金属铜离子与蛋白质金属铜离子与蛋白质 内容：内容：l l研研讨的目的及意的目的及意义l l铜与血与血洁白蛋白白蛋白l l铜与血与血红蛋白蛋白l l铜蛋白和蛋白和铜酶 研研讨目的及意目的及意义l在真核生物体内，铜元素参与体内的许多生化反响，如作为电子传送链中的供体或受体；参与细胞内的呼吸；维持铁的代谢平衡；用于色素、神经递质的合成；作为氧化复原酶参与体内的抗氧化过程l但体内铜离子浓度过高时会产生毒性，改动细胞内的氧化复原形状；与某些氨基酸残基的侧链发生非特异反响，导致蛋白质的错误折叠；与其它物质竞争酶的活性中心，干扰酶的正常功能；产生活性氧损害机体的DNA、蛋白质和脂类物质 l所以，研讨铜离子与生物分子的作用有重要意义 铜与血与血洁白蛋白白蛋白l血洁白蛋白是血浆中最丰富的蛋白质,它可以与许多内源性或外源性化合物结合,在生命体内起着重要的储存和输运作用l血洁白蛋白是由肝脏合成的一种简单蛋白质，仅由氨基酸组成，没有修饰基团和其他附属物常以BSA( bovine serum albumin, 牛血洁白蛋白) 和HSA( human serum albumin, 人血洁白蛋白)为研讨对象 l人血洁白蛋白主要运用于临床、新陈代谢和遗传方面的研讨，而牛血洁白蛋白经常作为蛋白模型进展体外研讨，如用于细胞培育，抗体载体等。
lBSA分子由583个氨基酸残基组成而HSA比BSA多2个氨基酸，即585个氨基酸残基组成两者的差别在于BSA缺失HSA氨基酸序列116位和585位的残基 荧光光谱法荧光光谱法l由于血洁白蛋白含有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸残基,从而能发出荧光在这些基团中Trp起主要作用,Tyr次之,Phe很弱可忽略，所以，普通以为蛋白质的荧光主要来自色氨酸的奉献l当金属离子与血洁白蛋白结合后,可引起蛋白质或少数金属离子(稀土离子)荧光的改动,由此可进展定性、定量研讨蛋白质构象的变化l常用荧光猝灭法测定金属离子与蛋白质的结合数和结合常数,用共振能量转移法测定金属离子与蛋白质分子中色氨酸残基之间的间隔 l荧光淬灭可以分为静态淬灭和动态淬灭能降低荧光体发光强度的分子称为猝灭剂基态荧光分子与猝灭剂之间经过弱的结合生成复合物,且该复合物使荧光完全猝灭的景象称为静态猝灭而激发态荧光分子与猝灭剂碰撞使其荧光猝灭那么称为动态猝灭 图图:Cu2+对对BSA溶液荧光发射光谱的影响溶液荧光发射光谱的影响 l研讨发现Cu2+可以明显猝灭BSA本身的特征荧光光谱,并且这种猝灭作用随着Cu2+的浓度的增大而加强由于BSA本身的特征荧光主要是其色氨酸残基(Trp)产生的,阐明随着Cu2+浓度的添加,BSA的骨架构造发生了较大变化,使Trp暴显露来,呵斥BSA的荧光猝灭,猝灭机理主要为静态猝灭。
lN-端三肽链 (HSA为Asp1-Ala2-His3 ,BSA为A sp1-Thr2-His3)公认是Cu2+(Ⅱ)的强结合位点通常金属离子与Asp1的α-NH:和His3的咪唑基N及2个去质子肽氮(加上轴向的Asp1的羧基)配位,构成平面四边形(四方锥)构型lN-端三肽链可以结合金属离子的缘由应该是在于His咪唑基N的配位才干,还有三肽链的灵敏易变,可以折叠围绕金属离子构成所需的特定空间构型 铜离子与血离子与血红蛋白蛋白1. 血血红蛋白蛋白简介介血血红蛋白〔蛋白〔Hemoglobin,简称称Hb〕在体内担〕在体内担任的功能是保送氧气，它能把从肺携任的功能是保送氧气，它能把从肺携带的的氧氧经由由动脉血运送脉血运送给组织，又能携，又能携带组织代代谢所所产生的二氧化碳生的二氧化碳经静脉血送到肺再静脉血送到肺再排出体外排出体外血血红蛋白化学式蛋白化学式为 C3032H4816O812N780S8Fe4 其分子量其分子量约为64500，是含有，是含有4个个肽链的四聚体它的四聚体它是由四个是由四个亚基构成，分基构成，分别为两个两个α亚基和两基和两个个β亚基，血基，血红蛋白的每个蛋白的每个亚基由一条基由一条肽链和一个血和一个血红素分子构成。
素分子构成 l肽链在生理条件下会环绕折叠成球形，把血红素分子抱在里面，这条肽链环绕成的球形构造又被称为珠蛋白l血红素分子是一个具有卟啉构造的小分子，在卟啉分子中心，由卟啉中四个吡咯环上的氮原子与一个亚铁离子配位结合，珠蛋白肽链中第8位上一个组氨酸残基中的氮原子从卟啉分子平面的上方与亚铁离子配位结合 血红素与血红蛋白构造血红素与血红蛋白构造 l当血红蛋白不与氧结合的时候，有一个水分子从卟啉环下方与亚铁离子配位结合，而当血红蛋白载氧的时候，就由氧分子顶替水的位置血红素与它周围的疏水性氨基酸残基依托范德华力坚持确定的空间构象 铜离子与血红蛋白相互作用铜离子与血红蛋白相互作用l血红蛋白在280nm附近有一个吸收峰，这是由于蛋白质中芳香族氨基酸共轭键的紫外吸收所致，在400nm附近有一个索瑞(soret)吸收峰，这是血红素卟啉环的π~π*跃迁带，为强吸收峰l测试牛血红蛋白醋酸缓冲液在参与铜离子醋酸缓冲液前后的紫外光谱发现，在血红蛋白溶液中参与铜离子后，不论参与的铜离子浓度有多大，在280nm处的吸收峰均消逝，而其400nm附近的强吸收峰那么随着铜离子浓度的增大降低越来越明显(以下图左)，阐明铜离子浓度越大，对蛋白质π~π*跃迁带的破坏性越大。
l左：2μmol/L血红蛋白与不同浓度铜离子反响分钟后的紫外光谱图l右：血红蛋白与铜离子相互作用时随时间变化的紫外光谱图 l由此推测，Cu2+的参与，破坏了血红蛋白中芳香族的共轭构造；而血红素400nm处的soret吸收峰随着时间的变化逐渐减弱,于是，在不含铜离子的2μmol/L血红蛋白溶液中滴加不同浓度的Fe2+ ，发现随着Fe2+的参与，400nm处的吸收峰加强l阐明400nm处的吸收峰是血红素Fe2+构成的卟啉环的特征吸收峰血红蛋白在370nm处无明显的吸收峰，当铜离子参与后，此处吸收峰明显加强当反响进展了9小时后，构成了一个很宽的吸收带，推测是Cu2+取代Fe2+后与血红素卟啉环所构成铜络合物的吸收峰 左：铜离子、铁离子与血红蛋白反响的紫外光谱图右：铜离子与血红蛋白反响16小时的紫外光谱图 l最后采用电化学微分脉冲伏安法研讨了Cu2+与Fe2+间的作用过程，进一步证明了紫外光谱得到的结论l亚铁血红素离子以铁为中心体，构成6配位的正八面体弱场按晶体场实际，Cu2+外层电子的3d9构造比Fe2+的3d6构造更容易构成稳定的配合物，导致Cu2+在与血红素中的Fe2+进展竞争配位反响时获得优势，使得铜离子取代了血红素中的亚铁离子，从而使得体系的电化学性质及紫外光谱图都发生了一定程度的变化。
铜蛋白和蛋白和铜酶l金属酶的成键方式、配位环境和空间构造与配位化合物极为类似配位化学的实际观念和方法可以用来模拟金属酶生物活性配合物的构造以及构造-性质-功能的关系, 推定作用机理l经过配体的设计和剪裁合成出与天然酶活性中心构造类似的模型配合物, 模拟酶的构造和功能, 这对没有获得单晶构造、功能及反响机理尚不完全清楚的金属酶特别适用, 可以得到一些从天然酶研讨中不能够得到的信息对铜蛋白以及含铜金属模拟酶的研讨是近年来仿生化学任务者研讨的热点之一 l铜蛋白质参与生物体内的电子传送、氧化复原、氧的保送以及活化过程铜蛋白质按其光谱性质可分为三类: lⅠ型铜, 600nm 附近有非常强的吸收, 具有小的超精细巧合常数; lⅡ型铜, 具有普通铜(Ⅱ) 配合物相近的分子吸光系数和超精细巧合常数; lⅢ型铜, 两个铜原子彼此呈反强磁性相互作用, 在 330nm 附近存在强吸收 l按活性构造中含铜原子的个数又可分为单核、双核和多核铜蛋白 含含铜电子子传送蛋白送蛋白--ⅠⅠ型型铜蛋白蛋白l目前知的Ⅰ型铜蛋白都是参与电子传送反响的铜蛋白，该类蛋白普通呈深蓝色，所以也称蓝铜蛋白l根据晶体构造，I型铜蛋白中铜的配位环境为N2SS*，即两个His侧链上的咪唑氮原子、一个Cys侧链上的硫原子和一个Met侧链上的硫原子参与铜的配位，构成一个扭曲的四面体构造。
蓝铜蛋白〔蛋白〔I型型铜蛋白〕的蛋白〕的谱学特征主要学特征主要有：有：l紫外光谱在590～625 nm范围内有很强的LMCT吸收〔配体到金属的电荷跃迁〕；l电子自旋光谱中，由铜的核自旋引起的超精细巧合常数非常小，这是由于Cu-S键的共价性较大、键长较短呵斥的；l与普通铜配合物的氧化复原电位〔约160 mV〕相比，I型铜蛋白的氧化复原电位都比较高〔200～700 mV〕 ⅠⅠ型型铜蛋白蛋白—质体体蓝素素l质体蓝素存在于植物和藻类的叶绿体中，在光协作用下，从细胞色素接受电子再传送给叶绿体质体蓝素的分子质量约为11000 D，氧化复原电位为370 mV左右l它的活性中心的铜处于变形的四面体构型，由两个His侧链上的咪唑氮原子、一个Cys侧链上的硫原子和一个Met侧链上的硫原子与铜配位 • 氧化型质体蓝素的构造根本上不随pH变化而变化，而复原型质体蓝素的构造随pH变化而变化，当pH较低时，His87发生质子化，而且其咪唑环发生旋转不再与铜离子配位 ⅠⅠ型型铜蛋白蛋白—阿祖林阿祖林(天青蛋白天青蛋白)l它是从荧光假单胞菌和铜绿假单胞菌等细菌中分别得到的，相对分子质量为14600～17000，含有一个铜离子，氧化复原电位为280～340 mV。
在电子传送体系中，阿祖林将电子传送给细胞色素，但供电子体尚不清楚l在阿祖林的活性中心中，两个His的咪唑氮原子和一个Cys的硫原子构成一个三角形，Met上的硫原子和一个蛋白链中的酰胺氧原子分别从三角形的两边与中心铜离子有弱配位作用 ⅡⅡ型型铜蛋白蛋白--铜锌超氧化物歧化超氧化物歧化酶l与Ⅰ型铜蛋白相比，Ⅱ型铜蛋白活性中心在谱学上有几点变化：l(1) 铜的氧化复原电位向正的方向挪动；l(2) 与铜配位的原子由硫变为氮或氧，铜采取典型的四方锥配位构型；l(3) 电子光谱中吸收强度减弱；l(4) 电子自旋光谱中超精细巧合常数变大 lⅡ型铜蛋白中的铜普通处于配位不饱和形状，即留有空位，从而可以结合底物分子，并进展催化反响l代表蛋白：铜锌超氧化物歧化酶〔铜锌SOD〕，它能有效地催化分解超氧负离子，是一种很好的抗氧化剂，起到维护生物体的作用lCu2Zn2－SOD中含有两个一样的亚基，其中每个亚基中含有一个Cu2+和一个Zn2+，他们经过一个组氨酸侧链上的咪唑基团桥联两个亚基之间主要是经过非共价键的疏水作用缔合在一同 铜锌铜锌SOD l铜锌SOD中每个铜离子与四个组氨酸侧链上的咪唑氮原子配位，构成一个变形的四边形，还有一个水分子在轴向上与铜离子配位，使铜离子为五配位的变形四方锥构型。
每个锌离子为四配位的变形四面体构型，由三个组氨酸侧链的咪唑氮原子和一个天冬氨酸的羧基氧原子与锌离子配位而成l在这个酶中,Cu2+能够决议了酶的催化特异性，而Zn2+ 那么能够起到稳定蛋白质构造的作用但全酶的活性需求两只协同作用 含含铜氧氧载体体--ⅢⅢ型型铜蛋白蛋白lⅢ型铜蛋白的主要特点是在其活性中心含有两个铜离子，并且两个铜离子之间存在强的相互作用l典型代表有血蓝蛋白和酪氨酸酶l血蓝蛋白是一种氧载体，存在于蜗虫、章鱼等甲壳类和软体类动物的血液中 复原型血蓝蛋白复原型血蓝蛋白 l复原型血蓝蛋白的活性中心含有两个一价铜离子，每个铜离子与三个组氨酸侧链的咪唑氮原子配位，两个铜离子之间未发现桥联配体两个铜离子之间的空腔正好包容一个氧分子l氧化型血蓝蛋白中虽然铜离子为二价d9构型，但由于两个二价铜离子之间存在很强的反铁磁相互作用，以致在室温条件下，该双核铜活性中心呈抗磁性氧分子结合到血蓝蛋白后，以过氧负离子形状存在 酪氨酸酶酪氨酸酶l酪氨酸酶存在于哺乳动物中，具有两种不同的催化活性，它既可以催化氧化邻苯二酚〔儿茶酚〕，又可以催化对甲苯酚的羟基化反响，即酪氨酸酶具有儿茶酚酶和甲苯酚酶的活性L-酪氨酸在酪氨酸酶的作用下被氧化为L-多巴，进一步被氧化生成皮肤黑色素。
酪氨酸酶的活性中心与血蓝蛋白双核铜中心类似，但在酪氨酸酶的活性中心周围更有利于外界分子、底物分子的接近，从而在双核铜部位发生催化反响 股票入门根底知识 heimage/ 槷敇愸 。