表面活性劑與血紅蛋白的相互作用及對(duì)血紅蛋白光穩(wěn)定性的影響.pdf

1、血紅蛋白(Hb)相對(duì)分子質(zhì)量64500Da,是由4個(gè)肽鏈通過共價(jià)鍵結(jié)合而成的一種寡聚蛋白質(zhì)。它是脊椎動(dòng)物紅細(xì)胞的一個(gè)重要組成成分,具有運(yùn)輸氧和二氧化碳的功能。由于它的三維結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定,所以常常用作研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的模型物。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與其生物功能具有密切的關(guān)系,現(xiàn)代生活中大量使用洗滌劑,其中所含的表面活性劑可通過食物鏈或皮膚滲透進(jìn)入人體內(nèi),作用于蛋白質(zhì)而引起結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致疾病,或者干擾人體對(duì)藥物的吸收。近年來,表面活性劑對(duì)人體健

2、康的影響日益受到關(guān)注。在食品、膜蛋白的分離、酶蛋白的活力及構(gòu)象研究等方面,也都涉及表面活性劑與蛋白質(zhì)相互作用的問題。表面活性劑及其分子有序組合體在日用化工、材料科學(xué)、能源工業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著重要而廣泛的應(yīng)用,特別值得注意的是,分子有序組合體還可用于生物模擬,為生物醫(yī)藥領(lǐng)域提供很多有益的信息。因此,研究表面活性劑及其分子有序組合體與血紅蛋白的相互作用具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　 本論文采用紫外—可見吸收光譜、熒光發(fā)射光

3、譜、圓二色譜、電導(dǎo)率、負(fù)染-TEM、冷凍蝕刻-TEM、核磁共振、表面張力、等溫滴定微量熱等方法研究了血紅蛋白與不同類型表面活性劑的相互作用機(jī)理,闡述了其分子有序組合體結(jié)構(gòu)對(duì)該相互作用的影響,并進(jìn)一步討論了光照對(duì)此相互作用的影響。論文主要包括以下三部分內(nèi)容:
　　 一.十六烷基三甲基溴化銨與血紅蛋白的相互作用
　　 由于表面活性劑能與蛋白質(zhì)分子相互作用并能透過細(xì)胞膜,而被用做抗微生物制劑,在生命科學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛

4、應(yīng)用。血紅蛋白可以發(fā)生氧合血紅蛋白(oxyHb)與高鐵血紅蛋白(metHb)以及高鐵血色原(hemichrome)之間的轉(zhuǎn)變,而hemichrome在紅細(xì)胞中的聚集是一些血液病及紅血球老化的典型特征,故有關(guān)metHb與hemichrome相互轉(zhuǎn)化的研究既有理論意義也有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本章以電導(dǎo)法研究了血紅蛋白加入前后CTAB臨界膠束濃度(cmc)的變化,以紫外-可見吸收光譜法研究了不同CTAB濃度條件下血紅蛋白的的構(gòu)象變化,通過冷凍蝕刻-

5、TEM法觀察了不同CTAB濃度下血紅蛋白的形貌變化,并研究了不同pH條件下血紅蛋白與CTAB的相互作用。結(jié)果表明,血紅蛋白的加入使得CTAB的cmc增加,CTAB分子的擴(kuò)散系數(shù)減小,且CTAB濃度小于cmc時(shí)其擴(kuò)散系數(shù)減小速率相對(duì)于CTAB膠束時(shí)更小,核磁共振研究表明,隨著Hb濃度的增加,CTAB分子中質(zhì)子信號(hào)線寬明顯增加,且所有質(zhì)子的化學(xué)位移值(δ)均向高場(chǎng)移動(dòng);另一方面,CTAB單體分子可以誘使高鐵血紅蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)閔emichrome

6、,而當(dāng)CTAB濃度大于cmc后,血紅蛋白的活性中心heme可能從血紅蛋白的疏水空腔脫離,增溶進(jìn)膠束的疏水部分,在CTAB/n-C5H11OH/H2O體系中,heine同樣可以逃離血紅蛋白疏水空腔:在沒有緩沖溶液存在及加入pH=8.0的緩沖溶液后,metHb的濃度隨CTAB濃度的增加而降低,而在pH=4.0的緩沖溶液中,metHb的濃度卻隨CTAB濃度的增加而增加。上述結(jié)果表明,血紅蛋白的加入可以改變CTAB的聚集結(jié)構(gòu),而CTAB濃度以及

7、溶液pH值的變化可以調(diào)控血紅蛋白不同構(gòu)象之間的轉(zhuǎn)變。
　　 二.十二烷基三甲基溴化銨以及十二烷基硫酸鈉與血紅蛋白的相互作用
　　 通過紫外-可見吸收光譜、熒光發(fā)射光譜研究了兩種具有相同疏水鏈而相反電荷的極性頭基的表面活性劑(SDS與DTAB)與血紅蛋白的相互作用,并討論了不同pH條件下的兩種相互作用,從而揭示血紅蛋白與表面活性劑的相互作用機(jī)理與表面活性劑結(jié)構(gòu)以及溶液性質(zhì)的關(guān)系。研究結(jié)果表明,血紅蛋白的加入使得SDS和DT

8、AB的cmc均增大,核磁共振研究表明,血紅蛋白的加入使SDS的化學(xué)位移值減小,線寬變大,等溫滴定微量熱研究表明,血紅蛋白的加入,SDS體系的ΔHobs逐漸降低甚至達(dá)到負(fù)值,而DTAB體系的的ΔHobs先略有增加而后逐漸減小;另一方面,SDS與DTAB均可使高鐵血紅蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)閔emichrome,進(jìn)而誘使血紅素單體脫離血紅蛋白的疏水空腔;改變?nèi)芤旱膒H值,pH=5.8時(shí),Hb表面帶較多正電荷,容易與極性頭基帶負(fù)電的SDS分子發(fā)生靜電相互吸

9、引而發(fā)生作用,少量SDS的存在即可使Hb的光譜發(fā)生較大的變化,而pH=7.0以及8.0時(shí),Hb表面應(yīng)帶較多負(fù)電荷或者說帶正電荷部分減少,故其與SDS分子之間存在靜電排斥而減緩兩者之間的相互作用,則相對(duì)需要SDS的量較多才可使Hb的光譜發(fā)生較大的變化,與之相反的是,pH=5.8時(shí),較多DTAB的存在才使得Hb的光譜發(fā)生較大的變化,而pH=7.0以及8.0時(shí)則需要相對(duì)較少的DTAB量。上述結(jié)果表明,不同極性頭基的表面活性劑與血紅蛋白相互作用

10、機(jī)理不同,且溶液pH值的調(diào)控可以控制該相互作用的程度。
　　 三.血紅蛋白在表面活性劑膠束以及微乳液體系中的光穩(wěn)定性研究
　　 過去對(duì)血紅蛋白的研究主要以均相體系為溶劑,而均相體系與生物環(huán)境相差甚遠(yuǎn),研究結(jié)果不能真實(shí)反映血紅蛋白的生物化學(xué)與生物物理性質(zhì),利用膠束和微乳液與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的相似性,可進(jìn)行仿生研究。此外,由于近年來地球環(huán)境的污染嚴(yán)重,地球大氣層的變薄,太陽紫外線對(duì)人體的危害變得越來越明顯,有關(guān)紫外光線對(duì)人體內(nèi)部蛋

11、白質(zhì)的損傷機(jī)理也引起人們的關(guān)注,本部分以表面活性劑膠束和微乳液模擬生物體系研究血紅蛋白的光化學(xué)物理性質(zhì)并討論了該體系對(duì)血紅蛋白光穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明,光照使得metHb轉(zhuǎn)變?yōu)閔emichrome,且隨光照時(shí)間的增加,生成hemichrome的百分比變大,并進(jìn)一步可能使得heme單體脫離血紅蛋白疏水空腔,光照使得血紅蛋白Soret帶的吸光度值降低,表面活性劑的加入使得血紅蛋白Soret帶的吸光度值降低的速率降低,表明表面活性劑對(duì)血紅

12、蛋白具有一定的保護(hù)作用;比較不同表面活性劑對(duì)血紅蛋白的保護(hù)作用可見,陽離子表面活性劑CTAB＞陰離子表面活性劑SDS＞非離子表面活性劑Triton X-100;膠束的形成有利于Hb的光穩(wěn)定性;不同結(jié)構(gòu)微乳液中Hb的光穩(wěn)定性不同;通過對(duì)heme單體光穩(wěn)定性的研究,發(fā)現(xiàn)表面活性劑對(duì)血紅蛋白的光保護(hù)作用主要是通過對(duì)其活性中心heme的保護(hù)所達(dá)到的。該研究有利于揭示有關(guān)紫外光線對(duì)人體內(nèi)部蛋白質(zhì)的損傷機(jī)理,對(duì)促進(jìn)生命科學(xué)的發(fā)展有著重要的意義。

13、r>　　 四.表面活性劑對(duì)藥物分子與血紅蛋白相互作用的調(diào)控
　　 隨著藥代動(dòng)力學(xué)及臨床藥理學(xué)的迅猛發(fā)展,人們對(duì)藥物與蛋白質(zhì)相結(jié)合對(duì)藥代動(dòng)力學(xué)的影響,又有了更深刻的認(rèn)識(shí)。藥物分子與蛋白質(zhì)之間可通過分子間作用力形成復(fù)合物,這種復(fù)合物可稱為超分子化合物,是處于生命科學(xué)和化學(xué)之間的一個(gè)邊緣性研究課題。因此,研究藥物與血紅蛋白的相互作用具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。蛋白質(zhì)的功能與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān),研究中藥有效成分對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響,不