铅起什么作用?

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明确一点来由:人体血液里有无数细胞在不停翻滚、跳动,这些细胞要完成新陈代谢就必须不断进行DNA复制和RNA转录,而在这过程中就需要一种物质作为运输工具把“吃的”运进细胞里,这个“吃的”就是蛋白质的氨基酸,而运输工具就是载体蛋白。其中有一种名叫运输蛋白(transporter protein)的载体蛋白家族,他们负责在人体血液中运送各种电解质(无机盐)和金属离子。 然后,我们来说说为什么需要铅离子来参与形成运输蛋白。 因为运输蛋白需要能够识别不同形态的氨基酸或者多肽,从而将它们带到相应的地方去。而很多动物蛋白质都有呈螺旋状的结构域,这种结构域就为运输蛋白与氨基酸或多肽的相互识别提供了良好的位置。而科学家们已经发现,有5个铅原子通过配位键结合在10多条氨基酸序列形成的α-螺旋的中心位置[1],这很可能是由于Pb2+阳离子的半径(0.186nm)比C-H键的键长(0.134nm)稍大,所以Pb2+容易插入到α-螺旋中,如图所示: [1] Lippincott-Schwartz J, Poole P H B. Lead as a biological trace element: structure and function of the lead superconducting transport protein in nerve and muscle cells[J]. Annual Review of Biochemistry, 1998, 67: 99-120. 由于人体的骨骼中含有大量的磷酸根,体内的磷化合物大多数以阴离子的形式存在;另一方面,肠道中的细菌可以合成维生素B族,其中叶酸(叶酸盐是一种含有碳原子的嘌呤或嘧啶核苷酸)是B族的一部分,都需要带负电的阴离子来辅助吸收。所以,体内需要一些阳离子来中和这些阴离子,保持离子态。

最后,我们来说说什么是亚铁血色素。 亚铁血色素是由4个亚铁离子和一个芳香族环组成的配合物,广泛存在于生物体中。因为4个亚铁离子可以构成两个互变异构体,所以总共有两种形式:外式[Fe(BPP)2]2+和内式[Fe(BPP)3]+。这两种形式的平衡取决于外界环境,如pH值等。 当有外来阳离子进入细胞时,会与亚铁血色素的外式基团结合,从而抑制了该基团与细胞膜上受体结合的能力;而当细胞内的阳离子浓度上升时,外式的含量下降,从而恢复了对受体的结合能力[2]。这一分子起到了调节细胞内外阳离子浓度梯度的作用。 而上述提到的运输蛋白正是通过亚铁血色素的外式基团来识别特定的阴阳离子,实现对不同形态氨基酸的转运。

[2] Ettre SL, et al. Biological effects of iron in animals and man[J]. Nutrients, 2015, 7: 251-268.

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