一 含色氨酸、酪氨酸肽链的电子转移

含色氨酸、酪氨酸肽链在电子转移反应中研究得最多，也最为彻底， 其基本模型为：Tyr-（X）n-Trp（Trp-（X）n-Tyr），X 为 Gly，Glu 时， n 为 0-3；X 为 Pro 时，n 为 0-5。当 n 为零时，就变成了最基本的模型Tyr-Trp（Trp-Tyr），在 N2O 饱和的水溶液中，用 NaN3（中性和碱性） 和 KBr（酸性）作引发剂，进行脉冲辐解研究，利用动态吸收光谱法进行检测，结果表明发生了电子转移反应，色氨酸残基引起的吲哚自由基的510nm 处的特征吸收峰下降，并同步生成 405 和 390nm 的酪氨酸残基引起的酚氧自由基的特征吸收峰（见图 1）。

用反应式表示为：

H2O→eaq+·H+·OH （1）

eaq+N2O+H2O→OH-+·OH+N2 （2）

OH·+N3-（Br-）→OH-+N3·（Br-2） （3） TyrOH-TrpH+N3·（Br2-·）→TyrOH-Trp·+N3-（Br-）+H+ （4） TyrOH-Trp·→TyrO·-TrpH （5）

k5=5.4×10-4s-1

类似地，当体系换成 TrpH-TyrOH，相同条件下进行脉冲辐解，吸收峰的变化与前者相同，反应的速率常数稍微有所增大。下列事实说明电子转移反应是分子内的电子转移而不是分子间的电子转移：（1）反应速率常数与肽的初始自由基浓度及剂量无关；（2）加入破坏氢键结构的尿素既不影响反应的速率也不影响反应的最终产额；（3）色氨酸残基中的吲哚自由基与酪氨酸或酪氨酰肽的分子之间反应很慢。

温度对电子转移反应有很大影响，在 280-337K 温度范围内，反应的速率随温度的上升而增加，实验数据符合阿累尼乌斯关系式，表观活化能为 21kJ/mol，这样低的表观活化能证明电子转移过程不是通过氢键来实现的，而是由隧道效应所引起的。

关于酸度对电子转移反应的影响，文献报道的结果不尽一致。在酸

① 刊于 1995 年第 10 卷第 4 期第 1 页

性和碱性条件下，尽管由酪氨酸残基引起的酚氧自由基和由色氨酸残基引起的吲哚自由基的产额不同，电子转移表观速率常数有所变化，酸性条件下，Trp·质子化形成 TrpH·，引起吸收峰的红移，但总的初级产额与 pH 无关。此外，有人发现在极端条件下（pH1.1），二肽中电子转移的逆转现象，并从氧化-还原电势的变化解释了这种现象的发生。

在此基础上，人们为了进一步研究电子沿肽链的转移情况，又将肽链延长，即在 TyrOH 与 TrpH 之间插入若干氨基酸，如 Glu、Gly 和 Pro 等，都观察到与二肽类似的吸收峰的生成和衰变情况，表明延长的肽链依然发生了电子转移反应，但插入氨基酸的种类 X 和数目 n 对反应的速率常数都有影响。

当插入氨基酸为 Glu，Gly 时，增加插入物的数目（n 从 1-3），对反应速率几乎没有影响，这被解释为肽链的柔韧性引起了这种结果，因为在这样的肽链中，σ键可以发生转动，从而导致构型的变化，所以肽链两端的吲哚和酚氧基团可能产生接触而导致电子转移，以致增加 n 对电子转移的速率影响不大。人们还发现，肽链中电子转移的速率强烈地依赖于插入氨基酸的分子柔韧性的大小，柔韧性越大，电子转移的速率也越大，这种结果确是给肽链中电子授受体之间的相互接触而发生电子转移提供了证据。

而当插入氨基酸改为 Pro 时，情况发生了变化，尽管并不排除当插入氨基酸的数目较低时（例如 n=1），由于顺反异构化造成的电子授受体之间相互接触而产生电子转移，但随着插入氨基酸数目的增加（n=2-5）， 电子转移的速率常数随电子授受体之间分隔距离的增加，而呈指数下降的关系，这是由于插入脯氨酸后，肽链变成了刚性链，电子转移的途径不仅由电子授受基团之间的空间接触碰撞所引起，而且还包括沿肽链骨架的电子转移。定量计算结果表明，含脯氨酸插入物的多肽的长程电子转移（LRET）的速率是所有肽的异构体对电子转移贡献的加权平均值， 包括沿肽链骨架转移（TB）和通过空间碰撞转移（TS）。

Marcus 的电子转移理论可以解释肽链中长程电子转移速率 ket 对分隔距离 r 的依赖关系，如下式：

ket=Ket·ν·Knuc （6）

Ket 是电子转移系数，ν是核振动频率，Knuc 是核因子，已经确证， Ket·ν对电子授受体之间的距离有一指数依赖关系：

Ket·ν=A·exp［-β（r-r0）］ （7）而核因子 Knuc 也与分隔距离呈指数关系，当链较长时： Knuc=Knuc（o）·exp（-γr） （8）

r 是分隔距离，γ和β是实验热力学参数，可以分别由ΔH■/RT-Δr 和ΔS/R-Δr 作图得到，斜率即为γ和β。

在研究含色氨酸、酪氨酸的肽链的电子转移的基础上，国内已开始着手研究磷酰化肽链的电子转移过程。这是因为近年来生命科学中基因调控研究的重大进展是发现非组蛋白具有高度磷酸化特性，研究证明， 核内蛋白质磷酸化和去磷酸化是基因表达调控的重要方式之一。Fisher 和 Krebs 由于在研究蛋白质的可逆磷酸化方面作出突出贡献而获得 1992 年诺贝尔生理学和医学奖，美国洛克菲勒大学的 Greengard 曾指出：“几

乎每一种生物过程都是由蛋白质的磷酸化和去磷酸化调节的。国内的初步研究结果表明，磷酸酯参与了肽链的电子转移过程，与不含磷酸酯的相同肽链相比，磷酰化肽链的电子转移速率常数明显降低，这种效果也许是磷酸酯在生物体内所起的作用之一，即辐射保护作用。目前，关于磷酰化肽链中电子转移的研究还刚刚起步，对于磷酸酯在生物体系中的作用正在进