第五六章鐵-硫蛋白和其他非血紅素鐵蛋白

第五章鐵-硫蛋白和其他非血紅素鐵蛋白第一節(jié)鐵載體(siderophores)第二節(jié)鐵蛋白(ferritin)第三節(jié)鐵傳遞蛋白(transferrin,Tf)第四節(jié)鐵硫蛋白(FeSprotein)血紅素蛋白(heme)和非血紅素蛋白(nonheme)非血紅素蛋白

鐵蛋白：貯存鐵鐵傳遞蛋白：輸送鐵鐵硫蛋白：傳遞電子蚯蚓血紅蛋白：載氧

NiFe氫化酶：催化甲烷單加氧酶：催化原兒茶酸根3,4-雙加氧酶：催化固氮酶：催化etc.

血紅素蛋白細(xì)胞色素：傳遞電子血紅蛋白：儲(chǔ)氧肌紅蛋白：儲(chǔ)氧細(xì)胞色素P450：催化辣根過(guò)氧化物酶:催化

etc.一些非血紅素鐵蛋白的生理功能非血紅素鐵蛋白生理功能來(lái)源鐵蛋白血清鐵傳遞蛋白卵鐵傳遞蛋白乳鐵傳遞蛋白貯存、輸送鐵動(dòng)物組織血清卵清乳紅氧還蛋白鐵氧還蛋白腎上腺皮質(zhì)鐵氧還蛋白傳遞電子細(xì)菌葉綠體、細(xì)菌腎上腺皮質(zhì)蚯蚓血紅蛋白載氧星蟲、蚯蚓順烏頭酸酶鄰苯二酚雙加氧酶氫酶催化動(dòng)植物細(xì)菌細(xì)菌、藻類第一節(jié)鐵載體(siderophores)

Siderophoresaresmallmolecularweight,high-affinityiron-bindingcompoundsthatcanscavengetheironawayfromthehigh-affinityiron-bindingproteins.

鐵是生物體必需的微量元素，也是人體中含量最豐富的過(guò)渡金屬元素。那么生物體系中鐵是如何被吸收，運(yùn)送和儲(chǔ)存的呢？長(zhǎng)期的生物進(jìn)化使不同生物擁有不同的維持鐵離子動(dòng)態(tài)平衡的機(jī)制，使生物體吸收的鐵以金屬酶，金屬蛋白或小分子配合物的形式存在于生物體中。鐵載體(siderophores)

植物、微生物的生存，要求環(huán)境中鐵濃度足夠高，方能滿足其DNA合成血紅素所需的鐵。為了能與氫氧根等有效地競(jìng)爭(zhēng)鐵(III)，細(xì)菌，真菌和植物種子等會(huì)分泌一些對(duì)鐵(III)具有高度親和力的復(fù)雜有機(jī)物，使難溶的鐵活化，這些有機(jī)物可與鐵形成非常穩(wěn)定的八面體配合物。鐵載體就是分子量低，對(duì)鐵有專一螯合作用，微生物和植物用以由環(huán)境吸收鐵的復(fù)雜有機(jī)物的總稱。按照其分泌的種屬，鐵載體有微生物鐵載體(siderophore)和植物鐵載體(phytosiderophore)兩大類。鐵載體的結(jié)構(gòu)類型

鐵載體與鐵形成非常穩(wěn)定的低電荷配合物，有利于高電荷鐵(III)離子跨過(guò)親脂性膜，實(shí)現(xiàn)鐵(III)的吸收，運(yùn)輸過(guò)程。氧肟酸鹽型(hydroxamatetype);鄰苯二酚型(catecholtype)氧肟酸鹽型

(hydroxamatetype)Crystalstructureofferrichrome

鐵色素

腸桿菌素,Enterobactin鄰苯二酚型

(catecholtype)Enterobactin+Fe

鐵載體的性質(zhì)

根據(jù)軟硬酸堿規(guī)則，鐵載體中屬于硬堿的配位原子(氧)可與屬于硬酸的Fe3+配位，形成穩(wěn)定的配合物。研究表明,含有三個(gè)雙齒配體的鐵載體與Fe3+的結(jié)合常數(shù)大于1030。雖然鐵載體也可與Ga3+及人造錒元素結(jié)合,但是與Al3+及所有二價(jià)金屬離子的結(jié)合能力是相當(dāng)弱的，因此自然界出現(xiàn)的金屬離子中,鐵載體僅對(duì)Fe3+選擇性性結(jié)合。所結(jié)合的Fe3+處于高自旋態(tài)(HS),動(dòng)力學(xué)性質(zhì)是活潑的，使鐵載體結(jié)合的Fe3+能向細(xì)胞內(nèi)其它配體或蛋白質(zhì)釋放鐵。

鐵的釋放機(jī)理關(guān)于釋放鐵的機(jī)理，目前比較普遍的看法是：在細(xì)胞內(nèi)，首先Fe3+被還原為Fe2+，之后通過(guò)質(zhì)子化作用將結(jié)合不牢固的Fe2+從載體上置換下來(lái)。第二節(jié)鐵蛋白(ferritin)

高等植物，微生物，哺乳動(dòng)物的各種細(xì)胞中都含有儲(chǔ)鐵蛋白。細(xì)胞類型不同儲(chǔ)鐵功能也有所不同。哺乳動(dòng)物體內(nèi)主要儲(chǔ)存鐵的蛋白質(zhì)，主要分布在動(dòng)物的脾臟(spleen),肝臟

(liver)和骨髓(bonemarrow)中，植物的葉綠體和某些細(xì)菌中也發(fā)現(xiàn)有鐵蛋白。鐵蛋白為機(jī)體內(nèi)一種貯存鐵的可溶組織蛋白，正常人血清中含有少量鐵蛋白；肝癌患者治療有效者血清鐵蛋白下降，而惡化和再發(fā)者升高，持續(xù)增高則予后不良，故血清鐵蛋白測(cè)定可作為療效監(jiān)測(cè)手段之一。儲(chǔ)鐵蛋白是一個(gè)具有某種不均一性的分子，整個(gè)分子有一個(gè)直徑為13nm殼厚約為2.5nm蛋白質(zhì)外殼。它由24個(gè)亞基組裝而成；沿三，四重軸方向的通道使蛋白質(zhì)殼與外部聯(lián)系，其中8個(gè)三重軸通道由親水氨基酸殘基(Asp,Glu,His,Tyr)排列而成，即親水性通道；而6個(gè)四重軸通道排列有多個(gè)親脂性殘基，即疏水性通道。無(wú)論是儲(chǔ)鐵蛋白還是脫鐵儲(chǔ)鐵蛋白，其外殼的大小和亞基的排列方式基本不變。蛋白質(zhì)殼內(nèi)是一個(gè)無(wú)機(jī)物復(fù)合體的鐵核，鐵就聚積在鐵核內(nèi)，其鐵含量為~4500個(gè)Fe3+不等,主要成分為[(FeOOH)8(FeOPO3H2)]，鐵的堿式磷酸鹽微晶排列而成。

鐵蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鐵蛋白的結(jié)構(gòu)

儲(chǔ)鐵蛋白的主要生物功能是鐵的儲(chǔ)存，即機(jī)體或細(xì)胞鐵過(guò)剩時(shí)可吸收鐵，而缺少時(shí)又可釋放鐵。研究表明，鐵積聚于儲(chǔ)鐵蛋白的初始階段包括Fe2+通過(guò)三重軸方向親水性通道進(jìn)入蛋白質(zhì)內(nèi)殼，在氧的存在下，被氧化為Fe3+，F(xiàn)e3+水解形成鐵核，該氧化，成核過(guò)程隨吸收鐵的增加而變化。在低鐵(Fe/protein<50)吸收過(guò)程中，鐵(II)的氧化和成核可用下式表示

2Fe2++O2+4H2O→2FeOOHcore+H2O2+4H+

當(dāng)高鐵(Fe/protein>200)時(shí),氧化反應(yīng)和水解反應(yīng)分兩步進(jìn)行:

4Fe2++O2+4H+→4Fe3++2H2O------氧化

4Fe3++8H2O→4FeOOHcore+12H+----水解

4Fe2++O2+6H2O→4FeOOHcore+8H+------總反應(yīng)儲(chǔ)鐵蛋白的功能

在鐵成核的初期，鐵的結(jié)合與氧化發(fā)生在蛋白殼的內(nèi)表面。鐵核一旦形成，鐵的氧化，水解及核生長(zhǎng)就像普通的無(wú)機(jī)反應(yīng)一樣。這一性質(zhì)使脫鐵儲(chǔ)鐵蛋白被用作無(wú)機(jī)納米粒子合成的反應(yīng)籠腔(nanodimensionalcavity).無(wú)機(jī)鐵核晶體生長(zhǎng)的前提是形成Fe3+簇。何處成核與蛋白質(zhì)殼內(nèi)表面的負(fù)電荷有關(guān)，成簇的谷氨酸殘基有利于成核區(qū)的形成。在還原劑的存在下，儲(chǔ)鐵蛋白可將Fe3+以Fe2+的形式向外釋放，這一過(guò)程受介質(zhì)組成，酸度等影響。介質(zhì)中螯合劑的存在，降低pH均能促使鐵的釋放。59Fe放射性標(biāo)記證實(shí)，儲(chǔ)鐵蛋白最先釋放的鐵對(duì)應(yīng)于成核時(shí)最后結(jié)合的鐵，表明鐵的釋放過(guò)程也是高度有序的化學(xué)反應(yīng)。

體內(nèi)暫時(shí)不用的鐵，由鐵傳遞蛋白運(yùn)送給脫鐵鐵蛋白，然后經(jīng)過(guò)中介體焦磷酸鐵，生成上述的含鐵微團(tuán)，最后與脫鐵鐵蛋白結(jié)合生成鐵蛋白而儲(chǔ)存起來(lái)。當(dāng)肌體需要時(shí)，在還原劑作用下使處于鐵蛋白核心的微團(tuán)中的Fe(III)還原為Fe(II)釋放出來(lái)。

鐵的貯存：

Fe2+

eFe3+nFe3++脫鐵鐵蛋白鐵蛋白

鐵的釋放：鐵蛋白+ne

脫鐵鐵蛋白+nFe2+

第三節(jié)鐵傳遞蛋白(transferrin,Tf)NormalIronAbsorptionandMetabolismAllbodycellsneediron.Thehumanbodycontainsanaverageof3.5gofiron.ThetypicaldailyAmericandietcontains10–20mgofiron.Onlyabout10%ofdietaryironisabsorbed(1–2mg/day).Mostabsorbedironistransportedinthebloodstreamboundtotheglycoproteintransferrin.Transferrinisacarrierproteinthatplaysaroleinregulatingthetransportofironfromthesiteofabsorptiontovirtuallyalltissues.

哺乳動(dòng)物可以吸收的鐵有兩類：血紅素鐵和非血紅素鐵。在腸粘膜內(nèi)，血紅素氧化酶使血紅素以Fe2+的形式釋放;因此血紅素鐵引起高生物利用率成為從食物中吸收鐵的重要來(lái)源。進(jìn)入腸道的非血紅素鐵多為Fe3+，腸道內(nèi)的黏液可以避免Fe3+的水解沉淀，同時(shí)腸道內(nèi)的還原劑如維生素c等還原酶將Fe3+還原為Fe2+,使Fe2+進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞。

成年人的鐵含量為4.5~5.5mg/kg，其中60-70%以血紅蛋白的形式存在；10%以肌紅蛋白，細(xì)胞色素，含鐵酶等存在；儲(chǔ)鐵蛋白的鐵為總鐵量的20~30%；運(yùn)鐵蛋白形式存在的鐵僅為0.1%(3mg)。血漿中運(yùn)鐵蛋白運(yùn)輸率30mg/24h。通過(guò)運(yùn)鐵蛋白每天有近24mg的血漿鐵(III)被運(yùn)到骨骼中用以血紅蛋白的合成，約5mg的血漿鐵(III)被運(yùn)到非血紅素細(xì)胞組織(如肝)，有近1mg血漿鐵損失。因此，人體要保持微量元素鐵的平衡，每天要吸收1mg的鐵。盡管運(yùn)鐵蛋白含鐵量很少但在鐵的調(diào)控中他是最重要的鐵源。鐵傳遞蛋白是一類金屬鍵合蛋白，對(duì)于維持生命體中鐵的含量以及鐵的新陳代謝起著重要作用。根據(jù)來(lái)源不同可將其分為四類：血清運(yùn)鐵蛋白(serumtransferrin),伴清運(yùn)鐵蛋白(ovotransferrin),乳運(yùn)鐵蛋白(lactoferrin),黑素運(yùn)鐵蛋白(melanotransferrin)。運(yùn)鐵蛋白為單肽鏈糖蛋白，含680~700個(gè)氨基酸殘基，可折疊成兩個(gè)結(jié)構(gòu)相似的球形葉片，分別對(duì)應(yīng)著N端葉片(N-lobe)和C端葉片(C-lobe)。兩球形葉片由一短肽相連接。每個(gè)葉片又可分為兩個(gè)大小相似的結(jié)構(gòu)域，分別由螺旋折疊交替出現(xiàn)而形成。結(jié)構(gòu)域內(nèi)有二硫鍵。兩結(jié)構(gòu)域間存在一狹縫以結(jié)合鐵(III)。鐵傳遞蛋白的分類與結(jié)構(gòu)人乳鐵蛋白分子的三維結(jié)構(gòu)FromBrJOphthalmol2005;89:684

①與不同金屬離子的結(jié)合：在生理?xiàng)l件下，CO32-為伴陰離子時(shí)，人血清運(yùn)鐵蛋白可逆結(jié)合2個(gè)鐵離子，平衡常數(shù)為L(zhǎng)gK1=21.4,Lgk2=20.3；

研究指出，當(dāng)缺乏碳酸氫根HCO3-時(shí)，F(xiàn)eIII-Tf特征粉紅色消失，表明FeIII與Tf結(jié)合必須有陰離子存在，據(jù)此認(rèn)為,對(duì)于脫鐵鐵傳遞蛋白與Fe(III)的穩(wěn)定配位，血液中CO2是不可缺少的。Fe3++H3Tf+HCO3-

Fe-Tf-HCO3-+3H+

鐵傳遞蛋白的功能特點(diǎn)應(yīng)該指出，除鐵外，運(yùn)鐵蛋白還可與大量的其它金屬離子結(jié)合，包括過(guò)渡金屬，鑭系，錒系以及第三主族離子等。由于血液中人血清運(yùn)鐵蛋白僅有30%的金屬離子結(jié)合部位由鐵(III)占據(jù)，其余金屬離子與運(yùn)鐵蛋白的結(jié)合同樣具有重要的生物學(xué)意義。如運(yùn)鐵蛋白是Mn在血液中的主要運(yùn)載體;血液透析病人血漿中Al的主要結(jié)合蛋白；在Zn的運(yùn)輸中，運(yùn)鐵蛋白具有較白蛋白更積極的作用；Ga與運(yùn)鐵蛋白的穩(wěn)定結(jié)合可實(shí)現(xiàn)腫瘤定向化療提供新的途徑；鐵蛋白作為L(zhǎng)a系離子進(jìn)入生物體的有效載體，對(duì)稀土生物效應(yīng)的發(fā)揮起著重要作用。另外，鑭系離子特有的發(fā)光效應(yīng)使其可作為針對(duì)運(yùn)鐵蛋白進(jìn)行光譜研究。脫鐵鐵傳遞蛋白雖能結(jié)合一系列二價(jià)和三價(jià)金屬離子，但穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如與Fe3+的結(jié)合。脫鐵鐵傳遞蛋白不能結(jié)合Fe2+或結(jié)合很弱。因此在血液里脫鐵鐵傳遞蛋白與Fe3+的結(jié)合最有效。②與陰離子結(jié)合：陰離子可與運(yùn)鐵蛋白結(jié)合并發(fā)揮重要作用。根據(jù)其結(jié)合特性可分為伴陰離子和非伴陰離子。伴陰離子在專一結(jié)合位點(diǎn)發(fā)揮調(diào)節(jié)作用以促進(jìn)運(yùn)鐵蛋白金屬結(jié)合及釋放的特性是區(qū)別于普通陰離子所在。

運(yùn)鐵蛋白是唯一需要伴陰離子參與的金屬蛋白,生理?xiàng)l件下。伴陰離子應(yīng)滿足以下條件：1.一端為羧基，另一端為給電子基團(tuán)；2.適宜的立體結(jié)構(gòu)。一些陰離子雖然不能作伴陰離子，但能與運(yùn)鐵蛋白特異性結(jié)合，從而影響兩個(gè)金屬鍵合位點(diǎn)的相對(duì)穩(wěn)定性，并對(duì)金屬離子的釋放產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。一些無(wú)機(jī)陰離子與運(yùn)鐵蛋白的結(jié)合強(qiáng)度序列為：PO43->SO32->HCO3->NO3->Cl-。

③鐵傳遞蛋白構(gòu)象變化

構(gòu)象變化是運(yùn)鐵蛋白與金屬結(jié)合與釋放過(guò)程伴隨的重要特征之一。金屬結(jié)合，運(yùn)鐵蛋白金屬鍵合狹縫有開放到關(guān)閉變化；相反金屬釋放，有關(guān)閉到開放變化。誘發(fā)蛋白質(zhì)構(gòu)象變化的因素較多，其中pH,鹽橋以及第二配位層等因素比較重要。當(dāng)pH7時(shí)，釋放Fe3+；pH4時(shí)，鐵傳遞蛋白釋放出全部的Fe3+，變?yōu)槊撹F鐵傳遞蛋白。

Lactoferrin,withFeBound

withoutFeBound

Lactoferrin,withFeBoundLactoferrinwithoutFe

鐵的生物調(diào)控

對(duì)于哺乳動(dòng)物，鐵(III)被食物中的還原劑及腸絨毛細(xì)胞上的鐵(III)還原酶還原為鐵(II)，經(jīng)二價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)使鐵(II)進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞，再有多銅氧化酶將其氧化為鐵(III)后，與血液中的脫鐵運(yùn)鐵蛋白結(jié)和形成穩(wěn)定的金屬蛋白配合物，血液循環(huán)使雙鐵(III)運(yùn)鐵蛋白在運(yùn)鐵蛋白受體介導(dǎo)下經(jīng)細(xì)胞內(nèi)吞過(guò)程將鐵（III）定向地輸運(yùn)到需鐵組織細(xì)胞，有盈余時(shí)以儲(chǔ)鐵蛋白的形式儲(chǔ)存下來(lái)。顯然，脫鐵運(yùn)鐵蛋白，運(yùn)鐵蛋白受體，儲(chǔ)鐵蛋白的量對(duì)鐵的吸收與利用有非常大的影響。

Reference

錢忠明，2000年，鐵代謝---基礎(chǔ)與臨床楊頻，高飛，2002年，生物無(wú)機(jī)化學(xué)原理

RaymondKN.PNAS,100(7),3584,2003。第四節(jié)鐵硫蛋白，ironsulphurprotein鐵硫蛋白是一類含有FenSm

簇核的非血紅素鐵蛋白。所有鐵硫蛋白中的鐵都可變價(jià)，其主要功能是作為電子傳遞體參與生物體內(nèi)多種氧化還原反應(yīng)，特別是在生物氧化，固氮作用和光合作用中具有重要意義。它們都具有較低的氧化還原電位，鐵的變價(jià)是它們傳遞電子的基礎(chǔ)。根據(jù)氧化還原中心的組成和結(jié)構(gòu)，通常鐵硫蛋白分為三大類:

Fe(Cys)4Fe2S2(Cys)4Fe4S4(Cys)4

其它類型鐵硫蛋白Fe2S2(Cys)4(His)2Fe4S4(Cys)3(His)Fe4S4(Cys)3(Asp)Fe3S3(Cys)3Fe8S6(Cys)6Fe(Cys)4:紅氧還蛋白(rubredoxin,Rd)由于這類蛋白呈紅色故稱為紅氧還蛋白。分子量小，含50-60個(gè)氨基酸殘基。每個(gè)分子含1個(gè)Fe，F(xiàn)e與四個(gè)半胱氨酸的硫配位，呈畸變四面體構(gòu)型；近似為D2d對(duì)稱。Fe-S平均鍵長(zhǎng)2.29?。CrystalofperdeuteratedPyrococcusfuriosusrubredoxin

EPR:氧化態(tài)Rd含高自旋Fe3+,4.39(<20k),S=5/2；還原態(tài)Rd含高自旋Fe2+，S=2,EPR:silentRd的電子吸收光譜：氧化態(tài)和還原態(tài)有很大差別，還原態(tài)在可見(jiàn)區(qū)幾乎沒(méi)有吸收。氧化態(tài)的紅色來(lái)自490nm處的一個(gè)S→

Fe電荷轉(zhuǎn)移峰。在pH為7時(shí)紅氧還蛋白氧化還原電位處于-50~+50mV。

Fe2S2(Cys)4:植物型鐵氧還蛋白(ferredoxin，F(xiàn)d)一類非酶蛋白質(zhì),廣泛分布于細(xì)菌、藻類、高等植物中。大部分來(lái)自植物的葉綠體，并參與光合作用，因此稱為植物型鐵氧還蛋白。還有一些來(lái)自細(xì)菌和動(dòng)物。單電子傳遞體，E0’:280～490mV，較易還原。Fd的單晶很難制備，初期無(wú)法用X射線測(cè)定其結(jié)構(gòu)，只能通過(guò)模型化合物和光譜技術(shù)預(yù)測(cè)其活性中心的結(jié)構(gòu)。1966年Gibson提出雙核簇合物結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)為還原態(tài)時(shí)，一個(gè)為HS,Fe2+(S=2)，另一個(gè)為HS，F(xiàn)e3+(S=5/2),兩者通過(guò)硫橋?qū)崿F(xiàn)反鐵磁性偶合，使電子自旋S=1/2；氧化態(tài)時(shí)兩個(gè)HS，F(xiàn)e3+總自旋S=0。1978年，測(cè)定了螺旋桿菌Fd的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)果與Gibson模型一致。Fe4S4(Cys)4蛋白高電位鐵硫蛋白和細(xì)菌型氧還蛋白Fe4S4簇是生命體系中最常見(jiàn)的鐵硫原子簇類型；其基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)變形的立方體；Fe-Fe和S-S間距約為2.75?和3.55?；高電位鐵硫蛋白的氧化還原電位高達(dá)+350mV；細(xì)菌型鐵硫蛋白氧還電位-400mV左右。Fe4S4(Cys)4蛋白高電位鐵硫蛋白和細(xì)菌型氧還蛋白高電位鐵硫蛋白o(hù)r細(xì)菌型氧還蛋白值得注意的是，高電位鐵硫蛋白和細(xì)菌型鐵硫蛋白具有相同的活性中心，但氧還電位相差750mV。還原態(tài)高電位鐵硫蛋白和氧化態(tài)細(xì)菌型的電子吸收光譜十分相似；結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)還顯示，高電位鐵硫蛋白的氧化態(tài)和還原態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)有差異，而高電位鐵硫蛋白的還原態(tài)與細(xì)菌型鐵氧還蛋白氧化態(tài)的結(jié)構(gòu)參數(shù)很接近。NMR研究證實(shí),這兩類蛋白質(zhì)的氧化態(tài)和還原態(tài)都有Fe2+

和Fe3+;結(jié)論:高電位鐵硫蛋白的還原態(tài)相當(dāng)于細(xì)菌型鐵氧還蛋白的氧化態(tài)。1972年,C.W.Carter提出三種氧化態(tài)假說(shuō)：現(xiàn)已證實(shí)，還原態(tài)高電位鐵硫蛋白和氧化態(tài)細(xì)菌型鐵氧還蛋白的鐵硫中心是等電子體，4個(gè)Fe的價(jià)態(tài)是2Fe3++2Fe2+；氧化態(tài)高電位鐵硫蛋白是3Fe3++Fe2+；還原態(tài)細(xì)菌型鐵氧還蛋白是Fe3++3Fe2+。鐵硫蛋白模型物的研究TheresearchactivitiesofRichardH.Holmandhisco-workersencompasssynthetic,structural,andreactivityaspectsoftransitionelementchemistry.Syntheticendeavorsaredirectedtowardtheattainmentofnewclassesofcompounds,manyofwhicharerelatedtometal-containingunitsinproteinsandenzymes.

作為一個(gè)好的模型化合物，不僅活性中心的結(jié)構(gòu)相似，必須具有與天然蛋白相似的氧化還原電位，以便實(shí)現(xiàn)其電子傳遞功能。紅氧還蛋白在水溶液中的氧化還原電位在0V左右；但是已報(bào)到的模型化合物的氧化還原電位均向負(fù)方向移動(dòng)很多，與天然蛋白相差較大，而且在水和空氣中不穩(wěn)定；選用人工合成的含半胱氨酸的肽鏈代替簡(jiǎn)單的烷基或芳基硫醇作配體，使FeII的配合物顯示向正方向移動(dòng)氧化還原電位,結(jié)果表明是有效的。Fe(Cys)4

模擬物1.[FeII(Z-Cys(a)-Pro-Leu-Cys(b)-OMe)2]2-(-0.54Vv.s.SCEinCH3CN)2.[FeII(Z-Cys(a)-Pro-Leu-Cys(b)-Gly-Val-OMe)2]2-(-0.46Vv.s.SCEinCH3CN)Fe2S2(Cys)4

模擬物[Fe2S2(Ac-Pro-Tyr-Ser-Cys-Arg-Ala-Gly-Ala-Cys-Ser-Thr-Cys-Ala-Gly-Pro-Leu-Leu-Thr-Cys-Val-NH2)]2-由于配位方向不同生成兩種幾何異構(gòu)體，在DMF中的氧化還原電位分別是:-0.64V;-0.96V(v.s.SCE,inDMF)其中之一與天然蛋白的氧還電位基本一致。Asyntheticanaloguefortheactivesiteofplant-typeferredoxin:twodifferentcoordinationisomersbyafour-cys-containing[20]-peptide.Biopolymers，

1992，32，1535-44.

Fe4S4

模擬物在天然蛋白中[Fe4S4]+,[Fe4S4]2+,[Fe4S4]3+

這三種狀態(tài)都能穩(wěn)定存在。[Fe4S4]0

曾在固氮酶鐵蛋白中發(fā)現(xiàn)過(guò)，而其穩(wěn)定狀態(tài)已分離出來(lái)。在合成的模型化合物中，[Fe4S4]0,[Fe4S4]+,[Fe4S4]3+三種狀態(tài)都很不穩(wěn)定，所以研究最多的是[Fe4S4]2+

[Na(THF)][Fe4S4(SDmp)4]

PNAS,2011,31,12635-12640.第六章銅蛋白(cuprotein)銅是生命的必需的微量元素，在生物體內(nèi)的含量?jī)H次于鐵和鋅，在過(guò)渡金屬中居第三位;銅參與人體內(nèi)許多重要的代謝過(guò)程和生理作用;現(xiàn)在了解的比較多的含銅蛋白約40多種，還有20來(lái)種知之甚少；銅蛋白有多種生理功能，如載氧，儲(chǔ)存銅，傳遞電子，作為氧化酶等；許多銅蛋白因具有美麗的藍(lán)色而被稱為藍(lán)銅蛋白（bluecopperprotein），不顯藍(lán)色的稱為非藍(lán)銅蛋白。根據(jù)銅蛋白和銅酶吸收光譜性質(zhì)的不同，一般將銅蛋白和銅酶所含的銅分為三種類型：I型，II型和III型?；仡櫍杭?xì)胞色素C氧化酶；血藍(lán)蛋白；PMMo

某些銅蛋白的性質(zhì)銅蛋白相對(duì)分子質(zhì)量含銅原子數(shù)功能來(lái)源I型II型III型質(zhì)體藍(lán)素105001傳遞電子植物、細(xì)菌天藍(lán)素140001傳遞電子細(xì)菌星藍(lán)素200001傳遞電子漆樹半乳糖氧化酶680001醇，半乳糖氧化細(xì)菌超氧化物歧化酶320002O2-歧化紅血球血藍(lán)蛋白（5～8）×1042載氧節(jié)肢動(dòng)物血漿藍(lán)銅蛋白134000224銅輸送鐵氧化血清漆酶11000064000112二酚、二胺氧化漆樹、真菌抗壞血酸氧化酶140000314抗壞血酸氧化植物、細(xì)菌細(xì)胞色素c氧化酶13000011細(xì)胞色素c氧化線粒體銅蛋白的三種類型TypeI，四面體質(zhì)體藍(lán)素（plastocyanin）；

600nm附近有強(qiáng)吸收峰；A

值較小TypeII，四方錐銅鋅超氧化物歧化酶；A

值較大TypeIII血藍(lán)蛋白質(zhì)體藍(lán)素（plastocyanin）Cu：2個(gè)His，Cys和Met畸變四面體構(gòu)型硬的氮和軟的硫兼顧C(jī)uI和CuII的要求質(zhì)體藍(lán)素是光合作用過(guò)程中的一種電子傳遞體TypeI

Azurin阿祖林aweaklyboundglutamineoxygen

Cu2++e-

=

Cu+超氧化物歧化酶，SOD氧化物歧化酶（Superoxidedismutase，SOD）是一種能夠催化超氧化物通過(guò)歧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氧氣和過(guò)氧化氫的酶。SOD廣泛存在于各類動(dòng)物、植物、微生物中，是一種重要的抗氧化劑，保護(hù)暴露于氧氣中的細(xì)胞。

在氧分子的生物代謝過(guò)程中，作為不完全代謝產(chǎn)物，首先得到超氧自由基陰離子，接著再接受電子變?yōu)檫^(guò)氧陰離子，它們都是高活性的有毒物種，有必要及時(shí)有效地清除它們。生物體系通過(guò)進(jìn)化已經(jīng)形成自己的防御體系，H2O2可以用過(guò)氧化氫酶，過(guò)氧化物酶除去，O2-用超氧化物歧化酶有效地除去，從而起到有效保護(hù)生物體的作用。天然存在的超氧化物歧化酶有四種：

CuZnSOD,FeSOD,MnSOD,Ni-SOD

酵母CuZn-SOD結(jié)構(gòu)

人類線粒體MnSOD結(jié)構(gòu)

NiSOD結(jié)構(gòu)在人體中，超氧化物歧化酶含有三類：SOD1定位于細(xì)胞質(zhì)中；SOD2