丙三醇对水溶液中血红蛋白构象的影响——荧光猝灭和动态光散射研究

利用荧光猝灭法和动态光散射法测定丙三醇-水混合溶剂中血红蛋白(Hb)与联苯胺的结合距离和Hb的流体动力学半径, 并通过分析Hb荧光光谱和吸收光谱的变化, 探讨丙三醇与蛋白质分子在水溶液中相互作用的机理及其对蛋白质构象的影响. 结果表明, 丙三醇-水混合溶剂中Hb通过优先水化作用形成更紧密的构象, 溶剂体系的氢键形成能力下降对稳定蛋白质的构象有重要的影响, 丙三醇浓度较高的混合溶剂中氢键网络发生崩塌, 导致蛋白质构象产生进一步的折叠. 实验显示, 尽管Hb在丙三醇-水混合溶剂中保持较完整的血红素疏水空穴结构, 但是血红素疏水空穴以外肽段的构象发生显著变化, 并对血红蛋白的聚集状态造成一定的影响.     

荧光猝灭法和动态光散射法研究尿素-水混合溶剂中牛血清 白蛋白的构象变化

利用荧光猝灭法和动态光散射法测定尿素-水混合溶剂中牛血清白蛋白(BSA)与荧光素的结合距离和BSA的流体动力学半径, 并通过分析BSA和荧光素在BSA-尿素-水和荧光素-尿素-水三元体系以及BSA-荧光素-尿素-水四元体系中荧光光谱的变化, 探讨尿素与蛋白质分子在水溶液中相互作用的机理及其对蛋白质构象的影响. 结果显示, BSA的3个结构域在尿素-水混合溶剂中具有不同的稳定性, 其中结构域III在尿素-水混合溶剂中是不稳定的, 而结构域I和结构域II分别在尿素浓度大于3.0和4.0 mol•L－1的混合溶剂中发生去折叠. 试验发现, BSA结构域II在低于去折叠浓度的尿素-水混合溶剂中形成更为紧密的构象, 这一现象可以归因于尿素与BSA结合引起的“蛋白质粘稠效应”     

荧光猝灭法和动态光散射法研究1-丙醇和2-丙醇对水溶液中 蛋白质构象的影响

应用荧光猝灭法和动态光散射技术测定牛血清白蛋白(BSA)与荧光素在正丙醇-水和异丙醇-水混合溶剂中的相互作用距离和BSA的流体动力学半径, 研究正丙醇和异丙醇对水溶液中蛋白质构象的影响. 结果显示, 正丙醇-水和异丙醇-水混合溶剂中BSA与荧光素的相互作用距离和BSA的流体动力学半径随着正丙醇和异丙醇浓度的增加而先减小后增大, 表明低浓度的正丙醇和异丙醇有利于蛋白质形成紧密的构象, 而较高浓度的正丙醇和异丙醇则破坏蛋白质的紧密构象. 试验中观察到BSA与荧光素在正丙醇-水混合溶剂中的结合距离大于同浓度的异丙醇-水混合溶剂中的结合距离, 而BSA在前者的流体动力学半径小于后者, 说明无支链的正丙醇分子易于与蛋白质的疏水基团产生较强的疏水相互作用, 而带支链的异丙醇分子的疏水性较弱, 有利于与蛋白质分子的亲水基团相互作用而积聚在蛋白质表面.     

叔丁醇-水混合溶剂的混合状态对牛血清白蛋白构象的影响

应用动态光散射法测定了叔丁醇(TBA)-水混合溶剂中牛血清白蛋白(BSA)流体动力学半径, 并通过分析BSA的荧光光谱和紫外-可见光吸收光谱, 研究BSA在TBA-水混合溶剂中的构象变化. 同时, 通过分析TBA-水二元体系和BSA-TBA-水三元体系静态散射光的变化, 探讨TBA-水溶剂体系的混合状态及其对BSA在水溶液中构象变化的影响. 结果表明, TBA-水溶剂体系的混合状态与BSA的构象变化密切相关, 低浓度的混合溶剂中, 水分子在TBA周围形成疏水水化结构, 与蛋白质疏水基团的选择性结合, 破坏了蛋白质的稳定结构, 但是, 少量TBA的加入削弱了蛋白质疏水基团间的疏水相互作用, 有利于蛋白质形成更紧密的构象; 高浓度的混合溶剂中, TBA分子相互聚集形成胶束, 削弱了对蛋白质的变性作用.     

三种氨基酸在尿素-水混合溶剂中的体积性质

用精密密度法详细测定甘氨酸、L-丙氨酸、L-丝氨酸在尿素-水混合溶剂中的表观摩尔体积.计算了三种氨基酸从水到尿素-水混合溶剂的迁移偏摩尔体积,结合前期的氨基酸从水到尿素-水混合溶剂的迁移焓,探讨尿素-水混合溶剂的结构特点及其对氨基酸与尿素相互作用的影响.结果表明,尿素分子在水中自缔合,引起溶剂结构的变化并削弱其与氨基酸分子的结构相互作用,造成氨基酸从水到尿素-水混合溶剂的迁移偏摩尔体积和迁移焓随尿素浓度的增加而出现多个变化点,这一效应随着氨基酸疏水性的增强而增大,表明氨基酸的疏水性越强,其与尿素相互作用引起的去水化作用越明显.     

碱/脲水溶液体系中纤维素包合物构型及纤维素与溶剂分子间相互作用力的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了纤维素分子在碱/脲水溶液体系中形成的包合物结构,研究了纤维素包合物的空间构型、氢键网格结构、纤维素分子与溶剂分子的相互作用以及碱金属阳离子对包合物稳定性的影响.在纤维素包合物结构中,碱金属阳离子和OH-主要吸附在纤维素分子链羟基的附近,与纤维素上的羟基氧直接接触形成稳定的吸附构型;尿素分子更倾向于在纤维素糖环面结构上聚集,可以与纤维素上的羟基氧和醚键氧相互作用形成氢键.通过对纤维素与溶剂分子间非键相互作用的研究发现,在纤维素羟基附近,羟基与金属阳离子之间的相互作用能最大,其次为与尿素分子、氢氧根离子的相互作用,最小的为与水分子的相互作用;在纤维素糖环面结构上,Na~+、OH~-、尿素、水与纤维素醚键氧的相互作用远小于与纤维素羟基的相互作用,纤维素上的醚键氧与尿素分子相互作用能最大.比较KOH/尿素和NaOH/尿素2种溶剂体系中碱金属阳离子与纤维素羟基形成的吸附构型的结合能,发现Na~+对纤维素分子内和分子间的氢键具有更强的破坏作用,NaOH/尿素溶剂体系中的分子与纤维素分子形成的包合物构型更稳定.     

尿素/氧化三甲胺混合溶剂影响单壁碳纳米管内部水合性质的分子动力学模拟

尿素是早已被人们认识的蛋白质变性剂,而氧化三甲胺则是最常用的蛋白质结构保护剂。虽然多年来被广泛应用在生物实验中,但是它们是如何在蛋白质结构形成中起作用,特别是氧化三甲胺是如何在高浓度尿素环境中起到抑制尿素蛋白变性作用的分子机制,至今仍然没有得到圆满解答。本文以单壁碳纳米管为模型疏水体系,采用分子动力学模拟研究尿素/氧化三甲胺混合溶液中纳米管内部水合性质,结果表明氧化三甲胺更易与水分子和尿素分子形成较强相互作用从而稳定了水溶液结构,这一结果亦表明了氧化三甲胺可以通过间接机制抵消尿素分子对于碳纳米管内部水合性质的影响。     

单嘧磺隆晶体-活性构象转换的分子动力学模拟

应用分子动力学模拟方法对单嘧磺隆在水、正辛醇和正辛烷3种不同溶剂中的构象行为、单嘧磺隆与3种溶剂之间的相互作用能及氢键相互作用进行了计算研究. 计算结果表明, 在3种不同的溶剂中, 单嘧磺隆的优势构象不同; 其构象转换过程, 特别是转换成活性构象的过程主要发生在水溶液中; 与溶剂分子间的相互作用是分子构象行为的决定因素; 单嘧磺隆的脲桥部分可以和含氢键接受体的溶剂形成氢键, 分子间与分子内氢键的竞争可能是从晶体构象转换成活性构象的主要驱动力.     

杯[4]吡咯在不同溶液中的分子动力学模拟研究

运用分子动力学(MD)模拟方法对杯[4]吡咯与不同溶剂之间的相互作用能、杯[4]吡咯在不同溶液中的构象变化以及杯[4]吡咯与溶剂分子之间的氢键相互作用进行了计算研究.模拟发现,杯[4]吡咯与不同溶剂间的相互作用能受溶剂分子偶极矩和杯[4]吡咯-溶剂分子间氢键相互作用影响.杯[4]吡咯在不同溶液中的构象发生翻转的主导因素是杯[4]吡咯与溶剂分子间形成氢键相互作用,溶剂分子的偶极矩不是杯[4]吡咯发生构象转化的主要因素.     

正丙醇和异丙醇对水溶液中牛血清白蛋白的构象及其荧光光谱的影响

通过测定牛血清白蛋白(BSA)-正丙醇-水和BSA-异丙醇-水体系中BSA的发射荧光(λex=280nm、295nm)和同步荧光(△λ=15nm、60nm),结合静态光散射技术,探索正丙醇和异丙醇对水溶液中蛋白质的构象和荧光光谱的影响.结果表明,正丙醇和异丙醇使蛋白质发生部分解折叠现象,低浓度的正丙醇和异丙醇水溶液能轻微增强蛋白质的结构稳定性.但是,总体上,正丙醇和异丙醇是弱的蛋白质变性剂,在浓度较高的体系中,体系的混合状态的变化对BSA的荧光强度的变化起主导作用.     

三种氨基酸在尿素水溶液中的体积性质

精密密度法详细测定甘氨酸、L-丙氨酸、L-丝氨酸在尿素水溶液中的表观摩尔体积,计算了三种氨基酸从水到尿素水溶液的迁移偏摩尔体积,结合前期的氨基酸从水到尿素水溶液的迁移焓,探讨尿素水溶液的结构特点及其对氨基酸与尿素在水溶液中相互作用的影响。结果表明,尿素分子在水溶液中自缔合,引起溶剂结构的变化并削弱其与氨基酸分子的结构相互作用,造成氨基酸从水到尿素水溶液的迁移偏摩尔体积和迁移焓随尿素浓度的增加而出现多个变化点,这一效应随着氨基酸疏水性的增强而增大,表明氨基酸的疏水性越强,其与尿素相互作用引起的去水化作用越明显。     

How does the urea dynamics differ from water dynamics inside the reverse micelle?

In this study, the urea dynamics inside AOT reverse micelle (RM) has been monitored without intervention of water using time-resolved fluorescence techniques from the picosecond to nanosecond time regime. It has been observed that urea dynamics inside the reverse micelle is severely retarded compared to water RM due to the formation of highly networked urea cluster inside the RM. Time-resolved fluorescence anisotropy study also confirms the existence of a confined environment around the dye at higher concentrations of urea inside the reverse micelle. The dynamics of urea-water mixtures inside AOT reverse micelle has also been monitored with increasing urea concentration to get insight about the effect of urea on the overall solvation dynamics feature. It has been observed that with the increase in urea concentration, the overall dynamics becomes slower, and it infers the presence of few water or urea molecules, those strongly associated with surrounding urea and (or) water by hydrogen bonds.     

光谱法研究Cu2+与肌红蛋白的相互作用

用紫外吸收光谱、荧光光谱、同步荧光光谱及圆二色(CD)谱研究了Cu2+与肌红蛋白(Mb)的相互作用. 结果发现, Cu2+使Mb的紫外吸收增强, 峰位蓝移, 说明Cu2+与Mb发生了较强的相互作用; Mb的特征荧光峰猝灭, 且随着温度升高猝灭常数Ksv降低, 表明Cu2+对Mb的荧光猝灭机制属于静态猝灭; 计算了不同温度下的结合常数和结合位点数; 由van′t Hoff方程计算出ΔH和ΔS分别为-11.60 kJ/mol和33.77 J·(mol·K)-1, 得出二者之间的作用力主要为静电力; 并依据Förster非辐射能量转移理论确定了给体-受体间的结合距离r=2.56 nm. 同步荧光光谱表明, Cu2+对Mb的构象产生影响, 使色氨酸残基的疏水性下降. CD光谱测得加入Cu2+后, 二级结构发生改变, 使α-螺旋含量降低.     

水-乙醇混合溶剂中过氧化氢酶活性与构象的研究

用微量热法和荧光法分别测定了水-乙醇混合溶剂中过氧化氢酶活性与构象的变化。结果表明,随着乙醇浓度的增大,过氧化氢酶酶促反应的米氏常数K~m有所增大,而反应速率常数k~2及酶的催化活性则明显降低;336nm处的相对荧光强度不断增强,酶分子的构象发生了变化,其结构渐趋松散。乙醇对过氧化氢酶活性的影响乃是乙醇的竞争性抑制和溶剂效应引起的酶构象变化共同作用的结果。     

磺胺嘧啶钠探针分析生物样品中蛋白质含量的研究

在pH 7.4的Tris-HCl缓冲溶液中,荧光猝灭光谱和三维荧光光谱显示磺胺嘧啶钠(SDS)可与人血清白蛋白(HSA)相互作用,使人血清白蛋白疏水微环境极性以及构象发生变化。考察了Δλ值、反应介质、离子强度等因素对该体系同步荧光光谱特征及强度的影响。在选定的最佳实验条件下,体系的同步荧光强度(ISF)与人血清白蛋白在1.38～276μg/mL的浓度范围内呈现良好的线性关系,线性相关系数为0.9992,从而建立了以磺胺嘧啶钠为分子探针,用固定波长同步荧光光谱分析测定蛋白质的新方法,检测限可达0.48μg/mL。用此方法对生物样品人血清、唾液和尿液中蛋白质含量进行了测定并进行加标回收实验,回收率在95.7%～103.7%之间。本文还用经典的考马斯亮蓝法对样品进行了测定,所得结果和本方法一致。同时还考察了一些常见的共存物质对蛋白质测定的影响。     

Conformational Stability of Bovine Serum Albumin in Aqueous Amides: A Further Insight into the Mechanism of Urea Acting on the Protein

The binding distances of fluorescein to bovine serum albumin (BSA) in formamide‐water and N,N‐dimethyl‐ formamide‐water mixtures were determined by fluorescence quenching method and compared with the values in urea‐water mixtures in our previous work. The results, together with the analysis of fluorescence spectra, were utilized to probe the conformational stability of protein in aqueous amides, providing a further insight into the mechanism of urea acting on protein. The spectral properties of BSA showed significant difference in the aqueous solutions of the three kinds of amide and indicated that both NH₂ group and C=O group could form hydrogen bond with the protein, serving as donor and acceptor, respectively. However, the results revealed that the multiple hydrogen bonds of NH₂ group with back bond and hydrophilic side chains of the protein played a key role in the nonspecific urea‐mediated network of intramolecular interaction due to its higher hydrogen bonding capability compared to C=O group.     

Electrochemically Monitoring the Acid and Acidic Urea‐Induced Unfolding of Hemoglobin and Its Electrocatalytic Ability

Acid and acidic urea‐induced unfolding of hemoglobin (Hb) was investigated using protein‐film‐based electrochemical method. The conformational transition of Hb was monitored through the change of direct electrochemical response of Hb. The heme groups in Hb detached from their native binding sites after pH<4.0. Spectral experiments fully supported the results. Furthermore, the catalytic ability of Hb was enhanced 15 times under the optimal unfolded conditions of pH 2.0 PBS containing 3.0 mol L^?1 urea. The method contributes to understand the relationship between function and conformation of Hb, and provides possibility of manipulating protein function by controlling its conformation.