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生物氧化还原反应中

金属蛋白和金属酶第五章1/1072除了厌氧生物以外，一切生物都需要氧，所以，氧化还原反应是生物体内主要反应。但氧化还原反应并不但仅局限于生物体呼吸作用。光合作用，固氮作用以及生物体内许多代谢过程都包括到氧化还原反应。本章介绍生物氧化还原反应过程中部分金属蛋白与金属酶。2/1073本章主要内容第一节生物体氧化还原反应第二节血红素蛋白

第三节铁蛋白（贮铁）与铁传递蛋白（运输铁）第四节铁硫蛋白

第五节铜蛋白第六节维生素B12和B12辅酶第七节钼酶—氧化还原酶3/1074第一节生物体氧化还原反应一、分子氧及其活化依据分子轨道法。氧分子轨道由两个氧原子轨道组成：O2[KK（σ2S）2（σ2S*）2（σ2Px）2（∏2Py）2（∏2Pz）2（∏2Py*）1（∏2Pz*）1]4/1075若在反键轨道上加入一个电子，则能够成为超氧离子O2-；若在反键轨道上加入两个电子，则能够成为过氧离子O22-；若氧分子失去一个电子，则能够成为双氧阳离子O2+。

O2-和O22-键能比O2低，表明他们

O-O

键能减弱了，故可把O2-和O22-看为双氧两种活化态。5/1076大气中氧活性较差，铁在空气中迟缓氧化。木材，碳不会自燃，而一旦燃烧，非常快速发生氧化反应，表明氧是一个强氧化剂，只是需在一定温度下进行。（电极电势差EO2/H2O=1.23V，O2为强氧化剂，在热力学上，有利于氧化生成CO2和H2O，不过实际上它同大多数底物在室温气相或均相溶液反应进行得很慢，这是因为动力学上原因）。

O2+H++e￫HO2E=-0.32V6/1077在生命体内，氧含有高度活性，这是因为存在过渡金属配合物催化剂原因。有些人认为，这是因为O2分子和被氧化物均可和金属离子反应形成三元配合物O2-M-E，其中氧分子与过渡金属M形成一个σ键，还可能形成d-p∏*（反馈∏键），底物E若有对称适当轨道，就可和金属d轨道成键，形成O2-M-E一个扩展分子轨道，使电子能顺利地从底物转移到氧分子，实现氧化还原反应。

7/1078分子氧与过渡金属能够以侧基配位，端基配位和端基角向配位。以侧基配位时，分子氧∏*轨道简并经过配体场作用而消除，这将有利于消除自旋守恒对反应限制，使电子轻易成对地转移到分子氧反键轨道。假如中心金属能程度不一样地把电子转移给O2，则配位双氧可变为超氧型或过氧型配体，O2就被不一样程度地活化了。8/1079这种活化方式不消耗外部能量，但配体反应能力却大大加强。当然不是任何过渡金属都能够使分子氧活化。实际上只有少数过渡金属配合物能够完全与分子氧键合，这取决于金属和配体性质。9/10710二、生物氧化还原作用类型生物体氧化还原作用主要有三大类型:

(1)以氧作为末端电子受体电子传递过程：10/10711SH2和S

为底物还原态和氧化态，Cired和Ciox代表一系列传递电子物质还原态和氧化态，这类反应特点是在末端以前氧化还原反应是一系列电子传递链，末端由O2接收电子生成水。

相当于反应:2SH2+O22S+2H2O11/10712(2)两类脱氢反应:

SH2+1/2O2S+H2O

SH2+O2S+H2O2

实际上这两个反应要经过一个或多个中间氢载体，并以氧作为末端氢受体体系来进行，实际上也是一条电子传递链。12/10713AiH2和Ai(I=1,2,3,….,n)分别表示氢载体还原态和氧化态。13/10714(3)底物与氧分子氧原子结合这类氧化还原反应往往要对应加氧酶参加。总之，脱氢过程中脱去一个氢原子（即一个质子和一个电子），加氧反应常伴有氧分子接收质子和电子而被还原为水。生物氧化主要方式是脱氢作用，在依靠氧气生存生物体内，从代谢物脱下氢经过呼吸链逐步传递最终被分子氧接收并生成水。14/10715三、氧化还原酶分类及其催化反应

氧化还原酶是六大酶之一，它们大部分与金属离子相关。这类酶在生物体内氧化还原产生能量、解毒及一些生理活性物质形成过程中起主要作用，氧化还原酶习惯上分为四类。15/107161.脱氢酶[辅酶：NAD、NADP，这些酶受氢或提供氢]

脱氢酶S+AH2

A为受氢体，SH2和S为底物还原型和氧化型。大部分脱氢酶需要辅酶，即为结合酶。脱氢酶辅酶主要为NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）或NADP（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸），少数为FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）或黄素单核苷酸（FMN）。SH2+A

16/10717

这些辅酶起供氢或受氢作用，比如含锌L-苹果酸脱氢酶可催化苹果酸脱氢反应：

苹果酸脱氢酶L-苹果酸

草酰乙酸17/10718很多脱氢酶均含金属离子——金属酶，如谷氨酸脱氢酶，乳酸脱氢酶均为锌酶，黄嘌呤脱氢酶为钼—铁酶。18/107192.氧化酶当脱氢酶氢受体是分子氧时，称为氧化酶，氧化酶催化两类反应。

SH2+O2S+H2O2这类酶催化产物为H2O2，另一类酶催化产物为H2O。SH2+1/2O2

S

+H2O19/107203.过氧化物酶

过氧化物酶催化以H2O2为氧化剂氧化还原反应。

SH2+H2O2S+2H2O过氧化氢酶催化H2O2

歧化反应。

2H2O2O2+2H2O过氧化物酶

过氧化氢酶

20/107214.加氧酶加氧酶催化氧分子氧原子直接加合到有机物分子中，分为双加氧酶和单加氧酶。

双加氧酶:SH2+O2SO2H2

双加氧酶

顺，顺—己二烯二酸

21/10722单加氧酶，又称羟化酶。R3C—H+O2+AH2

R3C—OH+A+H2O

肝微粒体单加氧酶

NADPH为还原态烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,肝微粒体单加氧酶为一与细胞色素p450相关单加氧酶，p450（存在于肝脏浓度最高）为血红素辅基酶蛋白。22/10723四、呼吸链与电子传递体

1.呼吸链生物体各种运动均需要能量，这种能量起源于糖、脂肪、蛋白质等有机物在体内氧化。这些有机物在活细胞内氧化分解，产生CO2和H2O并放出能量作用称为生物氧化。23/10724有机物在生物体内生物氧化与在体外化学氧化产物和能量改变相同，即产物均为CO2和H2O，并释放出相等能量，不一样是，生物氧化是在活细胞内由酶催化，经一系列化学反应（分步反应）逐步氧化，分次放出能量，这些能量主要以三磷酸腺苷（ATP）等高能化合物形式储存起来，供需要时使用。故ATP是生物体能量“储存库”和“转运站”。24/10725在生物氧化过程中，糖、脂、氨基酸等代谢物首先经过以NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）等为辅酶脱氢酶催化脱氢，脱出氢经一个或多个递氢体沿一定方向传递，当氢和电子被传到细胞色素b时，H+留在溶液中，电子则继续经过细胞色素体系和细胞色素氧化酶传递到氧分子，使分子氧激活产生O22-，再与H+结合生成H2O，在氧与电子传递过程中，有三处放出能量，这些能量经过氧化磷酸化作用产生ATP，这个体系称为电子传递体系或呼吸链。25/10726SH2S+NADHH+O22-

NAD脱氢酶

细胞色素b

e

O2氧化酶

4H++O22-=2H2O+Q

产生能用于ATP形成（储能）ADPATP26/10727

2、电子传递体(各种)

在呼吸链中，有一类称为电子传递体物质，它们经过本身氧化还原作用传递氢和电子，把呼吸链起始脱氢酶和末端氧化酶连接起来。主要包含黄素蛋白、细胞色素、铁硫蛋白和一些脂溶性维生素。

生物电子传递通常为长程传递，长度约10埃27/10728(1)黄素蛋白含黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）或黄素单核苷酸（FMN）辅基，黄素蛋白有是脱氢酶，有是氧化酶，还有为电子传递体。(2)细胞色素是含铁卟啉辅基蛋白，其主要功效是传递电子。在一些情况下，还含有氧化酶或加氧酶功效。细胞色素种类很多，从高等植物中最少能够分离出5类，即细胞色素b、c1、c、a和a3。28/107(3)铁硫蛋白包含一个或多个Fe—S簇，主要功效是传递电子。(4)脂溶性维生素中，最主要电子传递体是富酶Q，它经过结构可逆改变传递电子。29/10730

第二节细胞色素铁蛋白可分为血红素蛋白和非血红素蛋白。血红蛋白和肌红蛋白都含有血红素辅基（铁（Ⅱ）卟啉），人体中70%铁以血红蛋白形式存在，第四章介绍了作为输送、贮存氧血红蛋白和肌红蛋白（结合蛋白）本节介绍在生物氧化还原过程中作为酶或电子传递体一些血红素蛋白。30/10731血红素辅基（铁（Ⅱ）卟啉）31/10732一、细胞色素

细胞色素（Cytochrome）即细胞中显色分子有a，b和c三大类，依据其还原型光谱最大吸收峰位置来分类，还原态有3个吸收峰，分别为α、β、γ谱带，其中α谱带从细胞色素a（570nm）、b(555-560nm)到c(548-560nm)变短。波长长短与卟啉环侧链不一样取代基相关32/107血红素a、b、c辅基结构3333/10734细胞色素广泛存在于细菌、酵母、植物、无脊椎动物、脊椎动物和人组织中，动物中主要存在于心脏及其它活跃运动肌中，如鸟类和昆虫翱翔肌中较高。细胞色素是一类血红素蛋白，其基本功效是经过分子中血红素铁价态可逆改变在生物体内起电子及氢传递作用。当前从已知细胞色素有50余种。不一样细胞色素含有不一样性能。34/107351.细胞色素c细胞色素c分子较小，易于结晶，其组成和结构已研究清楚。细胞色素c：血红素c+对应蛋白组成。血红素c以共价键与蛋白链中Cys相联(α谱带最大吸收在548~560nm)（上）血红素c结构图。（左）细胞色素c血红素与肽链结合示意图35/10736人们研究了从小麦到人类共50各种不一样生物起源细胞色素c一级结构（氨基酸数目及排列次序），发觉不一样生物，肽链组成是不一样，且生物亲缘越远，差异越大。如人与猩猩细胞色素c分子，各有104个氨基酸残基，这些氨基酸残基种类及排列次序大致相同，但人与马相比，氨基酸残基种类就有12处不一样。36/10737共同点：尽管不一样生物细胞色素各不相同，但各个生物100多个氨基酸残基（肽链~蛋白链）中，有35个氨基酸残基是各种生物共有；另外，每条肽链含铁卟啉，铁卟啉周围配体及其传递电子功效也是相同。

37/10738以马心细胞色素c为例说明细胞色素c空间结构和电子传递过程，马心细胞色素c相对分子量是13500，有一条104个氨基酸残基肽链包围着血红素C辅基（铁卟啉），血红素辅基位于洞穴内。38/107马心细胞色素c结构图从蛋白链结构分析得知，血红素位于疏水空腔中，与外界连接有两个疏水孔道（水不能进入而电子能够自由通行）。这两个通道可能分别连接细胞色素c还原酶和氧化酶39/107细胞色素c与肌红蛋白结构上差异1、辅基不一样肌红蛋白辅基为血红素b，6，7位丙酸基处于疏水袋外2、中心离子配位数不一样血红素c为饱和六配位，而肌红蛋白为五配位3、中心离子自旋状态不一样血红素c在还原态和氧化态下都是低自旋，而肌红蛋白还原态下为高自旋，氧化态下才是低自旋40/10741二．细胞色素p450（简称p450

)属一类b族细胞色素，用p450表示，以别于其它b族细胞色素（血红蛋白、肌红蛋白）药品、农药、工业污染物等经过呼吸，口及皮肤进入人和动物体内，动物体经过消化道排除大部分污染物，经过尿液排出大部分水溶性污染及毒素。但脂溶性物都极难由以上两路径排出，人体肝脏填补了这一缺点，肝脏有很强解毒功效，它主要经过肝脏中p450混合功效氧化酶系统发挥作用。41/10742P450是一个特殊血红素蛋白，它还原型（Fe（II））与CO结合在450nm处有最大吸收峰，因而命名为细胞色素p450，实质上，p450是一类含有不一样分子量不一样性能血红素蛋白。42/107431.P450功效P450广泛存在于动物、植物及微生物体内，以致被称为自然界中无处不在酶，它参加许多代谢过程，人体肝、肾、脑及皮肤中浓度最高，当前所知，p450在动物体中（哺乳动物）能够催化近300种各种脂溶性化合物进行氧化还原反应、羟化、环氧化等，各种脂溶性化合物经p450催化氧化还原后，变为水溶性化合物，经肾脏、尿液排出体外——解毒作用，这是有利首先；但另首先，有些化合物经p450催化氧化还原反应后，毒性反而更高，如黄曲霉素、亚硝胺、致癌物3，4—苯并芘等，毒性不大，但催化氧化还原后，毒性大大增加。43/107442.两类含p450单加氧酶体系由传递电子链不一样将p450分二类。A、2H++O2+S+2eH2O+SO

NAD（P）H+H+

NAD（P）++2H++2e烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸

产生2电子经NAD（P）、黄素蛋白还原酶FAD、还原蛋白中铁硫中心Fe2S2，把电子传到p450血红素活性中心，p450血红素催化上述反应。44/10745B、

2H++O2+S+2eH2O+SO

单加氧

NAD（P）H+H+

NAD（P）++2H++2e

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸

产生2个电子经更复杂黄素蛋白还原酶（黄素腺嘌呤二核苷酸FAD、黄素单核苷酸FMN），把电子转移到p450血红素中，p450催化上述氧化还原反应发生。

45/107463.P450结构

一类M分子量不一样，生化免疫特征不一样，催化能力不一样血红素蛋白总称细胞色素p450（特殊血红素蛋白、催化近300种脂溶性化合物进行氧化还原反应）是一类含有不一样分子量、不一样生化和免疫特征及不一样催化能力血红素蛋白总称。半胱氨酸：α氨基—β—硫基丙酸46/10747大多数p450相对分子质量为50000，含氨基酸残基400多，每一条蛋白链都与一个血红素（卟啉铁）相连，平面四个氮原子与Fe（Ⅱ）配位，第5配位原子是蛋白质链上半胱氨酸残基硫，不一样p450，第5配位蛋白链半胱氨酸硫位置不一样，第6配表达仍未确定。已测定各种p450结构，本书列出三种p450结构，即单胞菌莰酮—5—外羟化酶p450（p450cam），兔肝p450

LM2和鼠肝p450一些结构特征见表5—347/10748

表5-3三种p450一些结构特征P450类型相对分子质量氨基酸残基数轴向配体半胱氨酸位置P450cam46200412357P450LM253100466436P450b5590049143848/107494.双氧活化和底物羟化作用有机物与氧反应，需高温，在生物体内，因为有p450酶催化，可使氧分子活化，现人们普遍认为在生物体内发生以下反应：

49/10750

P96

图5-9

总反应：(1).高自旋p450（Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）氧化/还原态）与底物RH结合形成低自旋RHFe（Ⅲ）。在静止状态，高自旋与低自旋p450处于平衡态

:HiFe（Ⅲ）t2g3eg2t2g5eg0low

Fe（Ⅱ）t2g4eg2t2g6eg0

低自旋p450第6配位可能是含—OH基团（如氨基酸中OH），而高自旋态p450中，只有第5配位为半胱氨酸硫，第6配位空着，这时铁高出卟啉环平面，高自旋p450与底物RH结合。50/10751(2).NAD（P）H—P450（烟酰胺腺）还原酶使NAD（P）H电子转移至p450血红素铁卟啉，使Fe3+还原为Fe2+。(3).分子氧结合到p450上，形成三元配合物(Fe2+为中心，卟啉N（4个），半胱氨酸s及分子氧)。(4).第二个电子离开NAD（P）H还原酶，形成不稳定过氧化物[Fe—O—O]。(5).过氧化物与H+结合，形成H2O和配合物RH（Fe—O）。(6).ROH脱出后，又形成了氧化型p450，使循环闭合。51/107细胞色素p450可能催化羟化过程5252/107底物分子SH羟基化反应可能过程5353/107545.P450模拟研究

p450M~50000,氨基酸残基400多，每条蛋白链与一个血红素辅基相连，平面四个N原子配位，第5配位为半胱氨酸s，第6配位未确定。P450含有室温催化氧化，但天然p450结构复杂。石油化工生产中，由烷烃、芳烃和烯烃氧化制取，环氧化物及酯需复杂和苛刻工艺，p450含有高效专一催化各种有机物和分子应，因p450不易制取，人们提出了各种模拟体系，主要有三种组分：催化剂、氧化剂和添加剂。54/10755P450含血红素b辅基，血红素辅基与金属卟啉结构相近，很多人研究含铁卟啉体系；自证实p450活性中心含硫基配位后，许多模拟改用卟啉加硫醇体系，来进行有机分子常温氧化，均取得成效。血红素b55/10756三、过氧化物酶和过氧化氢酶

多数以血红素辅基（铁卟啉）酶，蛋白为糖蛋白1.过氧化物酶催化反应SH2+H2O2S+2H2O

过氧化物酶

56/10757过氧化物酶普遍存在于动植物中，表5-5（5—7）列出了几个过氧化物酶一些性质，催化反应：

SH2+H2O2S+2H2O

从组成看，均为结合酶，{全酶=酶蛋白+辅助因子，辅助因子有辅基（与蛋白结合牢）和辅酶（与蛋白结合不牢）}。多数过氧化物酶辅基为血红素（铁（Ⅲ）卟啉），酶蛋白多为糖蛋白，而卟啉铁（Ⅲ）为近平面，轴向第5配体为组氨酸咪唑氮原子，第6配位可能为H2O。57/10758位于配位中心Fe（Ⅲ）也有高自旋与低自旋之分，如从植物中分离纯化过氧化物酶（高铁血红素辅基）在低PH值时为高自旋，高PH值时为低自旋。Fe（Ⅲ）t2g5eg0Fe（Ⅲ）t2g3eg2

PH下降

PH升高~11

58/10759细胞色素c过氧化物酶催化H2O2分解为H2O。

2（cyt.c）Fe（Ⅱ）+H2O2

2（cyt.c）Fe（Ⅲ）+2H2O

注：Ccp：细胞色素过氧化酶：为细胞色素a和a3复合体辅基为血红素a（比较血红素b和血红素C）p92~93（大本）

Ccp

H+

59/10760而氯过氧化物酶（ClP）催化Cl-

氧化为ClO-

ClPCl-+H2O2

ClO-+H2O60/10761对大多数组织来说，H2O2有害，H2O2可氧化含巯基酶或蛋白质，使之失去活力，将体内不饱和脂肪酸氧化为过氧化物，会产生疾病，如发生溶血症等，过氧化物酶催化H2O2转化为H2O，从而消除了毒性。61/107622.过氧化氢酶过氧化氢酶活性不及过氧化物酶，但它催化H2O2H2O+O2是高效，过氧化氢酶为结合蛋白，由高铁血红素辅基和对应蛋白组成，相对分子量24000，每个分子含4个亚基，每一个亚基含一个高自旋正铁血红素铁（Ⅲ）轴向配体可能是氨基酸和H2O。62/10763第三节铁蛋白（贮铁）与铁传递蛋白（运输铁）为非血红素铁蛋白，不含血红素辅基，但含铁，在这一类蛋白质中，铁有各种存在形式，按生理功效不一样，将非血红素铁蛋白分成以下几类：（四类）63/10764表5—6一些非血红素蛋白生理功效非血红素铁蛋白生理功效起源铁蛋白铁传递蛋白卵清铁传递蛋白乳铁传递蛋白

贮存、输送铁动物组织血清卵清乳红氧还蛋白铁氧还蛋白肾上腺皮质铁氧还蛋白

传递电子细菌叶绿体、细菌肾上腺皮质蚯蚓血红蛋白

载氧蚯蚓、星虫顺乌头酸酶邻苯二酚双加氧酶氢酶

催化动植物细菌细菌、藻类64/10765一、铁蛋白主要存在与动物脾脏、肝脏和骨髓中，在植物叶绿体及一些细菌中也发觉有铁蛋白。主要功效为贮存铁。铁蛋白以Fe（Ⅲ）离子微团为关键，微团组织成份大致是[（FeOOH）8（FeO•PO3H2）]微团中有~4000个铁离子，外围被24个相同亚单位组成脱铁铁蛋白包围着。

65/10766铁贮存：Fe2+-eFe3+

nFe3++脱铁铁蛋白铁蛋白

铁释放：铁蛋白+ne

脱铁铁蛋白+nFe2+

[O]

66/10767二.铁传递蛋白

存在：动物体和细胞中；功效：运输Fe（Ⅲ）；组成：金属糖蛋白；1945年首次在人血清中发觉。67/10768

存在：主要血清中。铁传递蛋白为金属糖蛋白，不一样动物铁传递蛋白，其氨基酸组成和糖含量不一样。相对分子量是67000~74000，人血清铁传递蛋白是由一条含676个氨基酸残基肽链和两条相同糖支链组成，主要功效是运输铁（Ⅲ）离子。68/10769铁传递蛋白生理功效：主要是在体内运输Fe3+

离子，铁传递蛋白存在两个结构域，（~600—700氨基酸残基，M~7万，2个相同糖支链），各有一个结合金属部位，分别称为A位和B位，A位结合铁主要运输到骨髓和胎盘，B位结合铁主要运输到肝细胞、小肠粘摸和其它组织细胞。69/10770食物和饮料中铁主要以Fe3+形式存在，需要在胃肠道内还原为Fe2+才能被十二指肠及空肠上段粘膜细胞吸收。一部分从小肠进入血液Fe2+，经铜蓝蛋白催化，转变为Fe3+，在CO2存在下与脱铁蛋白结合，然后随血液运输到骨髓细胞中，用于血红蛋白合成，有些被送到各组织细胞中用于合成酶；其余被运输到肝、脾脏贮存起来。70/10771Fe（Ⅲ）

Fe（Ⅱ）

血液

Fe（Ⅲ）

Fe（Ⅲ）+脱铁蛋白

小肠、胃中

还原

十二指肠

等粘摸

[O]

CO2脱铁蛋白

（铁传递蛋白）

{

A部位B部位骨髓细胞（用于血红蛋白合成），或各组织用于合成酶肝脾脏（贮存Fe（Ⅲ））

71/10772第四节铁硫蛋白

传递电子，参加生物体内各种氧化还原反应为一类含Fe—S发色团非血红素铁蛋白，利用铁可变价，进行电子传递作用。依据氧化还原反应中心组成和结构，铁硫蛋白可分为三大类：1.Fe(Cys)4

蛋白；2.Fe2S*2(Cys)4

蛋白；3.Fe4S*4(Cys)4

蛋白.(Cys-半胱氨酸)72/107731.Fe(Cys)4蛋白—红氧还蛋白以Fe(Cys)4为中心蛋白呈红色，故称红氧还蛋白，主要存在于细菌中，分子量并不高：~6000，普通只含50~60个氨基酸残基，在肽链中，4个半胱氨酸硫基硫配位。73/10774图5—11为红氧还蛋白（产生小球菌）结构示意图。4个半胱氨酸s与Fe配位Cys6，9，38和41位s，第6，9，38和41位半胱氨酸硫基硫与Fe（Ⅲ）配位功效：传递电子。

图5—11为红氧还蛋白

图5-12植物型铁氧还蛋白结构示意图74/107752.Fe2S*2(cys)4蛋白—植物型铁氧还蛋白Fe2S*2(cys)4起源于植物叶绿体，参加光合作用，故称为植物型铁氧还蛋白，S*表示无机S成活性S，肽链上只有5个半胱氨酸巯基硫与铁配位（Cys：18，39，44，47，77）无机S作为掺连S原子。植物型铁氧还蛋白氨基酸残基有9个，其中有5个Cys，分别位于18，39，44，47，77，均用S与Fe配位。75/10776三、Fe4S*4(cys)4蛋白—高电位铁硫蛋白和细菌型铁氧还蛋白该类铁硫蛋白以Fe4S*4(cys)4为活性中心，起源不一样，含活性中心数可能不一样。如：从酒色着色菌分离出铁硫蛋白含1个Fe4S*4(cys)4活性中心，4个Fe和4个S*交替连接成立方烷结构，每一个Fe与一个cys连结（巯基）产生于小球菌铁氧还蛋白分子含有二个Fe4S*4(cys)4活性中心，二者相距1.2nm，作用为传递电子。酒色着色菌活性中心结构见图5-14；产生于小球菌铁氧还蛋白活性中心见图5-15

76/10777第五节铜蛋白铜蛋白生理功效：载氧~血蓝蛋白，传递电子，贮存铜，作为氧化酶。人体各组织正常代谢都需要铜，肝、脑、心、肾和脾中含铜高。铜以配合物形式存在。胆和胆汁是过量铜排出渠道和介质。77/10778铜蛋白有三种类型，即Ⅰ型铜、Ⅱ型铜和Ⅲ型铜。它们光谱特征和磁学性质不一样。78/10779含Ⅰ型铜铜蛋白在可见光600nm处有吸收峰，本身显蓝色，这可能是L→M荷移光谱，Ⅰ型铜是顺磁性，Ⅰ型铜处于畸变四面体配位环境中，有较高氧化还原电位。Ⅱ型铜对吸收光谱没有显著作用，也是顺磁性，靠近四方锥构型。Ⅲ型铜是反磁性，早期认为铜处于一价状态，现有认为，成正确Cu(Ⅱ)-Cu(Ⅱ)因为强烈自旋-自旋相互作用而不产生EPR（电子顺磁共振）讯号。

79/10780有些铜蛋白只含一个类型铜如质体蓝素—Ⅰ型铜蛋白，牛超氧化物歧化酶—Ⅱ型铜蛋白；有些铜蛋白则含两种或三种类型铜，如漆酶—含Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型铜铜蛋白。80/10781第六节

维生素B12和B12辅酶维生素B12是主要含钴生物化合物，是天然存在最复杂配位化合物之一。存在于动物体及细菌中，动物体内维生素B12是从食物中来，另外肠道细菌也可合成vitaminB12，人和动物本身不能合成维生素B12，维生素B12治疗恶性贫血有效。1948年分离出它氰化配合物，经结构测定，其组成和结构已较清楚。81/10782一．维生素B12及其衍生物结构维生素B12结构如图5—21，它是含咕啉环配体钴（Ⅲ）配合物，咕啉有4个吡咯环，吡咯环间由三个亚甲基CH2—和一个α—碳原子直接连结。82/10783配位于低自旋钴（Ⅲ）（3d6t2g6eg0）4个吡咯氮原子几乎在同一平面上；第5位配体位于咕啉环平面下方是核苷酸苯并咪唑氮；第6位配体可变，用x表示。凡第5位配位配体为二甲基苯并咪唑核苷酸者统称为钴胺素（cobalamins）。如第6位配体是CN-，称氰钴胺素，即维生素B12，第6配体为H2O，称水合钴胺素或B12a或H2O—B12，若第6配体为甲基，得到B12甲基衍生物甲基钴胺素Me—B12，第6位为腺嘌呤核苷酸，称为腺苷钴胺素（Ado—B12），它是一个活性很高辅酶，又称为辅酶B12。

83/10784维生素B12结构84/10785甲基钴胺素和腺苷钴胺素都有Co—C键，是自然界中罕见有机金属化合物。哺乳动物肝脏中维生素B12近80%以辅酶形式存在，维生素B12在体内功效为经过辅酶B12参加碳代谢作用，促进核酸和蛋白质合成，叶酸储存，硫醇活化，骨磷脂形成，促进红细胞发育与成熟。85/10786二、钴胺素性质与功效1.钴胺素氧化还原作用

上述钴胺素都是反磁性物质，含有低自旋d6构型，Co氧化态为+3，在适当条件下，Co（Ⅲ）能够还原为Co（Ⅱ）或Co（Ⅰ）。如用弱还原剂抗坏血酸，能够使钴胺素中Co（Ⅲ）还原为Co（Ⅱ）胺素（顺磁性），惯用B12r表示；如用四硼氢化钠或四氢铝锂还原，则可使Co（Ⅱ）胺素深入还原为Co（Ⅰ）胺素B12s。86/10787B12s(Co（Ⅰ）)胺素是强亲核试剂，经过氧化加成反应生成对应B12衍生物。如：

B12s

+5’—脱氧腺苷甲苯磺酸盐

Ado—B12+对甲苯磺酸盐（第6位配体）

腺苷钴胺素（辅酶B12）

87/10788

B12s+CH3X

Me—B12+X

（第6位配体）88/107892.甲基转移反应

B12主要功效是参加合成蛋氨酸在B12作用下，可使一分子甲基转移到另一分子上。

CH3—THF+HSCH2CH2CHCOOH

THF+CH3SCH2CH2CHCOOH

NH2

NH2

（甲基四氢叶酸）

（高半胱氨酸）

（蛋氨酸）

89/10790机理：

蛋氨酸

高半胱氨酸90/10791从一些微生物可分离出甲基B12（Me—B12），它参加汞甲基化反应，使汞盐转化为剧毒甲基汞。Me-B12+Hg2+

Me—Hg—Me+H2O—B12

从一些细菌中发觉，Me—B12是合成甲烷良好底物：CH3—B12+(M)

（辅酶）

B12r+CH3—(M)CH3—(M)+H2

(M)—H+CH491/107923.分子内重排反应：R2HR1—C—C—R3HH

辅酶B12

HR2R1—C—C—R3HH92/10793三.模拟物研究维生素B12在体内主要功效为经过辅酶B12参加碳代谢作用，促进核酸和蛋白质合成，叶酸储存，硫醇活化，骨磷脂形成，促进红细胞发育与成熟。B12最为显著特点之一是形成烷基衍生物能力，烷基钴胺素中烷基R碳原子与钴原子主要以σ键合，属于有机金属化合物。普通来说，过渡金属σ键合烷基衍生物是不稳定，而烷基钴胺素则比较稳定，从而使人们去研究其稳定性。研究是采取模型化合物。

93/10794当前已合成了一些钴σ键衍生物，如图5—25中几个例子，这些模拟化合物骨架结构与卟啉相同，与Co配位平面配体有3—4个双键，含有一定∏共轭作用，对模型化合物研究加深了人们对辅酶B12钴胺素催化功效认识，研究结果可归纳以下：94/107951.Co—R键裂解可采取以下三种方式。Co—RCo（Ⅰ）+R+

正碳离子路径Co—RCo（Ⅱ）+R自由基路径Co—RCo（Ⅲ）+R-

负碳离子路径

不论采取哪一个路径，所需活化能都不