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        ,-的活性中心及其催化機(jī)理

        時(shí)間:2023-02-10 理論教育 版權(quán)反饋
        【摘要】:高分辨率的譜已經(jīng)揭示人紅細(xì)胞、酵母和麥胚的Cu,Zn-SOD與牛紅細(xì)胞Cu,Zn-SOD的活性中心構(gòu)象是相同的。圖3-15為各種來(lái)源的Cu,Zn-SOD活性中心結(jié)構(gòu)圖。圖3-15 不同來(lái)源的Cu,Zn-SOD活性中心結(jié)構(gòu)圖3.3.1.2 Cu,Zn-SOD的活性中心的金屬結(jié)合位點(diǎn)A.人Cu,Zn-SOD及其突變體M4SOD單體的金屬結(jié)合部位通過(guò)改變疏水界面亞基的疏水殘基制備了一些人SOD的單體,這些變異盡管遠(yuǎn)離活性中心但是卻極大地減少了催化效率。
        ,-的活性中心及其催化機(jī)理_超氧化物歧化酶

        3.3.1 Cu,Zn-SOD的活性中心及其催化機(jī)理

        3.3.1.1 Cu,Zn-SOD的活性中心氨基酸殘基的保守性

        從1980年獲得的2img61分辨率電子密度圖中,可以比較清晰地看到牛血紅細(xì)胞Cu,Zn-SOD活性中心附近氨基酸位置的排列,如圖3-14所示,結(jié)合底物O2-的是一個(gè)橢圓形的“口袋”,長(zhǎng)15img62,寬9img63,深6img64,口袋外緣一邊由Thr135,Gly136,Ala138和Gly139組成,另一邊由Gly59,Pro60,His61以及Phe62和Asn63組成,Lys134和Arg141的側(cè)鏈鎖住口袋兩側(cè),口袋底部是Cu,Zn,Asn81以及His118,His44,His78和His69。高分辨率的譜已經(jīng)揭示人紅細(xì)胞、酵母和麥胚的Cu,Zn-SOD與牛紅細(xì)胞Cu,Zn-SOD的活性中心構(gòu)象是相同的。對(duì)SOD中金屬輔基配位場(chǎng)幾何構(gòu)型研究是探討活性中心結(jié)構(gòu)的重要方面,應(yīng)用ESR,NMR,化學(xué)修飾結(jié)合X射線晶體結(jié)構(gòu)分析,確定了Cu是與四個(gè)His殘基咪唑環(huán)的N原子構(gòu)成近似四方平面的配位結(jié)構(gòu),Cu和Zn之間通過(guò)共同連接His61而形成“咪唑橋”結(jié)構(gòu)。

        img65

        圖3-14 牛紅細(xì)胞Cu,Zn-SOD活性中心的“咪唑橋”結(jié)構(gòu)示意圖

        如圖3-14所示,Cu,Zn-SOD活性中心中,Cu2+被四個(gè)組氨酸殘基His44、His46、His61和His118的咪唑環(huán)上的N原子配位,另外一個(gè)水分子中的O在軸向與Cu2+配位構(gòu)成一個(gè)畸變的N4O四方錐結(jié)構(gòu),而Zn2+被His61,His69,His78咪唑環(huán)上的N原子和Asp81的一個(gè)羧基O原子配位形成一個(gè)近似N3O四面體的結(jié)構(gòu)。His61的咪唑起著橋的作用,將Cu2+,Zn2+連接起來(lái),Cu2+與Zn2+之間間距為6.3img66。

        當(dāng)除去或與其他金屬離子取代SOD活性中心結(jié)構(gòu)中的Zn2+時(shí),SOD仍然保持較高的活性,但是當(dāng)Cu2+被除去或者被其他金屬離子取代時(shí),則酶活性幾乎喪失,表明Cu2+是具有活性不可缺少的因素。

        在應(yīng)用組氨酸C-2質(zhì)子交換技術(shù)和γ-線擾動(dòng)角關(guān)聯(lián)(PAC)技術(shù)研究酵母Cu,Zn-SOD中金屬與酶蛋白的配位關(guān)系后,有人對(duì)活性中心的“咪唑橋”結(jié)構(gòu)提出疑義,認(rèn)為H63(即相對(duì)于牛酶中的H61)很可能單獨(dú)與Zn配位。由于不同來(lái)源的Cu,Zn-SOD之間具有結(jié)構(gòu)的同一性,所以推測(cè)由酵母酶得到的結(jié)論可以推廣到其他來(lái)源的Cu,Zn-SOD,即酶的活性中心不一定呈現(xiàn)“咪唑橋”結(jié)構(gòu)特征。

        “咪唑橋”結(jié)構(gòu)的提出是基于X射線晶體結(jié)構(gòu)分析,而酵母酶的工作是基于溶液構(gòu)象研究,晶體結(jié)構(gòu)與溶液構(gòu)象之間出現(xiàn)某些差別是可以理解的,更重要的是“咪唑橋”活性中心絕非剛性的固定結(jié)構(gòu),而應(yīng)該是一種柔韌的靈活的連結(jié),任何化學(xué)、物理的因素都可能影響它,而這種若即若離的結(jié)構(gòu)靈活性可能正是酶發(fā)揮催化功能所必需的。

        ESR和電子能譜測(cè)定Cu,Zn-SOD中Cu的超精細(xì)偶合常數(shù)A11為0.143cm-1,這是典型五配位Cu配合物的值。而NMR對(duì)Cu,Zn-SOD水溶液中水的質(zhì)子交換弛豫時(shí)間測(cè)定,發(fā)現(xiàn)Cu與組氨酸咪唑環(huán)N原子構(gòu)成的四方平面配位場(chǎng)的軸向位置上還結(jié)合有1分子H2O,從2img67分辨率電子密度圖上也發(fā)現(xiàn)Cu的軸向位置上有1水分子的吸收峰,而Fe-SOD和Mn-SOD的金屬離子上也都結(jié)合有1個(gè)水分子,這1個(gè)水分子的存在可能與催化機(jī)理有關(guān)。

        利用高分辨率的H NMR譜,ESR,NMR化學(xué)修飾等方法結(jié)合X射線晶體結(jié)構(gòu)分析,不同來(lái)源的SOD分子的活性中心結(jié)構(gòu)大體相同。各種來(lái)源的SOD的Cα骨架結(jié)構(gòu)極其相似,只有少數(shù)的殘基發(fā)生變化。圖3-15為各種來(lái)源的Cu,Zn-SOD活性中心結(jié)構(gòu)圖。

        img68

        圖3-15 不同來(lái)源的Cu,Zn-SOD活性中心結(jié)構(gòu)圖

        3.3.1.2 Cu,Zn-SOD的活性中心的金屬結(jié)合位點(diǎn)

        A.人Cu,Zn-SOD及其突變體M4SOD單體的金屬結(jié)合部位

        通過(guò)改變疏水界面亞基的疏水殘基制備了一些人SOD的單體,這些變異盡管遠(yuǎn)離活性中心但是卻極大地減少了催化效率。4個(gè)疏水殘基(50苯丙氨酸,51甘氨酸,148纈氨酸,151異亮氨酸)突變成2個(gè)谷氨酸和2個(gè)賴氨酸,雖然保持和天然二聚體SOD相同的電荷,卻僅保持25%的活性。

        圖3-16描繪了金屬結(jié)合位點(diǎn)。所有的金屬配體都有明顯的結(jié)構(gòu),Cu(Ⅰ)與His46,His48,His120相協(xié)調(diào),His63的Nε2原子質(zhì)子化并通過(guò)Nδ1和鋅結(jié)合,進(jìn)一步與His71,His80和Asp83結(jié)合,呈現(xiàn)出通常的四面體配位。Cu(Ⅰ)離子從N的三個(gè)配體形成的平面向與His63的Nε2質(zhì)子相反的方向上偏離0.4img69,這個(gè)質(zhì)子位于距銅2.9img70處。這會(huì)導(dǎo)致扭曲的三角配位幾何體從Cu原子背離120°。His63位于活性中心腔的中間,從Arg143的胍基和腔的開(kāi)口處掩蔽Cu(Ⅰ)離子,在這個(gè)結(jié)構(gòu)中,Cu(Ⅰ)離子完全被蛋白原子埋藏在沒(méi)有溶劑可及的表面。

        img71

        圖3-16 還原型人Cu,Zn-SOD突變體M4SOD的金屬離子和其配體的結(jié)構(gòu)

        (摘自Banci I B,et al.JBIC,1999)

        img72

        圖3-17 Q133M突變體Cu,Zn-SOD二級(jí)結(jié)構(gòu)圖

        (摘自Getzoff E D,et al.Nature,1983)圖中標(biāo)示出折疊及環(huán)的編號(hào)和位置(該編號(hào)與正常Cu,Zn-SOD相同)

        B.牛紅細(xì)胞Cu,Zn-SOD5RN中的金屬位點(diǎn)

        img73

        圖3-18 SOD5RN A,B亞基中Cu位點(diǎn)的不同(3F0-2FC)傅里葉圖的立體概貌

        為清晰起見(jiàn),忽略了His46殘基的電子密度。(摘自S Mangani,et al.JBIC,1998)

        圖3-18顯示了SOD5RN A,B亞基中金屬位點(diǎn)的不同3F0-2FC傅里葉圖的立體概貌。正如已經(jīng)在還原型牛Cu,Zn-SOD(pH為7.5)結(jié)構(gòu)中觀察到的,在A亞基中Cu(Ⅰ)與四個(gè)His相連,并且通過(guò)His61橋與Zn相連,其Cu與His61的Nε2的距離仍然為2.2img74,另一方面,B亞基中的His61出現(xiàn)了紊亂,以致它的Nε2與Cu的距離為2.4img75。然而,A亞基最重要的特點(diǎn)是銅離子附近額外的高電子云的出現(xiàn),這種高電子云并不是通常在凹槽中找到的水分子所產(chǎn)生的。然而,電子云圖譜清晰地表明,剩余的金屬被4個(gè)His側(cè)鏈所連接,連接距離為從2.1img76~2.3img77。

        在B亞基中卻出現(xiàn)了不同的情況,銅原子被這4個(gè)His圍著,同時(shí),水分子占據(jù)了銅的第五位置,且與銅保持2.5img78的距離,然而在圖3-18(b)中可以看到水分子跟其他鏈的電子云一樣,都很分散,這表明它們所處的狀態(tài)是紊亂的。另外,His61的咪唑環(huán)偏離在Cu與Zn之間的最佳橋位。Nε2處于銅與水分子之間的連線的中點(diǎn)處,Cu和水分子與Nε2的距離均是2.4img79。

        表3-3 pH 5.0條件下的還原性Cu,Zn-SOD的Cu(Ⅰ)和Zn(Ⅱ)的配位球的鍵長(zhǎng)和鍵角比較

        img80

        ①pH為7.5條件下的還原性Cu,Zn-SOD的鍵長(zhǎng)對(duì)比。

        最后值得一提的是,A,B亞基中不同的銅連接是跟兩亞基的不同晶體環(huán)境有關(guān)的。事實(shí)上,通過(guò)對(duì)分子接觸的分析,發(fā)現(xiàn)A亞基的兩個(gè)環(huán)(環(huán)Ⅳ和Ⅶ)用11個(gè)殘基組成了16次接觸,而在B亞基中,有2個(gè)殘基在環(huán)Ⅶ中的殘基形成了6次接觸,分子間的接觸是由環(huán)Ⅳ和Ⅶ促成的;而這兩環(huán)又是構(gòu)建活性部位所需蛋白質(zhì)的外在部分。環(huán)的編號(hào)及位置見(jiàn)圖3-17。

        img90

        圖3-19 SOD5RAZ中A,B亞基中銅位點(diǎn)的不同(3F0-2FC)傅里葉圖

        為清晰起見(jiàn),忽略了His46殘基的電子密度。(摘自S Mangani,et al.JBIC,1998)

        C.牛紅細(xì)胞Cu,Zn-SOD5RSCN中的金屬位點(diǎn)

        圖3-20(a)、(b)顯示了SOD5RSCN A,B亞基中的Cu位點(diǎn)的不同傅里葉圖。盡管B亞基中的電子云不夠強(qiáng)烈,仍然可以清楚地看到細(xì)長(zhǎng)的電子云從銅延伸到活性部位的位點(diǎn)。A,B亞基位點(diǎn)中的SCN被固定于電子云中,并且被修正為其最近原子與Cu(Ⅰ)的距離為2.6img91。

        A亞基中銅也表現(xiàn)得更有規(guī)則,且?guī)缀螆D形更接近三角雙錐(His61和His118處于軸心配體上)。然而B(niǎo)亞基是一個(gè)扭曲的四面體結(jié)構(gòu),有SCN輕微的作用。在A亞基中,His61與Cu(Ⅰ)連接且之間距離為2.2img92,然而在B亞基中,His61處于SCN的N與Cu之間的中點(diǎn)處(距離分別為2.5img93和2.3img94)。再次表明His61咪唑環(huán)的紊亂狀態(tài)并且與Cu分離。

        3.3.1.3 Cu,Zn-SOD的活性中心的活性通道

        (1)活性通道。圖3-17標(biāo)示出了Cu,Zn-SOD二級(jí)結(jié)構(gòu)的環(huán)及折疊的位置及編號(hào)?;钚酝ǖ烙?3~60的氨基酸殘基組成的環(huán)(Ⅳ)和環(huán)130~143的氨基酸殘基組成的環(huán)(Ⅶ)的一部分組成。后者帶有電荷。這些保守的氨基酸殘基提供的靜電勢(shì)使得底物可以運(yùn)動(dòng)到反應(yīng)位點(diǎn)。這個(gè)環(huán)是有序的,Thr137,Glu132,Lys136和Gln133在3F0-2FC圖中有確定的電子密度。

        但是,側(cè)鏈Arg143決定著超氧化物的正確取向,它在催化腔內(nèi)是非常保守的,并且電子云高度無(wú)序。

        img95

        圖3-20 SOD5RSCN A,B亞基中的Cu位點(diǎn)的不同(3F0-2FC)傅里葉圖

        為清晰起見(jiàn),忽略了His46殘基的電子密度。(摘自S Mangani,et al.JBIC,1998)

        由于環(huán)(Ⅳ)的變動(dòng)使得活性腔的寬度和深度比野生型Cu,Zn-SOD的略微增加,在野生型Cu,Zn-SOD中寬度是21img96,深度是11img97,而現(xiàn)在寬度變?yōu)?3img98,深度變?yōu)?3img99。另外第二個(gè)活性位點(diǎn)內(nèi)137位的蘇氨酸和143位的精氨酸的Cα的距離增加到2img100。有趣的是,這些結(jié)果和還原型單體溶液的結(jié)構(gòu)形成了強(qiáng)烈的對(duì)比,在還原型單體溶液結(jié)構(gòu)中正好相反。實(shí)際上,在還原型單體溶液結(jié)構(gòu)中縫的寬度比在人的氧化型二聚體SOD中減少到了3img101。在其他Cu,Zn-SOD中,活性通道結(jié)構(gòu)是非常有序的,在蛋白質(zhì)表面,水分子和金屬位點(diǎn)相結(jié)合。

        (2)活性通道的構(gòu)象及組成。已知Cu,Zn-SOD的活性受到活性通道靜電區(qū)域的高度影響,這個(gè)區(qū)域可以使得底物向活性區(qū)域的銅離子靠近。每個(gè)亞基分子的兩個(gè)部分都包括這個(gè)通道的構(gòu)象:①環(huán)(Ⅶ),這個(gè)環(huán)中帶負(fù)電荷和正電荷殘基組成了正確的靜電區(qū)域來(lái)吸引陰離子的亞基;②環(huán)(Ⅳ)中Cys57和Cys146位的半胱氨酸的二硫鍵。該二硫鍵的存在對(duì)二聚體酶的構(gòu)象的改變有很大的關(guān)系,并且它是高度無(wú)序的。

        在野生型Cu,Zn-SOD中,Arg143通過(guò)和環(huán)(Ⅳ)中的Cys57的羰基氧形成一個(gè)氫鍵來(lái)與環(huán)(Ⅳ)相互作用,這個(gè)氫鍵對(duì)Arg143在腔內(nèi)的定位是非常重要的。這個(gè)重要的催化殘基的側(cè)鏈的無(wú)序性是由環(huán)(Ⅳ)中的二硫鍵的高度靈活性所導(dǎo)致的。亞基的Cys57無(wú)序使得Arg143不在環(huán)(Ⅳ)上,這就是它具有高水平移動(dòng)性的原因。

        (3)人Cu,Zn-SOD單體突變體的活性通道。通過(guò)改變疏水界面亞基的疏水殘基制備了一些人SOD的單體,這些變異盡管遠(yuǎn)離活性中心但是卻極大地減少了催化效率。4個(gè)疏水殘基(Phe50,Gly51,Val148,Ile151)突變成2個(gè)Glu和2個(gè)Lys,雖然保持和天然二聚體SOD相同的電荷,卻僅保持25%的活性。

        單體在腔的大小尤其是腔內(nèi)活性位點(diǎn)的入口的寬度是不同的。對(duì)其溶液進(jìn)行共振離子化質(zhì)譜法分析,發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的一端是Thr58位,另外一端是Lys136。這個(gè)入口的寬度比在二聚體中的寬度有所減少,在HSOD中Thr58的CO-Nξ到Lys136的距離是15img102,M4SOD中是13img103,在E133QM2SOD中是11img104??梢宰⒁獾揭粋€(gè)有趣的現(xiàn)象,就是隨著這些酶的活性的減少,與之相關(guān)的寬度也在減小。

        短的α-螺旋構(gòu)成環(huán)(Ⅶ)的初始結(jié)構(gòu),實(shí)際上是一個(gè)小的但有意義的軸向移動(dòng),它的初始部分(殘基132和133)使得它向酶活性部位通道相反方向的靠近,這個(gè)移動(dòng)促成了活性部位的入口的寬度減少,并且造成廣泛的氫鍵網(wǎng)絡(luò)在靜電環(huán)內(nèi)的重排,從而影響帶電側(cè)鏈的構(gòu)象。

        帶電殘基的最主要的變化發(fā)生在:靜電環(huán)的132位的帶電的Glu殘基和位于催化腔的相反方向的Arg143。前一個(gè)殘基與Lys136之間形成一個(gè)強(qiáng)的氫鍵相互作用,也可以和Glu133形成一個(gè)強(qiáng)的氫鍵相互作用。這兩個(gè)Glu帶負(fù)電的羧基均指向Lys136。這是由于Glu132側(cè)鏈的大的移動(dòng)造成的,Glu132比在HSOD中更靠近銅離子,現(xiàn)在位于活性中心通道的一個(gè)邊緣,在這個(gè)入口處產(chǎn)生了更多的負(fù)電勢(shì)。在E133QM2SOD中,也觀察到Glu133的盡管比較小但相似的移動(dòng),因此,這種重新定向是單體化的結(jié)果。另一方面,在HSOD中,Glu132指向溶劑并且不和Lys136發(fā)生任何作用。

        img105

        圖3-21 還原型M4SOD的靜電環(huán)的活性中心通道的立體圖,和氧化型的人Cu,Zn-SOD的一個(gè)亞基

        (摘自Banci I Bertini,et al.JBIC,1999)

        活性部位的催化腔的深處有Arg143和Thr135,在所有的二聚體的酶的晶體結(jié)構(gòu)中這種定向效應(yīng)在側(cè)鏈上是很保守的。和Arg143的NηH2基團(tuán)與Cys57羰基氧及Thr58的羰基氧形成氫鍵。在M4SOD中,前一個(gè)氫鍵被破壞掉,但是在整個(gè)結(jié)構(gòu)中與Thr58CO之間的相互作用仍然存在。在M4SOD中,由于50~68之間的環(huán)的無(wú)序,Cys57和Thr58也是高度無(wú)序的,并且與HSOD中的構(gòu)象不同。因此,雖然Arg143和Thr58之間的氫鍵是保守的,但Arg143卻改變了構(gòu)象。它的側(cè)鏈離開(kāi)銅離子向活性區(qū)域開(kāi)口靠近,胍基氮大約離Cu(Ⅰ)有9img106(在HSOD為6img107),因此從溶液中隱藏了金屬位點(diǎn)。與HSOD相比,E133QM2SOD的X-射線衍射結(jié)構(gòu)和溶液結(jié)構(gòu)中均觀察到,Arg143位置遠(yuǎn)離銅離子。

        所有的結(jié)構(gòu)中,Thr135的構(gòu)象是必不可少的,這個(gè)殘基對(duì)著Arg143,并且和Arg一起形成活性中心的較深的第二個(gè)瓶頸結(jié)構(gòu)。在M4SOD中,盡管它與HSOD具有相同的電荷,這個(gè)瓶頸的寬度比HSOD的要窄,這與M4SOD的酶活性減少是一致的。

        在E133QM2SOD中,用Gln代替Glu133,可以導(dǎo)致Thr135發(fā)生輕微的移動(dòng),這個(gè)蘇氨酸與谷氨酰胺可以產(chǎn)生強(qiáng)的氫鍵相互作用,這個(gè)輕微的改變可以打開(kāi)活性區(qū)域的入口,因此,這個(gè)突變除了可以減少活性中心入口處的負(fù)電荷外,還可以增加入口的寬度。

        總的來(lái)說(shuō),單體化導(dǎo)致環(huán)(Ⅳ)的無(wú)序性增加,這可以從α-螺旋的定向效應(yīng)的改變以及靜電環(huán)的重排反映出來(lái)。隨之而來(lái)的,入口處的寬度減小,荷電殘基形成氫鍵的模式發(fā)生改變。后者的特性促成蛋白質(zhì)表面的靜電勢(shì)發(fā)生改變,這是超氧化物擴(kuò)散進(jìn)入活性位點(diǎn)的決定因素。因此,單體誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)改變,這個(gè)改變可以是空間結(jié)構(gòu)的改變,也可以是活性區(qū)域靜電勢(shì)的改變。

        3.3.1.4 Cu,Zn-SOD的催化機(jī)制

        組氨酸是首先被發(fā)現(xiàn)與金屬輔基Cu和Zn相連且與酶的催化活性直接相關(guān)的氨基酸殘基。這主要來(lái)自三方面的實(shí)驗(yàn)證據(jù):一是光敏氧化失活,二是化學(xué)修飾觀察,三是輻射失活實(shí)驗(yàn)。

        在有光敏染料亞甲藍(lán)存在的條件下,去除Cu,Zn后的酶蛋白經(jīng)光照后組氨酸殘基遭到破壞,這時(shí)再加入Cu、Zn離子,酶活性不能修復(fù)。用組氨酸特異性試劑重氮1H-四唑(DHT)修飾發(fā)光細(xì)菌中提取的Fe-SOD,發(fā)現(xiàn)經(jīng)DHT修飾后的酶完全失去活性,而且去Fe后的酶蛋白經(jīng)修飾后再加入Fe就不能重組復(fù)活。對(duì)牛紅細(xì)胞Cu,Zn-SOD的重組研究表明,去除Cu,Zn后的酶蛋白經(jīng)較低劑量γ-射線照射后就喪失了再與Cu、Zn重組復(fù)活的能力。

        其次是半胱氨酸和—SH基,Malinowski和Fridovich用對(duì)-氯汞苯磺酸修飾半胱氨酸—SH基后,發(fā)現(xiàn)牛紅細(xì)胞Cu,Zn-SOD、麥胚Cu,Zn-SOD和豬血紅細(xì)胞Cu,Zn-SOD并不喪失活性,對(duì)雞肝Cu,Zn-SOD的修飾也得到同樣的結(jié)果。順丁烯二酰亞胺氮氧自由基旋標(biāo)(Maleimido)可以特異性地與蛋白質(zhì)分子中半胱氨酸的巰基結(jié)合,并根據(jù)巰基所處不同環(huán)境給出特征性的ESR波譜,對(duì)牛紅細(xì)胞Cu,Zn-SOD的游離巰基進(jìn)行自旋標(biāo)記,只能給出弱固定化的ESR信號(hào),表明該巰基并不是包埋在蛋白質(zhì)分子疏水內(nèi)部而是位于比較接近溶劑的表層中,標(biāo)記后的酶仍然有酶活性,其紫外圖譜也未發(fā)生大的變化,表明巰基與酶的活性無(wú)直接聯(lián)系。

        img111的氧化速率的限制階段是它在活性腔內(nèi)的擴(kuò)散,在腔內(nèi)的擴(kuò)散速率要比在水中高。img112靠近Cu2+,直到達(dá)到不發(fā)生化學(xué)鍵的生成就可以發(fā)生電子傳遞的距離。這種機(jī)制還不是很清楚。銅離子沒(méi)有被水分子結(jié)合是很重要的,這樣銅離子可以很容易地移動(dòng)到img113,這個(gè)幾何結(jié)構(gòu)使得靠近過(guò)程更容易發(fā)生。還原型的催化中心有著和氧化型的催化中心相同的帶電區(qū)域,img114的擴(kuò)散速率也是相同的。實(shí)際上的最初反應(yīng),包括氧化型和還原型的酶以及低濃度的img115,同時(shí)氧化型酶和還原型酶有著相同的反應(yīng)速率。當(dāng)img116靠近還原型的酶時(shí),它和His63的N2的質(zhì)子鍵合,一旦Cu(Ⅱ)形成,它和His63結(jié)合。質(zhì)子從His63的N到img117之間傳遞,使得Cu(Ⅱ)和His63的N之間的鍵的重新形成產(chǎn)生了障礙。當(dāng)img118處于高濃度時(shí),限制階段是質(zhì)子的傳遞速率,這個(gè)已經(jīng)用同位素標(biāo)記法H/D對(duì)活性速率的影響所證明。一個(gè)完全的反應(yīng)的所有階段都包括質(zhì)子梯度這樣一個(gè)限制過(guò)程,和其他的擴(kuò)散一樣控制著反應(yīng)過(guò)程。當(dāng)img119靠近Cu(Ⅰ)時(shí),碰到了His63的質(zhì)子,然后發(fā)生電子傳遞過(guò)程。水分子中釋放出一個(gè)質(zhì)子,同時(shí)生成的Cu(Ⅱ)和Himg120,H2O2釋放而不再與Cu(Ⅱ)結(jié)合,就像水分子一樣,這在Cu,Zn-SOD的X射線結(jié)構(gòu)中也可以觀察到。

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