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合成色素與蛋白質(zhì)相互作用的研究
以下是關(guān)于合成色素與蛋白質(zhì)相互作用的研究的論文!
摘 要：本文論述了合成色素與蛋白質(zhì)相互作用的研究進(jìn)展，并對(duì)目前的研究方法熒光光譜法、紫外-可見吸收光譜法等光譜法的學(xué)術(shù)論文進(jìn)行了歸納總結(jié)，發(fā)現(xiàn)目前對(duì)食用合成色素與蛋白質(zhì)的相互作用研究還較少，食用合成色素進(jìn)入人體后，與人體血清白蛋白結(jié)合、作用，會(huì)影響藥物與蛋白質(zhì)的結(jié)合、作用，影響藥效。目前，食用色素-蛋白質(zhì)-藥物三體系的作用研究還很初級(jí)，需進(jìn)一步深入研究。
關(guān)鍵詞：蛋白質(zhì) 色素 相互作用
在生物體內(nèi)，蛋白質(zhì)是生物學(xué)中最基本的功能單元之一。血清白蛋白(SA)是血漿中含量最豐富的蛋白質(zhì)，含量約為4g/100mL(0.6 mmol/L)，約占血漿總蛋白的60%，且溶解性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，，容易大量并且高純度地制備。食用合成色素也稱食用合成著色劑或合成染料，不僅應(yīng)用于食品工業(yè)，而且還廣泛用于醫(yī)藥、化妝品、日用化工產(chǎn)品和印染工業(yè)等的著色。食用色素分子進(jìn)入人體后,總要通過血漿的貯存和運(yùn)輸，研究其與血清白蛋白的相互作用、探討其對(duì)人體的生理功能具有重要意義。
一、合成色素與蛋白質(zhì)的反應(yīng)機(jī)理
1.結(jié)合模型[1]
人們?yōu)榱硕康难芯坑袡C(jī)小分子與蛋白質(zhì)的相互作用，提出了不同的結(jié)合模型。Scatchard[2]模型是較經(jīng)典的一種模型，不考慮個(gè)體之間的相互作用，假設(shè)蛋白質(zhì)上每個(gè)結(jié)合部位的情況完全相同，并且這些結(jié)合部位與配體的作用是獨(dú)立的，不存在相互作用，推導(dǎo)的Scatchard方程為n/[L]=KN-Kn，其中n為每一分子蛋白質(zhì)上所結(jié)合的配體數(shù);[L]為溶液中游離的配體濃度;K為結(jié)合常數(shù);N為最大結(jié)合部位數(shù)。如以n對(duì)n/[L]作圖就可以得到最大結(jié)合部位數(shù)N和結(jié)合常數(shù)K。
2.結(jié)合作用力
在色素與蛋白質(zhì)結(jié)合過程中通常是非共價(jià)鍵起著重要的作用，它們包括氫鍵、范德華力、疏水力以及靜電作用力等等。通過大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)出利用范特霍夫方程在不同溫度下結(jié)合常數(shù)的變化，可以計(jì)算出反應(yīng)的焓變(△H)、熵變(△S)和吉布斯自由能(△G)的變化，并由此判斷出配體和蛋白質(zhì)之間的主要作用力類型。根據(jù)焓變值(△H)和熵變值(△S)可以推斷出色素與蛋白質(zhì)之間相互作用的方式：△S<0可能為氫鍵和范德華力;△S>0可能是疏水力和靜電作用力;△H≈0或較小，△H<0時(shí)靜電作用力為主要作用力。△H>0，△S>0為典型的疏水作用力;△H<0，△S<0為范德華力和氫鍵作用;△H<0，△S>0，為靜電作用力。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，包含有多種官能團(tuán)，因此多數(shù)情況下是多種作用力共同作用的結(jié)果[3]。
二、合成色素與蛋白質(zhì)相互作用研究
1.熒光光譜法
熒光光譜法是利用物質(zhì)發(fā)射熒光的特性進(jìn)行分析的光學(xué)方法。熒光光譜法能夠提供反映分子成鍵、結(jié)構(gòu)及發(fā)光特性的參數(shù)，包括激發(fā)光譜、發(fā)射光譜及熒光強(qiáng)度、量子產(chǎn)率、熒光壽命、熒光偏振等。測(cè)定這些參數(shù)不僅可以做一般的定量分析，而且對(duì)于蛋白質(zhì)分子在各種環(huán)境中的構(gòu)象變化的推斷，闡明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系具有非常重要的意義;同時(shí)，熒光光譜法還具有靈敏度高、選擇性好、用樣量少、方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在蛋白質(zhì)與有機(jī)小分子作用機(jī)理的研究中可以引入外源性熒光物質(zhì)作為指示探針，也可利用蛋白質(zhì)自身的內(nèi)源性熒光，借助熒光猝滅法可以測(cè)得有機(jī)小分子與蛋白質(zhì)的結(jié)合常數(shù)K及結(jié)合位點(diǎn)數(shù)n，依據(jù)Forster能量轉(zhuǎn)移理論可求出給體-受體間的結(jié)合距離r及能量轉(zhuǎn)移效率E等參數(shù)。
2.紫外-可見吸收光譜法
紫外-可見吸收光譜法是研究小分子與蛋白質(zhì)相互作用機(jī)理常用、方便的方法，是各種光譜方法的基礎(chǔ)。紫外-可見吸收光譜法是通過測(cè)定物質(zhì)對(duì)紫外、可見區(qū)波長的選擇性吸收，并借助吸收光譜對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性或定量分析。紫外-可見光譜法對(duì)于解釋蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系及蛋白質(zhì)與各種配體的作用機(jī)制具有重要的意義。一些小分子配體與蛋白質(zhì)結(jié)合后其分子結(jié)構(gòu)變化，利用吸收峰位移或者譜峰寬度變化來研究蛋白質(zhì)與小分子之間的結(jié)合強(qiáng)弱和結(jié)合機(jī)理。在蛋白質(zhì)分子中某些氨基酸殘基和許多小分子中的生色團(tuán)在紫外光譜中能產(chǎn)生吸收峰，一般肽鍵的強(qiáng)吸收峰位于210 nm處，根據(jù)峰形和峰位的變化即可判定小分子是否與蛋白質(zhì)發(fā)生作用。氨基酸殘基的微環(huán)境由蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象決定，構(gòu)象改變?cè)斐晌h(huán)境的改變，生色基團(tuán)的紫外吸收光譜也隨之發(fā)生改變。
三、色素與蛋白質(zhì)相互作用研究的應(yīng)用
1.食用合成色素對(duì)藥效的影響
藥物和蛋白質(zhì)相互作用的研究是研究藥物動(dòng)力學(xué)時(shí)不可缺少的內(nèi)容。藥物進(jìn)入血液后，與白蛋白迅速、可逆地結(jié)合。結(jié)合型藥物不被代謝和消除，只有游離型藥物能發(fā)揮藥理活性。藥物與蛋白質(zhì)的結(jié)合程度直接影響到藥物儲(chǔ)存于血漿中的含量，從而決定了藥物的最大作用強(qiáng)度和作用時(shí)間。生物體內(nèi)，藥物與蛋白質(zhì)的相互作用可能會(huì)受到食物或醫(yī)藥制劑中的其它物質(zhì)成分的影響，單純針對(duì)小分子配體與蛋白質(zhì)二元體系開展研究具有一定的局限性。
2.測(cè)定蛋白質(zhì)的含量
由于蛋白質(zhì)本身在可見光區(qū)沒有吸收，且其熒光量子效率也較低。檢測(cè)微量的蛋白質(zhì)，必須借助光譜探針，而染料是最常用的光譜探針[4]。因此，研究蛋白質(zhì)與色素的相互作用，并將其應(yīng)用于微量蛋白質(zhì)的分析吸引了許多化學(xué)科研工作者的目光。蛋白質(zhì)與有機(jī)小分子反應(yīng)的研究主要是利用染料光譜探針小分子與蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成復(fù)合物，從而使體系的光信號(hào)發(fā)生改變，再用相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)出信號(hào)的改變從而應(yīng)用于定量分析體液中蛋白質(zhì)的含量。一般來說，該類方法能夠用于蛋白質(zhì)的測(cè)定是因?yàn)榘椎鞍缀袎A性氨基酸殘基，在酸性條件下帶有正電荷，具有與陰離子染料結(jié)合的能力，而白蛋白以外的其它蛋白質(zhì)缺乏這種性質(zhì)。
四、結(jié)論與展望
小分子配體與蛋白質(zhì)的相互作用是研究生命現(xiàn)象和物質(zhì)作用機(jī)理的一個(gè)基本問題，基于對(duì)小分子與蛋白質(zhì)作用研究的了解，結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，我們認(rèn)為今后應(yīng)做的工作主要有：
1.目前的研究工作普遍局限于小分子配體與蛋白質(zhì)的二元體系。食用合成色素等物質(zhì)也有可能會(huì)影響藥物與蛋白質(zhì)間的相互作用。因此，另外一種成分存在時(shí)藥物-蛋白質(zhì)組成的三元體系需進(jìn)一步進(jìn)行研究。
2.熒光猝滅光譜法得到的白蛋白的熒光光譜只能反映出部分氨基酸的熒光性質(zhì)，但其他幾種氨基酸也可能參與到結(jié)合過程中。
3.研究小分子配體與蛋白質(zhì)的相互作用方法雖然很多，但各有不足。聯(lián)合運(yùn)用多種實(shí)驗(yàn)方法研究同一課題，揚(yáng)長避短，可以獲得更多、更可靠的信息。
4.借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，，進(jìn)一步完善小分子配體與蛋白質(zhì)結(jié)合的分子模擬效果，深化小分子配體對(duì)蛋白質(zhì)活性部位結(jié)合特征的探討。
參考文獻(xiàn)
[1]朱鏗,李娜,李克安,童沈陽.蛋白質(zhì)與有機(jī)小分子反應(yīng)機(jī)理的研究.1999,21(1):20-21.
[2]Scatchard G,Scheinberg I H,Armstrong S H.J.Am Chem Soc[J].1950,72:535.
[3]肖建波等.多酚類化合物與血清白蛋白相互作用的結(jié)構(gòu)-結(jié)合力關(guān)系、理論模型和應(yīng)用研究.2009,3:1-110.
[4]吳霖等.染料熒光探針與蛋白質(zhì)、核酸相互作用的研究.2004,6:3-14.
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