膠原蛋白和牛血清蛋白溫度穩(wěn)定性的太赫茲介電譜研究.pdf

1、蛋白質(zhì)的生物功能與其氨基酸殘基的空間構(gòu)象密切相關(guān),而這些構(gòu)象易于受到環(huán)境溫度影響發(fā)生變化。研究蛋白質(zhì)在制備、生產(chǎn)、儲存和運輸過程中的結(jié)構(gòu)變化及失活機(jī)制對蛋白質(zhì)藥物的安全使用具有重要價值。目前用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能研究的檢測技術(shù)主要有色譜法和光譜法等。色譜法檢測手段雖明確,但需要繁瑣的預(yù)處理過程;光譜法如紫外和拉曼等一般只能反映特定基團(tuán)或芳香族側(cè)鏈所處環(huán)境的結(jié)構(gòu)信息,缺乏直接提供對蛋白質(zhì)功能起決定作用的分子整體構(gòu)象和分子間作用信息的能力。研

2、究發(fā)現(xiàn)反映蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的分子集體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動能位于太赫茲波段,太赫茲時域光譜技術(shù)測量可得到樣品的復(fù)介電譜,直接反映與分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的分子偶極極化響應(yīng)。太赫茲介電譜對分子結(jié)構(gòu)變化非常敏感,分析介電弛豫過程可以了解分子運動的特征時間,獲得與分子結(jié)構(gòu)及運動相關(guān)的大量信息。本文研究了固體膠原蛋白和牛血清蛋白在低溫過程、升溫過程及其加熱變性前后的太赫茲介電譜;利用生物分子的介電弛豫理論建立介電譜模型,獲得蛋白質(zhì)的介電弛豫時間和活化能,分析了蛋白

3、質(zhì)的構(gòu)象變化受溫度影響的變化規(guī)律。
　　本文的研究工作和創(chuàng)新點主要包括:
　　(1)利用太赫茲時域光譜技術(shù)對固體膠原蛋白和牛血清蛋白進(jìn)行了低溫和升溫過程中的介電譜測量。低溫利用液氮來調(diào)節(jié),室溫及以上利用電阻絲加熱,溫度控制范圍為90K-390K。另外還分別對自然態(tài)和加熱處理后結(jié)構(gòu)態(tài)的兩種固體蛋白質(zhì)進(jìn)行了室溫下的太赫茲介電譜測量,蛋白質(zhì)的加熱處理溫度為110℃。并利用差示掃描量熱儀(DSC)和傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)對

4、兩種狀態(tài)下的蛋白質(zhì)進(jìn)行了測量。
　　(2)利用介電譜理論建立的一階Debye模型,擬合固體膠原蛋白和牛血清蛋白在低溫和升溫過程中測量得到的太赫茲介電譜,獲得相應(yīng)的介電弛豫時間,研究發(fā)現(xiàn)介電弛豫時間隨著溫度的升高逐漸變大,與溫度變化引起的固體蛋白質(zhì)分子內(nèi)部構(gòu)象的解折疊過程相對應(yīng),得到了蛋白質(zhì)構(gòu)象變化受溫度影響的漸變過程。弛豫時間隨溫度變化滿足介電性質(zhì)的溫度依存性,符合Arrhenius方程,由此擬合獲得膠原蛋白在低溫、升溫過程中的活

5、化能分別為3.32×103 J/(K·mol)和5.53×103 J/(K·mol);牛血清蛋白在低溫、升溫過程中的活化能分別為1.16×103 J/(K·mol)和6.52×103 J/(K·mol)。此能量不僅可以作為衡量蛋白質(zhì)穩(wěn)定性強(qiáng)弱的指標(biāo),還可以定量地表征固體蛋白質(zhì)加熱變性過程的難易程度。
　　(3)利用一階Debye模型擬合固體蛋白質(zhì)在自然態(tài)和加熱后結(jié)構(gòu)態(tài)的室溫太赫茲介電譜,獲得相應(yīng)的介電弛豫時間,發(fā)現(xiàn)變性后的蛋白質(zhì)吸