5第五章金屬酶ppt課件

1、n第一節(jié)第一節(jié) 生物體的氧化還原反應(yīng)生物體的氧化還原反應(yīng)n第二節(jié)第二節(jié) 血紅素蛋白血紅素蛋白 n第三節(jié)第三節(jié) 鐵蛋白貯鐵與鐵傳遞蛋白鐵蛋白貯鐵與鐵傳遞蛋白n （運送鐵）（運送鐵）n第四節(jié)第四節(jié) 鐵硫蛋白鐵硫蛋白 n第五節(jié)第五節(jié) 銅蛋白銅蛋白n第六節(jié)第六節(jié) 維生素維生素B12和和B12輔酶輔酶n第七節(jié)第七節(jié) 鉬酶鉬酶氧化還原酶氧化還原酶第五章第五章 生物氧化還原反應(yīng)中的生物氧化還原反應(yīng)中的 金屬蛋白和金屬酶金屬蛋白和金屬酶第一節(jié)第一節(jié) 生物體的氧化還原反應(yīng)生物體的氧化還原反應(yīng)n氧化還原反應(yīng)是生物體內(nèi)的重要反應(yīng)氧化還原反應(yīng)是生物體內(nèi)的重要反應(yīng)n一一 、分子氧及其活化、分子氧及其活化n根據(jù)分子軌道法

2、。氧分子軌道由兩個氧原子根據(jù)分子軌道法。氧分子軌道由兩個氧原子軌道組成：軌道組成：nO2KK(2S)2(2S*)2(2Px)2(2Py)2(2Pz)2(2Py*)1(2Pz*)1n若在反鍵軌道上加入一個電子，則可以若在反鍵軌道上加入一個電子，則可以成為超氧離子成為超氧離子O2-；n若在反鍵軌道上加入兩個電子，則可以若在反鍵軌道上加入兩個電子，則可以成為過氧離子成為過氧離子O22-；n若氧分子失去一個電子，則可以成為雙若氧分子失去一個電子，則可以成為雙氧陽離子氧陽離子O2+。n O2-和和O22-的鍵能比的鍵能比O2低，闡明低，闡明 O-O 鍵能削弱了，故可把鍵能削弱了，故可把O2-和和O22-

3、看為看為雙氧的兩種活化態(tài)。雙氧的兩種活化態(tài)。nO2在熱力學(xué)上是一個強(qiáng)氧化劑在熱力學(xué)上是一個強(qiáng)氧化劑n EO2/ H2O = 1.23 Vn實際上它同大多數(shù)底物在室溫的實際上它同大多數(shù)底物在室溫的氣相或均相溶液的反應(yīng)進(jìn)行得很氣相或均相溶液的反應(yīng)進(jìn)行得很慢，這是由于動力學(xué)上的原因慢，這是由于動力學(xué)上的原因n在生命體內(nèi)，氧具有高度活性，這是由在生命體內(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。于存在過渡金屬配合物催化劑的原因。有人認(rèn)為，這是由于有人認(rèn)為，這是由于O2分子和底物分子和底物E均均可和金屬離子反應(yīng)形成三元配合物可和金屬離子反應(yīng)形成三元配合物n O2-M-E，其中氧分子與過渡

4、金屬，其中氧分子與過渡金屬M形形成一個成一個鍵，還可能形成鍵，還可能形成d-p*（反響（反響鍵），底物鍵），底物E若有對稱合適的軌道，就若有對稱合適的軌道，就可和金屬的可和金屬的d軌道成鍵，形成軌道成鍵，形成O2-M-E一一個擴(kuò)展的分子軌道，使電子能順利地從個擴(kuò)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)。底物轉(zhuǎn)移到氧分子，實現(xiàn)氧化還原反應(yīng)。 n分子氧與過渡金屬可以以側(cè)基配位，端基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。以側(cè)基配位時，分配位和端基角向配位。以側(cè)基配位時，分子氧的子氧的*軌道簡并通過配體場的作用而軌道簡并通過配體場的作用而消除，這將有利于消除自

5、旋守恒對反應(yīng)的消除，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反鍵軌道。如果中心金屬能程度不同地把電子轉(zhuǎn)移給電子轉(zhuǎn)移給O2，則配位雙氧可變?yōu)槌跣停瑒t配位雙氧可變?yōu)槌跣突蜻^氧型配體，或過氧型配體，O2就被不同程度地活化了。就被不同程度地活化了。n(2)(2)兩類脫氧反應(yīng)兩類脫氧反應(yīng): :n n SH2 + 1/2 O2 SH2 + 1/2 O2 S + H2O S + H2O n SH2 + O2 SH2 + O2 S + H2O2 S + H2O2 n實際上這兩個反應(yīng)要經(jīng)過一個或多個實際上這兩個

6、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中間氫載體，并以氧作為末端氫受體的體系來進(jìn)行，實際上也是一條電子的體系來進(jìn)行，實際上也是一條電子傳遞鏈。傳遞鏈。n(3) 底物與氧分子的氧原子結(jié)合底物與氧分子的氧原子結(jié)合n這類氧化還原反應(yīng)要相應(yīng)的加氧酶參與。這類氧化還原反應(yīng)要相應(yīng)的加氧酶參與。n總之，脫氫過程中脫去一個氫原子，加總之，脫氫過程中脫去一個氫原子，加氧反應(yīng)常伴有氧分子接受質(zhì)子和電子而氧反應(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)，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

7、步傳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。遞最后被分子氧接受并生成水。三、氧化還原酶的分類及其催化的反應(yīng)三、氧化還原酶的分類及其催化的反應(yīng) n氧化還原酶是六大酶之一，它們大部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，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。氧化還原酶習(xí)慣上分為四類。 1. 脫氫酶脫氫酶 輔酶：輔酶：NAD、NADP，這些酶受氫或提供氫這些酶受氫或提供氫 脫氫酶脫氫酶S + AH2 A為

8、受氫體，為受氫體，SH2和和S為底物還原型和氧化型。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酶的輔酶主要為NAD煙酰胺腺嘌呤二核苷煙酰胺腺嘌呤二核苷酸或酸或 NADP煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸），少數(shù)為酸），少數(shù)為FAD黃素腺嘌呤二核苷酸黃素腺嘌呤二核苷酸或黃素單核苷酸或黃素單核苷酸FMN）。）。nSH2 + A 這些輔酶起供氫或受氫作用，例如含鋅的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)：蘋果酸脫氫酶可催化蘋果酸脫氫反應(yīng)： 蘋果酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶L-蘋果酸蘋果酸 草酰

9、乙酸草酰乙酸谷氨酸脫氫酶，乳酸脫氫酶均為鋅酶，谷氨酸脫氫酶，乳酸脫氫酶均為鋅酶，黃嘌呤脫氫酶為鉬黃嘌呤脫氫酶為鉬鐵酶。鐵酶。2. 氧化酶氧化酶n當(dāng)脫氫酶的氫受體是分子氧時，稱為當(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)。氧化酶，氧化酶催化兩類反應(yīng)。n SH2 + O2 S + H2O2這類酶的催化產(chǎn)物為這類酶的催化產(chǎn)物為H2O2，另一類酶催化產(chǎn)物為另一類酶催化產(chǎn)物為H2O。SH2 + 1/2 O2 S + H2O3. 過氧化物酶過氧化物酶n 過氧化物酶催化以過氧化物酶催化以H2O2為氧化劑的氧為氧化劑的氧化還原反應(yīng)?；€原反應(yīng)。n SH2 + H2 O2 S + 2 H2On過

10、氧化氫酶催化過氧化氫酶催化H2O2 的歧化反應(yīng)。的歧化反應(yīng)。n 2 H2 O2 O2 + 2 H2O過氧化物酶過氧化物酶 過氧化氫酶過氧化氫酶 4.加氧酶加氧酶n加氧酶催化氧分子的氧原子直接加合到加氧酶催化氧分子的氧原子直接加合到有機(jī)物分子中，分為雙加氧酶和單加氧有機(jī)物分子中，分為雙加氧酶和單加氧 酶。酶。n 雙加氧酶雙加氧酶:n SH2 + O2 S O2H2 雙加氧酶雙加氧酶 順，順順，順己二烯二酸己二烯二酸 n單加氧酶，又稱羥化酶。單加氧酶，又稱羥化酶。n R3CH + O2 + AH2 R3COH + A + H2O 肝微粒體單加氧酶肝微粒體單加氧酶 NADPH 為還原態(tài)的煙酰胺腺嘌呤

11、二核苷酸磷酸為還原態(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(xì)胞色素肝微粒體單加氧酶為一與細(xì)胞色素p450有關(guān)的有關(guān)的單加氧酶，單加氧酶，p450存在于肝臟濃度最高為血存在于肝臟濃度最高為血紅素輔基酶蛋白。紅素輔基酶蛋白。四、呼吸鏈與電子傳遞體四、呼吸鏈與電子傳遞體 n1.1.呼吸鏈呼吸鏈n生物體的各種運動均需要能量，這種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(jī)能量來源于糖、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物在體內(nèi)的氧化。這些有機(jī)物在活細(xì)物在體內(nèi)的氧化。這些有機(jī)物在活細(xì)胞內(nèi)氧化分解，產(chǎn)生胞內(nèi)氧化分解，產(chǎn)生CO2CO2和和H2OH2O并放出并放出能量的作用稱為生物氧化。能量的

12、作用稱為生物氧化。n有機(jī)物在生物體內(nèi)的生物氧化與在體有機(jī)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，外化學(xué)氧化的產(chǎn)物和能量變化相同，即產(chǎn)物均為即產(chǎn)物均為CO2和和H2O，并釋放出，并釋放出相等的能量，不同的是，生物氧化是相等的能量，不同的是，生物氧化是在活細(xì)胞內(nèi)由酶催化，經(jīng)一系列的化在活細(xì)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放出能量，這些能量主要以三磷酸腺苷苷ATP等高能化合物的形式儲存等高能化合物的形式儲存起來，供需要時使用。故起來，供需要時使用。故ATP是生物是生物體的能量體的能量“儲存庫和儲存庫

13、和“轉(zhuǎn)運站轉(zhuǎn)運站”。2.電子傳遞體 (多種) n在呼吸鏈中，一類稱為電子傳遞體的物質(zhì)，在呼吸鏈中，一類稱為電子傳遞體的物質(zhì)，通過自身的氧化還原作用傳遞氫和電子，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(xì)胞色素、接起來。主要包括黃素蛋白、細(xì)胞色素、鐵硫蛋白和某些脂溶性維生素。鐵硫蛋白和某些脂溶性維生素。n黃素蛋白含黃素腺嘌呤二核苷酸黃素蛋白含黃素腺嘌呤二核苷酸FAD或黃素單核苷酸或黃素單核苷酸FMN輔基，黃素蛋白輔基，黃素蛋白有的是脫氫酶，有的是氧化酶，還有的為有的是脫氫酶，有的是氧化酶，還有的為電子傳

14、遞體。電子傳遞體。n細(xì)胞色素是含鐵卟啉輔基的蛋白，其主細(xì)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(xì)胞色素具有氧化酶或加氧酶的功能。細(xì)胞色素的種類很多，從高等植物中至少可以分的種類很多，從高等植物中至少可以分離出離出5種，即細(xì)胞色素種，即細(xì)胞色素b, c1, c, a, a3。n鐵硫蛋白包含一個或多個鐵硫蛋白包含一個或多個 FeS簇，主簇，主要功能是傳遞電子。要功能是傳遞電子。n脂溶性維生素中，最主要的電子傳遞體脂溶性維生素中，最主要的電子傳遞體是富酶是富酶Q，它通過結(jié)構(gòu)的可逆改變傳遞，它通過結(jié)構(gòu)的可逆改變傳遞

15、電子。電子。 第二節(jié)第二節(jié) 血紅素蛋白血紅素蛋白細(xì)胞色素細(xì)胞色素c 血紅素血紅素c類；類；細(xì)胞色素細(xì)胞色素p450 血紅素血紅素b類類n鐵蛋白可分為血紅素蛋白和非血紅素蛋鐵蛋白可分為血紅素蛋白和非血紅素蛋白。白。n血紅蛋白和肌紅蛋白都含有血紅素輔基血紅蛋白和肌紅蛋白都含有血紅素輔基鐵（鐵（）卟啉），人體中）卟啉），人體中70%的鐵以的鐵以血紅蛋白血紅蛋白 形式存在，本節(jié)介紹在生物氧形式存在，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化還原過程中作為酶或電子傳遞體的一些血紅素蛋白。些血紅素蛋白。血紅素輔基鐵（血紅素輔基鐵（）卟啉）卟啉）Cytochrome_C_Oxidase_1OCC_

16、in_Membranen一一. 細(xì)胞色素細(xì)胞色素 n 血紅素蛋白，傳遞血紅素蛋白，傳遞e，H。有。有a，b和和c三大類，根據(jù)其還原型光譜最大三大類，根據(jù)其還原型光譜最大吸收峰的位置來分類，還原態(tài)有吸收峰的位置來分類，還原態(tài)有3個個吸收峰，分別為吸收峰，分別為、譜帶，其譜帶，其中的中的譜帶從細(xì)胞色素譜帶從細(xì)胞色素a570nm）、）、b(555-560nm)到到c(548-560nm)變短。變短。1. 細(xì)胞色素細(xì)胞色素cn細(xì)胞色素細(xì)胞色素c分子較小，易于結(jié)晶，其組成分子較小，易于結(jié)晶，其組成和結(jié)構(gòu)已研究清楚。和結(jié)構(gòu)已研究清楚。n細(xì)胞色素細(xì)胞色素c：血紅素：血紅素C + 相應(yīng)蛋白構(gòu)成。相應(yīng)蛋白構(gòu)成。

17、n 血紅素血紅素c以共價鍵與蛋白鏈中的以共價鍵與蛋白鏈中的Cys相相聯(lián)聯(lián)二細(xì)胞色素二細(xì)胞色素p450 （簡稱（簡稱p450 )n屬一類屬一類b族細(xì)胞色素，用族細(xì)胞色素，用p450表示，以別于其表示，以別于其它它b族細(xì)胞色素血紅蛋白、肌紅蛋白）族細(xì)胞色素血紅蛋白、肌紅蛋白）n藥物、農(nóng)藥、工業(yè)污染物等通過呼吸，口及皮藥物、農(nóng)藥、工業(yè)污染物等通過呼吸，口及皮膚進(jìn)入人和動物體內(nèi)，動物體通過消化道排除膚進(jìn)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染及毒素。但脂溶性物都很難由以上兩途徑排出，人

18、體肝臟彌補了這一缺陷，肝臟有很強(qiáng)的出，人體肝臟彌補了這一缺陷，肝臟有很強(qiáng)的解毒功能，它主要通過肝臟中的解毒功能，它主要通過肝臟中的p450混合功混合功能氧化酶系統(tǒng)發(fā)揮作用。能氧化酶系統(tǒng)發(fā)揮作用。nP450是一種特殊的血紅素蛋白，它的是一種特殊的血紅素蛋白，它的還原型還原型Fe(II)）與）與CO結(jié)合在結(jié)合在450nm處有最大吸收峰，因而命名為細(xì)胞色素處有最大吸收峰，因而命名為細(xì)胞色素p450。p450是一類具有不同分子量不是一類具有不同分子量不同性能的血紅素蛋白。同性能的血紅素蛋白。n1. P450 的功能的功能nP450廣泛存在于動物、植物及微生物體內(nèi)，廣泛存在于動物、植物及微生物體內(nèi)，參與

19、許多代謝過程，人體肝、腎、腦及皮參與許多代謝過程，人體肝、腎、腦及皮膚中濃度最高，目前所知，膚中濃度最高，目前所知，p450在動物體在動物體中哺乳動物可以催化近中哺乳動物可以催化近300種各種脂溶種各種脂溶性化合物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。羥化、環(huán)氧性化合物進(jìn)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)化等，各種脂溶性化合物經(jīng)p450催化氧化催化氧化還原后，變?yōu)樗苄曰衔铮?jīng)腎臟、尿還原后，變?yōu)樗苄曰衔?，?jīng)腎臟、尿液排出體外液排出體外解毒作用，這是有利的一方解毒作用，這是有利的一方面；但另一方面，有些化合物經(jīng)面；但另一方面，有些化合物經(jīng)p450催化催化氧化還原反應(yīng)后，毒性反而更高，如黃曲氧

20、化還原反應(yīng)后，毒性反而更高，如黃曲霉素、亞硝胺、致癌物霉素、亞硝胺、致癌物3，4苯并芘等，苯并芘等，毒性不大，但催化氧化還原后，毒性大大毒性不大，但催化氧化還原后，毒性大大的增加。的增加。2. 兩類含兩類含p450的單加氧酶體系的單加氧酶體系由傳遞電子鏈不同將由傳遞電子鏈不同將p450分二類。分二類。A、 2H+ + O2 + S + 2e H2O + SO NADPH + H+ NADP）+ + 2H+ + 2e煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸產(chǎn)生的產(chǎn)生的2電子經(jīng)電子經(jīng)NADP）、黃素蛋白還原酶）、黃素蛋白還原酶FAD、還原蛋白中的鐵硫中心還原蛋白中的鐵硫中心Fe2S2，把電

21、子傳到，把電子傳到p450血紅素活性中心，血紅素活性中心，p450血紅素催化上述反應(yīng)。血紅素催化上述反應(yīng)。nB、n 2H+ + O2 + S + 2en H2O + SO 單加氧 nNADPH + H+n NADP）+ + 2H+ + 2e 煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸產(chǎn)生的產(chǎn)生的2個電子經(jīng)更復(fù)雜的黃素蛋白還原酶個電子經(jīng)更復(fù)雜的黃素蛋白還原酶黃素腺嘌呤二核苷酸黃素腺嘌呤二核苷酸FAD、黃素單核苷酸、黃素單核苷酸FMN），把電子轉(zhuǎn)移到），把電子轉(zhuǎn)移到p450血紅素中，血紅素中，p450催化上述氧化還原反應(yīng)發(fā)生。催化上述氧化還原反應(yīng)發(fā)生。 3. P450的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 半胱氨酸：

22、半胱氨酸：H SCH2CHCOO-NH3+ 氨基氨基 硫基丙酸硫基丙酸大多數(shù)大多數(shù)p450相對分子質(zhì)量為相對分子質(zhì)量為50000，含氨，含氨基酸殘基基酸殘基400多，每一條蛋白鏈都與一個多，每一條蛋白鏈都與一個血紅素相連，平面四個氮原子與血紅素相連，平面四個氮原子與Fe（）配位，第配位，第5配位原子是半胱氨酸殘基的硫，配位原子是半胱氨酸殘基的硫，不同的不同的p450，第，第5配位的蛋白鏈的半胱氨配位的蛋白鏈的半胱氨酸硫的位置不同，第酸硫的位置不同，第6配體仍未確定。配體仍未確定。P450類型類型相對分子相對分子質(zhì)量質(zhì)量氨基酸殘氨基酸殘基數(shù)基數(shù)軸向配體半胱軸向配體半胱氨酸位置氨酸位置P450ca

23、m46200412357P450LM253100466436P450b55900491438n已測定多種已測定多種p450的結(jié)構(gòu)，如單胞菌的的結(jié)構(gòu)，如單胞菌的莰酮莰酮5外羥化酶的外羥化酶的p450p450cam），兔肝），兔肝p450 LM2和鼠和鼠肝肝p450的某些結(jié)構(gòu)特征見表的某些結(jié)構(gòu)特征見表4. 雙氧活化和底物羥化作用雙氧活化和底物羥化作用n有機(jī)物與氧反應(yīng)，需高溫，在生物體內(nèi)，由有機(jī)物與氧反應(yīng)，需高溫，在生物體內(nèi)，由于有于有p450酶的催化，可使氧分子活化：酶的催化，可使氧分子活化：n P450NADPR-H+ O2+H+ROH+H2ONADP H(1). 高自旋的高自旋的p450與底物

24、與底物RH結(jié)合形成低結(jié)合形成低自旋的自旋的RH Fe（），處于平衡態(tài)），處于平衡態(tài) :Hi Fe（） t2g3eg2 t2g5eg0 low Fe（） t2g4eg2 t2g6eg0 低自旋低自旋p450的第的第6配位可能是含配位可能是含OH基團(tuán)基團(tuán)如氨基酸中的如氨基酸中的OH），而高自旋態(tài)的），而高自旋態(tài)的p450第第6配位空著，這時的鐵高出卟啉配位空著，這時的鐵高出卟啉環(huán)平面，高自旋環(huán)平面，高自旋p450與底物與底物RH結(jié)合。結(jié)合。n(2).NADPHP450煙酰胺腺還原酶煙酰胺腺還原酶使使NADPH的電子轉(zhuǎn)移至的電子轉(zhuǎn)移至p450血紅素鐵血紅素鐵卟啉，使卟啉，使Fe3+還原為還原為Fe2

25、+。n(3).分子氧結(jié)合到分子氧結(jié)合到p450上，形成三元配合物上，形成三元配合物(Fe2+為中心，卟啉為中心，卟啉N4個），半胱氨酸的個），半胱氨酸的S及分子氧及分子氧)。n(4).第二個電子離開第二個電子離開NADPH還原酶，形還原酶，形成不穩(wěn)定的過氧化物成不穩(wěn)定的過氧化物FeOO。n(5).過氧化物與過氧化物與H+結(jié)合，形成結(jié)合，形成H2O和配合物和配合物RHFeO）。）。n(6).ROH脫出后，又形成了氧化型脫出后，又形成了氧化型p450，使，使循環(huán)閉合。循環(huán)閉合。5.P450的模擬研究的模擬研究 n石油化工生產(chǎn)中，環(huán)氧化物及酯需復(fù)雜石油化工生產(chǎn)中，環(huán)氧化物及酯需復(fù)雜和苛刻的工藝和苛刻

26、的工藝. nP450具有室溫催化氧化，具有室溫催化氧化，p450具有高具有高效專一催化多種有機(jī)物和分子應(yīng)，但結(jié)效專一催化多種有機(jī)物和分子應(yīng)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易制取。構(gòu)復(fù)雜，不易制取。 n人們提出了多種模擬體系，主要有三種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。組分：催化劑、氧化劑和添加劑。nP450含血紅素含血紅素b輔基，血紅素輔基與金輔基，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屬卟啉結(jié)構(gòu)相近，很多人研究含鐵卟啉體系；自證實體系；自證實p450活性中心含硫基配位活性中心含硫基配位后，許多模擬改用卟啉加硫醇體系，來后，許多模擬改用卟啉加硫醇體系，來進(jìn)行有機(jī)分子的常

27、溫氧化，均取得成效。進(jìn)行有機(jī)分子的常溫氧化，均取得成效。血紅素血紅素b三過氧化物酶和過氧化氫酶三過氧化物酶和過氧化氫酶 n多數(shù)以血紅素輔基鐵卟啉的酶，多數(shù)以血紅素輔基鐵卟啉的酶，蛋白為糖蛋白蛋白為糖蛋白n1. 過氧化物酶過氧化物酶n催化反應(yīng)催化反應(yīng)nSH2 + H2O2 S + 2 H2On 過氧化物酶過氧化物酶 n細(xì)胞色素細(xì)胞色素c過氧化物酶催化過氧化物酶催化H2O2分解為分解為H2O。n 2cyt.cFe（） + H2O2n 2cyt.cFe（） + 2 H2O n注：注：Ccp：細(xì)胞色素過氧化酶：為細(xì)胞：細(xì)胞色素過氧化酶：為細(xì)胞色素色素a和和a3復(fù)合體輔基為血紅素復(fù)合體輔基為血紅素a比較

28、比較血紅素血紅素b和血紅素和血紅素C） Ccp H+ n對大多數(shù)組織來說，對大多數(shù)組織來說，H2O2有害，有害，H2O2可氧化含巰基的酶或蛋白質(zhì)，使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，過氧化物酶催化溶血癥等，過氧化物酶催化H2O2轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為為 H2O，從而消除了毒性。，從而消除了毒性。n2.2.過氧化氫酶過氧化氫酶n過氧化氫酶活性不及過氧化物酶，但它過氧化氫酶活性不及過氧化物酶，但它催化催化 H2O2 H2O + O2H2O2 H2O + O2是是高效的，過氧化氫酶

29、為結(jié)合蛋白，由高高效的，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，相對鐵血紅素輔基和相應(yīng)的蛋白組成，相對分子量分子量2400024000，每個分子含，每個分子含4 4個亞基，每個亞基，每一個亞基含一個高自旋正鐵血紅素鐵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的軸向配體可能是氨基酸和H2OH2O。n蛋白蛋白+ +血紅素輔基血紅素輔基, 4, 4個亞基，含個亞基，含4 4個個Fe()Fe()卟啉卟啉第三節(jié)第三節(jié) 鐵蛋白貯鐵與鐵蛋白貯鐵與 鐵傳遞蛋白運送鐵）鐵傳遞蛋白運送鐵）n為非血紅素鐵蛋白，不含血紅素輔基，為非血紅素鐵蛋白，不含血紅素輔基，但含鐵，在這一類蛋

30、白質(zhì)中，鐵有多種但含鐵，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）紅素鐵蛋白分成如下幾類：（四類）一些非血紅素蛋白的生理功能一些非血紅素蛋白的生理功能非血紅素鐵蛋白非血紅素鐵蛋白生理功能生理功能來源來源鐵蛋白鐵蛋白鐵傳遞蛋白鐵傳遞蛋白卵清鐵傳遞蛋白卵清鐵傳遞蛋白乳鐵傳遞蛋白乳鐵傳遞蛋白貯存、輸送鐵貯存、輸送鐵動物組織動物組織血清血清卵清卵清乳乳紅氧還蛋白紅氧還蛋白鐵氧還蛋白鐵氧還蛋白腎上腺皮質(zhì)鐵氧還腎上腺皮質(zhì)鐵氧還蛋白蛋白傳遞電子傳遞電子細(xì)菌細(xì)菌葉綠體、細(xì)菌葉綠體、細(xì)菌腎上腺皮質(zhì)腎上腺皮質(zhì)蚯蚓血紅蛋白蚯蚓血紅蛋

31、白載氧載氧蚯蚓、星蟲蚯蚓、星蟲順烏頭酸酶順烏頭酸酶鄰苯二酚雙加氧酶鄰苯二酚雙加氧酶氫酶氫酶催化催化動植物動植物細(xì)菌細(xì)菌細(xì)菌、藻類細(xì)菌、藻類一一.鐵蛋白鐵蛋白n主要存在與動物脾臟、肝臟和骨髓中，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(xì)菌中也發(fā)現(xiàn)有鐵在植物葉綠體及某些細(xì)菌中也發(fā)現(xiàn)有鐵蛋白。主要功能為貯存鐵。蛋白。主要功能為貯存鐵。n鐵蛋白以鐵蛋白以Fe()離子的微團(tuán)為核心，微離子的微團(tuán)為核心，微團(tuán)的組織成分大致是團(tuán)的組織成分大致是(FeOOH)8(FeOPO3H2)微團(tuán)中有微團(tuán)中有20004000個鐵離子，外圍被個鐵離子，外圍被24個相個相同亞單位組成的脫鐵鐵蛋白包圍著。同亞單位組成

32、的脫鐵鐵蛋白包圍著。 鐵貯存：鐵貯存： Fe2+ -e Fe3+ nFe3+ + 脫鐵鐵蛋白脫鐵鐵蛋白 鐵蛋白鐵蛋白 鐵釋放：鐵釋放：鐵蛋白鐵蛋白 + ne 脫鐵鐵蛋白脫鐵鐵蛋白 + nFe2+ O 二二.鐵傳遞蛋白鐵傳遞蛋白 n存在：動物體和細(xì)胞中；存在：動物體和細(xì)胞中；n功能：運送功能：運送Fe()；n組成：金屬糖蛋白；組成：金屬糖蛋白； 1945年首次在人血清中發(fā)現(xiàn)。年首次在人血清中發(fā)現(xiàn)。 存在：主要血清中。存在：主要血清中。 n鐵傳遞蛋白為金屬糖蛋白，不同動物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的鐵傳遞蛋白，其氨基酸組成和糖含量不同。相對分子量是量不同。相對

33、分子量是6700074000，人血清鐵傳遞蛋，人血清鐵傳遞蛋白是由一條含白是由一條含676個氨基酸殘基的肽個氨基酸殘基的肽鏈和兩條相同的糖支鏈組成，主要功鏈和兩條相同的糖支鏈組成，主要功能是運送能是運送Fe(III)離子。離子。鐵傳遞蛋白的生理功能：鐵傳遞蛋白的生理功能：n主要是在體內(nèi)運送主要是在體內(nèi)運送Fe3+離子，鐵傳遞離子，鐵傳遞蛋白存在兩個結(jié)構(gòu)域，蛋白存在兩個結(jié)構(gòu)域，(600700氨氨基酸殘基，基酸殘基，M7萬，萬，2個相同糖支鏈個相同糖支鏈)，各有一個結(jié)合金屬的部位，分別稱為各有一個結(jié)合金屬的部位，分別稱為A位和位和B位，位，A位結(jié)合的鐵主要運送到骨髓位結(jié)合的鐵主要運送到骨髓和胎盤，

34、和胎盤，B位結(jié)合的鐵主要運送到肝細(xì)位結(jié)合的鐵主要運送到肝細(xì)胞、小腸粘摸和其它組織細(xì)胞。胞、小腸粘摸和其它組織細(xì)胞。Fe（） Fe（） 血液血液 Fe（） Fe（）+ 脫鐵蛋白脫鐵蛋白 小腸、胃中小腸、胃中 復(fù)原 十二指腸十二指腸 等粘膜等粘膜 O CO2脫鐵蛋白脫鐵蛋白 （鐵傳遞蛋白）（鐵傳遞蛋白） A部位部位 B部位部位 骨髓細(xì)胞骨髓細(xì)胞 (用于血紅蛋白合成用于血紅蛋白合成)，或各組織用于合成酶或各組織用于合成酶肝脾臟貯存肝脾臟貯存Fe（） 食物和飲料中鐵的吸收食物和飲料中鐵的吸收第四節(jié)第四節(jié) 鐵硫蛋白鐵硫蛋白 n傳遞電子，參與生物體內(nèi)各種氧化還原反應(yīng)傳遞電子，參與生物體內(nèi)各種氧化還原反應(yīng)n

35、為一類含為一類含F(xiàn)eS發(fā)色團(tuán)的非血紅素鐵蛋白，發(fā)色團(tuán)的非血紅素鐵蛋白，利用鐵的可變價，進(jìn)行電子傳遞作用。利用鐵的可變價，進(jìn)行電子傳遞作用。n根據(jù)氧化還原反應(yīng)中心的組成和結(jié)構(gòu)，鐵硫根據(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：蛋白可分為三大類：n 1. Fe(Cys)4 蛋白；蛋白；n 2. Fe2S*2(Cys)4 蛋白；蛋白；n 3. Fe4S*4(Cys)4 蛋白蛋白. (Cys-半胱氨半胱氨酸酸)1.Fe(Cys)4蛋白蛋白紅氧還蛋白紅氧還蛋白n以以 Fe(Cys)4為中心的蛋白呈紅色，故為中心的蛋白呈紅色，故稱紅氧還蛋白，主要存在于細(xì)菌中，分稱紅氧還蛋白，主要存在于細(xì)菌中，分

36、子量并不高：子量并不高：6000，一般只含，一般只含5060個氨基酸殘基，在肽鏈中，個氨基酸殘基，在肽鏈中，4個半胱氨酸個半胱氨酸的硫基硫配位。的硫基硫配位。n功能：傳遞電子。功能：傳遞電子。n紅氧還蛋白產(chǎn)生小球菌結(jié)構(gòu)示意圖紅氧還蛋白產(chǎn)生小球菌結(jié)構(gòu)示意圖4個半胱氨酸的個半胱氨酸的S與與Fe配位配位Cys的的6，9，38和和41位位S，第，第6，9，38和和41位的半位的半胱氨酸硫基硫與胱氨酸硫基硫與Fe()配位配位FeSSSS389416紅氧還蛋白紅氧還蛋白 植物型鐵氧還蛋白結(jié)構(gòu)植物型鐵氧還蛋白結(jié)構(gòu)SSSSFeSSFecyscyscyscys2. Fe2S*2(cys)4蛋白蛋白植物型鐵氧還蛋

37、植物型鐵氧還蛋白白nFe2S*2(cys)4來源于植物的葉綠體，來源于植物的葉綠體，參與光合作用，故稱為植物型鐵氧還參與光合作用，故稱為植物型鐵氧還蛋白，蛋白，S*表示無機(jī)表示無機(jī)S成活性成活性S。n氨基酸殘基有氨基酸殘基有9個，其中有個，其中有5個個Cys，分別位于分別位于18，39，44，47，77，均，均用用S與與Fe配位。配位。3. Fe4S*4(cys)4蛋白蛋白高電位鐵硫蛋高電位鐵硫蛋白和白和 細(xì)菌型鐵氧還蛋白細(xì)菌型鐵氧還蛋白n該類鐵硫蛋白以該類鐵硫蛋白以Fe4S*4(cys)4為活性為活性中心，來源不同，含活性中心數(shù)可能不中心，來源不同，含活性中心數(shù)可能不同。如：從酒色著色菌分離

38、出的鐵硫蛋同。如：從酒色著色菌分離出的鐵硫蛋白含白含1個個Fe4S*4(cys)4活性中心，活性中心，4個個Fe和和4個個S*交替連接成立方烷結(jié)構(gòu)，每交替連接成立方烷結(jié)構(gòu)，每一個一個Fe與一個與一個cys連結(jié)巰基）連結(jié)巰基）n產(chǎn)生于小球菌鐵氧還蛋白分子含有二個產(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，二者相距活性中心，二者相距1.2nm，作用為傳遞電子。，作用為傳遞電子。第五節(jié)第五節(jié) 銅蛋白銅蛋白n銅蛋白的生理功能：載氧銅蛋白的生理功能：載氧血藍(lán)蛋白，血藍(lán)蛋白，傳遞電子，貯存銅，作為氧化酶。傳遞電子，貯存銅，作為氧化酶。n人體各組織的正常代謝都需要銅，肝、人體各組織的

39、正常代謝都需要銅，肝、腦、心、腎和脾中含銅高。銅以配合腦、心、腎和脾中含銅高。銅以配合物的形式存在。膽和膽汁是過量銅排物的形式存在。膽和膽汁是過量銅排出的渠道和介質(zhì)。出的渠道和介質(zhì)。n含含型銅的銅蛋白在可見光型銅的銅蛋白在可見光600nm處有處有吸收峰，本身顯藍(lán)色，這可能是吸收峰，本身顯藍(lán)色，這可能是LM荷荷移光譜，移光譜，型銅是順磁性的，型銅是順磁性的，型銅處型銅處于畸變四面體配位環(huán)境中，有較高的氧于畸變四面體配位環(huán)境中，有較高的氧化還原電位。化還原電位。n型銅對吸收光譜沒有明顯作用，也是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。順磁性，接近四方錐構(gòu)型。n型銅是反磁性，成對的型

40、銅是反磁性，成對的Cu()- Cu()由于強(qiáng)烈的自旋由于強(qiáng)烈的自旋-自旋相互作用而不產(chǎn)生自旋相互作用而不產(chǎn)生EPR電子順磁共振訊號。電子順磁共振訊號。 第六節(jié)第六節(jié) 維生素維生素B12和和B12輔輔酶酶n維生素維生素B12是重要的含鈷的生物化合物，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。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(xì)菌中，動物體內(nèi)維生存在于動物體及細(xì)菌中，動物體內(nèi)維生素素B12從食物中來，另外腸道細(xì)菌也可從食物中來，另外腸道細(xì)菌也可合成合成vitamin B12，治療惡性貧血有效，治療惡性貧血有效. 人和動物本身不能合成維生素人和動物本身不能合成維生

41、素B12。n1948年分離出它的氰化配合物，經(jīng)結(jié)構(gòu)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。測定，其組成和結(jié)構(gòu)已較清楚。n一維生素B12及其衍生物的結(jié)構(gòu)n配位于低自旋鈷配位于低自旋鈷()（3d6 t2g6eg0的的4個吡咯氮原子幾乎在同一平面上；第個吡咯氮原子幾乎在同一平面上；第5位位配體位于咕啉環(huán)平面的下方是核苷酸的苯并配體位于咕啉環(huán)平面的下方是核苷酸的苯并咪唑氮；第咪唑氮；第6位配體位配體x可變。凡第可變。凡第5位配位的位配位的配體為二甲基苯并咪唑核苷酸者統(tǒng)稱為鈷胺配體為二甲基苯并咪唑核苷酸者統(tǒng)稱為鈷胺素素cobalamins）。）。n第第6位配體是位配體是CN-，稱氰鈷胺

42、素，維生素，稱氰鈷胺素，維生素B12，為，為H2O，稱水合鈷胺素或，稱水合鈷胺素或B12a或或H2O-B12，為甲基，甲基衍生物甲基鈷胺，為甲基，甲基衍生物甲基鈷胺素素Me-B12，為腺嘌呤核苷酸，稱腺苷鈷胺，為腺嘌呤核苷酸，稱腺苷鈷胺素素Ado-B12），是一種活性很高的輔酶，），是一種活性很高的輔酶，又稱輔酶又稱輔酶B12。 n甲基鈷胺素和腺苷鈷胺素都有甲基鈷胺素和腺苷鈷胺素都有CoC鍵，鍵，是自然界中罕見的有機(jī)金屬化合物。是自然界中罕見的有機(jī)金屬化合物。n哺乳動物肝臟中的維生素哺乳動物肝臟中的維生素B12近近80%以以輔酶形式存在，維生素輔酶形式存在，維生素B12在體內(nèi)的功能在體內(nèi)的功能

43、為通過輔酶為通過輔酶B12參與碳的代謝作用，促進(jìn)參與碳的代謝作用，促進(jìn)核酸和蛋白質(zhì)合成，葉酸儲存，硫醇活化，核酸和蛋白質(zhì)合成，葉酸儲存，硫醇活化，骨磷脂形成，促進(jìn)紅細(xì)胞發(fā)育與成熟。骨磷脂形成，促進(jìn)紅細(xì)胞發(fā)育與成熟。二二. 鈷胺素的性質(zhì)與功能鈷胺素的性質(zhì)與功能n1.鈷胺素的氧化還原作用鈷胺素的氧化還原作用 上述鈷胺素都是反磁性物質(zhì)，具有低自上述鈷胺素都是反磁性物質(zhì)，具有低自旋旋d6構(gòu)型，構(gòu)型，Co的氧化態(tài)為的氧化態(tài)為+3，在適當(dāng)條，在適當(dāng)條件下件下 ，Co()可以還原為可以還原為Co(II)或或Co(I)。如用弱還原劑抗壞血酸，可以使鈷胺素中如用弱還原劑抗壞血酸，可以使鈷胺素中Co()還原為還原

44、為Co()胺素胺素(順磁性順磁性)，常用，常用B12r表示；如用四硼氫化鈉或四氫鋁鋰還表示；如用四硼氫化鈉或四氫鋁鋰還原，則可使原，則可使Co()胺素進(jìn)一步還原為胺素進(jìn)一步還原為Co(I)胺素胺素B12s。n2. 甲基轉(zhuǎn)移反應(yīng)甲基轉(zhuǎn)移反應(yīng)n B12重要功能是參與合成蛋氨酸重要功能是參與合成蛋氨酸 n在在B12作用下，可使一分子的甲基轉(zhuǎn)移作用下，可使一分子的甲基轉(zhuǎn)移到另一分子上。到另一分子上。 CH3THF + HSCH2CH2CHCOOH THF + CH3SCH2CH2CHCOOH NH2 NH2 （ 甲基四氫葉酸甲基四氫葉酸 ） （高半胱氨酸）（高半胱氨酸） （蛋氨酸）（蛋氨酸） n從一些

45、微生物可分離出甲基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)，它參與汞甲基化反應(yīng)，使汞鹽轉(zhuǎn)化為劇毒甲基汞?；癁閯《炯谆?。Me-B12 + Hg2+ MeHgMe + H2OB12 某些細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)，某些細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)，MeB12是合成甲烷的良好底物：是合成甲烷的良好底物：CH3B12 + (M) （輔酶）（輔酶） B12r + CH3(M)CH3(M) + H2 (M) H + CH4n3.分子內(nèi)重排反應(yīng)：分子內(nèi)重排反應(yīng)： R2 HR1CCR3 H H 輔酶輔酶B12 H R2R1CCR3 H H三三. 模擬物研究模擬物研究n維生素維生素B12在體內(nèi)主要功能為通過輔

46、酶在體內(nèi)主要功能為通過輔酶B12參參與碳的代謝作用，促進(jìn)核酸和蛋白質(zhì)合成，葉與碳的代謝作用，促進(jìn)核酸和蛋白質(zhì)合成，葉酸儲存，硫醇活化，骨磷脂形成，促進(jìn)紅細(xì)胞酸儲存，硫醇活化，骨磷脂形成，促進(jìn)紅細(xì)胞的發(fā)育與成熟。的發(fā)育與成熟。nB12最為顯著的特點之一是形成烷基衍生物的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能力，烷基鈷胺素中的烷基R碳原子與鈷原子碳原子與鈷原子主要以主要以鍵合，屬于有機(jī)金屬化合物。一般來鍵合，屬于有機(jī)金屬化合物。一般來說，過渡金屬說，過渡金屬鍵合的烷基衍生物是不穩(wěn)定的，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)パ芯慷榛挵匪貏t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。其穩(wěn)定性。研究是采取模型化合物。 n目前已合成了一些鈷的目前已合成了一些鈷的鍵