血紅素蛋白質(zhì)的電化學(xué)研究及其分析應(yīng)用.pdf

1、用電化學(xué)方法研究氧化還原蛋白質(zhì)的電子傳遞機(jī)理及催化底物的反應(yīng)過(guò)程，不僅能方便地獲得蛋白質(zhì)氧化還原反應(yīng)中的物理化學(xué)參數(shù)，模擬金屬蛋白質(zhì)電子傳遞機(jī)理，而且結(jié)合生物反應(yīng)的特異性和電分析方法的靈敏性及實(shí)時(shí)檢測(cè)性，為構(gòu)筑電化學(xué)生物傳感器提供理論依據(jù)，為生物物質(zhì)的檢測(cè)提供強(qiáng)有力的手段。因此以血紅素為輔基的蛋白質(zhì)(血紅素蛋白質(zhì))的電化學(xué)和電催化特性成為目前研究熱點(diǎn)之一。 血紅素蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)和生物代謝過(guò)程中起著重要的作用。例如肌紅蛋白和血

2、紅蛋白在生物體中的主要功能是貯存和運(yùn)輸氧氣，由于它們的三維結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定，所以常常用作研究蛋白質(zhì)或酶的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的模型物；辣根過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶分解雙氧水等。 本文從生物親和性考慮，設(shè)計(jì)和修飾電極表面，探討血紅素蛋白質(zhì)或酶(肌紅蛋白，血紅蛋白，辣根過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶)的直接電化學(xué)性質(zhì)及其催化特性。主要進(jìn)行了以下幾方面的研究工作： (1)分別利用甲基纖維素和海藻酸鈉水凝膠將肌紅蛋白(Mb)、血紅蛋白(Hb)、辣根

3、過(guò)氧化物酶(HRP)和過(guò)氧化氫酶(Cat)四種血紅素蛋白質(zhì)固定在裂解石墨電極表面，形成穩(wěn)定的血紅素蛋白質(zhì)－聚多糖膜修飾電極。在聚多糖膜中，Mb、Hb、HRP和Cat直接與電極傳遞電子。用循環(huán)伏安法和方波伏安法計(jì)算了氧化還原過(guò)程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)。四種血紅素蛋白質(zhì)的式電勢(shì)都隨溶液pH值的增加而負(fù)移且呈線性關(guān)系，表明電子傳遞過(guò)程伴隨著質(zhì)子轉(zhuǎn)移。這種氧化還原玻爾效應(yīng)反映了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。紫外-可見(jiàn)和紅外光譜顯示，在聚多糖凝膠中，蛋白

4、質(zhì)保持原始構(gòu)象。溶液的pH(3.0-10.0)可逆地改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，從而影響其電化學(xué)和光譜性質(zhì)。原子力顯微圖象表明蛋白質(zhì)與聚多糖水凝膠之間存在較強(qiáng)的作用。在水凝膠中加入N，N－二甲基甲酰胺(DMF)，不僅增強(qiáng)聚多糖水凝膠的凝膠化過(guò)程，將蛋白質(zhì)牢固地固定在電極表面，而且能促進(jìn)蛋白質(zhì)與電極之間的電子傳遞。研究了血紅素蛋白質(zhì)催化還原O<,2>、H<,2>O<,2>和NO的機(jī)理。穩(wěn)定的蛋白質(zhì)－聚多糖修飾電極能應(yīng)用于H<,2>O<,2>和NO<

5、,2><'->的定量測(cè)定。 (2)研究了血紅素蛋白質(zhì)一海藻酸鈉膜修飾電極在水／乙醇混合溶液中的電化學(xué)和電催化性質(zhì)。用循環(huán)伏安法和方波伏安法測(cè)定了電極反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，表明該電化學(xué)響應(yīng)是蛋白質(zhì)血紅素Fe<'Ⅲ>／Fe<'Ⅱ>電對(duì)的氧化還原。在一定范圍內(nèi)， 溶液pH增加，蛋白質(zhì)氧化還原式電勢(shì)負(fù)移，且呈線性關(guān)系，說(shuō)明電子傳遞過(guò)程伴隨著質(zhì)子轉(zhuǎn)移。在水/乙醇混合溶液中，蛋白質(zhì)表現(xiàn)出直接電化學(xué)和催化活性。與在水溶液中的性質(zhì)比較