§9.2金属离子在生命体中的作用

　　1． 金属蛋白

　　蛋白质是通过肽键将不同α-氨基酸连接在一起而形成的大分子。肽键是指氨基酸之间羰基与氨基通过消除水分子而形成的酰胺键。因此蛋白质的结构特点是含有多肽链结构。蛋白质中存在20种不同的α-氨基酸，这些氨基酸侧链上含有各种不同的功能团，如烷基、羰基、氨基、羟基和硫醇基等。正是这些官能团赋予蛋白质多种多样的特性，疏水性、亲水性、质子酸碱性和Lewis酸碱性等。含 有金属离子的蛋白质称为金属蛋白。通常又把能执行催化功能的金属蛋白称为金属酶。金属酶之外的其他金属蛋白大致可分为电子载体蛋白、小分子载体蛋白、金属贮运蛋白和金属调节蛋白四大类。{多媒体--生物.rm}

（1)电子载体蛋白主要有3类，即含铁血红素的细胞色素类蛋白，含铁-硫簇合物的铁硫类蛋白和含铜的蓝铜蛋白。 　　(2）小分子载体金属蛋白主要包括O2、NO, CO等小分子的结合和运载蛋白，其中氧运载蛋白有血红蛋白-肌红蛋白类，血蓝蛋白和蚯蚓血红蛋白3类。 　　(3)金属贮运蛋白主要是指一些承担生命必需元素在体内贮存和转运作用的金属蛋白，主要有铁、锌、铜蛋白。　　　　　　　　　　　　 　　　(4)金属调节蛋白是近十几年来发现的具有重要生物功能的一类金属蛋白。生物体中某些蛋白质能够在金属离子的调制下生成具有各种特定蛋白质结构或结构域的金属蛋白，它们与其他蛋白质或核酸作用，结合于特定的部位，从而启动或调制一系列后续的生物化学反应，或者控制和调节DNA和 RNA的转录、翻译和表达。

　　2．金属酶 　　酶是生物催化剂。生物体内各种复杂的生物化学反应能在温和条件（如在室温、常压、中性介质）下迅速进行，根本原因在于生物体内存在着各种类型的酶。酶具有惊人的高催化效率,一般比普通的无机、有机催化剂效率高出7～13个数量级。金属酶一般含有化学计量的金属离子作为辅因子，它们与蛋白肽链之间的结合相当牢固。参与金属酶组成的主要为过渡金属离子Fe,Zn,Cu,Mn,Co,Mo,Ni等。它们在氧化还原酶、转移酶、水解酶、聚合酶、异构酶和连接酶六大类酶中以金属酶的形式存在。在这些金属酶中，各自发挥独特的作用： 　　(1)路易斯酸的作用。带正电荷的金属离子通过吸电子的诱导效应使底物局部显正电性，从而使羟基或水分子易于对底物进行亲核攻击，导致底物分子水解。 　　(2)桥联作用。底物与酶蛋白同时结合于金属离子上，以金属离子为桥梁使得底物分子与酶分子更易接近，甚至处于同一配位球体内，因而便于各种酶促反应的进行。 　　(3)模板作用。金属离子通过立体化学特性，对酶或底物的空间构象进行调整，促使酶与底物具有相互匹配的构象，从而激活或增强酶的活性。 　　(4)结构固定作用。金属离子能固定酶蛋白的特定几何构象，以便于某一特定的底物附着于其上，这种结构固定作用在肝醇脱氢酶中十分明显。 　　(5)电子传递作用。许多氧化还原酶中，金属离子通过氧化态的变化起电子传递的作用。

　　3．金属激活酶

　　在生物体众多的酶系中，有一类酶需要由金属离子或者金属配合物激活其生物活性，以实现其催化底物的生化反应的功能，这一类酶叫金属激活酶（metal-activated enzymes）。其辅因子若为金属离子者，则金属离子称为激活剂；辅因子若为金属配合物时，则称金属配合物为辅酶。在金属激活酶中，金属离子或金属配合物与蛋白肽链结合较弱，金属离子是作为此类酶的辅因子起作用的。它们在酶促反应中，可以稳定底物的构型，使得它适合与酶蛋白结合，或者使底物的构型有利于它在蛋白质上的取向和反应；也可以因为这些金属辅酶的结合，改变蛋白质的构象，或者通过电荷作用，改变整个蛋白质分子的电荷分布，使利于底物或其他生物分子的结合。