基于生物連接的蛋白質(zhì)電化學(xué)和核酸水解化學(xué).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(jié)構(gòu)進行了X-射線衍射測定?；衔?～5結(jié)構(gòu)進行了元素、紫外和紅外光譜表征?；衔?和2晶體結(jié)構(gòu)中均含有豐富的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，但在空間構(gòu)型上形成了不同的聚合結(jié)構(gòu)。化合物1和2分別與馬心肌紅蛋白(Mb)進行了靜電誘導(dǎo)相互作用，并將對蛋白質(zhì)誘導(dǎo)產(chǎn)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(dǎo)的蛋白質(zhì)硅膠-凝膠薄膜通過使用光譜學(xué)和電化學(xué)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(zhì)構(gòu)型均為高鐵肌紅蛋白。蛋白質(zhì)經(jīng)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(zhì)中血紅素

3、鐵的高自旋態(tài)明顯降低，測定結(jié)構(gòu)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(zhì)的電子和振動吸收光譜顯示由于化合物1的一維鏈式結(jié)構(gòu)使蛋白質(zhì)多肽結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性減弱；而對于化合物2，其晶體為二維結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，因此對于肌紅蛋白多肽結(jié)構(gòu)的干擾和重組的程度遠大于化合物1。以上結(jié)構(gòu)顯示化合物晶體結(jié)構(gòu)不同對于蛋白質(zhì)次級結(jié)構(gòu)的靜電作用是不相同的，這種差異性同時導(dǎo)致了蛋白質(zhì)直接電子轉(zhuǎn)移性能的不同。在s

4、ol-gel薄膜中，經(jīng)過靜電相互作用后的蛋白質(zhì)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(xué)測定結(jié)構(gòu)顯示靜電誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)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(zhuǎn)移速率系數(shù)均發(fā)生了降低。本論文提供的光譜學(xué)和電化學(xué)測定參數(shù)有助于了解血紅素蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和氧化還原性能，同時能夠促進和推進對于肌紅蛋白質(zhì)在生物電子裝置和生物醫(yī)學(xué)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(xué)和催化活性的復(fù)合膜。在碳糊電極表面，由蛋白質(zhì)和卵磷脂形成的功能復(fù)合膜中的電子轉(zhuǎn)移速率遠大于溶液蛋白質(zhì)在碳糊電極表面的電子轉(zhuǎn)移速率。對于血紅蛋白和肌紅蛋白而言，循環(huán)伏安圖均顯示良好的準可逆氧化還原峰，分別對應(yīng)于蛋白質(zhì)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(zhì)分子與循環(huán)伏安測定相同的標準電極電位。電子和振動光譜吸收結(jié)果顯示在和卵磷脂形成的功能復(fù)合物中的蛋白質(zhì)分子沒有發(fā)生變性，

6、但在次級結(jié)構(gòu)上與相應(yīng)的自然狀態(tài)的蛋白質(zhì)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(guān)系。肌紅蛋白在以上復(fù)合物薄膜中能夠催化O2和H2O2的電化學(xué)還原反應(yīng)，肌紅蛋白的復(fù)合物薄膜極大地降低了以上物質(zhì)的電化學(xué)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(jié)構(gòu)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(jié)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(zhì)分子之間的納米結(jié)合是完全生物分子相適應(yīng)的，即蛋白質(zhì)分子在復(fù)合物中維持了與其相應(yīng)自然狀態(tài)下的蛋白質(zhì)分子相似的結(jié)構(gòu)。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(xiàn)蛋白質(zhì)分子的直接電子轉(zhuǎn)移。在玻璃碳電極表面Mb-Zr(UMP)2·H2O和Mb-Zr(AMP)2·H2O復(fù)合物薄膜均顯示了良好的準可逆循環(huán)伏安曲線，其氧化還原峰分別對應(yīng)于血紅素FeⅢ/FeⅡ電對的電子轉(zhuǎn)移?；诩〖t蛋白與遺傳性生物分子之間的納米連接產(chǎn)物所顯示的卓越的催化性能，由此建立了無介質(zhì)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(shù)(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(shù)分別僅為92.91μM和0.51μM。這里報道的表觀Michaelis-Menten常數(shù)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(jié)果，上述的過氧

10、化氫生物傳感器具有極佳的穩(wěn)定性和很好的測定重現(xiàn)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(huán)式丙酮過氧化物(TATP)形成的復(fù)合物膜。以上復(fù)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(xué)方法進行了表征和測定。在碳糊電極表面，以上復(fù)合物薄膜中的蛋白質(zhì)均顯示良好的準可逆循環(huán)伏安曲線，其氧化還原峰分別是由相應(yīng)蛋白質(zhì)分子中的血紅素中心FeⅢ/FeⅡ電對之間的電子轉(zhuǎn)移引起的。文中測定和報道了以上

11、蛋白質(zhì)分子在碳糊電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)如標準電位(E°')、電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)(ks)、電化學(xué)反應(yīng)得蛋白質(zhì)活性濃度(Г)。循環(huán)伏安測定結(jié)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(guān)系。固定的蛋白質(zhì)對O2和H2O2電化學(xué)還原反應(yīng)顯示了良好的催化特性，對這些H2O2催化反應(yīng)的線性范圍和檢測線進行了報道。這種氧化性蛋白質(zhì)復(fù)合物膜的特性、電子轉(zhuǎn)移以及催化性能有助于了解蛋白質(zhì)分子在功能界面上的電化學(xué)，同時可以應(yīng)用于生

12、物電子裝置的構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)型。化合物1和化合物2應(yīng)用于轉(zhuǎn)錄RNA連接和降解酶特性通過紫外.可見和熒光光譜，循環(huán)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(jié)合常數(shù)(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(chǎn)物修飾到-SH基的Au電極表面，循環(huán)伏安測定結(jié)果顯示