氮混杂金属卟啉吸收光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论在B3LYP/6-31+G(d)水平上研究了4种金属Mg, Ni, Cu, Zn配位的自由卟啉(FBP)及氮混杂卟啉(NECP)的几何结构及分子轨道能级. 采用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算了金属与2种卟啉配位后在气体条件下的电子吸收光谱, 包括激发能、 吸收波长、 跃迁组成和振子强度.计算结果表明, 与金属配位的FBP(M-FBP)具有D_4h对称性, 分子轨道能级HOMO/HOMO-1和LUMO/LUMO+1因能级相近发生简并, HOMO-LUMO轨道能级差大约3.0 eV, 在Soret带出现较强吸收峰.由于C/N原子位置的改变, 非对称性结构的M-NECP前线轨道组成发生改变, 轨道能级差(HOMO-LUMO)减小至2.6 eV左右, 且能级发生分裂, Soret带出现多个电子吸收谱峰, Q带也出现吸收峰. 本文研究了水、 氯仿和苯3种不同极性溶剂对M-FBP和M-NECP的分子轨道及电子吸收光谱的影响, 结果表明, 随溶剂极性减弱金属配合物的电子吸收光谱发生红移, 并且吸收峰强度增强.     

光诱导细胞色素b5还原反应及机理的光谱学研究

在生命体内有关电子转移的研究备受关注,其中蛋白质以及酶之间的电子转移研究已成为热点,目前有关光诱导血红素蛋白还原的详细机理尚不明确,电子转移也许是解释这一机理的有效途径。通过紫外-可见吸收光谱、稳态荧光光谱和圆二色等光谱系统地研究了体外近生理溶液环境中,不同的紫外定波长、pH、游离氨基酸、谷胱甘肽、咪唑对Cyt b₅光照还原的影响,以阐明Cyt b₅不能用传统提出的机制去解释的光还原机制。结果表明: 在近紫外区通过直接的光激发高铁细胞色素b₅ (Cyt b₅)可以使其被还原成亚铁Cyt b₅,经过分析发现了Cyt b₅被光还原的机制和促进条件。用280 nm单色光照射Cyt b₅溶液,发现随着光照时间的延长,Cyt b₅溶液紫外-可见光谱中Soret带由412 nm红移到421 nm,Q带556 nm处吸收峰逐渐增强。Cyt b₅被光照后发生了类似化学还原剂作用的还原反应,同时发现了不同的光照波长、不同的pH、氨基酸种类以及各种其他配体等存在下对Cyt b₅的还原程度影响不同。采用280 nm波长、在偏碱性条件下光照Cyt b₅时还原程度最强;溶液中加入谷胱甘肽和咪唑能通过提供电子和氢供体途径促进Cyt b₅的光照还原反应发生;溶液中游离Met的存在能以最大速率促进光照还原反应的发生。基于以上结果提出Cyt b₅光还原的机理是从卟啉环到三价铁的电子转移,通过280 nm激发形成卟啉π阳离子基团和亚铁。采用稳态荧光光谱和圆二色谱对Cyt b₅光照还原发生前后进行检测,发现光诱导蛋白发生还原后,Cyt b₅主链结构逐渐伸展,二级结构发生了一定改变,α-螺旋含量逐渐降低,β-折叠含量逐渐升高,但是整个Cyt b₅的二级结构仍以α-螺旋为主。该研究结果不仅对了解光对含血红素蛋白（酶）的结构和功能的影响有重要的理论和实践意义,而且对于生命体内的氧化还原反应和电子传递机制提供一定理论依据。     

激光诱导游离色氨酸对血红蛋白反应动力学影响及机理

血红蛋白活性中心铁卟啉具有环状共轭结构,类似于叶绿素,可以吸收特定波长光,光会诱导铁卟啉发生氧化还原反应。研究中发现,紫外区波长光照射血红蛋白的氧化还原反应情况优于铁卟啉特征吸收波长(406 nm)光照射情况。无游离色氨酸(Trp)时,266 nm激光激发后高铁血红蛋白(metHb)、脱氧血红蛋白(deoxyHb)、氧合血红蛋白(HbO₂)和碳氧血红蛋白(HbCO)均被激发至各自相应的激发态,其Soret带谱峰衰减至基态的时间大致相同;加入游离Trp后,激发态Trp会转移能量到铁卟啉,在直接和间接光能量双重作用叠加下,激发态铁卟啉衰减时间发生变化。metHb、deoxyHb、和HbCO衰减时间明显延长,但对HbO₂影响相对较小。根据瞬态吸收光谱、动力学曲线和紫外-可见吸收光谱综合分析可知,在加入游离Trp前后,4种形态血红蛋白在被入射光激发后,铁卟啉均反应至具有(或近似具有)一空位的铁六配位平面卟啉结构状态。     

激光诱导游离半胱氨酸对血红蛋白反应动力学的影响及机理

血红蛋白(hemoglobin,Hb)是具有环状共轭结构的呼吸蛋白,可以吸收特定波长的光,通过血红素辅基的结构变化,进而影响血红蛋白生物功能的表达。研究中发现,紫外区波长光照射血红蛋白能够引起其结构发生一定的变化,光照实验中加入游离半胱氨酸有助于高铁血红蛋白(methemoglobin,metHb)结构的稳定。266nm光照后高铁血红蛋白、去氧血红蛋白(deoxyhemoglobin,deoxyHb)、氧合血红蛋白(oxyhemoglobin,HbO2)和碳氧血红蛋白(carboxyhemoglobin,HbCO)均被激发至各自相应激发态,其Soret带谱峰衰减至基态的时间大致相同;加入游离半胱氨酸后,半胱氨酸与各激发态铁卟啉发生电子传递,在直接和间接地进行了电子传递后,激发态铁卟啉衰减时间发生变化,metHb、HbO2和HbCO衰减时间明显延长,但deoxyHb变化相对较小。对瞬态吸收光谱、动力学曲线和紫外-可见吸收光谱综合分析可知,4种形态血红蛋白被光激发至各自激发态后,铁卟啉均反应形成具有一空位的六配位平面结构状态。     

紫外光照下高铁肌红蛋白的还原

实验中我们发现紫外波段光源照射高铁肌红蛋白(metmyoglobin,metMb)时,能发生与添加化学还原剂还原metMb相似的过程,本文采用紫外可见吸收光谱(UV-Vis),圆二色光谱(CD)研究了metMb在特定紫外光源下的还原过程。580 nm和544 nm处还原峰的面积变化显示,metMb在光照时能被还原至MbFe髤H2O状态,且不同的光源、特定紫外定波长、温度、pH以及不同气体存在等条件下metMb的还原程度不同。在温度为10℃,偏碱性条件时,定波长254 nm照射有利于metMb还原;气体存在时,由于气体小分子与血红素铁的配位能力不同,不同气体对光照metMb还原的催化作用程度也有差异,CO和O2的存在对此过程有催化促进作用,这一结论在医学和生理学上有重要的意义。     

3-溴丙酮酸与人血清白蛋白相互作用的光谱学研究

运用荧光光谱、紫外可见吸收光谱和圆二色光谱法研究了抗肿瘤药物3-溴丙酮酸(3-Bromopyruvic acid,3-BrPA)与人血清白蛋白(Human serum albumin,HSA)的相互作用.3-BrPA对HSA的猝灭机制属于静态猝灭,并发生分子间非辐射能量转移.热力学数据显示,二者之间的作用力主要为静电作用;同步荧光光谱表明,3-BrPA与蛋白质中接近色氨酸残基的区域发生了相互作用;荧光光谱研究发现,Zn2+存在时3-BrPA对HSA的猝灭程度进一步增强;圆二色光谱法研究蛋白二级结构结果显示,3-BrPA对HSA的结构影响非常小.     

激光诱导游离色氨酸对血红蛋白反应动力学影响及机理

血红蛋白活性中心铁卟啉具有环状共轭结构,类似于叶绿素,可以吸收特定波长光,光会诱导铁卟啉发生氧化还原反应。研究中发现,紫外区波长光照射血红蛋白的氧化还原反应情况优于铁卟啉特征吸收波长(406 nm)光照射情况。无游离色氨酸(Trp)时,266 nm激光激发后高铁血红蛋白(metHb)、脱氧血红蛋白(deoxy Hb)、氧合血红蛋白(HbO_2)和碳氧血红蛋白(HbCO)均被激发至各自相应的激发态,其Soret带谱峰衰减至基态的时间大致相同;加入游离Trp后,激发态Trp会转移能量到铁卟啉,在直接和间接光能量双重作用叠加下,激发态铁卟啉衰减时间发生变化。metHb、deoxy Hb和HbCO衰减时间明显延长,但对HbO_2影响相对较小。根据瞬态吸收光谱、动力学曲线和紫外-可见吸收光谱综合分析可知,在加入游离Trp前后,4种形态血红蛋白在被入射光激发后,铁卟啉均反应至具有(或近似具有)一空位的铁六配位平面卟啉结构状态。     

细胞色素C与NO的反应机制

细胞色素C(Cytochrome C,Cyt C)与NO(由NO供体药物proliNONOate提供)之间的反应已在电化学和医疗方面受到重视,而直接与NO气体作用尚未得到关注;且前者主要是从Q带进行分析的,Soret带未提及。本文采用紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、电子顺磁共振(EPR)光谱、紫外可见时间过程光谱以及同步荧光光谱等方法同时分析了其Soret带与Q带的变化,探讨了不同价态的Cyt C与NO气体结合及解离反应的过程。结果表明:Cyt C与NO相互作用时,无论是高铁细胞色素C(ferric cytochrome C,Fe(Ⅲ)-Cyt C)还是亚铁细胞色素C(ferrous cytochrome C,Fe(Ⅱ)-Cyt C),反应产物都是细胞色素C配合物(Cyt C-NO);Fe(Ⅱ)-Cyt C先被NO氧化生成Fe(Ⅲ)-Cyt C,之后再与NO结合生成Cyt C-NO,Fe(Ⅲ)-Cyt C则直接与NO结合生成Cyt C-NO。Cyt C-NO是一种不稳定的配合物,当通入少量NO时Cyt C-NO很快解离生成Fe(Ⅲ)-Cyt C,其解离速率为(0.005 07±0.001) s^-1,是与供体药物结合所形成配合物解离速率的十分之一;NO过量时,生成的Cyt C-NO不会再发生解离。对实验结果分析,得出Cyt C与NO配位反应机制为溶液中的NO进入Heme腔内,Fe-S断裂,Fe-N间形成新的配位键,NO气体可以直接与Cyt C反应,生成的配合物比供体药物稳定,同时Soret带具有明显变化。这对于利用NO来缓解细胞内的氧化压以及利用NO检测细胞内呼吸类酶的变化,进而检测细胞凋亡具有重要意义。     

光激发金属配位四苯基卟啉瞬态吸收和衰减动力学性质研究

以四苯基卟啉为实验模板, 结合稳态吸收光谱、 荧光光谱、 瞬态吸收光谱、 动力学数据及理论计算结果研究了光激发4种金属配位卟啉的光谱性质. 光激发后, 四苯基卟啉化合物TPP-2H, TPP-Zn和TPP-Mg稳态吸收光谱Soret带谱峰强度均明显降低, TPP-Ni吸收强度由0.3 a.u.增至1.3 a.u., TPP-FeCl谱峰变化较小. TPP-2H和镁、 锌配位卟啉的瞬态吸收光谱Soret带出现明显负峰, 激光激发后其瞬态中间体的消光系数(ε_t)小于基态的消光系数(ε_G), ΔOD值为负值; 3种卟啉正负峰微秒级衰减动力学过程表明, 光激发后分子产生较为稳定的中间态, 有利于光电转换或光反应. 实验和理论研究表明, 金属卟啉光学性质差异由金属配位空轨道和电子排布引起. 以上卟啉光学性质可协助理解光合作用过程, 并为选择光电转换新型卟啉材料的配位金属提供实验支持.     

荧光法研究光诱导肌红蛋白的去氧过程

用荧光光谱法对光诱导下肌红蛋白的去氧过程进行了研究。含氧肌红蛋白在光照下发生去氧作用,光照量越大,去氧量越大;光照下的温度越高,去氧越快;N2可以把肌红蛋白活性中心铁卟啉中的配位氧脱下来,因而可用荧光光谱法作含氧肌红蛋白与各种气体相互作用的去氧研究。此外,荧光光谱法还可用作肌红蛋白中色氨酸和酪氨酸残基与铁卟啉之间的传能研究。