鲍林对于血红蛋白分子学领域的贡献-大学化学.PDF

第27卷 第6期 摇 摇 大 学 化 学 Vol.27 No.6 摇 2012年12月 UNIVERSITY CHEMISTRY Dec.2012 摇 鲍林对于血红蛋白分子学领域的贡献 1* 2 张宏志 摇 李建 1 2 ( 玉林师范学院摇 广西玉林 537000; 湖南省邵东县人民医院摇 湖南邵东422802) 摇 摇 摘要摇 简单介绍了鲍林在血红蛋白的分子结构、镰刀型细胞血红蛋白、分子进化生物学方面的贡献,讨论 了鲍林的分子学成就对后续研究的影响。 摇 摇 关键词摇 莱纳斯 ·鲍林摇 血红蛋白摇 分子学摇 分子钟 摇 摇 莱纳斯 ·鲍林(Linus Pauling,1901~1994)被认为是“第一位真正的分子生物学家冶,他开拓了众多 生物分子学新领域,包括抗体的分子机制、分子医学、分子精神病学、分子进化生物学等;他还提出了蛋 白质的琢螺旋结构,在DNA结构准确测定10 多年以前,就准确地预言了其结构特征。 加州理工学院的 B. Kamb 曾经评价:“鲍林的知识、创造力、开拓性没有哪里比分子生物学领域表现得更明显。 他被看 成是最伟大的化学家之一,也是第一位真正的分子生物学家。 在这个领域,他的天才在于他具有认识复 [1] 杂生物现象的分子基础的能力冶 。 笔者查阅相关资料,认为血红蛋白研究领域很能体现这位伟大化 学家敏锐的“分子学冶视角和卓越的科学创造力,所以在此对鲍林的血红蛋白分子学贡献进行介绍。 1摇 血红蛋白的分子结构 摇 摇 利用磁性实验研究血红蛋白(hemoglobin)的结构特征,是鲍林和科里尔(C.D.Coryell)在20 世纪 30年代主要开展的工作;从 1935 年在Proceedings of National Academy of Sciences of the United States of America上发表题为《血红蛋白的氧结合平衡和结构解释》的论文起,鲍林在这一领域相继发表了20余 篇论文。 1.1摇 血红素中铁的成键特征 摇 摇 血红蛋白分子由2条琢链和2条茁 链组成,每条琢链和茁 链都包含1个血红素。 为了弄清血红素 中铁的成键情况,鲍林提出了通过测量物质磁性推测其结构特征的方法。 鲍林和科里尔一起先后成功 地测定了亚铁血红素、铁血红素、珠蛋白血色素等物质的磁性,并且计算出化合物中金属中心的未成对 电子数。 摇 摇 1936年,鲍林和科里尔报道了血色素及其衍生物的磁性特征和结构。 鲍林认为,亚铁血红素及铁 血红素的未成对电子数分别为4个和5个,与Fe(域)、Fe(芋)的未成对电子数相同;磁性实验数据与形 成4个dsp 共价键的说法不符,从而证实了在亚铁血红素及铁血红素中,Fe 同相邻的卟啉N原子之间2 [2] 以离子键而不是以共价键的形式存在 。 摇 摇 鲍林在同一论文中还根据珠蛋白血色素、吡啶血色素、烟碱血色素、二腈血色素的未成对电子数为 2 3 0 的事实推测,在这些物质中,Fe(域)可能是以d sp 构型与其他原子形成共价键,Fe(域)的2个3d轨 [2] 道参与形成共价键;Fe(域)同4个卟啉N原子及2个其他原子以八面体构型结合 。 1.2摇 氧分子与血红蛋白的结合 摇 摇 氧分子与血红蛋白如何结合的问题曾长期悬而未决。 当时存在两种相反的观点,一种观点认为,氧 非专一地吸附于血红蛋白的表面,以范德华力与血红蛋白结合;另一种观点认为,氧并不是非专一地吸 * 通讯联系人,E鄄mail:zhanghongzhi2488@163.com 84 大 学 化 学 第27卷摇 附于血红蛋白表面,