三 应用配合物研究方法于金属酶

结构与功能以及反应机制的研究是酶的基础理论工作的核心，对于金属酶，情况也一样。不同领域的工作者从不同角度，利用不同的方法开展酶（金属酶）的基础理论研究。对于生物化学工作者来说，他们强调酶（金属酶）是蛋白质。对于生物无机化学工作者来说，由于他们充分估计到金属酶中金属离子对酶功能所起的作用，所以他们除了注意到金属酶的蛋白质本质以外，更主要的是把金属酶看作是一种具有特异形式的配位化合物，其中，整个酶蛋白作为金属离子的多啮配位。这样， 配合物的研究方法便可以应用于金属酶。本文仅以电子吸收光谱的应用为例予以说明。

组成蛋白质的氨基酸如果含有芳香侧链，则由于π-π电子跃迁，在280nm 附近出现吸收带。金属酶除在此范围有吸收外，过渡金属离子的d-d 跃迁及金属离子与其配体之间的荷移跃迁，还可表现出其他的吸收带。应用配位体场理论方法对金属酶的电子吸收光谱进行分析，可得到关于金属离子配位环境的几何结构的信息。遗憾的是在 Zn 酶中 Zn（Ⅱ） 离子的 d¹⁰ 电子构型使得它的氨基酸配合物不呈现颜色。生物无机化学家常利用金属酶在溶液中的配合平衡：

金属离子+酶蛋白 金属酶

用适当的金属螯合剂夺取金属离子[例如 Zn（Ⅱ）]然后置入另一种过渡金属离子，使产生电子吸收光谱。通常 Co（Ⅱ）离子是 Zn（Ⅱ）离子的最佳替代者。这是由于在四面体场中，Co（Ⅱ）离子 d⁷ 电子构型为

（e）⁴（t2）³，这种电子构型的离子，在行为上类似于球形离子，因此它和具有 d¹⁰ 电子壳层的 Zn（Ⅱ）离子相似，易于适应四面体型及畸变四面体型的配位多面体。用 Co（Ⅱ）置换锌酶中的 Zn（Ⅱ），由于能够保持 Zn（Ⅱ）原来的配位环境，因而往往能保持酶原来的活性。

碱性磷酸酯酶的研究是很有趣的，该酶分子由 2 个亚基组成，分子

量约为 89，000。分子中含有 4 个 Zn（Ⅱ）离子，它们分别属于 2 个亚基。利用金属螯合剂可使酶中 2 个 Zn（Ⅱ）离子失去，酶催化活力迅速下降至可以忽略的程度，说明被夺取的 2 个 Zn（Ⅱ）离子是酶催化活力所必需的。如果使螯合剂继续与酶作用，则酶中剩余的 2 个 Zn（Ⅱ）离子也逐渐被夺去，最后生成不含金属的酶蛋白，酶蛋白的稳定性远低于天然酶，说明难于被夺取的后 2 个 Zn（Ⅱ）离子具有稳定蛋白质结构的作用。由此看来，碱性磷酸酯酶中的 Zn（Ⅱ）离子，具有催化功能和稳定结构功能两类。Co（Ⅱ）-碱性磷酸酯酶电子吸收光谱的研究，可以阐明两类金属离子扮演不同角色是它们所处配位环境不相同的结果。

图 3 是 Co（Ⅱ）-碱性磷酸酯酶的可见吸收光谱，其中 Co2P′ase 表示酶蛋白与 2 个 Co（Ⅱ）离子结合，此时酶不具催化活力。Co4P′ase 表示酶蛋白与 4 个 Co（Ⅱ）离子结合，这种状态的酶是有催化活性的。在生物无机化学研究中经常用的研究方法是借助小分子模型化合物（选择各种几何构型的 Co（Ⅱ）配合物），可以获得关于酶中两类金属离子结合部位的信息。