生物無機(jī)化學(xué)第四章-含鐵氧載體-第節(jié)

第二節(jié)蚯蚓血紅蛋白(Hr)自然界除了含具有血紅素輔基的血紅蛋白和肌紅蛋白氧載體之外，還有一類含有鐵但不含血紅素輔基的氧載體－－蚯蚓血紅蛋白(Hr)。血紅素氧載體Hb、Mb廣泛存在于動(dòng)物及部分植物體系中，而非血紅素氧載體Hr只存在于無脊椎動(dòng)物中。與血紅蛋白和肌紅蛋白相比，蚯蚓血紅蛋白的研究要晚得多，其晶體結(jié)構(gòu)直到20世紀(jì)90年代才見報(bào)道。目前從無脊椎動(dòng)物的肌肉中分離得到了蚯蚓血紅蛋白的單體，稱為肌蚯蚓血紅蛋白。從無脊椎動(dòng)物的血液中分離得到的是由八個(gè)亞基組成的分子質(zhì)量為108000Da的多聚體。一、蚯蚓血紅蛋白的結(jié)構(gòu)到目前為止，已經(jīng)報(bào)道的蚯蚓血紅蛋白的晶體結(jié)構(gòu)有：氧合和脫氧蚯蚓血紅蛋白、高鐵蚯蚓血紅蛋白、疊氮高鐵蚯蚓血紅蛋白。晶體結(jié)構(gòu)顯示蚯蚓血紅蛋白每個(gè)亞基中含有一個(gè)由兩個(gè)鐵原子組成的活性中心，兩個(gè)鐵原子通過一個(gè)氧橋（氧合狀態(tài)）或羥橋（脫氧狀態(tài)）和兩個(gè)分別來自于蛋白鏈中天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)側(cè)鏈的羧酸根橋聯(lián)在一起，稱為雙鐵活性中心。脫氧蚯蚓血紅蛋白的雙鐵活性中心氧合蚯蚓血紅蛋白的雙鐵活性中心每個(gè)鐵原子除了與起橋聯(lián)功能的氧原子配位外，還與蛋白鏈中組氨酸側(cè)鏈的咪唑氮原子配位，其中一個(gè)鐵原子與三個(gè)咪唑氮原子配位形成六配位的八面體構(gòu)型，而另一個(gè)鐵原子只與兩個(gè)咪唑氮原子配位，配位數(shù)只有五，剩余的一個(gè)位置為空位或被水分子占據(jù)。蚯蚓血紅蛋白的氧合作用就發(fā)生在該空位上。疊氮高鐵蚯蚓血紅蛋白中鐵的空位被疊氮根離子占據(jù)，疊氮根離子以端式形式與鐵原子配位。由于排一個(gè)扇活性璃中心愧有兩個(gè)脾鐵原賭子存在第，所毛以根武據(jù)鐵靈原子擠化合蠶價(jià)的引不同具，蚯講蚓血咬紅蛋沒白至宿少有三種狀態(tài)撞：(1貪)Fe慣(I喘I)間-F懂e(濃II)脫氧拖情況缸下的還原對態(tài)；(2羅)Fe擠(I逼II油)-佛Fe嫌(I被II)高鐵蚯蚓摩血紅某蛋白至；(3房誠)Fe碧(I晴I)撒-F濱e(努II漠I)半高旅鐵蚯蚓微血紅辜蛋白中。在半沈高鐵末蚯蚓請血紅民蛋白些中，毛因?yàn)闃鋬蓚€(gè)烤鐵原距子的批配位聲環(huán)境委不同網(wǎng)，所娃以半穗高鐵召蚯蚓耗血紅繁蛋白娘實(shí)際蘋上包礦含F(xiàn)e維1(訓(xùn)II幕)-岸Fe仙2(傻II吧I)和Fe述1(集II網(wǎng)I)漠-F運(yùn)e2晃(I砌I)兩種宣不同殘的狀潛態(tài)。Fe1Fe2二、云蚯蚓免血紅商蛋白些的氧某合作緒用雖然和目前療分離歷得到江的蚯繳蚓血聾紅蛋續(xù)白中已多數(shù)舞為含愉有八綁個(gè)亞扇基的哨多聚煌體，近但是雖大部詠分蚯憲蚓血懶紅蛋菌白的剛載氧劑過程垮中并監(jiān)沒有餓觀察盡到與凈血紅兼蛋白焰載氧允過程旬相似積的協(xié)同猶效應(yīng)。在氧陰合和腹脫氧是蚯蚓農(nóng)血紅描蛋白丟的晶序體結(jié)秧構(gòu)報(bào)陶道之婚前，薄科學(xué)絲式家已葡經(jīng)利轎用化天學(xué)和耳物理藏等方鳴法研庭究蚯酒蚓血嚇紅蛋意白的跑氧合尿過程絲式，例塊如利容用共振柱拉曼牲光譜研究地并推毅測了妨氧分麻子與最雙鐵閘活性偽中心絕的結(jié)適合方病式以袍及結(jié)膚合后針氧的申存在論形式堅(jiān)。氧分弓子與智雙鐵藥活性劍中心著結(jié)合弄至少波有五完種方化式，淺其中(a籍)、(b光)、(c衰)三種東方式脖中兩謎個(gè)氧蘿原子宋是等價(jià)的，魔而(d摘)和(e始)兩種騎方式碧中兩死個(gè)氧筆原子承是不等猴價(jià)的。利用16O18O不對暈稱標(biāo)衫記的鈔氧分竹子與凝脫氧鋼蚯蚓嬌血紅艱蛋白草作用渠，然掌后測穩(wěn)其共堪振拉覽曼光勿譜。班如果赤拉曼遭光譜箏中只贏有一扇種O－O振動(dòng)須吸收攜，表俊明氧慚分子憂的配熔位方樓式是(a仗)、(b逗)、(c歐)三種赤方式隔中的斷一種支。如尺果光襯譜中菌有兩他種O－O振動(dòng)強(qiáng)吸收載，表犯明是(d淋)、(e況)兩種深方式稀中的巖一種誦。實(shí)際酬用16O18O標(biāo)記膚過的刺氧合膨蚯蚓稿血紅強(qiáng)蛋白膝的共須振拉帥曼光蚊譜中事確實(shí)探觀測肺到了刺一個(gè)雙重眉峰，利融用結(jié)靜構(gòu)模護(hù)型計(jì)掏算得器到Fe刻-16O18O和Fe貼-18O16O中O-類O振動(dòng)幻玉吸收焰分別拍在82庫5惕cm-1和81爭9蹲cm-1。而郊氧合邀蚯蚓剛血紅僅蛋白階中Fe潔-16O2的O-危O振動(dòng)寇吸收公為84火6宮cm-1。實(shí)驗(yàn)岸結(jié)果墻與理炎論結(jié)暫果一創(chuàng)致，紋說明足在氧泡合蚯默蚓血桑紅蛋侵白中閘，氧雙分子戀以(d歇)或(e扶)的方芬式與挺雙鐵陽中心臟配位制。結(jié)箏合其旺它光群譜數(shù)淡據(jù)推希測結(jié)旅合方些式為(d處)。從氧最合蚯悅蚓血告紅蛋拍白的故共振測拉曼澡光譜駛研究射中也第可以廁推測括氧合憤后氧分分子奶的存廉在方地式。閑氧合煙蚯蚓他血紅沫蛋白臥的O-宴O振動(dòng)柜吸收懸出現(xiàn)俘在84播6何cm-1，是過氧野負(fù)離錄子的特備征振聚動(dòng)吸慕收。O氧分?jǐn)⒆优c鴨蚯蚓理血紅妨蛋白這結(jié)合闊后，朱兩者叉之間化發(fā)生礎(chǔ)了雙電裁子氧滅化還高原反赴應(yīng)，兩撕個(gè)鐵撲原子步從二意價(jià)被盟氧化濱到三咬價(jià)，牲而氧揪分子慨則被蛋還原朵為負(fù)戚二價(jià)執(zhí)的過繁氧負(fù)喪離子硬。光譜求分析跪表明龜，脫桿氧狀迫態(tài)下恨的蚯否蚓血捕紅蛋固白中改鐵原罵子為二價(jià)丙高自萬旋，兩紗個(gè)鐵錘原子第間通眠過羥今橋存孫在弱粗的反鐵適磁性相互耗作用風(fēng)。氧床分子平以端憲式方遮式結(jié)棕合到兄五配凡位鐵罪原子乎上后漸，生血成了三價(jià)閣高自蠟旋鐵的匹過氧研配合相物，度過氧春負(fù)離忍子從避羥橋闖上接牲受一謠個(gè)質(zhì)享子，沒羥橋急變?yōu)榈鯓蛸Y。結(jié)論勻：在氧姥合蚯兩蚓血崖紅蛋僚白中早，氧迎分子陳以過氧恐負(fù)離嫩子的形蕉式以端式配位績方式注與一討個(gè)鐵陣離子珠配位飲。第三花節(jié)銜重要承模型忍化合黎物－浙合成姓氧載妹體除了渣對天股然金墻屬蛋趟白本汁身的律研究江之外嗽，模接型化洋合物掏的研掩究也微是生啊物無徒機(jī)化濾學(xué)研敲究中唯非常召重要朱的組安成部童分。一方弄面，逮由于萬金屬憲蛋白森等生葬物分皮子的絡(luò)相對麥分子疼質(zhì)量咳一般局較大抄、體筆系比剃較復(fù)界雜，鳴需要膚通過南簡化型、設(shè)牙計(jì)合激成模職型化流合物泰等方療法來擾進(jìn)行昆研究墊，可余以得建到一冶些通題過直莖接研蓄究金啊屬蛋圾白分得子本減身不雪能得仰到的帝信息僵，揭示煮蛋白漸功能芳與結(jié)夸構(gòu)之炎間的沫關(guān)系。另一營方面車，通冷過?；钄M天楊然金悟?qū)俚坝装椎暮Y(jié)構(gòu)框和功腹能，孤為進(jìn)倘一步鑒開發(fā)討利用爆天然關(guān)蛋白冒及其撤模型傻化合序物提術(shù)供基謎礎(chǔ)。導(dǎo)在氧奴載體冊研究語中，徒模型紹化合補(bǔ)物的脹合成腎及其圖結(jié)構(gòu)幫和功醬能間唱關(guān)系警的研販究特閃別重炕要，冊它可盼以為雁闡明另載氧腔過程炎及載處氧機(jī)檢理提竿供依扶據(jù)，隊(duì)并為截合成墊具有嘴實(shí)際詢應(yīng)用撓價(jià)值熔的具溫有載合氧功良能的職化合岡物（人造道血液）等另提供協(xié)基礎(chǔ)車。有關(guān)休合成擇氧載湖體的殺研究酒很早陪就受淡到科迅學(xué)家貴的重購視，傾早期贊工作功主要荒集中配在含席夫營堿配體院的非涉鐵配往合物踢。如19辛38年就躺發(fā)現(xiàn)Co廉(I御I)的雙獅水楊包醛縮滑乙二連胺配淋合物喇可以證結(jié)合短分子森氧，殲結(jié)合法氧分界子之虜后其薄顏色異由紅型棕色部變?yōu)榫藓谏珴?。但蜂是模裳擬氧煌載體剛的研圖究中助更多貫的還股是含踢鐵和用卟啉咬以及襖含雙壟核鐵狠的配斤合物南，分伸別模金擬天貸然血米紅蛋紙白、校肌紅嘆蛋白升和蚯狼蚓血客紅蛋舞白。一、拒血紅汪蛋白訪和肌靈紅蛋梳白的踢模擬抱研究為了拿模擬因天然兼血紅顛蛋白徐和肌今紅蛋鴉白的地活性蓮中心杰，科昆學(xué)家虛合成尿了許衰多含鐵氧的卟蠶啉配肉合物。初坡期的營研究逆主要睡集中活在簡償單的舟鐵－股卟啉寺配合茫物，框如[Fe犬(T趟PP種)(椅N-祝Me碰Im)]，其塑中TP圖P為內(nèi)松消旋崖－四與苯基玻卟啉拒，N-Me風(fēng)Im為N-甲基渠咪唑珍。研究槽結(jié)果槐發(fā)現(xiàn)芬簡單瞞的鐵遙－卟促啉配窗合物訴不能使可逆逐地結(jié)華合氧紋分子禿，而蹈是發(fā)肌生下惜列反喬應(yīng)：最后窗生成悉通過充氧橋綢聯(lián)的絡(luò)雙鐵項(xiàng)物種妹，即盲發(fā)生獄了氧化辟二聚赤反應(yīng)。從氧化艘還原墊電位可以浩看出賽，氧島分子墾的氧剪化能憲力相凱當(dāng)強(qiáng)肺，當(dāng)堅(jiān)其與篇還原鍬態(tài)的撲血紅然素鐵準(zhǔn)結(jié)合趟時(shí)，樣很容顧易將品二價(jià)頸鐵氧浸化到漸三價(jià)譯鐵，喜并最五終形熱成穩(wěn)搏定的蕩通過晌氧橋孩聯(lián)的聾雙鐵把物種縣。要實(shí)嘩現(xiàn)可截逆結(jié)已合氧畜分子您，并甘模擬下血紅笨蛋白畜和肌嘆紅蛋通白的停載氧叛功能燒，首循先必叢須阻止崇氧化茶二聚問反應(yīng)的發(fā)鐮生，齡即如誓何避甚免雙尋核鐵臣配合廟物的宏形成疑是成吉功合洪成鐵泥－卟敞啉人圍工氧憲載體裹的關(guān)羊鍵。班利用空間艇阻礙、低溫以及剛體爹支撐等方奪法可腳以成兼功地閱合成勉含鐵梨－卟偏啉的眼人工宋氧載劇體。1、空爬間阻越礙方縮慧法空間否阻礙師方法邊就是程設(shè)計(jì)閘和合削成具葛有立乞體阻濁礙基天團(tuán)的眾卟啉持合鐵琴配合故物PF此e(已II)，利憑用其鎖空間動(dòng)位阻胳效應(yīng)適使PF虜e(赤II)與O2反應(yīng)表時(shí)只企能生給成PF端e(含II惠)O2，而炮阻礙榆橋聯(lián)司雙核顛物種PF逗e(企II爸I)淋-O枕-O留-F協(xié)e(驚II紀(jì)I)忌P的生規(guī)成。Co拍ll倆ma貝n等提麻出的籬笆應(yīng)式（或如柵欄燃式）輔卟啉創(chuàng)鐵模濱型：5,態(tài)10沸,1鴨5,抖20管-四（介鄰三燭甲基廣乙酰創(chuàng)胺苯隔基）叮卟啉躬合鐵[F逝e(棍Tp難iv航PP印)]以[Fe湖(T想pi俗vP巨P)]為基肯礎(chǔ)，峰合成蒙的配渴合物[Fe攤(T堆pi拆vP肉P)保L]（L=咪唑盆及其訓(xùn)衍生踩物）蛋，可以與O2可逆賄地加堤合，監(jiān)生成[F宗e(顆Tp兵iv牽PP煎)L嚷O2]。由臺(tái)于籬敬笆的素保護(hù)驅(qū)，[F支e(切Tp經(jīng)iv喊PP唯)L贈(zèng)O2]不能粥發(fā)生轎二聚兇反應(yīng)貞，從榨而成抽功得搬到了或第一伸個(gè)在旺室溫期下的佩含鐵妄的合成單氧載蒜體。[F租e(斑Tp灰iv陪PP煌)L厭O2]具有素和氧滴合血怠紅蛋濫白相小同的傘抗磁隨性，足相同狡的四沿極分豎裂穆塞斯堡閥爾譜尿，相縱同的υO(shè)-債O拉曼張吸收11敲59碼c省m-1。該授模型眼配合僚物很孝好地模擬了血鞠紅蛋攏白和哀肌紅旅蛋白色的載縫氧功呀能。帽式鐵－解卟啉逢配合俱物也拉可以鋒利用化空間灑位阻鄉(xiāng)豐效應(yīng)顛來模監(jiān)擬載諸氧功良能。誓由于瓶帽子幫的存談在可胖以有止效地卸防止隱雙核瀉鐵物棄種的先形成雙，并喘提供演一個(gè)銅口袋消，使鴉氧分甜子能谷與中衡心鐵比離子止作用商。2、低蘿溫方桐法利用貝低溫碑方法捉，可鎮(zhèn)以穩(wěn)定雙氧滔配合紐奉物、鵲降低匪不可深逆氧哥合的贊速度脅。例植如，蘆四苯斗基卟明啉（TP儉P）合鋪鐵配背合物吉在低鞠溫（避－45項(xiàng)℃）下脖與氧腰分子纏反應(yīng)粘時(shí)，圍反應(yīng)弟受動(dòng)愈力學(xué)辜控制響，抑而制了鞋熱力效學(xué)有偷利的骨二聚毅反應(yīng)曠，從癥而實(shí)匯現(xiàn)了南可逆帽的載稈氧過壟程。蜂提高個(gè)溫度票則生頂成不魯可逆滿氧化渠產(chǎn)物架。3、剛穩(wěn)體支餃撐方莖法剛體固支撐扮方法壯是將觀容易花發(fā)生魂氧化簽二聚堡反應(yīng)失的卟楊啉合償鐵配昏合物杯接在挺固體餡表面圣或高溝分子長表面私，使夕兩個(gè)薄鐵原丹子不鏡能相造互靠呈近，懸從而懲達(dá)到絕阻止撿二聚六體形號(hào)成的革目的規(guī)。將1-艇(2艙-苯乙甲基)咪唑攝血紅尖素埋缸入聚芹苯乙重烯和1-樹(2尸-苯乙萌烯)咪唑的的混寸合物劈燕的薄瀉膜中循，氧磁分子顧即可撿與固赤定的群配合蘭物可獄逆地塌結(jié)合體。Fe閘(T崖PP椒)B2混在述由3-咪唑始丙基僅的改遮性硅舅膠中質(zhì)，加千熱生越成[(賊IP腸G)語Fe住(T番PP立)]后也侵可以諒與氧符分子若可逆屋結(jié)合箱。二、遼蚯蚓惠血紅坦蛋白晉的模比擬研稀究因?yàn)槟ヲ球鞠蒲t允蛋白辰的活日性中畏心是替由雙乳核鐵襯構(gòu)成礎(chǔ)的，榜所以布模型過化合忽物主錦要是刻各種滲含有羧酸述根橋聯(lián)嗽的雙核戲鐵配摧合物。根據(jù)爐活性親中心稀鐵離陳子價(jià)萄態(tài)的灘不同沒，雙衰鐵活遷性中象心有斷三種扇狀態(tài)浮：Fe3+-F盞e3+（高鐵）、Fe3+-F今e2+（半高泉鐵）、Fe2+-F鏟e2+（還原歲態(tài)）。鉤不同詢氧化犧態(tài)有鼠不同多的模油型化劫合物錯(cuò)。1、Fe3+-F負(fù)e3+高鐵剝模型匪化合順物作為緞高鐵第蚯蚓信血紅禿蛋白拿雙鐵磁活性泄中心帆的模榆型，20世紀(jì)80年代Li茫pp糞ar哭d和Wi元eg魯ha獅rd姻t兩個(gè)灑課題話組分秩別報(bào)咳道了詞含有Fe2II殿I(lǐng)O(節(jié)OO糧CR抱)2骨架焰的雙闊核鐵鬧配合待物。HB認(rèn)pz3-為氫送化三(吡唑趙基)硼酸萄根圖4.文14的Fe2II掉IO(茅OA刺c)2(H扒Bp虧z3)2的晶秒體結(jié)燥構(gòu)這類掛模型貴化合事物具器有和議高鐵粗蚯蚓節(jié)血紅習(xí)蛋白櫻非常燈相似字的特輸征吸握收光吵譜，F(xiàn)e3+-F鏈e3+之間觀有強(qiáng)虜?shù)姆存滆F磁杏性相外互作掏用，侵很好懸地模板擬了荷高鐵施蚯蚓膠血紅脫蛋白叨雙鐵料活性粗中心伐的結(jié)構(gòu)氧和譜士學(xué)性質(zhì)弄。2、Fe2+-F源e2+還原拜型模離型化辮合物作為具還原盒型蚯紛蚓血口紅蛋尸白模滴型的Fe2+-F平e2+配合陳物很旗少有畝報(bào)道貓。配累合物Fe2IIO(夫OA滅c)2(T帽AC習(xí)N)2是其晶中的耐一例風(fēng)。其沖中TA饞CN為N,坐N’礦,N當(dāng)’’齒-三甲品基三緩氮雜滅環(huán)壬餓烷。3、Fe3+-F涉e2+半高橡鐵模桐型化烏合物將Fe3+-F嫌e3+高鐵寒模型慌化合性物進(jìn)啞行單梢電子喘還原嚼，可吉以得對到半抬高鐵箭蚯蚓壁血紅葡蛋白細(xì)模型板化合葉物，勸但由著于具換有氧按橋或毒羥橋點(diǎn)的Fe3+-F掃e2+混合糠價(jià)的垃雙核招鐵配渠合物柄非常志不穩(wěn)冊定，睡到目除前還察沒有完被合違成并礙分離搖得到純。盡管濫蚯蚓壞血紅返蛋白吹模型郵化合拼物的奮結(jié)構(gòu)虛與天畏然蚯挺蚓血帶紅蛋束白雙讀鐵活塘性中雹心的悉結(jié)構(gòu)妻、譜乖學(xué)性嘩能非溪常接借近，級(jí)是好挖的結(jié)構(gòu)掩模型。但嫩是這猛些模男型化提合物制中鐵墳離子米都是獲配位界飽和算的六爐配位爸八面票體構(gòu)蕉型，燙而天由然蚯炕蚓血咽紅蛋家白雙來鐵活觀性中補(bǔ)心在寇脫氧膝狀態(tài)程下其洪中一虧個(gè)鐵恐離子添為配在位不她飽和謎的五盒配位都構(gòu)型茫，剩凝下的先一個(gè)豬空位喜用于拉結(jié)合木氧分屯子。濟(jì)因此渴這些善模型斧化合訓(xùn)物沒有闖結(jié)合斜氧分激子的鏈能力。第四柱節(jié)喘人造梳血液世界像各國弄的化橋?qū)W家典和生輝物學(xué)刃家很毀早就吳致力摧于合演成類領(lǐng)似血困紅蛋美白結(jié)框構(gòu)并嶺具有計(jì)載氧慣生理聞功能釘?shù)娜嗽煺卵貉芯扛?，以沉滿足雪外科赴手術(shù)伴、戰(zhàn)董地救洲護(hù)、前失血啦過多投病人誦和血例液病畢患者破的需著要。接近擺真血環(huán)液功區(qū)能的側(cè)人造都血液凱至今好未能居獲得訪成功月，但最是對芽一類氟碳付化合領(lǐng)物人造乒血液膨的研倆究取收得了匠一定愁的進(jìn)膀展。煮這項(xiàng)膠研究吉始于20世紀(jì)60年代零，美精國科伴學(xué)家鐵偶然朽發(fā)現(xiàn)紅氟碳猜化合拘物具摘有良房誠好的椅載氧勒功能選。19