姜黄素抑制金属离子诱导的丝素蛋白构象转变及其作用机理

以丝素蛋白(SF)为神经退行性疾病相关蛋白的模型蛋白, 分析了姜黄素(Curcumin)对Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)离子诱导的丝素蛋白构象转变的干预作用及其作用机理, 试图探讨姜黄素在神经退行性疾病中的预防与治疗作用. 结果表明, 姜黄素可通过与Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)离子络合, 干预金属离子诱导的丝素蛋白构象转变, 并且所形成的络合物Cu(Ⅱ)-Curcumin可抑制丝素蛋白的构象转变, 但是Zn(Ⅱ)-Curcumin络合物不具有这种能力. 因此, 基于姜黄素对于金属离子诱导的丝素蛋白构象转变具有良好的干预作用, 可以将姜黄素作为神经退行性疾病预防和治疗的潜在候选药物.     

光谱法研究钙离子对丝素蛋白溶解过程中结构的影响

为研究丝素蛋白在氯化钙溶液溶解过程中结构的阶段性变化特征,通过荧光光谱、紫外可见吸收光谱和拉曼光谱技术探讨了不同溶解时间下钙离子对丝素蛋白结构的影响情况。结果表明,在90℃左右,丝素蛋白与氯化钙溶液(Ca Cl2∶H2O=111∶180,质量比)作用0~30 min的时间段内,随着溶解时间的延长,钙离子逐渐渗透到丝素蛋白分子中,与丝氨酸(Ser)、酪氨酸(Tyr)侧链羟基进行配位而形成螯合物,丝素蛋白逐渐溶胀,分子结构变得松弛,埋藏在非结晶区内的色氨酸(Trp)和Tyr也逐渐暴露出来,分子构象由β-折叠向α-螺旋或无规线团转变。此外,外源性荧光探针(ANS)的结果表明,随着溶解时间的延长,丝素蛋白中的疏水性基团逐渐暴露于溶液中。电镜结果表明,丝素蛋白在氯化钙溶液的作用下逐渐由带状转变为片层状,最终呈球状结构。这些结果对调控丝素蛋白在氯化钙溶液中的溶解过程有着较为重要的现实意义。     

荧光光谱和紫外光谱法研究Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)与血清白蛋白的作用

本文采用荧光光谱法研究了Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在血清白蛋白上的结合位点,并用紫外光谱法研究了二者与血清白蛋白之间的结合竞争。研究结果表明:Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)对血清白蛋白的色氨酸残基和酪氨酸残基均具有荧光猝灭作用,Cu(Ⅱ)的猝灭程度远远强于Cd(Ⅱ)。Cu(Ⅱ)只与214位色氨酸残基发生作用,而Cd(Ⅱ)与牛血清白蛋白的214位和135位色氨酸残基均发生作用。Cu(Ⅱ)与Cd(Ⅱ)同时存在时Cu(Ⅱ)与牛血清白蛋白的结合占主导作用。     

Cu(Ⅱ)-家蚕丝素蛋白质配合物的配位结构和高次结构

家蚕丝素蛋白质在不同pH条件下经均相和不均相配位反应制备了Cu(Ⅱ)-丝素配合物,用可见光谱、电子自旋共振波谱(ESR)、X射线衍射(XRD)研究了其配位结构和高次结构.在碱性条件下(pH=10.60),丝素肽链主链的4个氮原子螯合Cu(Ⅱ)生成具有近似平面四方Cu(N)₄结构的配合物;而在酸性条件下(pH=4.30,5.88),主要是丝素肽链的侧(端)基羧酸根键合Cu(Ⅱ)生成Cu(Ⅱ)(-COO-)(H₂O)₃和Cu(Ⅱ)(-COO-)₂型配合物.讨论和描述了不同条件下生成的Cu(Ⅱ)-丝素配合物的高次结构.     

光谱技术结合分子模拟测定塑化剂邻苯二甲酸二正辛酯与人血清白蛋白相互作用模式

在生理酸度(pH 7.4)条件下,采用荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、圆二色谱(CD)和红外光谱(FT-IR)等多种光谱方法并结合分子模拟技术,测定了塑化剂邻苯二甲酸二正辛酯(DnOP)与人血清白蛋白(HSA)的相互作用模式。荧光滴定结果表明,DnOP对HSA内源荧光的猝灭机制为形成HSA-DnOP复合物的静态猝灭,其在不同温度下的熵变(ΔS°)和焓变(ΔH°)分别为35.32 J·mol-1·K-1和-9.13 kJ·mol-1,表明结合反应主要由疏水作用和氢键驱动。位点竞争实验表明DnOP与曙红Y发生了置换反应,揭示DnOP主要结合在HSA亚结构域ⅡA(SiteⅠ位),分子模拟结果显示,DnOP插入亚结构域ⅡA的疏水空腔,通过疏水作用以及DnOP的羰基氧与His242氨基酸残基间形成的氢键与蛋白结合,实验结果与荧光光谱及位点竞争实验一致。紫外-可见光谱、CD及FT-IR光谱的分析结果表明,DnOP与HSA结合导致了HSA二级结构发生变化,降低了HSA中α-螺旋的含量,并诱导HSA的多肽链发生部分伸展。     

尖吻蝮蛇蛇毒出血毒素Ⅲ的荧光光谱

皖南尖吻蝮蛇蛇毒经分离和纯化得到出血毒素Ⅲ(AaH Ⅲ),质谱测定分子量为23,284.4±0.1。实验表明,Trp残基较大程度位于AaH Ⅲ分子的疏水区。十二烷基磺酸钠(SDS)和盐酸胍的加入使AaH Ⅲ的分子构象发生变化,导致分子内色氨酸(Trp)残基的荧光淬灭。盐酸胍的加入使Trp残基的荧光发射峰位明显红移,表明位于AaH Ⅲ分子较疏水环境的Trp残基相对外露。我们还就酸度、EDTA和金属离子对AaH Ⅲ分子内Trp残基荧光光谱的影响进行了研究和讨论。     

邻苯二酚与牛血清白蛋白的相互作用

采用荧光和紫外光谱法研究了邻苯二酚同牛血清白蛋白(BSA)的作用.邻苯二酚对BSA内源荧光猝灭机理为静态猝灭,两者之间生成了不发荧光的复合物.根据双对数方程计算了复合物的结合常数KA和结合位点数n.确定邻苯二酚与BSA只有一个结合位点(可能位于Site I).通过热力学参数得出邻苯二酚与BSA之间主要作用力是疏水作用.同步荧光的结果表明邻苯二酚改变了BSA的分子构象,使色氨酸残基的极性增加,酪氨酸残基的疏水性增强.     

Cu(Ⅱ),Fe(Ⅲ)与人血清白蛋白相互作用的荧光光谱研究

通过研究Cu(Ⅱ),Fe(Ⅲ)对人血清白蛋白(HSA)内源荧光的猝灭,探讨了Cu(Ⅱ),Fe(Ⅲ)与人血清白蛋白的结合机理.基于Forster非辐射能量转移机理.获得了人血清白蛋白第一类Cu(Ⅱ)结合部位与214位色氨酸残基间的距离为1.8nm,并讨论了Cu(Ⅱ),Fe(Ⅲ)与HSA结合的差异.     

光谱法研究钙调素与蜂毒肽片断及其类似物的相互作用

设计合成了蜂毒肽片断及其类似物:Mel15,Mel15(8F)和Mel15(7P),这些多肽与钙调素有很强的结合力,而且链段很短,因此它们可作为钙调素可结合蛋白质的结合部位的模型.本文采用光谱法研究了它们与钙调素的相互作用.荧光发射光谱法结果表明,多肽Mel15在与钙调素相互作用时,肽链中的Trp基团的微环境变得更加疏水,说明Mel15中的Trp残基可能与钙调素的疏水性表面靠近.紫外差谱测试表明,只有当钙调素分子结合2个Ca~(2+)后,才可以与多肽Mel15(8F)结合.圆二色谱法研究表明,多肽与钙调素结合后多肽分子和钙调素分子的α-螺旋结构的含量都被诱导而增加,结合力越大,则越多的残基被诱导形成α-螺旋结构.     

谱学与分子模拟研究甲磺酸酚妥拉明与肌红蛋白作用的分子机理

利用紫外吸收光谱、荧光光谱结合分子模拟技术研究了在模拟生理条件下甲磺酸酚妥拉明(phentolamine mesylate,PM)与肌红蛋白(myoglobin,Mb)的作用机制.实验结果表明:药物小分子甲磺酸酚妥拉明与蛋白相互作用时结合位点数为1,表观结合常数KA为5.27×104L·mol-1.分子模拟结果表明:PM在Mb上的结合位点是site1活性口袋,两者通过疏水作用、亲水作用、氢键作用以及静电作用结合.PM与Mb中的氨基酸残基Trp,Tyr和Phe发生疏水相互作用,进而导致Mb的紫外吸收峰强度降低以及荧光的猝灭.它们之间负的ΔG值表明结合反应是热力学允许的。     

苏丹红Ⅱ与肌红蛋白相互作用的分子模拟与实验

用荧光光谱法研究了苏丹红Ⅱ与肌红蛋白(Mb)之间的相互作用, 实验结果表明,二者结合位点数近似为1, 结合常数K=3.84×107L/mol, 有很强的相互作用. 用分子柔性对接技术模拟确定了它们之间的作用位点、作用力类型及相互作用能. 理论计算的结果表明,苏丹红Ⅱ和Mb相互作用的势能为-9419.9 kJ/mol, 静电能为-7468.8 kJ/mol, 范德华能为-1951.0 kJ/mol. 苏丹红Ⅱ与Mb中His64残基形成氢键, 苏丹红Ⅱ也能与疏水氨基酸残基, 如能产生内源荧光的Phe33、Phe43、Phe106 和 Phe138等发生作用, 这与苏丹红Ⅱ能使Mb荧光猝灭的实验结果是一致的.     

环氧化合物与丝素蛋白化学交联凝胶的结构

对丝素蛋白水溶液与环氧化合物交联剂(PGDE)反应制备的丝素凝胶(CFG)的结构进行了研究.用位相差显微镜观察到CFG具有整体均一的形态结构,而未经PGDE交联的纯丝素凝胶(FG)为颗粒聚集结构.CFG的红外吸收光谱在1104cm^-1处出现PGDE分子中烷醚的吸收峰,而没有出现PGDE两端环醚的特征吸收峰,显示PGDE已经开环交联在丝素蛋白上.氨基酸分析结果显示,酪氨酸、组氨酸和赖氨酸的含量与反应前相比明显减少,PGDE在这些位点与丝素蛋白发生了交联反应.固体¹³CNMR谱观察到酪氨酸羟苯基上的碳发生了化学位移,进一步证实了酪氨酸残基与PGDE发生了化学交联.研究表明,PGDE与丝素蛋白交联形成了分子间交联网络结构,从而使CFG成为较为匀质的凝胶,并有较好的透明度和柔韧性.     

Cu2+与烟草多酚氧化酶相互作用研究

本文通过酶活性测定,荧光光谱和紫外光谱研究了外加Cu2+与烟草多酚氧化酶(简称PPO)的相互作用。结果表明,微量铜的加入能增加酶的活性,犤Cu2+犦/犤PPO犦为0.20左右时酶活性最大,犤Cu2+犦/犤PPO犦为0.91时,Cu2+开始表现出对PPO活性的抑制;Cu2+对PPO内源荧光的猝灭机制属于形成络合物所引起的静态猝灭,猝灭常数Ksv为8.0375×103L·mol-1;Cu2+的加入使PPO蛋白质分子构象发生变化,α-螺旋含量增加,多肽链及Trp和Tyr残基的芳杂环进一步向分子内收缩,疏水基团之间的疏水作用增强。     

光谱法与分子对接法研究山柰酚对牛血清白蛋白二级结构的影响

采用分子对接技术和同步荧光光谱法、红边激发荧光位移法(REES法)及圆二色谱法(CD)共同研究了山柰酚与牛血清白蛋白(BSA)在pH7.40的缓冲溶液中的相互作用。分子对接的结果表明,山柰酚的B环插入到BSA的ⅡA结构域中的疏水腔内,与色氨酸残基(Trp212)的距离为12.96,维系药物与蛋白质的主要作用力为疏水作用。通过荧光光谱法测得二者之间相互作用力主要为疏水性相互作用,结合位点为1,与分子模拟结果一致。同步荧光光谱及REES法的研究表明,发生相互作用的过程中BSA的色氨酸残基处于运动受限的微环境中,而适当增加山柰酚的浓度能够改变色氨酸微环境的流动性,进而对BSA的构象产生一定影响;同时,圆二色谱的定量计算结果也表明,一定浓度的山柰酚与BSA的相互作用引起了α-螺旋含量的显著降低,从11.91%降低到1.67%,对BSA的二级结构产生一定影响。     

TNS探针检测中心蛋白与DNA结合后的构象变化

中心蛋白(centrin)通过构象变化吸引多种修复因子到DNA损伤位点,参与核苷酸切除修复的识别过程,利用荧光探针可以研究蛋白质的构象变化。本研究以2-对甲苯胺基-6-萘磺酸(TNS)为探针,应用光谱法探究了八肋游仆虫中心蛋白N-端半分子(N-EoCen)与小牛胸腺DNA(CT-DNA)作用后的构象变化。结果表明,N-EoCen可以与CT-DNA形成复合物,复合物的形成使得蛋白的构象发生变化,疏水腔暴露。Ca²⁺与N-EoCen配位后,有利于N-EoCen与CT-DNA的结合,会进一步诱导蛋白中疏水性氨基酸残基的暴露。本文研究结果为今后研究中心蛋白在核苷酸切除修复的识别过程中的分子机制提供了理论基础,并且为TNS作为探针应用于检测蛋白质与其他生物大分子的作用提供了参考。     

美洛昔康-Cu(Ⅱ)-牛血清白蛋白三元配合物的荧光光谱法研究

应用荧光光谱法研究了生理条件下美洛昔康对牛血清白蛋白,Cu(Ⅱ)对牛血清白蛋白以及Cu(Ⅱ)对美洛昔康和牛血清白蛋白荧光光谱特性的影响.结果表明:Cu(Ⅱ)和美洛昔康均可使牛血清白蛋白的荧光强度发生静态猝灭,并且在Cu(Ⅱ)存在下,美洛昔康对牛血清白蛋白的荧光猝灭作用显著增强.根据荧光猝灭双倒数图计算美洛昔康和牛血清白蛋白的结合常数为1.91×10~5,结合位点数为0.95;Cu(Ⅱ)与牛血清白蛋白之间的结合常数为1.70×10~4,结合位点数为0.78.     

十溴联苯醚与牛血清白蛋白相互作用的荧光光谱研究

在模拟生理条件下,采用荧光光谱法研究十溴联苯醚(Deca-BDE)与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用.结果表明: Deca-BDE对BSA的内源荧光有静态猝灭作用.Deca-BDE与BSA在277, 298和310 K的结合常数分别为1.92×105, 1.97×105和2.16×105 L/mol.Deca-BDE在BSA接近于色氨酸残基附近有2个结合位点.热力学参数表明, Deca-BDE与BSA相结合的主要驱动力是疏水作用力. 与Deca-BDE结合后,BSA色氨酸残基附近肽键伸展程度增加,蛋白分子结构疏松.     

分子动力学模拟Cu2+对α-突触核蛋白(1-17)肽段构象变化的影响

利用分子动力学模拟研究铜离子(Cu2+)对α-突触核蛋白1-17号氨基酸肽段(α-synuclein(1-17))构象变化的影响,采用GROMOS 43A1力场对Cu2+-α-synuclein(1-17)复合体和α-synuclein(1-17)肽段单体分别进行了6组独立的分子动力学模拟,每组模拟时间为500ns,总模拟时间为3μs.研究结果表明:Cu2+与α-synuclein(1-17)肽段结合使其更易向β折叠片结构折叠,促进了其二级结构的形成,增强了构象的稳定性;Cu2+增大了α-synuclein肽段疏水残基的溶剂可及表面积,增强了其疏水残基的暴露程度.自由能分析指出,Cu2+-α-synuclein(1-17)复合体的自由能比α-synuclein(1-17)肽段低,构象稳定,采样空间紧密,其自由能极小构象为β折叠片结构.构象聚类分析进一步表明,Cu2+使得α-synuclein(1-17)肽段构象趋于稳定.总之,Cu2+诱导固有无序蛋白α-synuclein(1-17)肽段由无序向有序转变,降低了构象的自由能,同时Cu2+增强了α-synuclein(1-17)肽段的疏水性,使得α-synuclein肽段因疏水作用更倾向于形成β折叠片结构,加速其疏水性聚集.     

头孢西丁与金属β-内酰胺酶BcⅡ相互作用的光谱分析及分子动力学模拟

利用同步荧光光谱、三维荧光光谱及分子动力学模拟方法研究了β-内酰胺类抗生素头孢西丁(CFX)与金属β-内酰胺酶BcⅡ之间的相互作用机制.荧光光谱分析表明,CFX与BcⅡ在结合过程中可诱导BcⅡ构象发生改变.分子动力学模拟结果表明,上述构象变化是BcⅡ在CFX的诱导下通过改变其结合口袋附近Loop构象,使二者达到完美匹配的一个诱导契合过程,并最终形成一个洞穴状疏水口袋以利于CFX的结合及催化水解.     

光谱法研究钙调素与蜂毒肽片断及其类似物的相互作用

设计合成了蜂毒肽片断及其类似物: Mel15, Mel15(8F)和Mel15(7P), 这些多肽与钙调素有很强的结合力, 而且链段很短, 因此它们可作为钙调素可结合蛋白质的结合部位的模型。本文采用光谱法研究了它们与钙调素的相互作用。荧光发射光谱法结果表明, 多肽Mel15在与钙调素相互作用时, 肽链中的Trp基团的微环境变得更加疏水, 说明Mel15中的Trp残基可能与钙调素的疏水性表面靠近。紫外差谱测试表明, 只有当钙调素分子结合2个Ca^2^+后, 才可以与多肽Mel15(8F)结合。圆二色谱法研究表明, 多肽与钙调素结合后多肽分子和钙调素分子的α-螺旋结构的含量都被诱导而增加, 结合力越大, 则越多的残基被诱导形成α-螺旋结构。