生命体系中金属离子-今日化学讲座陈浩3.pptVIP

1.钴胺素的氧化还原作用 维生素B12在体内主要功能为通过辅酶B12参与碳的代谢作用，促进核酸和蛋白质合成，叶酸储存，硫醇活化，骨磷脂形成，促进红细胞的发育与成熟。 B12最为显著的特点之一是形成烷基衍生物的能力，烷基钴胺素中的烷基R碳原子与钴原子主要以σ键合，属于有机金属化合物。一般来说，过渡金属σ键合的烷基衍生物是不稳定的，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。 固氮酶的催化反应 固氮酶来源于多种固氮微生物,能催化大气中的N2还原为NH3, N2+8H++8e-+16MgATP→ 2NH3+H2+16MgADP+16Pi(无机磷酸盐) 除催化N2还原为NH3外,固氮酶还能和许多小分子底物作用,没有严格的专一性。以下列出固氮酶催化反应: HCN+6H+ +6e→CH4+NH3 N2O+3H++2e→N2+NH3 C2H2+2H++2e→C2H4 固氮酶的组成和结构 固氮酶由各种固氮微生物分离出来,均为由钼铁蛋白和铁蛋白组成。 固氮酶的结构直到1993年才基本确定：固氮酶由钼铁蛋白和铁蛋白这两种相对独立、相互分离的金属蛋白构成。 功能:铁蛋白是依赖于ATP供给能量的电子传递体,把电子传递给钼铁蛋白,钼铁蛋白结合底物分子并催化其还原。 固氮酶作用机理研究 1993年,已基本确定固氮酶中铁蛋白的作用是传递电子,钼铁蛋白与底物结合并还原N2的催化部位,即N2只有与钼铁蛋白(固氮酶中一组成部分)结合、方可被催化还原为NH3。现在的问题是:固氮酶的作用机理是什么?固氮酶这一多中心金属酶如何组装？ 固氮酶的作用机理包括:电子的传递、N2分子的键合、催化和还原等。 1.电子的传递 研究表明，在固氮酶催化N2和其他底物的还原反应中，电子传递顺序为： 目前不可能合成真正的固氮酶，只能按其结构来设计模型物，合成一些简单的配合物来探索理想模型物应有的结构。 固氮酶对底物没有严格的专一性，因此可以推断，钼铁蛋白活性中心结构不一定有非常高的专属性，将来也许能找到不止一种化合物具有在温和条件下固氮的性能。目前已发现多种化合物能结合氮分子并使之活化。 作为固氮酶模型的钼化合物主要有以下四类： ①钼—铁—硫原子簇； ②钼硫醇（包括钼—半胱氨酸）； ③钼—二硫代氨基甲酸； ④钼—氰负离子。 除了厌氧生物以外，一切生物都需要氧，因此，氧化还原反应是生物体内的重要反应。但氧化还原反应并不仅仅局限于生物体的呼吸作用。光合作用，固氮作用以及生物体内的许多代谢过程都涉及到氧化还原反应。 E. coli CueR as the first example CadR Molecular Weight 16647.6 (147Amino Acid) CadR sequence alignment with other MerR proteins CadR is more selective towards Cd2+ by ITC! CadR Kd for Cd2+ ~ 5.24 x 10-27M(KCdS=1019.3, KCds-CadR=1.91x107, Ks=1.91x1026) for Zn2+ ~ 2.24 x 10-21M (KZnS=1015, KZns-CadR=4.47x105, ks=4.47x1020) Isothermal Titration Calorimetry (ITC) But ITC can’t detect binding signal between other metal ion with CadR truncate 10 amino acid from C terminal of CadR, CadR lost 10 fold Cd(II) binding affinity, but doesn’t effect Zn binding affinity. Pb-S specfical transition at 340nm It means the core structure of Co-CadR is Cys4 or Cys3O(N). Krizek BA, Berg JM. Inorg. Chem. 1993, 32,937-940 Anti-titration experiments and competitive experiments show CadR selective binding CdZnPbCoNi by ICP-MS(data not show) Co-S specfical transition at 310nm, 350nm, 580nm and 685nm. CoCadR and PbCadR