化學(xué)小分子誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)活性中心周圍微環(huán)境的變化.pdf

1、蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，一切生命活動離不開蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)在生命體內(nèi)的活性和功能取決于其結(jié)構(gòu)和空間構(gòu)象。由于蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)主要依靠氫鍵、范德華力、靜電力等非共價作用的共同平衡而維持，但這些作用力較弱且易受溫度、酸堿度、壓力、離子強(qiáng)度、外源性分子作用等因素影響而發(fā)生改變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)構(gòu)象和功能發(fā)生改變，甚至導(dǎo)致某些疾病的產(chǎn)生。與蛋白質(zhì)結(jié)合的某些化學(xué)小分子，包括藥物分子對蛋白質(zhì)維持結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性具有極其重要的作用。因此，研究化學(xué)小分子與蛋

2、白質(zhì)相互作用機(jī)理和規(guī)律，有助于深入了解蛋白質(zhì)構(gòu)象與功能的關(guān)系，解釋外源性分子在生物體內(nèi)的結(jié)合、運(yùn)輸過程，也有助于在分子水平上解釋某些疾病的致病機(jī)制，為某些復(fù)雜疾病的基礎(chǔ)研究和防治等提供重要的理論指導(dǎo)。
　　本論文研究了化學(xué)小分子與蛋白質(zhì)的相互作用機(jī)理，及作用后蛋白質(zhì)活性中心周圍微環(huán)境的變化。以葡萄糖氧化酶、人血清白蛋白和肌紅蛋白為蛋白質(zhì)分子模型，利用電化學(xué)方法、多種光譜法如:紫外可見吸收光譜法、熒光光譜法（包括熒光淬滅法、同步熒光

3、光譜法、熒光共振能量轉(zhuǎn)移法、時間分辨熒光光譜法）、紅外光譜法、圓二色譜法，以及分子模擬計算等，研究了溶液中有機(jī)小分子（以硫酸胍為例）、抗腫瘤藥物小分子（以5-氟尿嘧啶為例）、光敏劑（以酞菁鋅衍生物為例）和不同pH條件分別對以上蛋白質(zhì)進(jìn)行誘導(dǎo)后蛋白質(zhì)發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化機(jī)理，及誘導(dǎo)后蛋白質(zhì)活性中心周圍微環(huán)境的變化。本論文的主要內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　1.研究了有機(jī)小分子（以Gdm+為代表）誘導(dǎo)蛋白質(zhì)(以葡萄糖氧化酶(GOx)為模型）結(jié)構(gòu)及其

4、活性中心周圍微環(huán)境變化的機(jī)制。利用電化學(xué)方法，研究了不同濃度Gdm+誘導(dǎo)后對GOx的電催化活性與其構(gòu)象的關(guān)系。結(jié)合紫外-可見吸收光譜法、紅外光譜法、圓二色譜法及分子模擬計算等方法深入研究了Gdm+誘導(dǎo)的GOx結(jié)構(gòu)與其催化性能的關(guān)系。結(jié)果表明，Gdm+與GOx作用時能進(jìn)入其疏水腔使GOx發(fā)生去折疊過程，GOx的α-螺旋結(jié)構(gòu)含量減少，β-折疊結(jié)構(gòu)含量增加;分子模擬研究發(fā)現(xiàn)Gdm+與GOx的氧化還原活性中心FAD作用，使FAD分子本身的電子性

5、質(zhì)、與周圍氨基酸殘基的氫鍵等發(fā)生了明顯改變，這是導(dǎo)致GOx的二級、三級結(jié)構(gòu)變化的決定性因素，也進(jìn)一步使GOx對葡萄糖的催化氧化活性明顯降低。
　　2.研究了抗腫瘤藥物小分子(以5-氟尿嘧啶(FU)為代表）與人血清白蛋白(HSA)的相互作用機(jī)理及FU-HSA結(jié)合位點微環(huán)境的變化。研究結(jié)果表明，F(xiàn)U分子能夠進(jìn)入HSA分子中Trp214殘基附近的ⅡA域，并與Trp214和Lys199殘基形成氫鍵，從而導(dǎo)致Trp214殘基發(fā)生了靜態(tài)熒光淬

6、滅。分子對接和熱力學(xué)參數(shù)分析的結(jié)果表明，HSA與FU的結(jié)合主要由范德華力和氫鍵驅(qū)動形成了FU-HSA復(fù)合物，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)微環(huán)境比天然結(jié)構(gòu)更加疏水。此外，HSA與低濃度（＜150μmol/L）時的FU作用使α-螺旋結(jié)構(gòu)含量增加，而與高濃度(＞150μmol/L)的FU作用時則使α-螺旋結(jié)構(gòu)含量減少，這可能是由于蛋白質(zhì)在此作用過程中發(fā)生了一定程度的扭轉(zhuǎn)導(dǎo)致。
　　3.研究了光敏劑(以酞菁鋅衍生物(ZnPcs: ZnPc1、ZnPc2

7、、ZnPc3)為代表）人血清白蛋白(HSA)的相互作用及ⅡA域微環(huán)境變化的機(jī)制。研究結(jié)果表明，三種ZnPcs衍生物都進(jìn)入了HSA分子中Trp214殘基附近的ⅡA域內(nèi)，且分別與HSA形成了ZnPcs衍生物-HSA復(fù)合物，使Trp214周圍環(huán)境更親水;作用過程中Trp214殘基發(fā)生了靜態(tài)熒光淬滅，并伴隨一定程度的動態(tài)淬滅過程;HSA與三種ZnPcs衍生物的結(jié)合主要通過靜電引力和疏水作用力形成了ZnPcs衍生物-HSA復(fù)合物，此外，與ZnPc

8、1和ZnPc2相比，由于ZnPc3靜電勢較高，ZnPc3衍生物與HSA作用后使HSA的靜電荷分布變化最大，且ZnPc3使Trp214周圍殘基氫鍵的變化也最大，說明ZnPcs三種衍生物中，ZnPc3與HSA的作用最強(qiáng)。
　　4.研究了不同pH環(huán)境誘導(dǎo)下肌紅蛋白(Mb)結(jié)構(gòu)及血紅素周圍微環(huán)境變化的機(jī)理，建立了一種檢測溶液中含血紅素蛋白結(jié)構(gòu)及其血紅素周圍微環(huán)境變化的簡單方法?；谘h(huán)伏安法測量Mb在不同pH緩沖溶液中的電子轉(zhuǎn)移信號能夠靈

9、敏地反映出Mb分子的活性中心血紅素基團(tuán)周圍結(jié)構(gòu)的微妙變化。在酸性和堿性溶液中，由于血紅素中Fe-His93配位鍵斷裂，血紅素基團(tuán)從Mb的疏水腔中分離而暴露于溶劑中，使Mb在溶液中的電子轉(zhuǎn)移信號增強(qiáng)。結(jié)合紫外可見光譜法、拉曼光譜法、CD光譜法和分子模擬計算研究了不同pH條件下Mb結(jié)構(gòu)和活性中心血紅素基團(tuán)周圍微環(huán)境的變化，結(jié)論與電化學(xué)方法研究結(jié)論一致，說明電化學(xué)方法可用于檢測氧化還原蛋白Mb在溶液中的結(jié)構(gòu)變化，與其他方法相比，電化學(xué)方法具有