Fe与血红蛋白

4Fe2+ + 4H+ + O2 = 4Fe3+ + 2H2O
第三节

2+ Fe 在输氧和载氧过程
中的作用
血红蛋白的二价铁离子,在未和氧分子结合时 是五配位的,第六个配位位置暂空,这时的二价 铁离子具有高自旋的电子结构，过渡金属的自 旋状态与配位场的强弱有关,在强场的作用下, 一般是低自旋,电子云相对集中,配体与中心结 合紧密.在弱场的作用下,一般是高自旋.二价 铁的电子状态为d6若为高自旋状态,只有4个不 成对的电子,电子分占5个轨道,使离子的半径 较大.而O2是一个相对较好的配体.当血红素中 第六个配位结合一个氧分子后配位场增强,Fe2+ 由高自旋状态转变为低自旋状态.
铁参与血红蛋白输氧 贮氧过程原理
组长:范凤茹 组员:安朝峰 徐明 刘晓清 刘泽 薛王欣 周熹

内容提要：二价铁和卟啉形成的金属卟啉配
合物。卟啉环的中心由四个吡咯氮原子形成孔 洞血红蛋白的分子排列紧密，肽链折叠成球型， 血红素被包在蛋白质链中，蛋白质链上很多氨 基酸的疏水性Ｒ基位于链的内侧，高自旋二价 铁的电子状态为d6若为高自旋状态,有4个不成 对的电子,电子分占5个轨道,使离子的半径较 大.由于有成单的电子,配合物应是顺磁性的 3 个轨道中,Fe2+的离子半径相对较小.高自旋的 二价铁离子半径较大为92pm.不能进入卟啉环 的4个氮原子之间,低自旋的的二价铁离子的离 子半径为75pm. 关键字：血红蛋白 铁 卟啉 FeO2 载氧体
1 钴 （ II）—schiff 碱 配 合 2人工合成铁载氧体 物 多年来人们企图合成类似血 schiff碱是指伯胺和醛或酮的 红素中的铁（ II）— 卟啉 缩 合 物 。 钴 schiff 碱 配 合 配合物，但都遭到了失败， 主要原因是其中的铁 （ II） 物是最早研究作为氧载体 模型物的配合物。活性的 遇氧在没有特定保护的情 钴（II）—schiff碱配合物 况下就被氧化到三价铁失 的固态是层状结构。其所 去载氧功能，但人们还是 有原子都处于同一平面上， 通过一定的努力利用空间 而取代基和烯键的氢通常 位阻、低温、刚性支撑等 置于平面之外，层与层之 化学物理手段合成出了大 间的空隙足以让氧分子在 量铁载氧体，取得了一定 整个晶体中迅速扩散，达 的进展，但距离实际运用 到载氧和贮氧的功能。 尚有一段时间。
第一节 铁参与形成血红蛋白

血红蛋白是人体血液的重要组成部分，血红 蛋白中含有血红素，它是二价铁和卟啉形成的 金属卟啉配合物。卟啉环的中心由四个吡咯氮 原子形成孔洞，这些孔洞对于第一过渡元素金 属离子的大小合适，易形成配合物。这是铁参 与形成血红蛋白的一个原因，它也为今后人造 载氧体的研究指明一定方向。卟啉能失去两个 质子形成－２价阴离子，它与二价铁形成配合 物总体上保持电中性，其中四个氮原子与铁配 位
Pauling根据氧合血红蛋白的磁性性质以及温和条件 下可逆结合氧的现象，认为FeO2的电子结构为Fe （II）O2，其双氧上电子数为偶数， Weiss则假设在 配位的双氧上的电子为单数，其中Fe的价态为+3
P a u l i n g
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第四节
人工合成载氧体

在场的作用下，二价铁发生d轨道分裂，有的能量升高， 有的能量降低，d轨道不再是简并轨道，必然造成d轨道 的电子重排，六个电子排在能量较低的三个轨道中，空 出两个d轨道，与4s、4p轨道共同组成杂化轨道，形成 d2sp3的八面体六配位;电子 只集中在3个轨道中, 因此Fe2+的离子半径 相对较小.高自旋的二 价铁离子半径较大为 92pm.不能进入卟啉 环的4个氮原子之间, 高出卟啉环的平面.低 自旋的的二价铁离子 的离子半径为75pm. 因此它能下落到卟啉 环的平面中.使整个氧 合血红蛋白处于一个 较平稳的状态,
致谢 本课题得以顺利完成,在此特别感谢朱亚先老师、 吕鑫老师在图片制作过程给予的支持，以及陈雷奇、 卢旭、宋金帅、郑晋生、李佳同学的真诚帮助。
THE END
谢谢
第二节 铁在血红蛋白中的存在价态

血红蛋白中的二价铁是很稳定的，原因就在于 血红蛋白的分子排列紧密，肽链折叠成球型， 而血红素被包在蛋白质链中，蛋白质链上很多 氨基酸的疏水性Ｒ基位于链的内侧，而血红素 集团刚好处于它们形成的疏水性口袋中 , 唯有 卟啉环的一侧露在口袋的外面，在血红蛋白链 中，一方面，氨基酸的疏水性集团指向内侧给 血红素造成“油状”环境；另一方面，亲水性 的集团指向外侧，使血红蛋白成为水溶性物质。 亲脂的氧分子能自由的进入口袋和二价铁结合 成为氧和血红蛋白，由于疏水性 R 基的阻挡， 亲水性或极性的水分子和氧化剂不易进入口袋.
NH
N
N M2+
N
N
HN
N
N
Porphin
Metalloporphyrin
4Fe2+ + Fe 3+

4H+ + O2 = 4Fe3+ + 2H2O
+ K+ + [Fe(CN)6 ]4- = Fe(CN)6Fe]↓
实验过程：取鸡血（猪血）约两毫升加入百分之十的盐 酸两毫升震荡，倒入坩埚加热，至水分蒸发完全冷却后， 取干燥粉末适量加入另一支试管滴３－５滴亚铁氰化钾， 可以看到生成蓝色的 K[Fe(CN)6Fe]沉淀，说明血红蛋白中 含有铁元素。

参考文献
《无机化学新兴领域导论》 北大出版社 1988 项斯芬 《生物学中的化学》 科学出版社 2000 J.Fisher＆J.R.P.Arnold著 李艳梅 译 《生物无机化学》 清华大学出版社 1988 王夔 《配位化合物的结构和性质》 科学出版社 1992 游效曾 《化学通报》 2001.5 秦至英 《化学通报》 200 .7 车云霞 申泮文