过氧化氢模拟酶的理论研究进展

（） １ 含铁卟啉结构的 Ｃ Ｔ 又称铁 卟啉酶；２ 含锰 Ａ， （） 离子替代铁的卟啉结构的 Ｃ Ｔ 又称锰过氧化氢酶 Ａ ，
（ ｎ Ａ ）引。 Ｍ Ｃ Ｔ
ｖ ａ ａ ｌ ｅ 进行 了模拟研 究。发现其活性 中心 ｉｌ ｃｔａ ） ｔｅ ａ ｓ 为一个含血红素辅基 的亚基 ， 该辅基 的形式 为铁卟
Ｋｅ ｒ ： ａａａ ｅ； ｉｌ ｇｃ ｌｍｉ ｃ； ｃｉｅ ｓｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ｔ ｙ ｙ ｗｏ ｄｓ ｃ ｔｌ ｓ ｂ ｏｏ ｉ ａ ｍｉ ａ ｔｖ ｉ ｈ ｏ ｅ ｉ ｌｓｕｄ ｅ； ｃ
生 物 体 中的 过 氧 化 氢 酶 （ａ ｌ ｅ Ｃ Ｔ，Ｃ １ ｅｔａ ， Ａ Ｅ ． ａｓ
ＺＨＡＮＧ 孔 ， ＬＵ ｎ Ｎａ
（ ｏ ｅｅｏ ｈ ｍ ｓ ｙ Ｃ ｅ ｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇａ ｄＭａ ｒ ｌ Ｓ ｉ ｃ ， Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅ ｉ ｒ ， ｈ ｍ ｃ ｇｎｅｉ ｎ ｔ ｉ ｓ ｃ ｎ ｅ ｌ Ｃ ｔ ａＥ ｎ ｅａ ｅ
Ｓ ａ ｄ ｎ ｏｍ ｌ ｎｖｒ ｔ， ｉａ ２ ０ １ ， ｈｎ ） ｈ ｎ ｏ ｇＮ ｒ ａ Ｕ ｉ ｓｙ Ｊ ｎ ５ ０ ４ Ｃ ｉａ ｅｉ ｎ
一Ｆ
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图 ３ Ｃ ｄＩ 原的两种可能机理 ｐ 还
Ｆｇ ３ Ｐｏｏｅ ｅｈｎｓ ｒ ｐ ｒｄ ｃ ｏ ｉ． ｒｐｓｄｍ ｃａｉ ｆ ｄＩ ｅｕ ｔ ｎ ｍｓ Ｃ ｏ ｉ
１２ 不含血红素辅基的 ＦＣ Ｔ模拟酶 ． ｅＡ
含血红素辅基 的模 拟 酶是最接 近于天然 Ｃ Ｔ Ａ
Ｉ； 动力 学研究 表 明 Ｃ ｄＩ 生 成 就 会 立 刻 与第 二 ｐ 一
基金项 目： 国家基础研究资 助项 目（７ ９ ３项 目，０ ７ Ｂ ３ ００ ； ２ ０ Ｃ ９ ６０ ） 国家 自然科学基金资助项 目（０ ７０ ４ ２９ ５ ６ ） 作者简介 ： （９ ５ ） 女 （ 张婷 １８ ～ ， 汉族 ） 山东济南人 ， ， 山东师范大学在读硕士生 ， 主要从事理论 与计算化学 的研究 。
图 １ 反 应历程 （ ｏ 代表 卟啉环 ） Ｐｒ
Ｆｇ １ Ｔ ｅｒａｔｎｒｕ Ｐ ｔ ｔｎｓｆ ｏｐ ｙ ｎ ｉ． ｈ ｅｃｏ ｔ ｏ ａｄ ｒ ｒｈｆ ） ｉ ｏ ｅ（ ｓ ｏｐ ｉ
ｈ ｉ ｅ ｎｅｂ
图 ２ ｈｍ ｅ ｅｂ与 ｈｍ ｅ ｅｄ的分 子 结 构
中活 性 位点 的结 构 （ 图 ２ 。 如 ）
Ｅ ｚＰ ｒＦ ｌ ）＋Ｈ２ ２— Ｃｐ （ ｏ ＋Ｆ Ｉ ｏ） Ｈ２ （ ） ｎ （ ｏ － ￣ｌ Ｊ ０ ｄ Ｉ ｐ ｆ － ｅＶ＝ ＋ Ｏ １
Ｃｐ Ｐ ｒ￣ ｅＶ＝ ＋Ｈ２ — ｄ Ｉ（ ｏ － Ｆ ［ ０） ＿ Ｏ２ —
Ｅ ｚＰ ｒＦ ｌ ＋Ｈ２ ＋Ｏ２ （） ｎ （ ｏ－ ｅＨ） ０ ２
属配合 物 （ 主要 包 括 ＦＣ Ｔ与 Ｍ Ｃ Ｔ 统 称 为 ｅＡ ｎＡ ， Ｍ Ａ ） 为模 型 化合 物来 模 拟过 氧 化氢 酶的作 Ｃ Ｔ作
１。． ） １１６ 能有效催化歧化细胞有氧呼吸产生的高浓 度有毒 的 Ｈ Ｏ ， ： 使其 分解 为 Ｈ Ｏ和 ０ （ Ｈ Ｏ 一 ： ： ２ ：
ｈ ｍｅｄ ｅ
Ｆ ｇ ２ Ｔ ｅ ｍｏｅ ｕ ａ ｔｕ ｔ ｒ ｆｈ ｉｅ ｂ ａ ｄ ｈ ｍｅ ｄ ｉ． ｈ ｌｃ ｌ ｒｓｒ ｃｕ ｅ ｏ ｅ ｎ ｅ ｎ
研 究者 通过计 算 发 现在第 二 步反 应 中存 在两 种
的机理 （ ｈ ｉｃ ｅｈｎｓ 进 行 ， 图 ３ ｂ 。在 Ｔ ｅｄｒ ｔ ｃａｉ ｅ ｍ ｍ） 如 （）
机理 ， 一种遵循 Ｆ ａ ｏｓ ａｎ６提 出的组 氨酸媒 ｉ —Ｒ ｓ ｎ ｌ ｔ ｍ
介 机理 （ ｅＨｓ ｈ Ｔ ｉ—ｍｅｉｅ ｃａｉ 。组 氨 酸 残 ｄ ｔ ｍｅｈｎｓ ａｄ ｍ） 基含 有一 个咪 唑环 ， 际 反应 中 咪 唑 协 助 了质子 的 实
Ｐ Ｃ中， Ｖ 只证实 了组氨酸媒介机理存在 ， 而在 Ｈ Ｃ Ｐ
④ＲｃＨ ＝６
图 ４ Ａ ｎ—Ｆ Ⅲ 的 配体 结 构 ｎ ｅ
Ｆ ｇ ４ Ｔ ｅ ｓ ｕ ｔ ｒ ｆ ｈ ｉａ ｄ ｏ ｉ ． ｈ ｔ ｃｕ ｅ ｏ ｔ ｅ ｌ ｎ ｆＡｎ ｒ ｇ ｎ—Ｆ ｌ ｅｌ ｌ
德 国 的 Ｈ ｎ —Ｇ ｒ Ｋ ｒ ａｓ ｅ ｏｔ 组 分别 于 ２０ ｔ ｈ小 ０ １年
摘要 ： 因为过氧化氢酶可 以快速无污染地除去 Ｈ ０ ， 近年来对过 氧化 氢酶的生物模拟成 为化 学工作 者研 究 的重 要课题。本文综 述 了不同活性中心（ ｅ Ａ 和 Ｍ Ｃ Ｔ 的模拟酶的活性中心结构 ， ＦＣ Ｔ ｎＡ ） 催化作用机理 的研究进 展 ， 并对 该领域存 在的问题及其 前景 作
几乎所有细胞组分 ， 引起许多病症 ， 例如阿尔茨海默
氏症（ 老年前期痴呆 ） 中风、 、 心脏病 、 衰老 以及 癌 症 Ｌ 。正是有 了过氧 化氢 酶 的这 种催 化作 用 ， 抑 ２ 才
制 了病 变 的 发 生 ， 而 保 证 生 物 体 正 常 的 新 陈 代 从
谢 。
本文主要 以过氧化氢酶模拟物为研究对象 ， 分 别讨论 ＦＣ Ｔ与 Ｍ Ｃ Ｔ模拟酶的理论研究进展。 ｅＡ ｎＡ
啉结构 。
由于天然的 Ｃ Ｔ要从生物体中提取 ， 以得到 Ａ 难 精确的结构数据 ， 产量也不高 ，Ａ Ｃ Ｔ的真实结构、 配 位环境 、 活性部位 以及对 Ｈ ０ 歧化反应的作用机 理目 前尚不清楚 。所 以， 化学工作者合成了很多金
收稿 日期 ：００—１ —１ ２１ １ ６
研究发现 ， 整个反应过程包括两步（ 如图 １ ， ）首 先第一个 Ｈ Ｏ 与过氧化氢酶接触 ， ： 将其氧化成 Ｃ ｄ ｐ
辅基 的 ＦＣ Ｔ模 拟 酶被 科 学 家 们 合 成 出来 并 且 进 ｅＡ
① ③ ⑤ ⑤ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ
ｆ ｌ ｌ ｌ Ｉ ｌ ｌ Ｉ
Ｈ Ｏ ０ Ｏ
Ｃ Ｃ Ｃ Ｃ Ｃ
三 Ｖ ＝ Ｏ ＂Ｈ Ｒ Ｎ － ｎ
（ Ｒ Ｃ３ ￣ －Ｈ ）
Ｈ Ｏ
５
ｐｅｅｔ ｅｄｆ ｒｎ ｒｃ ｒｓｏ ｅａｎ ｅｓｅ（ ｅ Ａ ｎ Ｃ Ｔ ，ａｄ ｔｅｄｖ ｌ ｍ ｎ ｏ ｅ ｒｓｎｅ ｔ ｉｅｅ ｔ ｔ ｔ ｅ ｆｔ ｃ ｖ ｉ Ｆ Ｃ Ｔ ａ ｄ Ｍｎ Ａ ） ｎ ｈ ｅｅ ｐ ｅ ｔ ｆｔ ｄｈ ｓｕ ｕ ｈ ｔ ｏ ｈ
ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ｔ ｄ ． Ｍｏ ｅ ｖ ｒ ｓ ｍｍａ ｚ ｄ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌ ｍｓ ａ ｄ ｐ ｒ ｐ ｃ ｉｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｅｄ ｈ ｏ ｅｉ ｌ ｕ ｙ ｃ ｓ ｒ ｏ ｅ ，ｕ ｉ ｒ ｅ ｈ ｒ ｂ ｅ ｎ ｅ ｓ ｅ ｔ ｓｉ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｆ ｌ ． ｖ ｉ
山
・
东
化
工
３ ・ ６
Ｓ Ａ Ｄ Ｎ Ｈ Ｍ Ｃ ＬＩ Ｄ Ｓ Ｒ Ｈ Ｎ Ｏ ＧＣ Ｅ ＩＡ Ｕ Ｔ Ｙ Ｎ
２ １ 年第 ４ 卷 ０１ Ｏ
过氧化氢模拟酶的理论研究进展
张 婷 ， 楠 卢
２０ １） ５ ０４ （ 山东师 范 大学 化学化 工 与材料科 学学 院 ， 山东 济南
中， 当组 氨 酸残基 被 移 除 以后 ， 反应 可 以沿着 直接转 移机 理进 行 。
转移 ， 如图 ３ ａ 。反应还可 以按照第 二种直接转移 （）
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机 理 （ ５ ， 个 反应 的速 控 步 发 生在 过 氧 化氢 中 图 ）整
酶进行模 拟研究 （ 简称 为 Ａ ｎ—Ｆ ） 图 ４展 示 了 ｎ ｅｌ ， ｌ Ｉ 这些配合 物 中配体 的结 构 。Ｋ ｒ ｏｔ 提 出 配体 要 有 ｈ还
高 电子 密度 ， 成循 环 的共 轭体 系才 可 能 具 有过 氧 形
了概述。 关 键 词 ： 氧 化 氢 酶 ； 拟 酶 ； 性 中心 ； 理 过 模 活 机
中图分类号 ： ５ １ Ｑ ５
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ８－ ２ Ｘ（０ １ ０ ０ ３ １０ ０ １ ２ １ ）２— ０ ６－０ ６
Ｄｅ ｅ ｐ ｎ ｆ ｈ ｏ ｅ ｃ ｌ ｔ ｄ ｎｔ ｅＣａａａｅＭｉ ｃ ｖ ｌ ｍｅ ｔ ｅ ｒｔ ａ Ｓｕ ｙｏ ｔｌｓ ｍｉ ｏ ｏＴ ｉ ｈ ｓ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｃ ｔｌ ｓ ｓａ ｃｉ ｅ ｅ ｚ ｍｅ ｉ ｅ ｖｎ ２ ａ ｔ ｔ ｏ ｔ ｏ ｌ ｔ ｎ， ｈ ｓｔ ｅｂ ｏ ｏ ｉａ ｍｉ ｓ ｒ ｃ ： ａａａ ｅ ｉ ｎ ａ ｔ ｎ ｙ ｎ ｒ ｍｏ ｉ ｇ Ｈ２ ｓ ｗｉ ｕ ｌ ｉ ｖ Ｏ ｆ ｈ ｐ ｕ ｏ ｔ ｕ ｈ ｉｌｇｃ ｌ ｍｉ ｃ ｆ ｒｃ ｔ ａ ｅ ｈ ｓ ｂ ｅ ｈ ｍｐ ｒ ｎ ｎ ａ ｕ ｂ ｅ ｓｕ ｙ ｔ ｐ ｃ ｆｒｔ ｅ ｃ ｅ ｓｓｉ ｅ ｅ ｔｙ ａ ｓ Ｔ ｉ ｒ ｖｅ ｏ ａａ ｓ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｉ ｏ ｔ ｔ ｄ ｖ ｌ ａ ｌ ｔ ｄ ｏ ｉ ｏ ｈ ｈ ｍｉｔ ｎ ｒ ｃ ｎ ｅ ｒ ． ｈｓ ｅ ｉｗ ｌ ａ ａ
第 ２期
张
婷， ： 等 过氧化氢模拟酶 的理论研究进 展
・ ７・ ３
个 Ｈ Ｏ 反应 放 出 氧气 与水 。对 于 Ｈ Ｃ与 Ｐ Ｃ， ：： Ｐ Ｖ 活
性 中心 的分 子 结 构 是 有 所 区别 的 。Ａｆｎｏ—Ｐｉ ｏ ｌ ｓ ｏ ｒｔ ｅ
等人 分 别用 ｈｍ ｅ ｅｂ和 ｈｍ ｅ ｅｄ来 表 示 ＨＰ 和 Ｐ Ｃ Ｃ Ｖ
与生理 学环境 相 近 。
与 ２０ ０７年
合成 出了一系列配合物对过氧化氢
后来 Ｈ ｎ ａｓ—Ｇ ｒ Ｋ ｎ ｅ ０ ｈ小 组 与 南 京 大 学 的 ｔ