化学与生命第4章：天然含铁方案.ppt

第四章：天然含铁氧载体及其模拟 氧载体：在生物体系中具有储存和运输分子氧功能的一类生物分子。 血红蛋白 肌红蛋白 蚯蚓血红蛋白 血蓝蛋白 血矾蛋白 第一节： 血红蛋白和肌红蛋白 血红蛋白：脊椎动物的红细胞中。由球蛋白和亚铁血红素组成：四个亚单位通过静电、氢键、疏水作用结合而成。每一个肽链连接一个亚铁血红素辅基。二个?链，二个?链。 肌红蛋白： 主要存在于肌肉中。球蛋白和亚铁血红素辅基组成。只有一条肽链。 一、血红和肌红蛋白的立体结构 亚铁血红素为辅基的蛋白： Hb和Mb都是以亚铁血红素为辅基的蛋白质，他们和氧分子的可逆即结合即依靠血红素辅基.所谓血红素指的是一类铁卟啉(porphyrin)配合物. 根据金属酶和金属蛋白中卟啉环上取代基的不同卟啉可以分为以下几种: 原卟啉 IX(protoporphyrin IX); 血卟啉( hematoporphyrin); 中卟啉( mesoporphyrin IX) 等. 二、载氧机理 三、Fe-O2键的性质 第二节 蚯蚓血红蛋白 二、蚯蚓血红蛋白的氧合作用 二、血红和肌红蛋白的模拟研究 3: CO 二、蚯蚓血红蛋白的模拟研究 1. 篱笆式 人造血液 * * 写出15种你了解的仪器(谱学)名称 以及它们的功用? 表4-1 天然氧载体的若干性质 输送氧 输送氧 储存氧 输送氧 主要生物功能 无色 无色 紫红 紫红 脱氧颜色 蓝 紫红 红 红 载氧颜色 (4-90)×105 10800 17500 65000 相对分子质量 可变 8 1 4 亚基数目 蛋白质侧链 蛋白质侧链 卟啉 卟啉 金属键合部位 Cu（I） S=0(d10) S=0（抗磁） Fe（II） HS(S=2) 与温度有关 Fe(II） HS(S=2) LS(S=0) Fe（II） HS(S=2) LS(S=0) 金属氧化态(脱氧) 自旋态(脱氧) 自旋态(氧合) 2Cu﹕O2 2Fe﹕O2 Fe﹕O2 Fe﹕O2 金属﹕O2 Cu Fe Fe Fe 金属 血蓝蛋白 蚯蚓血红蛋白 肌红蛋白 血红蛋白 天然氧载体 血红蛋白的结构 肌红蛋白的结构 Fe(II) 亚铁 Fe(III)铁 卟啉 　卟　吩 原卟啉Ⅸ α，β，γ，δ-四苯基卟啉 酞 花 菁 (c) Corrin (咕啉) (d) Porphyrin(卟啉) Hb：FeII：HS t2g4eg2 μ＝ 5.44 B.M 顺磁性 5配位（咪唑的作用） HbO2：FeIII：LS μ＝0 反磁性 6配位 键合情况： *协同效应（cooperative effect）→ 构象变化 变构作用（allosterism） 触发机理 （trigger mechamism） *Bohr效应 4 氧键合的几种理论模型： (1)．Pauling 模型： 双氧和铁都具有偶数电子，故呈反铁磁。Fe(II)对O2空的π轨道的反馈作用，又使Fe—O键具有双键性质，故称为超氧化物构型。 O2作为简单的电子对给体，以端基(terminal group)与Fe(II)配位 (2)．Weiss model 模型： O2在配位时，接受Fe(II)的电子，形成Fe(III)的超氧配合物，即: 配位后的双氧处于二重态,铁处于低自旋,都具有单电子，S=1/2.这与生成的配合物不具有磁性相矛盾。 (3)．Griffith 模型： O2采取侧基(side group)配位方式，即： 故称为过氧化物构型, 配位后的氧是单重态(S=0), Fe(II)是低自旋(LS), 都是S=0. 实验证明,脱氧血红蛋白(deoxyHb)和氧分子(O2)都是顺磁性物质, 而氧合血红蛋白(oxyHb)具有反磁性。 Fe(II)， d6， HS(high spin)， t2g4eg2 LS(low spin), t2g6eg0 而Weiss模型中，FeIII，S = 1/2；O2，S = 1/2，这与HbO2的反磁性矛盾。但是M?ssbauer数据支持的观点： Q = 1.87~2.24mms (nuclear quadrupole moment) Q反映核周围电荷的对称性。LS FeII的电荷是球形对称的，Q值较小。FeIII， LS电荷是非球形对称的，Q值较大。 HbO2 和MbO2红外振动光谱νO-O分别是1107cm-1和1103cm-1，与KO2的1145cm-1很接近。 Lippard认为HbO2和MbO2中Fe为+3价。 玻尔效应：电荷作用 pH低， 氧合蛋白失氧