分子水平上研究鄰苯二甲酸酯及稀土離子類污染物對血清白蛋白的毒性分析新方法.pdf

1、環(huán)境問題是當前最重要的全球性問題之一。環(huán)境中的各種污染物對生態(tài)環(huán)境造成破壞的同時，也嚴重威脅著人類的健康與生存。眾多化學(xué)污染物中重金屬和持久性有機污染物一直是人類高度關(guān)注的環(huán)境污染問題。它們可以通過呼吸道吸入、由食物鏈經(jīng)消化道攝入和皮膚接觸等渠道進入生物體內(nèi)，對生物體產(chǎn)生毒性，影響呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等，引起疾病。因此，研究重金屬和持久性有機污染物導(dǎo)致機體功能生物大分子的毒性機理及其評價方法有助于人們了解環(huán)境污染物的致病機理、全

2、面評價污染物的毒性，為相關(guān)疾病的早期診斷、預(yù)防和治療提供科學(xué)依據(jù)。
　　 蛋白質(zhì)是生命體的物質(zhì)基礎(chǔ)，是生命體各種功能的直接執(zhí)行者，其結(jié)構(gòu)的變化將導(dǎo)致生命體的功能性或結(jié)構(gòu)性損傷，導(dǎo)致很多疾病的產(chǎn)生。環(huán)境中的很多的小分子污染物進入機體后都能夠?qū)C體內(nèi)的蛋白質(zhì)產(chǎn)生毒性作用從而使其變性和功能喪失。因此，研究小分子環(huán)境污染物對蛋白質(zhì)的毒性作用一直是環(huán)境污染與健康領(lǐng)域的熱門課題。
　　 本論文選擇血清白蛋白為靶分子，在分子水平上，通

3、過熒光光譜、同步熒光光譜、紫外-可見吸收光譜、圓二色譜等光譜學(xué)手段結(jié)合計算機模擬技術(shù)研究了鄰苯二甲酸酯類污染物(PAEs)和稀土離子對靶分子血清白蛋白的毒性作用機理，建立了一種新的評價污染物對生命體蛋白質(zhì)毒性的方法與思路。
　　 論文主要包括以下四部分：
　　 論文第一章闡述了常用的污染物毒性的評價方法，蛋白質(zhì)分子的概況，小分子污染物與生物大分子結(jié)合作用的研究方法，鄰苯二甲酸酯類化合物和稀土離子的毒理學(xué)效應(yīng)及本論文的研究

4、內(nèi)容及研究意義。
　　 論文第二章運用GPC-GC-MS法測定食品中18種PAEs，并且應(yīng)用熒光光譜法、同步熒光、紫外-可見光譜等光譜法以及圓二色譜法結(jié)合分子模擬技術(shù)，在模擬生理條件下研究了PAEs類污染物(DBP、DEHP)對HSA的毒性作用。
　　 (1)在291K時，DBP與HSA的結(jié)合位點數(shù)為1，結(jié)合常數(shù)為1.46×104 Lmol-1；熱力學(xué)參數(shù)△H=-8.843 kJ mol-1，△S=49.33 J mol

5、-1 K-1，△G=-23.20 kJ mol-1，表明結(jié)合過程中疏水作用力起主導(dǎo)作用，結(jié)合過程為自發(fā)過程；同步熒光光譜顯示DBP使HSA中的色氨酸殘基微環(huán)境發(fā)生改變，造成HSA的構(gòu)象發(fā)生變化；圓二色譜顯示DBP與HSA1:1結(jié)合時α螺旋結(jié)構(gòu)降低2.3％，HSA二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。采用F(o)rster理論對該體系能量轉(zhuǎn)移進行分析，HSA中色氨酸殘基與已結(jié)合的DBP分子間的距離r=4.08 nm，符合能量轉(zhuǎn)移理論，證明HSA與DBP之間發(fā)

6、生了能量轉(zhuǎn)移。分子對接結(jié)果顯示DBP分子環(huán)鑲嵌在HSA亞結(jié)構(gòu)域IIA的疏水腔內(nèi)，結(jié)合部位附近氨酸殘基為Leu219，Phe223，Leu234，Leu238，Ala258，Leu260，Ile290。
　　 (2)在293K時，DEHP與HSA的結(jié)合位點數(shù)為1，結(jié)合常數(shù)為0.84×104 Lmol-1；熱力學(xué)參數(shù)△H=-6.792 kJ mol-1，△S=51.94 J mol-1 K-1，△G=-22.01 kJ mol-1，

7、表明結(jié)合過程中疏水作用力起主導(dǎo)作用，結(jié)合過程為自發(fā)過程；同步熒光光譜顯示DBP使HSA中的色氨酸殘基微環(huán)境發(fā)生改變，造成HSA的構(gòu)象發(fā)生變化；圓二色譜顯示DBP與HSA1:1結(jié)合時α螺旋結(jié)構(gòu)降低2.1％，HSA二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。采用Forster理論對該體系能量轉(zhuǎn)移進行分析，HSA中色氨酸殘基與已結(jié)合的DBP分子間的距離r=3.80 nm，符合能量轉(zhuǎn)移理論，證明HSA與DBP之間發(fā)生了能量轉(zhuǎn)移。分子對接結(jié)果顯示DBP分子環(huán)鑲嵌在亞結(jié)構(gòu)域

8、IIA的疏水腔內(nèi)，結(jié)合部位附近氨酸殘基為Leu203，Cys200，Ser202，Lys199，Trp214，His242，Glu153，Ser192，Tyr150，Gln196，Phe149。
　　 論文的第三章應(yīng)用熒光光譜、同步熒光光譜、紫外-可見吸收光譜及圓二色譜等光譜學(xué)方法，從分子水平上研究了模擬生理條件下稀土離子(Ce3+、La3+、Nd3+)對BSA和HSA的毒性作用。
　　 (1)Ce3+與BSA的結(jié)合位點

9、數(shù)為1，結(jié)合常數(shù)為6.7×105 L mol-1；熱力學(xué)參數(shù)△H=-29.94 kJ mol-1，△S=8.05 J mol-1 K-1，△G=-32.38 kJ mol-1，表明結(jié)合過程中靜電作用力起主導(dǎo)作用，結(jié)合過程為自發(fā)過程；圓二色譜顯示Ce3+使BSA的α螺旋結(jié)構(gòu)降低6.1％，BSA二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。
　　 (2)La3+與BSA的結(jié)合位點數(shù)為1，結(jié)合常數(shù)為1.75×104 L mol-1；熱力學(xué)參數(shù)△H=-20.06

10、kJ mol-1，△S=11.83 J mol-1 K-1，△G=-23.47 kJ mol-1，表明結(jié)合過程中靜電作用力起主導(dǎo)作用，結(jié)合過程為自發(fā)過程；圓二色譜顯示La3+使BSA的α螺旋結(jié)構(gòu)降低8.0％，BSA二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。
　　 (3)Nd3+與HSA的結(jié)合位點數(shù)為1，結(jié)合常數(shù)為5.71×104 L mol-1；熱力學(xué)參數(shù)△H=-20.79 kJ mol-1，△S=19.85 J mol-1 K-1，△G=-26.58

11、 kJ mol-1，表明結(jié)合過程中靜電作用力起主導(dǎo)作用，結(jié)合過程為自發(fā)過程，圓二色譜顯示Nd3+使HSA的α螺旋結(jié)構(gòu)降低8.0％，HSA二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。
　　 論文的第四章最后對本論文的各研究部分進行了總結(jié)，并展望了污染物毒性分析今后的研究方向。
　　 本研究在體外模擬條件下，從分子水平上證明了DBP與DEHP對人血清白蛋白的毒性作用機理，為鄰苯二甲酸酯類污染物的生物毒性提供了新的證據(jù)；同時，提出了低劑量下Ce3+、L