 MgATP与铁蛋白络合的esr、CD、~(31)PNMR等研究,都有助于支持蔡启瑞提出的MgATP是络合在铁蛋白活性中心Fe_4S_4~*原子簇上的这一论点。但由于Mortenson等发现MgATP能够敏化铁蛋白中的铁,使其易与亚铁螯合剂反应这一重要的实验事实以来,关于MgATP在铁蛋白的结合部位的研究,大多数研究者倾向于MgATP不是结合在铁蛋白

吴也凡

曾定

林国栋

洪亮

Xiamen University Institutional Repository

固氮酶反应中 A T P 驱动电子传递的化学模拟‘吴 也 凡 曾 定(度门大学生物系,厦门 3 6 1 0 0 , )洪 亮 林 国栋(厦门大学化学系,厦门 3 6 1 0 0写)关橄词 A T P、铁蛋白、络合M g A T P 与铁蛋白络合的e sr 、 c D、 ’IP N M R 等研究,都有助于支持蔡 启瑞山 提 出的Mg A T P 是络合在铁蛋白活性中心 Fe; s了原子簇上的这一论点.但 由于 Mo r ten son 等山发现M宫A T P 能够敏化铁蛋白中的铁,使其易与亚铁鳌合剂反应这一重要的实验事实以来,关于吨A T P 在铁蛋 白的结合部位的研究,大多数研究者倾向于囚 吨 A T P 不是结合在铁蛋白的活性中心 FeoS半上,而是结合在它的非铁部位.如果M g A T P结合在铁蛋 白活性中心 Fe. s才原子簇上,是否一定屏蔽原子簇中的铁,使其不易与亚铁鳌合剂反应 ? 由于铁蛋 白的活性中心与其模型化合物的化学性质是基本相似的,通过化学模拟研究,有助于解决这一在固氮酶反应中 A T P 驱动的电子传递机理研究中至关重要的间题.一、实验材料与方法[ R oN ]:[Fe.S。(sp h)。] 按已知方法 [4] 制备.A T p、A D p、AM p 为 sig m a 公司产品.染料退色速率测定 : 在 le m 的比色池中注人 Zm l[Fe、5.(sp h );], 一(0.1 拜m o l)一L(1 产mo l),快速加人等当量的亚甲蓝,在 6 1 0n m 处用分光光度计测定其退色瑰率.痕迹量的 PbS H 用 A g D:法‘,J 测定.邻菲罗琳 (Phen) 与原子簇反应速率的测定 : 在密封的厚度为 0. sc m 的比色池中注人样品后,快速加入 Phen,在 5 1 on m 处测定其增色速率. ’IP N M R 在 v A RI A N一80 A 型波谱仪上测试。二、结果 与 讨 论在 [re . s、(S Ph).]’一 中加人 2 6 mo l的 A T P 后,电子吸收光谱在 3 z on m 处 出现一个新的特征吸收峰。在 【Fe 声4(SPh).]; 一中分别加人 Z6 m ol 的 A D P、A MP 后,原子簇的吸收光潜也分别被压低,其程度为 A T P 》 A D P > A MP (图 l).A T P 等核昔酸配体与 [Fe 声;(sPb).]’-的络合,也能压低其电子光谱.[F e’s;(sPh).]’一在 4 , sn m 处的特征吸收主要是 S一 Fe 电荷跃迁的结果.A T P 中带负电荷的磷酸根配体与 FeoS犷的络合,增大了作用于原子簇上的配 位场,使其 s , Fe 之间转移电子的倾向减小,从而引起其吸收峰蓝移。A T P、A D P、A M P 中的核糖所产生的空间障碍随着磷醉键的缩短而增加以及 , 电子的共扼杂化能 各不 相 同,因而它们在与原子簇络合时其络合常数也各不相同.由电子光潜可看出 它 们 的 络 合 能力 为本文 1 9 , l 年 1 月 2 3 日收到.1 99 1 年 峪月 1 , 日收到修改稿.科 学 通 报 1 9 , 2 年卜^ T P 口·户P小.lJl.lH : 0A M PA D P阅O一4 A T P- tFe’ S . (SPh); It一。 ·P刀一P了一PA T P01 . 一勺一一, - 一, 叫300 3 7 0 4 5 0 5 3 0 6 1 0波长(n m )图 1 [ Fe一s一(s p h )一1’一L (L ~ H:0、AT p、A D p、A M p ) 在 D M F / H,o (3 : 2(V / V ),T r is·H c lZ , m m o·L 一 ‘ pH 7·斗6 ) 介质中的电子光谱一 20 一 10 0 10 20 30 40PPm图 2 在 D MF / H:o (3 : 2 (V / V ), pH 7·4 ‘)介质中 A T p 与 [Fe 一s一(sp h)4]’一络合的, ’p N M R (Na : H p o.为外标 )A T P > A D P > AM P.在 [Fe 4S。(Sp h )。]’一(z ~ 2, l)一L 的 D M F / HZo (3 : 2(V / V ))介质中,用正庚烷为萃取剂,通过检测萃取剂中是否含苯硫酚,就可确定其作用方式.实验结果是,在萃取剂正庚烷中没有检测到痕迹量的苯硫酚,表明 A T P 等配体与 Fe; S才 络合仅仅是增加原子簇中铁的配位数。A T P 等配体分别与 [Fe声4(S Ph);〕’一(: ~ 2,l) 的络合,都 能加快络合物与等当量的亚甲蓝或靛红之间的氧还速率,加快的程度为 A T P > A D P > A M P,表明 A T P 等配体分别与原子簇的络合,都能活化其电子.M o r te n s o n 等〔‘,用 ” p N M R 观测到,M g A T p 与还原态铁蛋 白的络合,引起其a 一 、 夕一和I J IP 谱峰分别往 低磁场方向移动 8. 7、9 和 7.7 p p m。在化学模拟体系也有类似的情形.在D M F / Hzo (3 : 2(V / V ))介质中,室温下 A T P与 [Fe 4S、(SPh ).]’一的络合,使得 A T P 中的a 一谓-和 卜3 , P N M R 谱峰分别往低磁场方向移动 1 3.2 p p m (半峰宽 3 2 5Hz) 8.3 p p m (半峰宽 3 5 0H:)和 28.3 (半峰宽 3 75 Hz)p p m,该“P 谱包络了较丰富的络合物物种的结构信息 (图2 ).在一 10 ℃测试条件下,人T P 与 〔Fe .s、(sPh).]’一的络合,引起其。一 、 声一和 1一”P 谱峰分别往低磁场方向移动 8.6 7 (半峰宽 4 oHz)、9.1 1 (半峰宽 1 2 0Hz)和 9.9 8 (半峰宽 1 2 oHz) p p m,谱峰明显变窄,表明低温条件下, A T P 的络合和解络不如室温那么快.此介质中, A D P 与 [Fe 八(sPh)。]二-的络合,使得其a 一和 户, ’P谱峰往低磁场方向移动 15.7 7 p p m (半峰宽 1 0 oHz) 和 2.7 lP m (半峰宽 80 Hz).该介质中 AM P 与 [F 勺 5.(sPh );」’一的络合,使得其a 一J , P谱峰往低磁场方向移动 l.3P p m (半峰宽 4 0 H:).由于 A M P 中的磷酸根紧靠着核糖,具有较大的空间位阻,第 3 期 科 学 通 报 2”A M于 与原子簇的络合是较为松散的。在 D M F / HzO (3 : 2(V / V )) 介质中,A T P 和 A D P 都能促进原子簇与 Ph 。 的反应,其促进程度为 A T P > A D P, AM P 加人与否,对反应基A T PA D PH : 0,A M P.,J.。.,V2 3时间 (m in )图 3 在 D MF / H.o (3 : 2(犷 / V ) Tr i-H c l Z , m m o l·L 一‘ , pH 7 一‘)介质中,[Fe 一s一(s p h).]’一 L (L 一 ^ T p、^ D p、^ MP ) 与 Phe n的反应本上无影响 (图 3 ).在 [凡. 5 . (sPh)。]’一原子簇中, 4个铁的配位界上的表观电子数共为 “ (配位饱和时为7 2 ),其中的 Fe , , ‘川 ’是配位未饱和的,相邻两个 Fe , ,‘川’之间的间距约为 2. 7 A.AT P 是 亲 铁 的 鳌 形 配 体(几0 4一 与 凡, ,络合的 l吃 夕一 9.9 3 , P:O盆一 与 Fe , , , 络O、 , , ~。 _, , , 、 甘二 , \ 。 / \ n / * 。、合的 吨夕一 2 .2 ),其中的 ) P/ 、 P ( 中相邻目 “ J一”一” 六 T “ / { {\下’Ica、Ho a 一 O a-两个氧原子间距约为 2.9入,在电子效应和几何构型上允许存在端基单配位和桥基双配位二种络合方式.在D MFI Hz O 介质中,A T P 与 Fe .s 才的络合存在着 多种可能的络合方式.当有时只有一个 A T P 分子以桥基双配位方式络合在 Fe4s犷原子簇上,并优先与 Fe 讹络合时,由于 A T P 对 Fe 川 的定位作用,大大减少了原子簇中 Fen 一Fe, ,之间的离域,使得原子簇中另一面的 Fel未受到屏蔽。由于 A T P 增大了原子簇上的配位场,当 Phe n 靠近 Fe , , 时,就较容易把 Fe , , 从原子簇中夺取出来.当这种络合物品种含量较高时,就使得原子簇中的铁表现出更易与 Ph en 反应.这与在未变性的铁蛋 白中加人 M g A T P 后,使得铁蛋白中的铁对亚铁试剂变得更敏感的情形相似,但这里不存在蛋白质变构的因素.A D P 与原子簇的络合,有时可能只有一个 A D P 分双配位定位在 Fe4s梦的两个 F。川 上,从而敏化了原子簇中的一O\/P\/的中根酸磷基端以子F 。“.但 A D P 与 Fe. S分原子簇的络合程度不如 A T P 那么大.模拟实验研究表明,人T P 与 〔FeoS . ( s Pb );]’一的络合,增加了 Fe4s李簇骼上的配位场和配位数,活化其 电子,并敏化 Fe. s才中的 Fel ,使其易与亚铁鳌合剂作用.模拟体系 具 有Mg 人T P 与铁蛋 白相互作用时相似的物理化学性质。致谢: 本研究工作是在蔡启瑞教授指导下进行的。, 考 文 献[ 1 1[ 2 ]I4l 5T *. 1,K.R.e t a l. ,i n F, 耐.R o s.O r , 。。o . e ,’ C而。二 (E d:.T . u t s u i. M 二 15五i. y一n d H u a n g y . ho n g ),p a r七U n iv e r s it y Pr e *一,Ba lti m o r e, 19 8 2.1一 12.M o r re n 一o n , L.E.e r a l. ,翻“几。脚.压o P几, s.R“.Co 二,5 3 ( 19 7 3), 9 0 4一9 10·曾定, 固抓生物学,厦门大学出版社,厦门, 19 87, 2‘O一2‘3.Cbr io to u,F·G.e t a l,J.C. 5. D a l, o , T’‘二 , a : ‘。 .,‘( l, 7 9),10 9 3一 10 9 8.K u nke l,R.K.e t 一1, 才. I.C几二,3 1( 19弓9 ).10 9 8一 1 10 1.M o r 沈n s o n , L.E.e t 一I,in 伪r r‘形 P , r s州万, 。: i , N irr o了e . Pix 口碑‘o 。 (E d s.G i b so n,A.H.a n d N e w t o n.W.E.、A “ tr a lia n A e a d e m , o f S e i e n c e Pr e s ‘,Ca n be r r a , 1 9 8 1,7 5es 7 7.J.工.工.J科 字 通 报 1 9 9 2 年

固氮酶反应中ATP驱动电子传递的化学模拟

http://dspace.xmu.edu.cn/bitstream/handle/2288/55624/%e5%9b%ba%e6%b0%ae%e9%85%b6%e5%8f%8d%e5%ba%94%e4%b8%adATP%e9%a9%b1%e5%8a%a8%e7%94%b5%e5%ad%90%e4%bc%a0%e9%80%92%e7%9a%84%e5%8c%96%e5%ad%a6%e6%a8%a1%e6%8b%9f.pdf?sequence=1&isAllowed=y

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