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1、●小綜述《生命的化學(xué)》2010年30卷4期CHEMISTRYOFLIFE2010，30(4)·601·文章編號(hào):1000-1336(2010)04-0601-07生物體激活利用氧分子的機(jī)理李任強(qiáng)謝麗思暨南大學(xué)生物工程學(xué)系，廣州510632摘要：生物體通過能激活氧分子的酶來(lái)利用空氣中的氧。激活氧分子的酶一般含金屬離子如鐵、銅、錳等作為其活性中心的構(gòu)成部分，鐵卟啉出現(xiàn)在許多能激活氧分子的酶分子中。起作用時(shí)，酶控制其活性中心的金屬離子使其與氧結(jié)合形成過渡態(tài)，并通過電子傳遞使氧最終接受電子而脫離金屬形成過氧化氫或水分子或直接參入底物中形成產(chǎn)物，
2、這個(gè)氧激活過程完全依賴于金屬離子的活潑性和酶蛋白具有控制金屬離子活性的能力。對(duì)細(xì)胞色素C氧化酶的活性中心進(jìn)行模擬研究是探索酶激活氧分子機(jī)理的方法之一。目前最好的細(xì)胞色素C氧化酶活性中心結(jié)構(gòu)的模擬物為(FeCuPhOH)和[(LN3·OH)CuI-FeII(TMP)]+，它們都能產(chǎn)生低溫下穩(wěn)定的Cu-O2-Fe或Fe(O2-)…Cu復(fù)合物過渡態(tài)，且氧能與金屬脫離，這是氧被激活且可被利用的標(biāo)志。對(duì)細(xì)胞色素C氧化酶的作用機(jī)理，特別是能制造出相應(yīng)模擬酶還需要更深入的研究。關(guān)鍵詞：氧激活酶；分子氧；細(xì)胞色素C氧化酶；模擬酶中圖分類號(hào)：Q71許多生
3、物，特別是哺乳類高等動(dòng)物需利用空氣目的是起儲(chǔ)存、運(yùn)輸氧的作用，它們首先要激活氧中的氧分子而生存，因?yàn)檠醴肿拥睦每墒股矬w分子才能與之結(jié)合。另一大類就是那些不僅能激活內(nèi)許多物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生大量的能。氧氧分子并與之結(jié)合，而且還能使被激活的氧以氧原分子的利用使生物細(xì)胞代謝更復(fù)雜，能完成更高級(jí)子的形式參與化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)，這些物質(zhì)都是的生命過程，表現(xiàn)出更神奇的生命現(xiàn)象。顯然，利酶。限于篇幅，本文只論述第二大類，因?yàn)榇祟惷赣醚醴肿邮巧镩L(zhǎng)期進(jìn)化、適應(yīng)和利用環(huán)境的結(jié)果。既激活氧分子，又使其以原子形式直接參與機(jī)體中然而，氧分子在常態(tài)下很
4、難與一般的有機(jī)分子發(fā)生的代謝，更能說(shuō)明生物激活氧分子的機(jī)理，是生物反應(yīng)，因?yàn)檠醴肿釉诨瘜W(xué)結(jié)構(gòu)上是一相對(duì)穩(wěn)定的物激活利用氧分子的主要體現(xiàn)物質(zhì)。質(zhì)，所以生物體如何利用氧分子一直以來(lái)是一個(gè)重對(duì)激活氧分子的酶分子的研究曾做出巨大貢獻(xiàn)要的生物化學(xué)問題。就目前對(duì)生物的認(rèn)識(shí)，生物利的科學(xué)家當(dāng)數(shù)HowardMason和OsamuHayaishi教授。用氧分子是以生物活性分子先激活氧分子與其結(jié)合1955年，他們用18O2示蹤法證明空氣中的氧在酶的后再加以利用。催化下參與了化學(xué)反應(yīng)[1,2]。經(jīng)過一系列的研究，生物體中能激活氧分子的活性物質(zhì)可分為二大195
5、7年HowaordMason教授把能激活氧分子的酶分類：一類是能攜帶、運(yùn)輸氧分子的蛋白質(zhì)，如血紅成三類[3]：蛋白(hemoglobin)、肌紅蛋白(myoglobin)和蚯蚓血紅第一類是能使氧分子的二個(gè)氧原子結(jié)合于底物蛋白(hemerythrin)等。這些活性分子與氧分子結(jié)合的的酶，即雙加氧酶(dioxygenase)。其催化的反應(yīng)為：S(底物)+O2?SO2收稿日期：2010-04-192S+O2?2SO暨南大學(xué)自然科學(xué)基金項(xiàng)目(640073)資助作者簡(jiǎn)介：李任強(qiáng)(1958-)，男，博士，教授，通訊作者，E-mail:trqli@j
6、nu.edu.cn；謝麗思(1985-)，女，碩士生，E-mail:如吲哚胺2,3-雙加氧酶(indoleamine2,3-dioxygenase)，色氨酸2,3-雙加氧酶(tryptophan2,3-smallwhite11385@yahoo.com.cndioxygenase)等?！?06·《生命的化學(xué)》2010年30卷4期CHEMISTRYOFLIFE2010，30(4)●MiniReivew如激活后氧脫離金屬離子的機(jī)理、影響因素等還有[13]Rutkowska-ZbikDetal.Fromactivationofdioxygen
7、to許多未知。這些絡(luò)合物只是模擬物，是非蛋白質(zhì)，活力低，要作為模擬酶應(yīng)用的話還應(yīng)以合適的載體把其固定。而且因?yàn)槟M物分子較大，很難在固定好formationofhigh-valentoxospecies:AbinitioDFTstudies.JMolCatalA,2007,275:113-120[14]CollmanJPetal.CatalyticreductionofO2bycytochromecusingasyntheticmodelofcytochromecoxidaseJ.AmChem的同時(shí)又能保證其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。另外，為了更接近
8、Soc,2009,131:5034-5035[15]BollingerJMJretal.Stalkingintermediatesinoxygenactivation細(xì)胞色素C氧化酶，把銅與組氨酸的咪唑而非
