基于生物連接的蛋白質電化學和核酸水解化學.pdf

1、合成了5種聚合磷酸鹽分別為1，3-二氫苯并三氮唑磷酸鹽(1)，1，2，2'-三氫氨基吡啶磷酸鹽(2)，1-甲基咪唑磷酸鹽(3)，8-羥基喹啉磷酸鹽(4)，和二乙胺磷酸鹽(5)。對化合物1和2的單晶結構進行了X-射線衍射測定?；衔?～5結構進行了元素、紫外和紅外光譜表征?；衔?和2晶體結構中均含有豐富的氫鍵網絡，但在空間構型上形成了不同的聚合結構?；衔?和2分別與馬心肌紅蛋白(Mb)進行了靜電誘導相互作用，并將對蛋白質誘導產物分別固

2、定于微酸性(pH6.92)條件下的硅膠.凝膠(sol-gel)體系中。靜電誘導的蛋白質硅膠-凝膠薄膜通過使用光譜學和電化學手段進行了詳細的表征測定。Mb/sol-gel、Mb+1/sol-gel和Mb+2/sol-gel薄膜的紫外-可見吸收光譜顯示蛋白質構型均為高鐵肌紅蛋白。蛋白質經過化合物1和2靜電相互作用后其芳香族氨基酸在280nm的最大吸收峰的位置分別紅移至290nm和306nm。傅立葉紅外光譜測定顯示靜電相互作用后蛋白質中血紅素

3、鐵的高自旋態明顯降低，測定結構依下列順序變化：Mb/sol-gel＞Mb+1/sol-gel＞Mb+2/sol-gel。硅膠-凝膠固定蛋白質的電子和振動吸收光譜顯示由于化合物1的一維鏈式結構使蛋白質多肽結構的穩定性減弱；而對于化合物2，其晶體為二維結構網絡，因此對于肌紅蛋白多肽結構的干擾和重組的程度遠大于化合物1。以上結構顯示化合物晶體結構不同對于蛋白質次級結構的靜電作用是不相同的，這種差異性同時導致了蛋白質直接電子轉移性能的不同。在s

4、ol-gel薄膜中，經過靜電相互作用后的蛋白質分子的標準電位降低，這種趨勢對于化合物2更明顯。在石墨碳電極的電化學測定結構顯示靜電誘導的蛋白質分子的陽、陰極鋒電位的差值增加；電極表面的電活性濃度以及電子轉移速率系數均發生了降低。本論文提供的光譜學和電化學測定參數有助于了解血紅素蛋白質的結構和氧化還原性能，同時能夠促進和推進對于肌紅蛋白質在生物電子裝置和生物醫學中的反常行為的理解。 報道了由高鐵血紅蛋白和高鐵肌紅蛋白分別與卵磷脂膠

5、束相互作用形成的具有電化學和催化活性的復合膜。在碳糊電極表面，由蛋白質和卵磷脂形成的功能復合膜中的電子轉移速率遠大于溶液蛋白質在碳糊電極表面的電子轉移速率。對于血紅蛋白和肌紅蛋白而言，循環伏安圖均顯示良好的準可逆氧化還原峰，分別對應于蛋白質中的血紅素FeⅢ/FeⅡ氧化還原電對。在相同實驗條件下，微分脈沖伏安圖顯示了蛋白質分子與循環伏安測定相同的標準電極電位。電子和振動光譜吸收結果顯示在和卵磷脂形成的功能復合物中的蛋白質分子沒有發生變性，

6、但在次級結構上與相應的自然狀態的蛋白質分子有較小的差別。肌紅蛋白在卵磷脂功能薄膜中的標準電位與外界溶液pH呈線性變化關系。肌紅蛋白在以上復合物薄膜中能夠催化O2和H2O2的電化學還原反應，肌紅蛋白的復合物薄膜極大地降低了以上物質的電化學還原的過電位。論文中確了了過氧化氫第三代生物傳感器的分析性能。 首次在溫和實驗條件下合成了核苷一元磷酸鋯[Zr(NMP)2·xH2O，其中NMP=腺苷一元磷酸(AMP)、鳥苷一元磷酸(GMP)和尿

7、苷一元磷酸(UMP)]的孔狀納米小球，并對其結構進行了元素、紫外和紅外光譜吸收測定。對上述方法得到的3種材料分別與肌紅蛋白(Mb)、血紅蛋白(Hb)和細胞色素C(CytC)進行了納米結合和生物連接。紫外-可見吸收和紅外吸收光譜顯示上述材料分子分別與蛋白質分子之間的納米結合是完全生物分子相適應的，即蛋白質分子在復合物中維持了與其相應自然狀態下的蛋白質分子相似的結構。分別以zr(UMP)2·H2O和zr(AMP)2·H2O與肌紅蛋白(Mb)

8、進行的生物連接以便實現蛋白質分子的直接電子轉移。在玻璃碳電極表面Mb-Zr(UMP)2·H2O和Mb-Zr(AMP)2·H2O復合物薄膜均顯示了良好的準可逆循環伏安曲線，其氧化還原峰分別對應于血紅素FeⅢ/FeⅡ電對的電子轉移?；诩〖t蛋白與遺傳性生物分子之間的納米連接產物所顯示的卓越的催化性能，由此建立了無介質的過氧化氫第三代生物傳感器。對于Mb-Zr(UMP)2·H2O和Mb-Zr(AMP)2·H2O薄膜，測定過氧化氫的線性濃度范圍

9、分別為3.92-180.14μM和3.95-156.64μM。對于Mb-Zr(UMP)2·H2O測定過氧化氫的表觀Michaelis-Menten常數(Km)以及基于信噪比為3時的檢測線分別為196.1μM和1.52μM。同樣，對于Mb-Zr(AMP)2·H2O測定過氧化氫的上述參數分別僅為92.91μM和0.51μM。這里報道的表觀Michaelis-Menten常數和測定檢測線遠小于目前報道的其它的肌紅蛋白薄膜的測定結果，上述的過氧

10、化氫生物傳感器具有極佳的穩定性和很好的測定重現性，并且使用壽命長達20天。 首次報道血紅蛋白(Hb)和肌紅蛋白(Mb)分別與三環式丙酮過氧化物(TATP)形成的復合物膜。以上復合物薄膜通過紫外-可見吸收、反射吸收紅外光譜以及電化學方法進行了表征和測定。在碳糊電極表面，以上復合物薄膜中的蛋白質均顯示良好的準可逆循環伏安曲線，其氧化還原峰分別是由相應蛋白質分子中的血紅素中心FeⅢ/FeⅡ電對之間的電子轉移引起的。文中測定和報道了以上

11、蛋白質分子在碳糊電極表面發生氧化還原反應的動力學參數如標準電位(E°')、電子轉移速率常數(ks)、電化學反應得蛋白質活性濃度(Г)。循環伏安測定結果顯示Hb和Mb在薄膜中的標準電位均與外界溶液pH呈線性變化關系。固定的蛋白質對O2和H2O2電化學還原反應顯示了良好的催化特性，對這些H2O2催化反應的線性范圍和檢測線進行了報道。這種氧化性蛋白質復合物膜的特性、電子轉移以及催化性能有助于了解蛋白質分子在功能界面上的電化學，同時可以應用于生

12、物電子裝置的構建中。 合成了氨基酸金屬配合物：[Cu(glygly)(mim)]·H2O(1)、[Cu(gly)(phen)Cl]·3H2O(2)、Cu2(glygly)2Cl2(H2O)2(3)和Ni(gly)2(py)2(4)，并進行了單晶結構表征。其中，化合物1和2金屬中心Cu(Ⅱ)分別為平面四邊形和四方錐構型?；衔?和化合物2應用于轉錄RNA連接和降解酶特性通過紫外.可見和熒光光譜，循環伏安，毛細管電泳和原子力顯微鏡手

13、段進行了研究?；衔?和化合物2分別與RNA連接后，其中性配體的π→π*電子躍遷的紫外吸收峰分別紅移了3nm和9nm。對照紫外-可見光譜分析得到化合物1和化合物2與RNA(1/RNA，2/RNA)的結合常數(Kb)分別為1.24×105L.mol-1和2.06×105L·mol-1；3-維熒光光譜顯示1和RNA作用后熒光最大猝滅效率為0.41。通過將化合物1和化合物2及其與RNA連接產物修飾到-SH基的Au電極表面，循環伏安測定結果顯示