二 簇酶（蛋白）活性中心的仿生模拟

酶（蛋白）的分离、提纯和单晶培养是一项非常复杂的工作，同时要求测定蛋白晶体结构有高的分辨率。为了精确确定簇蛋白金属中心中的配位环境，晶体结构测定分辨率须达 0.18—0.22nm。最近 Rees 及Bolin 等人分别在巴氏梭菌的铁蛋白和钼铁蛋白晶体的结构测定研究方面取得了突破性进展，两种晶体测定的分辨率均达 0.30nm，因此至今还不可能精确定出簇酶（蛋白）活性中心各原子的空间位置。上述这些有关簇酶

（蛋白）活性中心结构的信息主要来源于各种簇酶（蛋白）生物分子的其他物理测定。簇酶（蛋白）的金属活性中心均处于一定的氧化态并具有一定的配位微环境，它们的金属离子中心大都是高自旋的（具有高的未配对电子数），都能形成顺磁中心，通常采用诸如顺磁共振波谱（特别对于混合价态的金属离子能提供很丰富的信息）、紫外-可见电子光谱

（特别是可见区 d-d 电荷转移吸收带能提供丰富的信息）、磁化率测定

（研究邻近金属离子间的电子耦合信息）、穆氏鲍尔能谱（提供金属离子氧化态和离子间电子耦合的信息）以及 EXAFS（XANES）（提供近邻原子的距离、数目和性质及配体构型的信息）等物理的研究方法特别适合。但是这些物理方法所能提供的有关结构的信息仍是有限的，它无法用来构成有关活性中心的三维空间结构。这种研究方法的缺陷导致了新的研究领域，即生物无机化学（化学仿生模拟）的发展。即通过综合分析生物分子的各种从谱学测定提供的有关活性中心的结构信息，并利用合成

的有关金属的低分子量簇合物的谱学和配位化学知识，结合底物的化学活性，进行对比和推断。生物分子和非生物分子的谱学信息无法对照比拟时，配位化学家则必需合成出新的模型化合物或者修改其有关结构的设想以求得两者吻合。从配位化学的观点可以把簇酶（蛋白）这种生物分子视为一种多核金属的配位络合物，只是此时作为活性中心的金属离子被一种非常大的螯合配体（脱辅基蛋白）所配位。在这种生物分子中金属离子的化学行为完全由它的最邻近微环境所决定。因此认为模拟物中金属离子的微环境如果能再现生物系统中的微环境，则这两类化合物的化学行为也将一致。

采用这种生物无机化学模拟或仿生模拟方法来研究簇蛋白的活性机制之所以是必要的，这不但是由于如前所述，在现阶段蛋白单晶结构测定的分辨率尚较低，尚不能精确确定其活性中心，生物分子的谱学信息及其对底物的生化行为，若不通过这种低分子量的模型化合物，则没有别的可沟通微观信息的借鉴来弄清活性中心的微观结构，一般是无法获得合理解释的；特别还由于它是一种仿生方法，它可以在不同意义上不同程度地再现生物的某些重要本质特征，它是通向在分子水平上实现人工再现生物功能的一个途径。目前最常见的簇酶（蛋白）活性中心的模型可分为如下三类：