自组装血清蛋白石英晶体微天平手性传感器的识别及机理研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:suyu_001
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石英晶体微天平(QCM)手性传感器在手性识别领域具有潜在的应用前景,其简单,经济,快速,在线和实时等优点受到了越来越多研究者的青睐。而生物体系的手性识别研究对手性药物和生命科学的发展更具有重要的理论和实际意义。基于上述两点,本论文以血清蛋白(SA),包括人血清白蛋白(HSA)和牛血清蛋白(BSA)为手性选择剂,致力于研发出一种新型的血清蛋白生物手性石英晶体微天平传感器,能够快速在线地识别手性分子,并采用紫外--可见光谱和荧光光谱的方法对手性小分子的识别及作用机理进行了一系列具有原始创新性的研究工作。   首先,通过巯基自组装单层膜技术将HSA和BSA自组装到镀金的石英晶体表面,采用液相QCM监测其自组装过程,根据其影响因素(石英晶片基频,载气流量,手性选择剂,重复性)优化了QCM传感器。并且在最优条件下的气相体系中快速地识别出了五种手性对映异构体,分别为R,S-四氢萘胺(R,S-TNA),R,S-1-(4-甲氧基苯基)乙胺(R,S-4-MPEA),R,S-1-(3-甲氧基苯基)乙胺(R,S-3-MPEA),R,S-2-辛醇(R,S-2-OT),R,S-乳酸甲酯(R,S-MEL)。根据响应频率变化程度计算出了对应的QCM手性识别因子。结果表明HSA对这几种手性分子的识别能力从大到小依次为:R,S-TNA>R,S-4-MPEA>冠S-2-OT>R,S-MEL,>R,S-3-MPEA,BSA对这几种手性分子的识别能力从大到小依次为:R,S-TNA>R,S-4-MPEA>R,S-3-MPEA>R,S-2-OT>R,S-MEL。可知HSA与BSA的手性识别能力不同,HSA较易识别R,S-TNA,R,S-2-OT和R,S-MEL,而BSA较易识别R,S-4-MPEA和R,S-3-MPEA。   第二,建立了一种以SA为手性选择剂,结合紫外-可见光谱和化学计量学分析的手性识别新方法,探讨了对手性分子的识别作用机理。该工作首先测定SA和手性分子的一系列混合溶液的紫外-可见光谱(其中SA的摩尔浓度一定,而手性分子摩尔浓度按比例增加),接着根据紫外-可见光谱图随手性分子组成不同而发生的变化,利用双倒数方程计算出了SA与各对映异构体作用后的紫外结合常数及识别因子等参数。结果表明,加入手性分子(TNA,4-MPEA和3-MPEA)能够使SA肽链伸展,分子内部的色氨酸和酪氨酸残基的芳杂环疏水基团裸露出来,伸展程度越大,增色效应越明显,疏水作用减弱,吸收峰蓝移。而2-OT和MEL的加入能与SA肽链中的氨基酸残基中的含氧或含氮基团之间形成了氢键,从而使原有的键强减弱而引起其吸收峰吸光度值的降低,呈现减色效应。同时可观察到不同R或S构型分子与SA作用后的紫外吸收强度明显不同,计算得出的紫外识别因子与QCM识别因子所得的趋势一致。   第三,结合荧光光谱和SA的手性选择性,提出了一种更高灵敏地测定微量/手性分子组成新方法。测定方法与紫外-可见光谱基本相同,发现当手性分子通过弱相互作用结合入SA的疏水空腔后(结合位点为ⅡA亚结构域),微弱的环境改变可导致SA的内源荧光发生变化,能量可由Trp转移至手性分子上,从而使得SA荧光发生猝灭,手性分子荧光强度增强。同样,能够发现R或S构型分子与SA作用后的荧光光谱存在明显差异。通过Stern-Volmer方程计算得到不同R,S结构的猝灭常数Kq可知SA的猝灭机理主要为静态猝灭,即手性分子与SA能形成静态稳定的复合物。经静态猝灭公式可得相互作用的荧光结合常数和结合位点数。更为有趣的是,发现计算出的荧光识别因子与QCM识别因子、紫外识别因子能够很好吻合,从而印证了此血清蛋白QCM手性传感器的有效性。
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