生物無机化学5第四章含铁氧载体第2节2.ppt

1、空间阻碍方法 空间阻碍方法就是设计和合成具有立体阻碍基团的卟啉合铁配合物PFe(II)，利用其空间位阻效应使PFe(II)与O2反应时只能生成PFe(II)O2，而阻碍桥联双核物种PFe(III)-O-O-Fe(III)P的生成。 Collman等提出的篱笆式（或栅栏式）卟啉铁模型：5,10,15,20-四（邻三甲基乙酰胺苯基）卟啉合铁[Fe(TpivPP)] 以[Fe(TpivPP)]为基础，合成的配合物[Fe(TpivPP)L]（L=咪唑及其衍生物），可 以与O2可逆地加合，生成[Fe(TpivPP)LO2]。由于篱笆的保护，[Fe(TpivPP)LO2]不能发生二聚反应，从而成功得到了第一个在室温下的含铁的合成氧载体。 [Fe(TpivPP)LO2]具有和氧合血红蛋白相同的抗磁性，相同的四极分裂穆斯堡尔谱，相同的υO-O拉曼吸收1159 cm-1。该模型配合物很好地模拟了血红蛋白和肌红蛋白的载氧功能。 帽式铁－卟啉配合物也可以利用空间位阻效应来模拟载氧功能。由于帽子的存在可以有效地防止双核铁物种的形成，并提供一个口袋，使氧分子能与中心铁离子作用。 2、低温方法 利用低温方法，可以稳定双氧配合物、降低不可逆氧合的速度。例如，四苯基卟啉（TPP）合铁配合物在低温（－45 ℃）下与氧分子反应时，反应受动力学控制，抑制了热力学有利的二聚反应，从而实现了可逆的载氧过程。提高温度则生成不可逆氧化产物。 3、刚体支撑方法 刚体支撑方法是将容易发生氧化二聚反应的卟啉合铁配合物接在固体表面或高分子表面，使两个铁原子不能相互靠近，从而达到阻止二聚体形成的目的。 将1-(2-苯乙基)咪唑血红素埋入聚苯乙烯和1-(2-苯乙烯)咪唑的混合物的薄膜中，氧分子即可与固定的配合物可逆地结合。 Fe(TPP)B2混在由3-咪唑丙基的改性硅胶中，加热生成[(IPG)Fe(TPP)]后也可以与氧分子可逆结合。 * * 第二节 蚯蚓血红蛋白(Hr) 自然界除了含具有血红素辅基的血红蛋白和肌红蛋白氧载体之外，还有一类含有铁但不含血红素辅基的氧载体－－蚯蚓血红蛋白(Hr)。 血红素氧载体Hb、Mb广泛存在于动物及部分植物体系中，而非血红素氧载体Hr只存在于无脊椎动物中。与血红蛋白和肌红蛋白相比，蚯蚓血红蛋白的研究要晚得多，其晶体结构直到20世纪90年代才见报道。 目前从无脊椎动物的肌肉中分离得到了蚯蚓血红蛋白的单体，称为肌蚯蚓血红蛋白。从无脊椎动物的血液中分离得到的是由八个亚基组成的分子质量为108000 Da的多聚体。 一、蚯蚓血红蛋白的结构 到目前为止，已经报道的蚯蚓血红蛋白的晶体结构有：氧合和脱氧蚯蚓血红蛋白、高铁蚯蚓血红蛋白、叠氮高铁蚯蚓血红蛋白。 晶体结构显示蚯蚓血红蛋白每个亚基中含有一个由两个铁原子组成的活性中心，两个铁原子通过一个氧桥（氧合状态）或羟桥（脱氧状态）和两个分别来自于蛋白链中天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)侧链的羧酸根桥联在一起，称为双铁活性中心。 脱氧蚯蚓血红蛋白的双铁活性中心 氧合蚯蚓血红蛋白的双铁活性中心 每个铁原子除了与起桥联功能的氧原子配位外，还与蛋白链中组氨酸侧链的咪唑氮原子配位，其中一个铁原子与三个咪唑氮原子配位形成六配位的八面体构型，而另一个铁原子只与两个咪唑氮原子配位，配位数只有五，剩余的一个位置为空位或被水分子占据。蚯蚓血红蛋白的氧合作用就发生在该空位上。 叠氮高铁蚯蚓血红蛋白中铁的空位被叠氮根离子占据，叠氮根离子以端式形式与铁原子配位。 由于一个活性中心有两个铁原子存在，所以根据铁原子化合价的不同，蚯蚓血红蛋白至少有三种状态： (1) Fe(II)-Fe(II)脱氧情况下的还原态； (2) Fe(III)-Fe(III)高铁蚯蚓血红蛋白； (3) Fe(II)-Fe(III)半高铁蚯蚓血红蛋白。 在半高铁蚯蚓血红蛋白中，因为两个铁原子的配位环境不同，所以半高铁蚯蚓血红蛋白实际上包含Fe1(II)-Fe2(III)和Fe1(III)-Fe2(II)两种不同的状态。 Fe1 Fe2 二、蚯蚓血红蛋白的氧合作用 虽然目前分离得到的蚯蚓血红蛋白中多数为含有八个亚基的多聚体，但是大部分蚯蚓血红蛋白的载氧过程中并没有观察到与血红蛋白载氧过程相似的协同效应。 在氧合和脱氧蚯蚓血红蛋白的晶体结构报道之前，科学家已经利用化学和物理等方法研究蚯蚓血红蛋白的氧合过程，例如利用共振拉曼光谱研究并推测了氧分子与双铁活性中心的结合方式以及结合后氧的存在形式。 氧分子