化学与生命 第9章 含铜蛋白及
金属蛋白质和金属酶
金属蛋白质和金属酶第一节基本概念一、金属蛋白质广义角度说，凡需要金属离子参与才能发挥正常生物功能的蛋白质称为金属蛋白质。
酶也是一类蛋白质，有的酶需要金属离子参与才能完成其在生物体内的催化功能。
这类酶称为金属酶。
从广义定义，金属酶也属于金属蛋白质的范畴。
但是从功能说，金属酶又不能等同于金属蛋白质，它是金属蛋白质中的一部分。
还有一部分金属蛋白质，它们在生物体内不是起催化作用，而是承担其它方面的生物功能，它们大多数为载氧体以及金属、氨基酸、糖等营养物质的载体。
这部分金属蛋白质从功能上是与金属酶有所不同的。
本节所指的就是这部分蛋白质—我们称它为狭义的金属蛋白质。
二、酶、金属酶和金属激活酶酶可分为两类，单纯蛋白酶和结合蛋白酶。
单纯蛋白酶只含蛋白质，不含其它物质。
后者除含有蛋白质外，还含有其它物质，结合蛋白酶要比单纯蛋白酶复杂。
结合蛋白酶也称全酶，它由两部分组成：全酶== 酶蛋白+ 辅基（或辅酶）辅基和辅酶的概念有所不同，辅基与酶蛋白结合牢固，不易分离；而辅酶与酶蛋白结合松弛，用透析的方法既可使之分离。
被酶催化的物质称为底物。
酶与底物结合并发挥催化作用的部分称为活性中心。
每种酶的活性中心都是固定的，它由蛋白质分子中小部分肽链片段和一些氨基酸残基的功能基团组成，这些基团称为必需基团。
但必需基团并不一定是活性中心，在活性中心以外的区域，也有不和底物直接作用的必需基团，这些基团可能与保持活性中心的空间构型有关。
在整个酶蛋白分子中，活性中心只占其中很小的组成部分。
但酶蛋白分子的大部分肽链结构并不是无用的，它们缠绕卷曲的结果起到保护活性中心的作用，为活性中心提供一个发挥催化功能的有效空间环境。
生物体内1000多种酶中，有1/4~1/3需要金属离子参与才能完成它们的催化功能。
根据酶对金属亲合力的大小，可将酶划分为金属酶和金属激活酶，金属酶的酶蛋白与金属离子结合的比较牢固，已成为酶分子的一个不可分离的组成部分。
即使在催化过程中，两者之间也保持一定的比例关系。
金属铜离子与蛋白
还原型血蓝蛋白
还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 间的空腔正好容纳一个氧分子。
氧化型血蓝蛋白中尽管铜离子为二价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 子状态存在
左：2μmol/L血红蛋白与不同浓度铜离子反应分钟后的紫 外光谱图
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
由此推测，Cu2+的加入，破坏了血红蛋白中芳香族的共轭 结构；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+的加入，400nm处的 吸收峰增强。
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。
铜蛋白和铜酶
金属酶的成键方式、配位环境和空间结构与配位化合 物极为类似。配位化学的理论观点和方法可以用来模 拟金属酶生物活性配合物的结构以及结构-性质-功能 的关系, 推定作用机理。
通过配体的设计和剪裁合成出与天然酶活性中心结构 相似的模型配合物, 模拟酶的结构和功能, 这对没有获 得单晶结构、功能及反应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究中不可能得到 的信息。对铜蛋白以及含铜金属模拟酶的研究是近年 来仿生化学工作者研究的热点之一。
铜蛋白质参与生物体内的电子传递、氧化还原、 氧的输送以及活化过程。铜蛋白质按其光谱性 质可分为三类:
Ⅰ型铜, 600nm 附近有非常强的吸收, 具有小 的超精细偶合常数;
第9章酿造酒的微生物病害ppt课件
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
⑴酵母病害
干葡萄酒和甜型葡萄酒中的残糖可由酵母菌进行发酵。 （4）毕赤氏酵母，可在葡萄酒表面形成膜，并发酵葡萄
糖和果糖，导致葡萄酒挥发酸的升高。 （5）酒香酵母，引起葡萄酒的再发酵，形成具典型“鼠
酒石酸发酵病提高了PH值，提高了挥发酸的含量，使葡 萄酒的抗性越来越弱。
发病条件：高温；含酸量低，pH＞3.4；含有残糖；含氮 量高，主要是由原料变质引起的。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
微生物病害
酿造酒是有生命的饮料，是容易受微生物的作 用而变质的食品。微生物的活动会导致贮藏过 程中酿造酒的成分发生变化，因而影响酿造酒 的质量。
⑵ 醋酸菌病害：变酸病
由醋酸菌引起。 现象：在葡萄酒表面形成很轻的、不如酒花病明显的灰
色薄膜，然后薄膜加厚，并带玫瑰红色。 原因：葡萄酒与空气长期接触；葡萄酒设备、容器清洗
不良；葡萄酒酒度较低；葡萄酒固定酸量较低(pH＞3.1)。 防治：使葡萄酒的固定酸含量足够高；正确使用SO2； 严
格避免葡萄酒与空气接触。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
铜对动物超氧化物歧化酶活性的影响及可能的作用途径
生 物 体 在 正 常 生 命 活 动 过 程 中通 过 单 电 子 还 原
产生 超氧 阴离子 （ ０ 一 ） 、 羟基 自由基 （ 。 Ｏ Ｈ） 、 过氧 化 氢
（ Ｈ ２ ０ ） 等 活性氧 ， Ｓ Ｏ Ｄ 是 机 体 内 唯 一 能 够 特 异 性 清 除
关键 词 ： 铜 锌超 氧化 物歧化 酶 ： 锰超 氧化 物歧化 酶 ： 铜 中图分类 号 ： ￥ ８ ６ ５ ． １ ２ ０ ． ４ 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： ０ ２ ５ ８ — ７ ０ ３ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ２ １ — ０ ０ ７ ９ — ０ ５
超 氧化 物 歧化 酶 （ ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ｄ ｉ ｓ ｍｕ ｔ ａ ｓ ｅ ， Ｓ Ｏ Ｄ） 是
一
Ｓ Ｏ Ｄ是 一 类 金 属 酶 ， 真核 生物 体 内的Ｓ Ｏ Ｄ 根 据 金 属 辅基 和分 布的不 同分 为铜 锌超 氧化 物歧 化 酶 （ Ｃ ｕ ／ Ｚ ｎ — Ｓ Ｏ Ｄ） 、 锰 超氧 化物歧 化酶 （ Ｍ ｎ — Ｓ Ｏ Ｄ） 和 细 胞 外 超 氧化物歧化酶（ Ｅ Ｃ — Ｓ Ｏ Ｄ） ３ 种类型 （ 表１ ） 。虽然３ 种 Ｓ Ｏ Ｄ 都 具 有 类 似 的 催 化 功 能 ， 但 在 基 因 序 列 上 的 同 源相 关性 较低 ， 在机 体 内作用 的部位 也各 不相 同 ， 而 起 到清 除０ 一 原 字 符 串 ，发 挥 抗 氧 化 功 能 的 主 要 是
挥作 用 ， 将０ 一 歧化 为Ｈ ０ 和Ｏ ： ， 被 视 为 生 物 体 抗 氧 化
系统 的第 一道防线…
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ８ — ２ ０； 修 回 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ９ — ２ ２
6. 铜蛋白和铜酶
Bioinorganic Chemistry
第二节 铜蛋白和铜酶分类 铜蛋白(cuprein)有多种生理功能，如载氧、 有多种生理功能，如载氧、 铜蛋白 有多种生理功能 传递电子、贮存铜、作为氧化剂等。 传递电子、贮存铜、作为氧化剂等。许多铜蛋白 因具有美丽的蓝色而被称为蓝铜蛋白(blue copper 因具有美丽的蓝色而被称为蓝铜蛋白 protein)，不显蓝色的称为非蓝铜蛋白。 ，不显蓝色的称为非蓝铜蛋白。
Bioinorganic Chemistry
II型铜对吸收光谱没有明显作用。说明它也呈 型铜对吸收光谱没有明显作用。 型铜对吸收光谱没有明显作用 顺磁性。 型铜处于正常配位状态 型铜处于正常配位状态， 顺磁性。II型铜处于正常配位状态，采取接近四 方锥的构型。 方锥的构型。
Bioinorganic Chemistry
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一、天青素 Azurin, Az
从菌体中分离出来的。分子量14,600－17,000 从菌体中分离出来的。分子量 － 之间。其结构为： 之间。其结构为： Cu被His-46,His-117, Cys-112, Met-121四个氨基酸 被 四个氨基酸 残基配位。呈畸变四面体构型。 残基配位。呈畸变四面体构型。
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Classical stellacyanin is a small mononuclear blue copper protein (MBCP) of unknown biological function found in the sap(树液) of the lacquer tree Rhus vernicifera. It contains no methionine, an amino acid that forms an exceptionally long bond to the copper atom in all blue copper proteins of known structure.
生物化学学习指导
生物化学学习指导及习题第一章蛋白质化学第二章核酸化学第三章酶学第四章维生素和辅酶第五章糖代谢第六章新陈代谢总论与生物氧化第七章脂类代谢第八章氨基酸代谢第九章核酸的生物合成第十章蛋白质的生物合成第十一章代谢的相互关系及调节控制二00九年三月第一章蛋白质化学I 主要内容一、蛋白质的生物学意义蛋白质是生物体内最为重要的有机化学物质之一，它几乎参与了生物体所有的生命活动，如生物体的构成、机体的运动、化学催化、机体的免疫保护、生物遗传信息的传递与表达等等，可以说蛋白质是一切生命活动的重要支柱，没有蛋白质就没有生命现象的存在，因此，蛋白质化学是生物化学中一个重要的研究方面。
二、蛋白质的元素组成蛋白质是由C、H、O、N、S等几种元素构成，其中C 50-55%、H 6-8%、O 20-30%、 N 15-17%、S 0-4%，且含量基本相同，因此通过测定蛋白质样品中元素含量就可以推测出样品中蛋白质的含量。
三、蛋白质的氨基酸组成（一）氨基酸的结构及特点一般的蛋白质都是由20种氨基酸构成，这些氨基酸都是在蛋白质的合成过程中直接加进去的，并有专门的遗传密码与其对应，这些构成蛋白质的基本氨基酸称为天然氨基酸(通用氨基酸)。
天然氨基酸具有如下特点：1. 20种天然氨基酸均有专门的遗传密码与其对应，它们在蛋白质的合成中是直接加上去的。
2. 除甘氨酸外，其它氨基酸至少含有一个手性碳原子。
3. 除脯氨酸外，其它氨基酸均为 -氨基酸。
4. 氨基酸虽有D、L–型之分，但存在于天然蛋白质中的氨基酸均为L-型氨基酸。
（二）天然氨基酸的分类1.根据氨基酸分子中氨基和羧基的相对数量进行分类2.根据氨基酸分子结构分类3.根据氨基酸侧链基团极性分类氨基酸根据其侧链基团在近中性的pH条件下是否带电荷以及带电荷的种类分成四类：非极性氨基酸、极性不带电荷氨基酸、极性带正电荷氨基酸、极性带负电荷氨基酸。
（三）稀有蛋白质氨基酸这部分主要是指虽然在蛋白质中有所存在，含量却较少的一类氨基酸。
第9章--酿造酒的微生物病害
⑸乳酸菌油脂病
主要发生于酿造不好、酒精度低、pH高的白葡萄酒中。 症状：葡萄酒变浑，失去流动性，变黏，像油一样，在
酒杯中摇动时最为明显，口味平淡无味。 发病情况：油脂病是苹果酸-乳酸发酵的特殊表现：苹果
酸含量降低，引起苹果酸-乳酸发酵的明串珠菌表面包被 多糖苷并相互连接，使葡萄酒呈油状。除此之外，还有 的细菌分解酒石酸和甘油 防治：在发酵过程中正确控制发酵条件和使用SO2。对生 病葡萄酒先进行搅拌以去除其黏滞性，然后与酒石酸发
15min热处理，以破坏多酚氧化酶； 进行膨润土处理。一方面可除去酶的蛋白质部分，
另一方面可沉淀以胶体状态存在的色素。
2.3 还原病害
铜破败病是在还原条件下出现的病害。主要出现在瓶内， 特别是装瓶以后暴露在日光下和贮藏温度较高时。其症 状为葡萄酒在装瓶后发生浑浊并逐渐出现棕红色沉淀。
铜破败病的预防措施主要是尽量降低葡萄酒中铜的含量。 例如，在葡萄采收以前的两、三周应严格停止使用含铜 的化学药剂（如硫酸铜）；在葡萄酒的酿造过程中应 尽量避免葡萄酒与铜器直接接触等。
白色破败 三价铁与磷酸结合，则生成白色沉淀，使葡 萄酒呈乳状混浊。
蓝色破败 三价铁与丹宁结合而引起。在红葡萄酒中， 开始在表面形成很薄的红色的膜，然后出现蓝色沉淀。
防治
尽量避免与铁器直接接触。 SO２则可抑制这一氧化作用。 加入抗坏血酸 、亚铁氰化钾 、 植酸钙。
2.2 棕色破败病（氧化破败病）
定期清洗、消毒杀 菌
种酵母
酵母扩大培养、回收及使用过程中 操作不当而使酵母污染
酸洗或淘汰
操作人员 各衣中类帽的污鞋污染，染微甚生 至物呼通气过在操有作关人工员艺的过手程、操 检 清消作；洗毒人进、的员出消专的车毒用定间，衣期进换帽体行经鞋
二价铜 蛋白质沉淀
二价铜蛋白质沉淀二价铜蛋白质沉淀是指在一定条件下，铜离子与蛋白质结合形成的沉淀物。
铜是重要的微量元素之一，在生物体内具有多种生理功能。
而蛋白质是生物体中最基本的分子之一，其在维持生命活动和调节生物体功能方面起着重要作用。
二价铜蛋白质沉淀的研究对于深入了解铜的生物学作用和蛋白质的结构功能具有重要意义。
二价铜蛋白质沉淀的形成与多种因素有关，其中包括pH值、温度、盐浓度等。
在适宜的条件下，铜离子与蛋白质中的特定位点结合，形成稳定的二价铜蛋白质沉淀。
这种沉淀物可以通过离心、过滤等方法分离和纯化。
二价铜蛋白质沉淀在生物学研究中具有广泛的应用。
首先，它可以用来分离和纯化蛋白质。
通过与特定蛋白质的结合，可以将目标蛋白质从复杂的混合物中分离出来，从而方便进一步的研究。
其次，二价铜蛋白质沉淀还可以用于酶的固定化。
将酶与二价铜蛋白质结合，可以增强酶的稳定性和活性，从而提高酶的应用效果。
此外，二价铜蛋白质沉淀还可以用于药物的储存和输送，通过与药物的结合，可以提高药物的稳定性和生物利用率。
二价铜蛋白质沉淀的形成机制是一个复杂的过程。
在生物体内，铜离子可以通过膜转运蛋白进入细胞内部。
一旦进入细胞内，铜离子可以与特定的蛋白质结合，形成二价铜蛋白质沉淀。
这种结合可以通过静电相互作用、配位键和范德华力等力学相互作用来实现。
不同的蛋白质具有不同的结合位点和亲和力，因此对于不同的蛋白质来说，二价铜蛋白质沉淀的形成条件也是不同的。
在研究二价铜蛋白质沉淀过程中，可以采用多种技术手段来分析和表征其结构和性质。
例如，可以使用紫外-可见光谱、核磁共振、质谱等技术来确定沉淀物中的铜离子和蛋白质的含量和比例。
此外，还可以利用X射线晶体学技术确定二价铜蛋白质沉淀的结晶结构，从而揭示其分子层面的信息。
二价铜蛋白质沉淀是一种重要的生物化学现象，对于了解铜和蛋白质的结构和功能具有重要意义。
通过研究二价铜蛋白质沉淀的形成机制和性质，可以为生物学、药物学等领域的研究提供有力的支持。
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蓝铜蛋白 四面体配位：
氧化形质体蓝素的结构基本上不随pH变化而变化，而还原形相反
• 二、阿祖林
第二节 铜锌超氧化物歧化酶II铜蛋 白
• 配位原子的S变为N，O。 • 四方锥配位环境 • 催化反应 一、超氧化物歧化酶(SOD) 抗氧化剂，抑制肿瘤发生
2O2 + O2 + H2O2 四种:铜锌超氧化物歧化酶; 锰超氧化物歧化酶 铁超氧化物歧化酶; 镍超氧化物歧化酶
-
2H+
SOD
二、半乳糖氧化酶
第三节血兰蛋白 氧载体
二、 酪氨酸酶
第四节 多铜蛋白
• 抗坏血酸酶 • 漆酶 • 血浆铜蓝蛋白 地物被氧化的同时，氧分子接受四个电子被 还原生成两个水分子。
O HO O O + O2 O O O CHOH CH2OH + 2 H2O
HO CHOH CH2OH
氧化还原
第五节 重要模型化合物
一、 I型铜蛋白的模型化合物 N2SS NH…..S 氢键
二、II型铜蛋白--铜锌超氧化物歧化酶
三、III型铜蛋白-血蓝蛋白的模型化合物
N N N X N N N Cu O O Cu N N N N N N
第九章 含铜蛋白及含铜酶
含量： 过渡金属离子： 第三位 作用：电子传递、氧化还原、氧分子的运送 及活化 三种类型： I型：在600 nm 强吸收 超精细偶合常数很小 II型：一般铜配合物的吸收系数和超精细偶合 常数 III型：两个铜离子，反铁磁性相互作用 350 nm
第一节 含铜电子传递蛋白-I铜蛋白