一、铁运载体（Siderophores）

微生物采用非蛋白分子从环境获取铁。它在生长过程中，合成并分泌低分子量的铁运载体（Siderophores），这些铁运载体可以以高选择性与Fe（Ⅲ）形成高稳定性配合物。已知有许多各种各样的铁运载体。大体可分为两种类型[25]：羟肟酸类和儿茶胺类。它与Fe（Ⅲ）的结合强度有较大差别，如脱铁羟肟胺的K_F=10³¹/M；肠菌铁素（enterobactin）为K_F=10⁵²/M。

体外实验证明，去铁羟肟酸对人的淋巴细胞B和T的DNA合成有抑制作用，当有Fe（Ⅲ）时，便失去抑制作用。儿茶胺类铁运载体对L₁₂₁₀活性抑制实验也证实；六配位儿茶胺铁螯合剂副菌铁素（Parabactin）对L₁₂₁₀有抑制作用，当加入FeCl₃时可使抑制作用逆转。

大肠杆菌等肠内细菌分泌的肠菌铁素有一个环状三L丝氨酸肽酯作为骨架[26]，而三个α氨基上有一个2，3二羟基苯甲酰基结合，构成一个1：1带有三个负电荷的配合物[（Fe（ent）]^3-，其中6个酚羟基氧与Fe（3）配位。有7个基因产物（entA至entG）参与肠铁素的生物合成，而另有5个基因产物（fepA、fepB、fesB、tonB和exbB）参与肠铁素Fe（Ⅲ）配合物的运转及应用；而这些基因产物的产生是由外源性铁的利用所调节的，也由细胞生长速度所调节。

在革兰氏阴性细菌中，营养物通过两层膜进入胞内而被利用。[Fe（ent）]^3-先为fepA受体蛋白所识别（包括它的△-cis立体结构），然后配合物不经解离主动运过外膜，再通过内膜其它基因产物如tonB和exbB可能参与各种高亲和性运送配合物过程，而fepB基因产物则为胞浆膜通过酶，没有它就不能把[Fe（ent）]^3-中的Fe³⁺利用起来。fesB基因产物在膜浆内是一种酯酶，它把[Fe（ent）]^3-及ent都水解掉，所以ent不能再利用。如果缺少fesB，培养基中只有[Fe（ent）]^3-，则细菌长不好。由于[Fe（ent）]^3-配合物水解，Fe³⁺/Fe²⁺的还原电位增高，因此可把铁释放。

二、转铁蛋白类

转铁蛋白（Transferrins）是一大类遗传相关、基本结构和生物功能相似的铁结合蛋白。典型转铁蛋白如在脊椎动物血浆、脊髓液、精液以及鸟类和哺乳动物的神经元中存在的血清转铁蛋白（Serotransferrin），一般简称转铁蛋白（以下用Tf表示），在禽蛋和爬虫蛋蛋白中存在的卵转铁蛋白（Ovotransferrin，用OTf表示），以及哺乳动物乳汁、胰腺液、泪液和白细胞胞浆内存在的乳转铁蛋白（Lactoferrin用LTf表示）。此外，还有一些蛋白质与转铁蛋白相关，但不能说它们也是转铁蛋白，如人黑色素瘤细胞膜上的黑转铁蛋白（Melanotransterrin）、甲壳类动物中的铁结合蛋白以及最初由猪子宫分离出的子宫转铁蛋白（Uteroferrin，UTf）等。

下面我们主要讨论Tf及LTf。

（一）转铁蛋白的功能

1.铁的转运  如前所述，在人体内铁的摄入与利用必须解决一个困难，即：生理条件下Fe（Ⅲ）离子容易水解、聚合和沉淀。转铁蛋白的主要功能就是结合游离铁，使它们成为可溶解并且可为细胞所摄入的状态（见后）。

2.细胞增殖  所有细胞的生长都需要铁。由于摄入铁越多，增殖越快，所以细胞获得和利用铁是受控的，而控制方式则是通过细胞表面能接受Tf-Fe（Ⅲ）配合物的受体（Tf受体）的数目来实现的。正常细胞表面Tf受体数目受控，而一个迅速增殖的肿瘤细胞的表面Tf受体密度大。所以，抗人Tf受体的单克隆抗体可以阻止癌细胞生长。天然杀伤（NK）细胞通过进攻Tf受体而杀伤细胞，癌细胞Tf受体密度大，所以对NK细胞敏感。

3.清除游离铁  自由铁离子和简单铁配合物因能推动·OH自由基形成而具有细胞毒性（见第一节）。转铁蛋白因能生成非常稳定的Fe（Ⅲ）配合物，所以起着清除游离铁离子、抑制自由基产生的细胞毒性的作用。

4.其它  LTf还具有一些其它功能，在粒细胞中的Fe（Ⅲ）-LTf抑制由巨噬细胞和单核细胞的刺激菌落活性（Colonystimulatingactivity）。LTf还与淋巴样细胞运动有关。

（二）转铁蛋白的结构[28]

所有转铁蛋白都是糖蛋白，由一个单肽链构成，分子量在75000～80000之间。一个分子能可逆地结合两个Fe³⁺，同时结合两个CO₃^2-或HCO₃^-。阴离子的结合与Fe³⁺的结合是协同的。一个肽链含680～700个残基。氨基酸序列研究结果表明：一个分子可分为N末端区段和C末端区段两段，这两段为同系的。例如，人Tf的679个残基分为1～336（N端区段）和337～679（C端区段）两段，这两段中有151个残基占相同位置。LTf、OTf和Tf的氨基酸序列也有较高的同系性。

每一个人Tf分子中有两个寡糖链，分子量均为2207，各连接在Asn611及Asn413上。LTf也结合2个糖链，OTf（鸡）只有一个。这些糖链由N-乙酰氨基葡萄糖、岩藻糖和唾液酸组成，都是通过其中的乙酰氨基葡萄糖与Asn联接。

1.人LTf晶体结构[27]  Fe₂LTf的X射线晶体分析结果可表示如图7—4所示。

由图可见，分子折叠成结构同系的两个瓣，其间由一个短肽段连接。1～332为N端瓣，344～703为C端瓣，而333～343为一连接螺旋。每一瓣有一个铁结合部位，两个铁原子相距约42Å。肽链折叠成瓣而且稳定存在，主要原因之一是Cys形成的二硫键。在所有转铁蛋白中，二硫键数目和位置相同，所以都有相同的折叠方式。但两个区段的二硫键数目不等，如OTf有15个其中有6个位置相同外，C端另有3个。人Tf的N端区段有8个，C端区段有11个。所以虽然结构同系，但从分子的整体构象来说，并非两瓣完全相同。

每一个瓣的肽链又缠绕成两个小区段，每一区段约含160个残基，铁结合部位即位于两区段间的沟中（见图7—4）。这两个区段具有相似的超螺旋结构。而且铁结合部位在每一瓣内位置相同，铁原子深藏于分子中，离分子表面～10Å。这也是Tf-Fe（Ⅲ）配合物极为稳定的原因。这个沟可以在结合和释放Fe³⁺时发生构象变化，而且沟的体积足以装进一些小分子或离子。铁结合部位中有4个Tyr、1个Asp和1个His残基，占4个配位位置，另外有一协同阴离子CO₃^2-以二齿配体形式配位满足Fe的六配位。Fe在其中一般为高自旋Fe（Ⅲ），总的来说带较多负电荷，有利于Fe³⁺的结合（结合常数～10²⁰M^-1），而且比Fe²⁺（10³M^-1）强。两个铁结合部位中的配位原子相同，包含3个配位氧原子（N瓣为Tyr93、Tyr191及Asp61）和1个中性His（252）氮原子（见图7—4）。另有一个Arg，它通过CO₃^2-与Fe³⁺结合。在八面体的剩下的两个Cys配体位置上可能结合了CO₃^2-（或水分子）。

2.其它转铁蛋白的结构  由于不同转铁蛋白的氨基酸系列同系性很强，所以它们之间在三维结构上也很相似，结构特征也相同。个别残基的插入或缺损在外部时不影响折叠的基本形式。

不同之处在于：

（1）人Tf多三个二硫键，黑转铁蛋白C端区段多一个二硫键。

（2）糖键结合位点不同，但不影响构象。

（3）黑转铁蛋白虽然三维结构与Tf、LTf及OTf很相似，但其C端相当于铁结合部位的配体Asp407变为Ser，必要的Arg477变为Ser，另外Thr473和Thr478分别变为Ala及Pro，因此可能不结合铁。

3.两个铁结合部位虽然结构和配位方式基本相同，但C端部位结合铁的能力大于N端。相互建立平衡的Tf物种如下：

其中，K_1a、K_1b、K_2a及K_2b依次为4×10²⁰、6.8×10¹⁹、1.6×10²⁰及2.8×10¹⁹。两部位的差别可能由于构象不同所致。此外，C端多一个二硫键（图7—4中9）。这些都可能影响结合铁的沟的闭合和开启。

4.协同阴离子结合部位[28]  构成一个结合部位，除一个铁结合部位外，还有对应的一个阴离子结合部位。Tf具有这样一个独特的性质：为了结合一个Fe³⁺离子，必须同时有一个阴离子。这个阴离子一面与金属离子结合，另一面与蛋白质中某一个（或几个）带正电的基团（如Arg、Ly或His）结合，而形成一个金属桥接三元配合物。在天然Tf中，协同阴离子为CO₃^2-，但实际上其它双功能团阴离子（如C₂O₄^2-）也可以起类似作用。协同阴离子不只是起稳定Fe³⁺结合在蛋白质上的作用，而且起着调节Tf结合Fe³⁺亲和力的作用。因此，可以认为这个阴离子对铁离子的结合与释放有关键作用。

（三）转铁蛋白的结合和释放铁的机理[29]

1.结合铁机理  Tf与小分子铁配合物Fe（Ⅲ）L相互作用形成Fe（Ⅲ）-Tf-CO₃^2-配合物的机理可概括为：

步骤1  apoTf+HCO₃^- apoTf-CO₃^2-+H⁺

步骤2  Fe（Ⅲ）L Fe（Ⅲ）L^*

步骤3  Fe（Ⅲ）L+apoTf-CO₃^2- Fe（Ⅲ）-Tf-CO₃^2-（QC）

步骤4  QC Fe（Ⅲ）-Tf-CO₃^2-+L

步骤5  Fe（Ⅲ）-Tf-CO₃^2-Fe（Ⅲ）-Tf-CO₃^2-

即去铁的Tf蛋白先与CO₃^2-或HCO₃^-结合为结合铁准备条件。此外，小分子Fe（Ⅲ）配合物可能在活化后与apoTf-CO₃^2-形成四元中间配合物（QC）。后者释放L后回到基态Fe（Ⅲ）-Tf-CO₃^2-。

但是，因有还原剂存在，进入细胞的铁主要是Fe（Ⅲ）L，所以，由Fe（Ⅱ）L变成Fe（Ⅲ）-Tf-CO₃^2-需要先把Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ）。在体内有氧情况下，Fe（Ⅱ）本可自氧化，但非酶氧化速度很慢，不能满足合成血红素蛋白的要求。实际起作用的是血浆铜蓝蛋白（Caeru-loplasmin，CP），它是一种含铜的氧化酶。通过Cu（Ⅰ）与Cu（Ⅱ）间的互变催化Fe（Ⅱ）L的氧化：按正常血清中的O₂及Fe（Ⅱ）浓度估计，CP催化下Fe（Ⅱ）氧化速度比无酶时快10～100倍。此时机理为：

CP-Cu（Ⅱ）+Fe（Ⅱ）—→CP-Cu（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）

CP-Cu（Ⅱ）-Fe（Ⅱ）—→CP-Cu（Ⅰ）-Fe（Ⅲ）

CP-Cu（Ⅰ）-Fe（Ⅲ）—→CP-Cu（Ⅰ）+Fe（Ⅲ）

CP-Cu（Ⅰ）—→CP-Cu（Ⅰ）^*

CP-Cu（Ⅰ）^*+O₂+4H⁺→CP-Cu（Ⅱ）+2H₂O

2.释放铁的机理从Fe（Ⅲ）－Tf－CO₃^2-中释放铁有两种途径：或用螯合剂；或用还原剂。

（1）用螯合剂活动铁的反应机理可认为与结合铁机理恰好相反，即Fe（Ⅲ）－Tf-CO₃^2-先活化，再与L配位形成QC，QC解离放出FeL^*而恢复apoTf：

步骤1  Fe（Ⅲ）-Tf-CO₃^2- Fe（Ⅲ）-Tf-CO₃^2-*

步骤2  Fe（Ⅲ）-Tf-CO₃^2-*+L L-Fe-Tf-CO₃^2-（QC）

步骤3  QC FeL^*+apoTf+CO₃^2-

步骤4  FeL^* FeL

步骤5  apoTf-CO₃^2-+H⁺ apoTf+HCO₃^-

步骤1中活化方式与结合铁机理中的一样，可以解释为构象的变化。Fe（Ⅲ）-Tf-CO₃^2-构象是封闭的，是动力学惰性的，不易为L进攻。因此，在第一步中变成开放形构象，即活化的Fe（Ⅲ）-Tf-CO₃^2-，使L得以进攻。

用螯合剂（L）从Fe（Ⅲ）-Tf-CO₃^2-中夺取铁时，同时加入柠檬酸根或NTA等阴离子时可以加快铁取代速度。这一作用可能因附加阴离子（A）取代了原有的CO₃^2-，形成的不稳定配合物Fe（Ⅲ）-Tf-A解离的缘故：

A+Fe（Ⅲ）-Tf-CO₃^2- Fe（Ⅲ）-Tf-A+CO₃^2-

Fe（Ⅲ）-Tf-A Fe（Ⅲ）A+apoTf

Fe（Ⅲ）A+L FeL+A

（2）用还原剂活动铁的机理可表示为下列步骤：

步骤1  Fe（Ⅲ）-Tf-CO₃^2-+Red Fe（Ⅱ）-Tf-CO₃^2-+OX

步骤2  Fe（Ⅱ）-Tf-CO₃^2- Fe（Ⅱ）+apoTf-CO₃^2-

步骤3  Fe（Ⅱ）+nL Fe（Ⅱ）L_n

其中，L为能与Fe（Ⅱ）配位的小分子配体。

（四）子宫转铁蛋白和紫色酸性磷酸酯酶［30］

子宫转铁蛋白（Uteroferrin，Uf）实际上是紫色酸性磷酸酯酶的一种，最初由小牛脾脏分离出一种酸性磷酸酯酶，它能使包括磷酸蛋白在内的磷酸酯去磷酸。后来确定它是一种含铁蛋白，接着又从动、植物中分离出数种含铁酸性磷酸酯酶。与此同时，从猪子宫冲洗液中又发现一种紫色的含铁蛋白，既有酸性磷酸酯酶活性，又能把铁从母体送入胎儿循环，所以称之为子宫转铁蛋白。它在各种动物子宫中存在，这些不同来源的Uf有结构和功能上的共性，但也有一些差异（分子量、氨基酸组成、含铁量、等电点等）。它们和紫色酸性磷酸酯酶都是糖蛋白，分子量都在35000至40000道尔顿之间，每个分子都含有2个自旋耦合的铁原子。所以，这两类物质很可能是同类物质，但尚不肯定。

现在认为Uf有两种形式：一种无酶活性的氧化态Fe（Ⅲ）-Fe（Ⅲ），两个铁都是高自旋的，呈反铁磁性耦合。由于两个酪氨酸残基与一个Fe（Ⅲ）配位，表现荷移跃迁，所以呈紫色；另一种状态是经单电子还原生成的，有酶活性的Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅲ）形式。与Tyr配位的仍是Fe（Ⅲ）。用还原剂或氧化剂可实现两种状态间的转变。

Uf的实际意义还不十分清楚。

三、铁蛋白及血铁黄素［31，32］

铁蛋白（Ferritins，以下简称FR）是在动、植物界广泛存在的一类铁贮存在蛋白。在哺乳动物器官中，肝和脾含铁蛋白最多，大部分在胞浆中或包藏在溶酶体或其它细胞器内。血清中有极少量的FR。血清FR增高与某些病理过程有关。血铁黄素是位于一种能富集铁的溶酶体——铁质体（Siderosome）中的铁贮存蛋白。FR与血铁黄素是两类在来源、结构和功能上密切相关的化合物。

（一）生物功能

1.铁的贮存形式  如前所述，为维持成人血浆中每天有～30mg的铁周转用于合成血红素蛋白质等化合物并维持内稳态，必需每天吸收1mg铁。但是，每天饮食所提供的铁量变化不定，在不同情况下丢失的铁量也有差异（如因月经丢失），所以在体内必须有一套内稳态调节机构。在这套机构中，除去依靠吸收控制作为第一道防线外，主要靠铁蛋白贮存过多的铁。FR这一贮存方式有三个特点：一是既可存贮又可提取，所以在血循环中缺少可周转的铁时，它可以补充；二是无害，因为铁蛋白中的铁不能参与自由基形成与转化，也不能自发地释放游离铁而参与这种作用；三是高效，每一个FR分子最多能结合4500个铁原子，而携带如此多铁原子的FR是“溶”于水的。

以FR贮存方式贮存铁是受控的。当铁的摄入量超过需要量时，便刺激去铁铁蛋白（apo-ferritin，简写为AFR，指FR的蛋白质部分）的合成，然后捕获过多的铁形成FR。FR是胞浆中主要贮铁形式而不是唯一的形式，还有一些更活动（labile）的形式，它们结合和释放铁比较快，也可供铁给细胞以合成各种含铁蛋白质。它们与FR之间有某种互相配合的关系。例如，在铁超负荷时，FR合成增加，活动铁贮存也增加。此外，细胞内的铁贮存与细胞外（如血清）的铁也是相互联系的。在细胞内FR和活动铁贮存增多时，血清铁也增多。

铁的另一种细胞内贮存形式为血铁黄素（hemosiderin，HS），它包含在铁质体中［33］，HS一般比FR含量少，但在铁过度负荷时，它在肝、脾等组织中含量明显增高。HS与FR在总体结构上相似，但由于蛋白壳保护作用较小，所以HS是不溶的，在光镜下可见HS的黄色颗粒。它的铁核结构与FR相近，但含铁量高。外部为蛋白质部分包裹。目前认为是FR降解产物。虽然HS难溶，它包含的铁仍可被利用。不过，在铁负荷过多时，HS的铁可能推动活性氧机制造成溶酶体膜损伤、酶漏以致损伤细胞［34］。铁负荷过多时，HS的铁可能推动活性氧机制造

2.细胞内的铁载体  近年来，有人提出FR也起细胞内铁载体的作用，把铁送到未成熟的红细胞的线粒体内，以合成血红素［35］。最近发现，在同一细胞中同时有两种类型异铁蛋白S一（Isoferritin）存在。一种称为脾型，因为它是肝和脾中主要异铁蛋白，它偏碱性，结合铁慢；另一种称为心型，它是单核细胞和成红细胞中的主要异铁蛋白，偏酸性，结合铁快［36］。因此，可能心?型异铁蛋白是能运载供给铁的形式。

3.细胞内的金属离子清除剂与缓冲剂  去铁FR与Be（Ⅱ）、Cr（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）等金属离子可逆地结合形成稳定配合物，因此可以起金属离子的清除作用。对于有毒金属如铍，FR能起解毒作用。例如，ATP酶、碱性磷酸酯酶及磷酸葡萄糖变位酶因与Be（Ⅱ）作用失活，加入FR可使其复活。对于必需金属（如铁）可以起金属离子缓冲作用，使金属离子维持一定浓度。当输入铁增多时，FR增多，同时铁排泄增加，二者配合维持低游离铁浓度。肠碱性磷酸酯酶需要Zn²⁺，在去锌失活的酶中加入结合有锌的FR时，活性可以恢复。

4.控制活性氧形成  结合在FR中的铁离子是被“隔离”的，它们不参与铁催化Haber-weiss反应、诱发活性氧转化及由此造成的生物大分子和细胞损伤。但是，在有还原剂（如抗坏血酸）存在下，FR可以释放铁，表现细胞毒性。它的细胞毒性大于血红蛋白：

FeCl₃＞FR＞Hb＞TRF=铁氧还蛋白

（二）结构［32］

不同来源的FR在结构上大同小异。这里我们主要根据马脾FR结构研究结果讨论。FR的特殊结构使它们具备以下作为胞浆内有效的贮存铁的形式：

●可以“溶于”胞浆（或血浆）中；

●在细胞内、外液中稳定——铁不易释放、蛋白质不易降解；

●含铁量（铁：蛋白质比例）较高；

●既可有效地贮存又可有效地释放铁；

●对细胞不造成损伤和毒性。

所有来源的FR总体结构都是相同的：都有一个由水合氧化铁构成的铁核包在一个蛋白壳中构成。蛋白壳由若干个亚基拼接而成，数目因物种而异。亚基间留有作为通道的孔隙。由于铁核是纯无机铁结构，所以含铁量高；亲水的蛋白质使整个分子溶于水，而通道可以为铁离子及铁配合物出入创造条件。

1.铁核的结构  铁核的含铁量与大小可以变动。从含铁原子数为0（apoFR）到最多4500个Fe（Ⅲ）。一般铁核直径在40～88Å之间，略小于蛋白壳内的空穴直径（70～88Å）。这种变动是在铁负荷大小不同时，造成的充填程度不同。在一般情况下，人的肝和脾的FR含铁每摩尔2000～3000个铁原子，心脑FR则只有1000～2000个。铁核的组成以水合氧化铁（ferrihydrite，5Fe₂O₃·9H₂O）为主，但也夹杂有其它阴、阳离子。天然FR通常含PO₄^3-，由1P4Fe到1P20Fe不等。X射线衍射及电子衍射分析以及高分辨率电镜观察说明，铁核有时以单晶形式堆积，有时则只有区域结晶性，其余部分有序性较低。关于铁核的结构，曾提出过不同的模型。最早认为铁原子位于密堆积氧原子间，呈八面体结构（图7—5）。但有人认为，既有八面体必有四面体。氧原子成六边形密堆积层状结构；铁原子位于两层之间，也形成一层，夹在由氧原子组成的上、下两平面之间，呈扁八面体与6个氧配位。

铁核中的PO₄^3-可能结合在表面，也有可能结合在核内无序部分或欠缺部分。由于在从apoFR与FeSO₄重组FR时，PO₄^3-的存在限制铁核的成长，所以可能PO₄^3-结合在Fe—O—Fe链的末端，起终止FeOOH聚合的作用。

细菌FR的空穴几乎被铁核填满，而且含磷量高（1P1Fe至1P2Fe），近于水合磷酸铁，呈无定形。

2.蛋白壳的总体结构  FR铁核外面包着一个稳定的蛋白壳。在80℃下10min或与10mol·L^-1脲或10g·L^-1十二烷基硫酸钠在室温下放置，都不解体。蛋白壳是由若干个亚基构成，形成一个中空的蛋白壳。亚基与亚基间的相对位置和相对取向是有序的。马脾FR具有代表性，由24个相同亚基构成432点对称的、直径12.4～13.0nm椭圆形、厚度～2.5nm、空穴直径～7.8nm的蛋白壳。在这24个亚基中，每两个为一对，每对亚基相互平行，尾首相对，构成菱形十二面体的一个面。这个十二面体有6个四重轴和8个三重轴（图7—6）。其它动物的FR多具有相似的蛋白壳。

这24个亚基拼成蛋白壳时，在亚基与亚基间留下14条通道。其中6个通道沿分子四重轴方向贯穿蛋白壳，沟通内、外，长1.25nm，宽0.3～0.4nm。它们内壁镶嵌一些Leu残基，所以通道有些疏水性。另外8条通道沿分子三重轴方向贯穿蛋白壳，进口较宽，向内收缩成一细长通道，直达空穴。通道内壁排列有Asp及Glu等含羧基侧链残基，所以呈亲水性。估计两种通道的功能不同。可能非极性4重轴通道允许水及中性小分子通过，而阻止带电荷物种进入；3重轴通道可能是适于金属离子通过的。细菌铁蛋白（Bacterioferritin）的结构与FR相似，也是由24个亚基组成蛋白壳，每一个亚基为4个α螺旋构成的“束”，但其中有些铁不在铁核中，如血红素铁（Ⅲ）以及既非血红素也非铁核的Fe（Ⅲ）存在。每一BTF有24个血红素，铁的两个轴向配体为两个蛋氨酸。

3.亚基结构  从几种不同动物FR的研究看，哺乳动物FR有两类亚基。分子质量分别为21000[称H（重）亚基]和19500[称L（轻）亚基]。

它们的一级和二级结构有些差别，电荷分布也有所不同。H与L同时存在，比例不同。如马脾和人肝FR的H/L=1/9，马心和HeLa细胞FR的H/L=8.5/1。不同来源的FR的残基组成和序列并不完全相同，但很不相似，所以，在用来源很不接近的FR制备的抗血清可以产生免疫交叉反应。

已有数种铁蛋白的一级结构发表。不同生物物种、不同器官，甚至不同细胞都有各自特点。例如，血清中的FR上有糖与肽链连接，不同组织的FR中酸性基团的酰氨化程度不同，氨基酸系列也有些不同；但总的说来是相似的。

已测定马脾去铁FR的一个L亚基的氨基酸顺序，并已了解其与二级结构的关系，有80％在二级结构中从N端起形成4个长α螺旋（A、B、C、D），最后为一短螺旋构成C端。在N和C端及AB和DE转弯处有短非螺旋区，在BC间为一长绊L。4个长螺旋以反平行方式排列成束（图7—6）。这种排列可使螺旋一侧主要亲水，一侧主要疏水。在螺旋束中，各螺旋疏水侧向内，亲水侧向外。每个螺旋的氨基酸组成和顺序也各有特点。螺旋A含较多的疏水性残基，而螺旋B则有较多带电荷的残基。其中，Glu53与57和Glu56、60和63分别组成一组位于螺旋同侧，可能参与金属结合。螺旋C含疏水残基多，而D则含较多的带电荷残基。

4.铁核-蛋白壳的相互作用  FR的蛋白壳非常稳定，一方面是因为亚基间有强相互作用，一方面也因铁核与蛋白壳间有较强相互作用。蛋白壳中有铁结合部位，不只在空穴内，也在沟内、螺旋上及3重轴通道中。结合的铁有Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ），成簇状。估计Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ），大部分铁以氧桥或羟桥方式聚合，少数铁与蛋白质结合，而形成成熟的铁核。在铁含量少时，主要与蛋白壳结合。

（三）铁的结合与释放

铁蛋白的形成过程分为蛋白壳的合成和铁核的形成两步。实验结果表明，铁核是在中央空穴中，在去铁铁蛋白催化下形成的。

按照蛋白壳内壁成核模型，FR如下形成：先是合成亚基，并经二聚再六聚，然后两个六聚物形成半个去铁FR

2S S₂；3S₂ （S₂）₃；2（S₂）₃ （（S₂）₃）₂

最后2个（（S₂）₃）₂组成壳层。游离Fe²⁺可能先经三重轴通道进入蛋白壳，但暂时结合在通道表面。电中性配合物则通过四重轴通道进入。Fe（Ⅱ）配位后，氧还电位降低，即被氧化成Fe（Ⅲ）。在铁/蛋白比值低时，反应为

Fe²⁺+O₂→Fe³⁺+·O₂^-

在比值高时，反应为

4Fe²⁺+O₂+4H⁺→4Fe³⁺+H₂O

作为氧化剂的O₂是通过疏水通道进入中心空穴的。产生的Fe³⁺立即与通道和空穴内壁羧基结合，就地（insitu）水解聚合成簇，这些簇起异相成核作用。从这种簇状结构开始，使铁核结晶定向排列而成长[44]。因为铁离子必须结合在蛋白上才能成核，而一旦晶核形成，再进入空穴的铁离子优先与晶核结合，所以晶体成长。由于蛋白上铁结合部位很多，在铁离子浓度高时，可以在许多位点结合铁，形成较多微晶。反之，只能在个别位点形成少数微晶。总之，铁核的形成受蛋白壳的控制。

但是，Harrison认为，在Fe（Ⅱ）浓度低而氧供给充足时，Fe（Ⅱ）即结合在三重轴通道中并在那里氧化。生成的Fe（Ⅲ）移至成核部位成核。在Fe（Ⅱ）浓度高时，Fe（Ⅱ）在空穴中氧化。在已成晶核后，则Fe²⁺离子聚集在晶面上被氧化。这是两个极端情况。事实上，可能有一部分Fe²⁺在通道内氧化，另有一部分在空穴内壁氧化。

铁蛋白所结合的铁可以通过不同方式释放：一是蛋白质降解使蛋白壳解离形成铁核沉淀，胞浆中的铁蛋白则可转化成血铁黄素；另一方式是铁螯合剂加适当还原剂，在这种情况下，螯合剂进入FR，获取铁后即离开FR，所以蛋白壳无变化。还原剂的协同作用很重要，单独用还原剂，铁释放很少。可能还原生成的Fe（Ⅱ）仍结合在蛋白质上；也可能生成Fe（Ⅱ）-Fe（Ⅲ）混合价多核配合物，不易离开蛋白质。