酸诱导拥挤条件下肌红蛋白及突变体去折叠过程

采用紫外-可见吸收光谱、同步荧光光谱和圆二色(CD)光谱法研究拥挤试剂葡聚糖70 (Dextran70)和聚蔗糖70 (Ficoll70)存在条件下, 酸诱导野生型肌红蛋白Mb(WT)及其突变体Mb(D60K)的去折叠过程. 结果显示: 在Dextran70 和Ficoll70 两种拥挤环境下, Mb(WT)的变性中点pH值由4.25 分别降低到3.78 与3.76, 拥挤试剂加入后增强了Mb(WT)的耐酸能力; 肌红蛋白60位天冬氨酸(Asp)突变为赖氨酸(Lys)后, 变性中点pH值由4.25 降低到4.19, 耐酸性比野生型肌红蛋白有所增强, Mb(D60K)在Dextran70 和Ficoll70 两种拥挤环境下变性中点pH值由4.19 分别降至3.74 和3.12. 以上实验说明肌红蛋白表面氨基酸突变和拥挤试剂的添加起到了稳定血红素微环境、芳香族氨基酸及二级结构和保护蛋白天然状态的作用.     

D60K Mb定点突变对肌红蛋白结构及荧光量子产率的影响

为了探究肌红蛋白表面60位的Asp突变为Lys后对蛋白荧光强度的影响,在模拟生理条件下,利用荧光法和圆二色法对WT Mb及D60K Mb的结构及荧光光谱特性进行了对照研究,结果表明D60K Mb的荧光量子产率远大于WT Mb。通过研究pH值和结构对荧光量子产率的影响,发现Mb 60位天冬氨酸(Asp)突变为赖氨酸(Lys)后,蛋白表面电荷发生改变,导致蛋白的荧光量子产率明显增强;同时使蛋白内部的芳香族氨基酸较原来更暴露,极性增强,激发态分子的去激发过程由原来的无辐射能量转移为主转变为辐射能量转移为主,最终导致荧光强度增强。     

紫外吸收光谱法研究Asp44在稳定肌红蛋白结构中的作用

为了了解肌红蛋白Mb表面44位天冬氨酸(Asp)残基对稳定蛋白结构的影响,用聚合酶链式反应(PCR)定点突变的技术将Mb基因上的第44位天冬氨酸的密码子GAT突变成赖氨酸的密码子AAA,获得突变体D44K。突变体蛋白在大肠杆菌BL21-DE3中成功表达并且得到纯化。用紫外-可见光谱研究野生型肌红蛋白及其突变体D44K的耐热、耐酸的变性过程。结果表明,用碱性氨基酸赖氨酸(Lys)取代酸性氨基酸Asp44残基,增强了肌红蛋白耐热、耐酸能力,说明Asp44具有稳定肌红蛋白结构的作用。为进一步研究蛋白表面氨基酸对蛋白质结构、功能的影响提供重要的试验依据。     

荧光法对光诱导野生型肌红蛋白和突变体(D44K)去氧的对照研究

用荧光法对光诱导野生型肌红蛋白(Mb)和突变体(D44K)去氧的过程进行对照研究。发现430nm是研究Mb(WT)和Mb(D44K)光照去氧的最佳激发波长。430nm激发时,Mb(D44K)在597.9nm和628.8nm处出现两个荧光发射峰,不同于Mb(WT)仅在597nm处出现一个荧光发射峰。经研究证明,628.8nm处荧光峰是Mb3 -H2O型中的H2O峰。光照也使此峰的荧光强度下降,但比去氧的速率慢。研究发现,597nm处Mb(D44K)的荧光效率比Mb(WT)的荧光效率低。传能实验表明Mb表面44位氨基酸由天冬氨酸突变为赖氨酸后,不影响Mb(D44K)中色氨酸和酪氨酸残基传递给铁卟啉的荧光效率,但使Mb(D44K)中色氨酸和酪氨酸残基的荧光效率变高。     

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.     

水溶性CdTe量子点的合成及其用于荧光猝灭法测定肌红蛋白

以3-巯基丙酸为稳定剂,合成了具有特殊光学性质的水溶性CdTe量子点,其最大发射波长位于544 nm.利用荧光光谱、紫外可见光谱及圆二色光谱法系统的研究了CdTe量子点与肌红蛋白(Mb)二者结合前后体系光谱的变化,从而证实了CdTe量子点与Mb之间静电结合反应的特征.在pH 7.0的PBS缓冲液中,用CdTe量子点作为荧光探针研究了肌红蛋白与量子点的相互作用,并基于肌红蛋白对CdTe量子点有显著的荧光猝灭作用,建立了肌红蛋白的快速检测方法.在最佳实验条件下,该体系荧光强度的猝灭程度(△F)与肌红蛋白质量浓度呈良好的线性关系,线性范围为0.3～24 μg/mL,检出限为0.13 μg/mL.该方法已对合成样品中肌红蛋白进行检测,并用于人体尿样中肌红蛋白的测定.     

光谱法研究肌红蛋白与亚硝酸钠的相互作用

采用紫外-可见光谱、荧光光谱、同步荧光光谱和圆二色光谱法研究了肌红蛋白与亚硝酸钠配位反应的光谱学性质.结果表明,肌红蛋白与亚硝酸钠配位反应的进行与血红素中心铁原子的价态有关;当肌红蛋白活性中心Fe为三价时,亚硝酸钠主要与蛋白质上的氨基酸发生作用.而当肌红蛋白的活性中心Fe为二价时,亚硝酸钠则与卟啉铁配位,形成亚硝基亚铁肌红蛋白.荧光光谱表明亚硝酸钠的加入改变了肌红蛋白氨基酸残基的微环境,同步荧光光谱数据显示肌红蛋白与亚硝酸钠作用位点更接近于色氨酸残基,同时CD数据也表明肌红蛋白与亚硝酸钠作用后,其α-螺旋含量降低了19.33%,二级结构发生明显变化.     

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.     

大黄酸与肌红蛋白相互作用的伏安法研究

采用电化学方法研究了大黄酸与肌红蛋白(Mb)的相互作用,循环伏安实验表明在大黄酸溶液中加入一定量的肌红蛋白后,峰电位几乎没有发生移动,氧化还原峰电流升高而对肌红蛋白表现出电催化性质.峰电流的增加值同所加入的Mb浓度在1.0×10-7～1.2×10-6mol/L范围内线性关系良好,该法有望用于肌红蛋白的测定.     

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。     

补骨脂素和异补骨脂素键合人血清白蛋白的比较

将互为同分异构体的两种植物药活性组分补骨脂素和异补骨脂素作为研究对象,利用荧光光谱、紫外光谱、圆二色谱及傅立叶变换红外光谱详细比较研究了这两种香豆素类化合物与人血清白蛋白(HSA)的键合作用.不同光谱的结果定性、定量地显示了HSA二级结构变化的程度.依据荧光滴定实验及Van′t Hoff公式求出了反应的热力学参数(ΔH和ΔS)的值.根据修正后的Stern-Volmer和Scatchard方程和荧光光谱数据分别求得不同温度(296,303,310及318 K)下药物与蛋白相互作用的结合常数及结合位点数;且根据F觟rster偶极-偶极能量转移理论,求得药物与HSA间的键合距离;利用竞争实验确定了药物在HSA上的键合位点为site II.从分子水平上揭示了这两种化合物与HSA相互作用的机制.     

Understanding dynamics of myoglobin in heterogeneous aqueous environments using coupled water fractions

This work presents an analysis of near environment of myoglobin (Mb) in different aqueous solutions (in the presence of NaCl, sucrose, trehalose, urea, and glycerol) using the coupled water fractions measured using a quartz crystal microbalance (QCM). The secondary structural features of the protein from circular dichroic (CD) spectroscopy and the coupled water fractions give important clues to the overall dynamics of the protein. Using time resolved fluorescence, these leads have been applied to understand the observed lifetime relaxations of Mb. Though the time scales of observation of coupled water and the lifetimes are very different, our study suggests that the trends in coupled water fraction seem to be good indicators for regulation of the relaxation dynamics of the protein. The relaxations generally show a triphasic distribution of time scales. The initial relaxation in the picoseconds time scale represents the local motions of coupled water followed by a slightly slower decay in hundreds of picoseconds attributable to coupled water-‘quasi free’ water interactions. The third nanosecond lifetime is due to changes in transitions in isomers of hydrated protein. The dynamics of coupled water in Mb with NaCl is the fastest (around 21 ps) and is slowest in glycerol (250 ps). The results strongly indicate that it is the resident times of water molecules that play a dominant role in the overall stability of protein in a particular hydrated isomer and not just always the number of such water molecules in the hydrated protein.     

肌红蛋白在碳纳米管修饰电极上的直接电化学和电催化性能

将肌红蛋白(Mb)通过吸附的方法固定在碳纳米管(CNT)表面, 用AFM、XPS、UV-Vis和FTIR对其进行了表征, 研究了CNT对Mb直接电子转移反应的促进作用. 循环伏安结果表明, Mb在CNT表面能进行有效和稳定的直接电子转移反应, 其循环伏安曲线上表现出一对良好的、几乎对称的氧化还原峰; 在20−160 mV•s−1的扫速范围内, 式量电位E0′几乎不随扫速而变化, 其平均值为(−0.343±0.001) V (vs SCE, pH 7.0); Mb在CNT表面直接电子转移的表观速率常数为(3.11±0.98) s−1; 式量电位E0′与溶液pH的关系表明, Mb的直接电化学过程是一个有H+参与的电极过程. 进一步的实验结果显示, 固定在CNT表面的Mb能保持其对H2O2和O2还原的生物电催化活性.     

醇类分子诱导的肌血球素构象变化

系统研究了各种醇类分子对肌血球素构象变化的影响. 结果表明, 在pH=4, V(醇)/V(水)=30/70的溶液中, 各种不同的醇类分子可以导致肌血球素构象的变化, 且这种变化与各种醇的不同分子结构有关, 如醇的烷基和结构变化会导致不同程度蛋白质分子构象的变化, 并呈现出一定的规律性. 随着直链烷基基团的增大, 醇分子对蛋白质分子结构的诱导变性能力提高; 仅改变醇分子结构时几乎产生相同的诱导效应, 但会带来蛋白质分子内离子配位和电子自旋态的改变; 用氟原子取代醇分子上的氢原子, 在一定程度上对于hMb和aMb具有选择性的稳定作用. 实验方法包括电喷雾电离质谱、圆二色谱、和紫外光谱等.     

Study on the interaction of puerarin with lysozyme by spectroscopic methods

The interaction between lysozyme (LYSO) and puerarin has been studied at three temperatures (294, 302 and 310K) through/using fluorescence spectroscopy and circular dichroism (CD). The LYSO fluorescence was quenched by the binding of puerarin to LYSO. The binding constants and the number of binding sites can be calculated from the data obtained from fluorescence quenching experiments. According to the van't Hoff equation, the standard enthalpy change (DeltaH degrees ) and standard entropy change (DeltaS degrees ) for the reaction were calculated to be 17.47kJ/mol and 163.5J/molK. It indicated that the hydrophobic interactions play a main role in the binding of puerarin to LYSO. In addition, the distance between puerarin (acceptor) and tryptophan residues of LYSO (donor) was estimated to be 1.47nm on the basis of fluorescence energy transfer. The changes of LYSO secondary structure in the presence of puerarin were observed from CD spectroscopy.     

Direct Electrochemistry and Electrocatalysis of Myoglobin Immobilized on Gold Nanoparticles/Carbon Nanotubes Nanohybrid Film

A novel nanohybrid material, constructed by gold nanoparticles (GNPs) and multiwalled carbon nanotubes (MWNTs), was designed for immobilization and biosensing of myoglobin (Mb). Morphology of the nanohybrid film was characterized by SEM. UV‐vis spectroscopy demonstrated that Mb on the composite film could retain its native structure. Direct electrochemistry of Mb immobilized on the GNPs/MWNTs film was investigated. The immobilized Mb showed a couple of quasireversible and well‐defined cyclic voltammetry peaks with a formal potential of about ?0.35 V (vs. Ag/AgCl) in pH 6.0 phosphate buffer solution (PBS) solution. Furthermore, the modified electrode also displayed good sensitivity, wide linear range and long‐term stability to the detection of hydrogen peroxide. The experiment results demonstrated that the hybrid matrix provided a biocompatible microenvironment for protein and supplied a necessary pathway for its direct electron transfer.