血红蛋白(hemoglobin,Hb)是存在于所有脊椎动物和部分非脊椎动物血液红细胞中的呼吸蛋白,其主要的生理功能是向组织与器官运输氧气,以维持机体心血管系统的正常运转。而芳烃羟胺、硝基芳烃、以及烷基亚硝酸盐等氮氧化合物,在机体内部会通过不同代谢反应机制与Hb发生相互作用,阻断Hb的正常输氧功能。本研究分别以苯基羟胺、三硝基甲苯、亚硝酸正丁酯为三种不同类型氮氧化合物的代表物,结合紫外—可见吸收光谱学和X-射线衍射晶体学方法,研究它们与人体Hb的相互作用,为揭示这些氮氧化合物在生物体内的毒性机理,和相关药物设计提供详细的结构信息。苯基羟胺与人体Hb反应的吸收光谱显示,苯基羟胺能将氧合血红蛋白迅速氧化为高铁血红蛋白,并进一步形成高铁血色原。两者反应衍生物的晶体结构显示,苯基羟胺既诱使Hb γ亚基的血红素辅基向球蛋白表面偏移(5 A),与远、近端组氨酸同时绑定形成高铁血色原；又对Hbβ亚基93位半胱氨酸进行化学修饰,使得其巯基上有疑似NO配体的绑定。三硝基甲苯与人体Hb反应的吸收光谱显示,三硝基甲苯的还原衍生物能氧化脱氧血红蛋白的血红素辅基。而晶体结构显示,该还原衍生物可引起Hbβ亚基血红素辅基向亚基表面偏移。亚硝酸正丁酯与人体Hb反应的吸收光谱显示,亚硝酸正丁酯可迅速氧化亚铁血红素辅基,此反应过程中其自身降解产生NO。而NO能绑定脱氧血红蛋白的血红素辅基,生成易被氧气氧化的Hb(NO)衍生物。综合以上研究表明,苯基羟胺、三硝基甲苯、亚硝酸正丁酯可通过不同反应机理,与Hb发生相互作用,抑制Hb的正常输氧功能。