一种近红外荧光蛋白PAiRFP1及其突变体V276G的光活化效率研究

PAiRFP1是一种以根癌农杆菌中细菌光敏色素Agp2为基础,经过蛋白工程手段改造后获得的近红外荧光蛋白。与其他近红外荧光蛋白不同,PAiRFP1具有光活化行为。这一特性可以有效改善近红外荧光蛋白在体内的成像信噪比。然而,关于光活化行为的影响因素却研究甚少。主要采用荧光光谱学手段研究了PAiRFP1蛋白浓度、pH、金属离子、氧化还原环境对于PAiRFP1光活化行为的影响,结果发现: (1) PAiRFP1的最大光活化效率与该近红外荧光蛋白的浓度不呈线性关系;(2) 随着pH从6.5升高至7.8和9.0,PAiRFP1的最大光活化效率从36.8%提高至52.0%和60.8%;(3) 金属离子K+,Na+,Ca2+的加入对于PAiRFP1的最大光活化效率没有显著影响;类似现象在H₂O₂和DTT的处理的情况下也被观察到。除了上述影响因素外,还发现当PAiRFP1中276位的缬氨酸被突变为甘氨酸产生V276G突变体后,蛋白的最大光活化效率从~50.0%下降至19.4%。DTT处理后导致V276G突变体最大光活化效率从19.4%提高到了27.1%。此外,比较研究了各种影响因素对于光活化速率的影响。以上结果为今后更好地将此类光激活的近红外蛋白应用于活体成像中提供了更好地理论指导和优化解决方案。     

利用内禀荧光探针研究蛋白相互作用中硫氧还蛋白的氧化还原态

细胞内蛋白质的氧化还原状态直接影响细胞的增殖、分化及凋亡,而氧化还原状态的改变对调控细胞的生存或死亡尤为重要。硫氧还蛋白(Thioredoxin, TRX)是一种广泛存在于生物体内的氧化还原调节蛋白,其在细胞内氧化还原状态的变化是发挥其氧化还原调控作用的重要过程。以TRX为对象并以其中的色氨酸残基(Trp)作为内禀荧光探针,利用蛋白质定点突变、SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)、荧光光谱和圆二色谱等技术和方法,研究TRX与谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GPX3)相互作用过程中氧化还原态的变化。通过观测TRX以及突变体中色氨酸荧光光谱的变化,研究蛋白相互作用的电子转移模式以及TRX氧化态-还原态之间的相互转化。结果表明氧化态的TRX与还原态的GPX3之间存在相互作用并发生电子交换,解释了二者之间电子传递模式为GPX3将电子传递给TRX,为揭示TRX在细胞信号传递过程中的物理化学机制提供了实验依据。     

光谱及分子探针方法研究番茄Metacaspase蛋白与Ca~(2+)的相互作用

Metacaspases(MCPs)是发现于植物、真菌、原生动物体内的一种结构上类似多细胞动物Caspase的半胱氨酸蛋白酶家族,其大多数成员的激活依赖于钙离子,但钙离子如何影响MCPs的激活机制有待深入研究。借助圆二色谱技术、Terbium/Stains-all探针技术以及荧光光谱技术,以番茄Ⅱ型Metacaspase(LeMCA1)重要位点突变的三种体外原核表达重组蛋白,包括LeMCA1C139A(活性催化位点突变体)、LeMCA1K223G(自降解位点突变体)以及预测的Ca2+结合位点突变体LeMCA1D116A/D117A为研究材料,探究了MCPs与Ca2+相互作用机制。实验结果表明,Ca2+与LeMCA1之间既不存在强烈的结合作用,也不影响蛋白的二级结构,但Ca2+通过相互作用改变LeMCA1的三级结构来实现对LeMCA1的酶原激活过程。其中,LeMCA1蛋白的Asp-116,Asp-117氨基酸残基作为预测的与Ca2+作用的重要位点,其缺失将导致蛋白与Ca2+相互作用能力下降。利用圆二色谱、荧光光谱结合离子探针技术研究了典型茄科植物番茄中Ca2+与LeMCA1的相互作用特性,结合之前同源序列比对、位点突变结果确定了LeMCA1中的Asp-116,Asp-117氨基酸残基影响着Ca2+与蛋白质的相互作用。该结果对后续LeMCA1的生化特性及晶体结构的解析研究有着重要的参考价值。     

平行因子结合二维荧光光谱相关技术解析丙二醛诱导熟肉糜氧化过程

采用前表面三维同步荧光光谱、平行因子和二维相关技术研究丙二醛诱导熟肉糜氧化过程的荧光特征。发现丙二醛熟肉糜体系有两个特征同步荧光峰,分别是色氨酸残基的荧光特征(Ex292 nm、Δλ50 nm)和丙二醛蛋白结合物的荧光特征(Ex400 nm、Δλ70 nm);平行因子分析表明Δλ为50和70 nm的同步荧光光谱分别为第一、第二主成分,分别对应的是色氨酸残基的荧光特征和丙二醛蛋白结合物的荧光特征;丙二醛诱导熟肉糜氧化过程中,随着时间的延长,色氨酸残基特征同步荧光强度逐渐减弱,丙二醛蛋白结合物特征同步荧光强度逐渐增强;二维相关分析表明,色氨酸残基荧光强度变化速率快于丙二醛蛋白结合物的荧光强度变化速率。     

结构导向的可逆光激活绿色荧光蛋白探针的研制

近几年,可逆光激活荧光蛋白的研制越来越受到人们的重视,这类荧光蛋白极大地促进了活细胞超高分辨显微成像技术的发展及应用。可逆光激活荧光蛋白可被不同波长的光多次可逆地进行调制,因而被广泛地应用于高密度数据的光存储、光致变色荧光共振能量转移的测量以及基于可逆饱和线性荧光跃迁原理的超高分辨率显微成像中。从研制这类荧光蛋白所涉及的关键氨基酸位点出发,本文综述了近几年可逆光激活绿色荧光蛋白的研制进展,并简要地讨论荧光蛋白结构与光学特性的关系,从而为后续结构导向的可逆光激活荧光蛋白的研制提供参考。     

近红外荧光传感法测定中药材中赭曲霉毒素A

以近红外荧光碳量子点为探针,以赭曲霉毒素A(OTA)适配体为特异性结合体,建立了近红外荧光核酸适体OTA传感检测平台。研究显示,所建立的近红外荧光核酸适体OTA传感对OTA具有高特异性,其他真菌毒素无明显干扰。研究了传感体系组成、p H值、孵化时间等因素对近红外荧光传感性能的影响,确定了最优检测条件。在最优检测条件下,OTA浓度在0.015～1.5 ng·m L~(-1)范围与体系荧光强度恢复呈良好线性关系,检测限为8 pg·m L~(-1)。该方法用于连翘、葛根、莲子、麦芽、陈皮、甘草等中草药中痕量OTA的测定,发现这些中药材都存在赭曲霉毒素A的污染。     

二硫键的氧化还原状态对Trx融合赤霉酸诱导富含半胱氨酸蛋白内源荧光及变性过程影响

在采用亲和层析、SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)对原核表达的赤霉酸诱导的富含半胱氨酸蛋白(Trx-GcGASA)进行纯化、鉴定的基础上,运用稳态荧光光谱手段研究了二硫苏糖醇(DTT)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)、过氧化氢、盐酸胍(GdnHCl)对Trx-GcGASA内源荧光及变性过程的影响,发现(1)在中性缓冲体系中融合蛋白的内源荧光以305 nm的酪氨酸的荧光发射为主;(2)伴随着二硫键还原,融合蛋白中色氨酸和酪氨酸的相对荧光强度比值从0.7变化至1.8倍左右;(3)经过0.5 mmol.L-1GSSG、5 mmol.L-1过氧化氢处理后,酪氨酸和色氨酸的荧光强度下降约12~21%;(4)无论是否采用1 mmol.L-1DTT处理,6 mol.L-1盐酸胍均不能诱导融合蛋白彻底变性;(5)二硫键的存在与否影响了盐酸胍诱导的变性过程。通过两态模型拟合获得Trx-GcGASA变性过程Gibbs自由能变化ΔG约为3.7 kJ.mol-1。相关工作不仅为深入研究融合伴侣Trx对GcGASA变性热力学、动力学及复性过程影响奠定了基础;同时,也为通过光谱手段获取GcGASA的结构信息提供了基础的数据。     

烟草中CuZnSODⅢ的荧光光谱及pH值和H2O2敏感性

考察了烟草中CuZnSODⅢ在不同pH值和H2O2加入量前后的荧光光谱。用同步荧光技术区分蛋白质分子中酪氨酸和色氨酸残基的荧光,进一步结合荧光猝灭现象和三维荧光特征,探讨发色团微环境及蛋白质分子构象行为,推断得出H2O2对荧光的猝灭属于氧化还原猝灭和双分子碰撞猝灭双重机制,及色氨酸残基对pH值和H2O2更为敏感的结论。     

同步荧光光谱探究头孢西丁钠与溶菌酶的结合机制

在模拟生理学条件下(pH=7.40),采用同步荧光法研究了头孢西丁钠(CFXS)和溶菌酶(LYSO)中的荧光基团酪氨酸(Tyr)残基、色氨酸(Trp)残基之间的相互作用。结果表明:CFXS以静态猝灭的方式猝灭LYSO中的Tyr、Trp残基的荧光,结合位点数n≈1。310 K时,Tyr与Trp残基反应的荧光猝灭比率分数N_(SFQR(Trp))(60.25%)N_(SFQR(Tyr))(39.75%),结合位置更靠近Trp残基。Hill系数n_H约为1,表明CFXS与LYSO中Tyr与Trp残基的结合不会影响后继配体与蛋白质的结合。CFXS与LYSO中Tyr残基的药物结合率W(Q)为0.19%～0.13%,Trp残基的药物结合率W(Q)为0.23%～0.14%,游离的药物含量几乎不变,这表明CFXS与LYSO中Tyr与Trp残基的结合基本不影响药物的疗效。Tyr残基的蛋白结合率W(B)为52.69%～54.67%,Trp残基的蛋白结合率W(B)为67.67%～69.39%,因此,蛋白中游离的氨基酸残基数目会明显降低。CFXS-LYSO结合体系的主要作用力类型是疏水作用,分子对接结果表明CFXS与LYSO之间还存在氢键作用,且两者的最佳结合位置在LYSO的活性中心附近,两者的结合改变了活性中心处氨基酸残基的微环境。     

新的植物毒素蒜头果蛋白的荧光光谱研究

蒜头果蛋白(Malanin)是从我国稀有植物蒜头果中分离纯化出的一种具有高细胞毒性的蛋白质。用荧光光谱法研究在温度、酸度、有机溶剂、表面活性剂、变性剂及荧光猝灭剂等不同条件对蒜头果蛋白溶液构象的变化。实验表明,Malanin在天然状态下荧光发射峰位于340 nm处,色氨酸(Trp)残基较大程度位于Malanin分子的疏水区。十二烷基硫酸钠、异硫氰酸胍、丙烯酰胺和碘化钾的加入均可使Malanin的分子构象发生变化,导致分子内Trp残基的荧光猝灭。异硫氰酸胍的加入使Trp残基的荧光发射峰位明显红移,表明位于Malanin分子较疏水环境内的Trp残基相对外露。     

还原石墨烯光学波段复折射率及消光性能研究

在对氧化和还原石墨烯近紫外到近红外波段反射率谱测量的基础上,利用Kramers-Kronig关系计算其复折射率,并反推反射率与光谱分析确定误差水平;运用T矩阵法计算其在该波段的吸收和消光效率因子,分析其消光和吸收性能.结果表明,反推反射率值与实测值误差在10~(-6)量级,且其吸收谱线特征与复折射率虚部吻合;还原石墨烯的可见光-近红外消光和吸收较强,但紫外消光和吸收较弱;氧化石墨烯在紫外-可见光波段的消光和吸收较强,但在近红外波段迅速减弱.因此,该计算方法在两种材料上适用,且氧化和还原石墨烯均可用作宽波段的光吸收或消光材料,但还原石墨烯近紫外波段以及氧化石墨烯近红外波段的性能有待改善.     

纳米磷化镓粉体还原氦过程的Raman光谱分析

利用Raman光谱对还原氮后的纳米磷化镓(GaP)粉体进行了表征。结果表明：纳米GaP粉体表面含有Ga-O，P-O和H-O化学键。此外，进行氮还原过程后，在Raman位移约为1700～3300cm^-1范围内(相当于709～800nm或1．55～1．75eV)，纳米GaP的Raman光谱出现了一个宽、强荧光发射峰；而在未进行通氮处理的纳米GaP Raman光谱中，没有观察到该荧光峰的存在。本文对该荧光发射峰的起因作了初步分析。     

纳米磷化镓粉体还原氮过程的Raman光谱分析

利用Raman光谱对还原氮后的纳米磷化镓(GaP)粉体进行了表征。结果表明:纳米GaP粉体表面含有Ga-O,P-O和H-O化学键。此外,进行氮还原过程后,在Raman位移约为1700~3300cm-1范围内(相当于709~800nm或1.55~1.75eV),纳米GaP的Raman光谱出现了一个宽、强荧光发射峰;而在未进行通氮处理的纳米GaPRaman光谱中,没有观察到该荧光峰的存在。本文对该荧光发射峰的起因作了初步分析。     

丁香对低密度脂蛋白氧化过程中荧光特性变化的影响

低密度脂蛋白(LDL)氧化修饰是导致动脉粥样硬化(AS)的关键因素,LDL在氧化修饰过程中荧光特性会发生一系列改变。为评价丁香对LDL氧化过程中荧光的抑制效果,采用传统荧光及三维荧光等高线光谱研究丁香对LDL氧化修饰过程中荧光特性的影响。结果显示： LDL氧化孵育荧光特性的最佳测定时间为48 h;丁香粗提物对LDL氧化修饰过程中色氨酸(Trp)荧光猝灭、荧光发色团红移、氧化产生的活性醛修饰apoB 100所含赖氨酸(Lys)残基变化、荧光物质和脂褐素产生及三维荧光的变化均具有较好的抑制作用,且抑制作用与粗提物浓度成正相关。在此基础上进一步发现,丁香各极性成分(正己烷相(丁香精油)、乙酸乙酯相、正丁醇相及水相)对LDL氧化修饰过程荧光特征的变化影响不一。其中,正己烷相对Trp荧光猝灭、荧光发色团红移及三维荧光变化的抑制作用最强,而乙酸乙酯相抑制活性醛修饰Lys残基、荧光物质和脂褐素的产生效果最好。结果表明,丁香对LDL氧化修饰过程中荧光特性的变化具有较好的抑制作用,抑制作用的主要物质集中在正己烷相和乙酸乙酯相。该研究为后续丁香组成分析及其功能食品研发提供参考。     

氧化还原条件变化对上覆水体中溶解有机质的三维荧光光谱特征影响

利用三维荧光光谱(3EEMs)技术,考察了不同氧化还原条件对上覆水体中溶解有机质的三维荧光光谱特征的影响。好氧条件下上覆水体中DOM的荧光指数要高于厌氧条件,说明在不同的氧化还原条件下,上覆水体中DOM来源和组成均存在一定的差异性。上覆水体的三维荧光光谱特征也存在显著差异:好氧条件下,上覆水体中的类蛋白荧光峰强度均高于腐殖质类荧光峰强度,且三维荧光光谱图显示腐殖质类DOM存在氧化降解现象。厌氧条件下,上覆水体中腐殖质类荧光峰的强度随培养天数逐渐增加,当厌氧培养时间为21 d,C和D荧光峰的强度已分别上升至初始的3.51和3.78倍。在不同的氧化还原条件下,类蛋白和类腐殖质类DOM荧光峰位置和强度的变化,表明不同类型DOM的生物可利用性程度和在沉积物-水界面间迁移转化特征的差异性。     

头发纤维表面半胱氨酸的荧光光谱分析

环境中许多物理或化学因素可破坏头发角蛋白主要构成成分胱氨酸,使其结构中二硫键发生断裂转为带巯基的半胱氨酸,半胱氨酸的含量可作为头发受损程度的评价依据.本文采用可与半胱氨酸反应的荧光探针试剂7-氯-4-硝基苯-2-(噁)-1,3-二唑(NBD-Cl),与头发纤维表面半胱氨酸反应并进行荧光光谱分析,探讨了反应的影响因素.结果显示,NBD-Cl可与头发表面的半胱氡酸残基反应,反应产物具有荧光性.对实验条件进行了优化,发现pH4.5为较适宜的反应酸度,此时NBD-Cl与半胱氨酸的巯基和氡基均可反应,表现为头发表面荧光强度较高.     

纳米银/丝素复合材料的制备及其光谱性质研究

开发可靠、生态友好的纳米材料合成方法是当今纳米技术发展的一个重要方面,基于天然生物材料如丝素蛋白原位合成来制备纳米贵金属溶胶是一种具有极大发展潜力的方法之一。文章在室温下以丝素原位还原硝酸银制得了纳米银/丝素复合溶胶,通过紫外-可见光谱、原子力显微镜、荧光光谱和共振光散射对其制备过程和光谱性质进行了表征。实验表明丝素链中的酪氨酸残基对AgNO₃还原生成纳米银颗粒起了主要作用,制得的纳米银粒子均匀地包埋在丝素胶体中,具有很好的分散性和稳定性,可长期保存。丝素蛋白与纳米银复合后,荧光强度明显增加,证明了丝素蛋白与纳米银表面之间形成了较强的化学吸附,在银表面形成了一个相对稳定的络合物致密层。同时利用共振散射光谱分析实验进一步证实了纳米银粒子的形成。     

氧化石墨烯纳米粒与牛血清白蛋白的相互作用

采用荧光光谱法研究氧化石墨烯纳米粒(NGO)对牛血清白蛋白(BSA)的作用机制.实验结果表明:NGO对BSA的荧光猝灭类型为动态猝灭为主的静动态混合猝灭.T=283、298、310K时,二者最小结合常数分别为6.7×109、9.5×107、2.1×106L·mol-1.结合位点数分别为2.12、1.32、0.87.由热力学参数确定NGO与BSA之间作用类型为氢键和范德华力.NGO对BSA中色氨酸残基荧光猝灭,不改变酪氨酸残基荧光发射强度,但降低其所处环境的疏水性.     

同步荧光法探究硝苯地平与胃蛋白酶荧光基团的作用机制

以同步荧光法研究了298,310,318 K下硝苯地平（NDP）与胃蛋白酶（PEP）的荧光基团酪氨酸残基（P-Tyr）、色氨酸残基（P-Trp）之间的相互作用。表明药物以动态猝灭的方式猝灭P-Tyr、P-Trp的荧光,结合位点数n为1,主要作用力是疏水作用。310 K时NDP与PEP氨基酸残基反应的荧光猝灭比率份数P-Trp 53.43%>P-Tyr 46.57%,结合位置更靠近P-Trp,NDP与蛋白结合率P-Tyr:69.43%~87.15%,P-Trp:73.64%~90.60%,分别建立了结合模型。且Hill系数n_H约为1,该结合与后继配体无协同作用。结合距离r都小于7 nm,则NDP与P-Tyr、P-Trp之间都存在非辐射能量转移。     

光诱导辣根过氧化物酶催化活性变化及机理研究

辣根过氧化物酶(HRP)是广泛应用的一种生物催化剂,其光照后HRP酶活性变化的机理还未见报道。利用紫外-可见(UV-Vis)、同步荧光、圆二色(CD)光谱研究了光对HRP催化活性及酶活变化机制。实验结果表明：光照射HRP可促使其发生还原反应,同时其催化活性会发生变化。UV-Vis吸收光谱数据显示,光照射后HRP的Soret带403 nm最大吸收峰红移、Q带498 nm处氧化峰强度下降,说明经光照射HRPFe(Ⅲ)被还原为HRPFe(Ⅱ)。不同波长对光照还原影响程度为280 nm>254 nm>498 nm>403 nm;酶活为403 nm>498 nm>254 nm>280 nm;280 nm波长光照射下,Phe,Trp,Tyr和Cys四种游离氨基酸以及谷胱甘肽的加入均对光照还原有促进作用。酶活性与光照还原程度紧密相关,因Fe(Ⅱ)无法提供空轨道与H₂O₂配位,所以光诱导Fe(Ⅲ)还原导致酶活下降。同步荧光和圆二色光谱揭示了光照还原后HRP血红素的构象发生了变化,构象的变化也是光诱导酶活变化的原因之一。紫外光影响酶活性下降的因素为光照引发活性中心Fe(III)还原,蛋白质构象变化的贡献。研究结果对进一步了解光对含血红素蛋白(酶)结构和功能的影响有重要的理论和实际意义。