈷胺素都是反磁性物質(zhì)，具有低自旋d6構(gòu)型，Co的氧化態(tài)為+3，在適當(dāng)條件下 ，Co（）可以還原為Co（）或Co（）。如用弱還原劑抗壞血酸，可以使鈷胺素中Co（） 還原為Co（）胺素（順磁性），常用B12r表示；如用四硼氫化鈉或四氫鋁鋰還原，則可使Co（）胺素進一步還原為 Co（）胺素B12s。,87,B12s(Co（）)胺素是強親核試劑，通過氧化加成反應(yīng)生成相應(yīng)的B12衍生物。如：,B12

36、s + 5脫氧腺苷甲苯磺酸鹽,AdoB12 + 對甲苯磺酸鹽,（第6位配體）,腺苷鈷胺素（輔酶B12）,88,B12s + CH3X,MeB12 + X,（第6位配體）,89,2. 甲基轉(zhuǎn)移反應(yīng) B12重要功能是參與合成蛋氨酸 在B12作用下，可使一分子的甲基轉(zhuǎn)移到另一分子上。,CH3THF + HSCH2CH2CHCOOH,THF + CH3SCH2CH2CHCOOH,NH2,NH2,（ 甲基四氫葉酸 ）,（高半胱氨酸）,（蛋氨酸）,90,機理：,蛋氨酸,高半胱氨酸,91,從一些微生物可分離出甲基B12（MeB12），它參與汞甲基化反應(yīng)，使汞鹽轉(zhuǎn)化為劇毒甲基汞。,Me-B12 + Hg2+,

37、MeHgMe + H2OB12,從某些細菌中發(fā)現(xiàn)，MeB12是合成甲烷的良好底物：,CH3B12 + (M),（輔酶）,B12r + CH3(M),CH3(M) + H2,(M) H + CH4,92,3.分子內(nèi)重排反應(yīng)：,R2 H R1CCR3 H H,輔酶 B12,H R2 R1CCR3 H H,93,三. 模擬物研究,維生素B12在體內(nèi)主要功能為通過輔酶B12參與碳的代謝作用，促進核酸和蛋白質(zhì)合成，葉酸儲存，硫醇活化，骨磷脂形成，促進紅細胞的發(fā)育與成熟。 B12最為顯著的特點之一是形成烷基衍生物的能力，烷基鈷胺素中的烷基R碳原子與鈷原子主要以鍵合，屬于有機金屬化合物。一般來說，過渡金屬鍵合的烷基衍生物是不穩(wěn)定的，而烷基鈷胺素則比較穩(wěn)定，從而使人們?nèi)パ芯科浞€(wěn)定性。研究是采取模型化合物。,94,目前已合成了一些鈷的鍵衍生物，如圖525中幾個例子，這些模擬化合物的骨架結(jié)構(gòu)與卟啉相似，與Co配位的平面配