圆二色和等温滴定微量热技术研究人血清白蛋白与锌离子的结合机制

目的:体外利用圆二色和等温滴定微量热技术获得人血清白蛋白(HSA)与锌离子(Zn2+)相互作用的二级结构信息与热力学参数,认识Zn2+与HSA之间的相互作用机制,为探索并发挥微量元素在人体内的作用潜力提供科学依据。方法:采用圆二色技术和等温滴定微量热技术;HSA浓度设置为由低到高的梯度,分别为0.025 mmol·L-1、0.05 mmol·L-1、0.1 mmol·L-1、0.2 mmol·L-1,Zn2+浓度5 mmol·L-1。结果:圆二色检测到不同浓度的HSA与Zn2+相互作用后二级结构发生变化,由低到高浓度的HSA与Zn2+结合后α-螺旋含量随之降低,当HSA浓度为0.2 mmol·L-1时α-螺旋含量表现特殊;进而所进行的等温滴定微量热实验获得一整套有关分子相互作用的热力学信息,包括结合常数(Kb)、反应的化学计量数(N)、熵(ΔS)和焓(ΔH),发现当Zn SO4(mmol·L-1)?HSA(mmol·L-1)=5?0.2时,有两类结合位点。不同浓度的HSA分别与Zn2+结合,表现出不同构象变化,特别当HSA浓度达到0.2 mmol·L-1时,α-螺旋含量急剧降低,蛋白质疏水性减弱,肽链伸展。在进一步的等温滴定微量热实验中,发现Zn SO4(mmol·L-1)?HSA(mmol·L-1)=5?0.2的条件下,Zn SO4-HSA有两类结合位点,即吸热位点和放热位点。结论:揭示HSA上的吸热结合位点对Zn2+有高特异性,但非结合优先性。这一结果为Zn2+在未来成为打开HSA上吸热位点的"钥匙"提供可行性依据。

基于等温滴定微量热技术的植物脱落酸受体鉴定的方法

等温滴定微量热技术(ITC)是一种新发展的研究生物分子互作的方法,可获得生物分子相互作用的完整的热力学和动力参数等。为了探明ITC在植物激素受体筛选和鉴定方面的应用可靠性,以植物激素脱落酸(ABA)受体为例,通过等温滴定试验获得ABA受体PYR1和ABA结合的热力学信息,包括结合常数(Kd),反应的化学计量数(N)和焓(ΔH)等,开发植物激素受体筛选和鉴定的技术体系。ITC试验显示,受体蛋白PYR1和ABA结合Kd为67μmol/L,N为0.92,ΔH为19.78kJ/mol,表明他们结合具有特异性、饱和性和高亲和性等特征。等温滴定微量热技术可以应用于激素受体的筛选和鉴定。

微量热技术在生命科学及秸秆降解腐熟研究中的应用

综述了微量热技术的特点、工作原理以及其在生命科学中的应用和进展,并重点阐述了其在秸秆降解腐熟中的应用。

等温微量热技术快速评价头孢曲松钠的体外抑菌效果

目的:开发一种基于等温微量热技术实时测定头孢曲松钠体外抑菌效果的快速检测方法。方法:摸索金黄色葡萄球菌株起始接种量的范围和头孢曲松钠溶液检测浓度的区间,确定可用于快速分析的热谱图参数,比较测试药品与原研药品(罗氏芬)在拉曼光谱、X射线衍射谱、抗生素效价测定、高效液相色谱和体外微量热图谱的差异。结果:以105 CFU·mL^(-1)的金黄色葡萄球菌为起始浓度,头孢曲松钠溶液质量浓度(C_n)在0.25～0.80 mg·mL^(-1)时与含药物的微生物热谱图主峰相对出峰时间的归一化值(α)存在正相关线性关系(R^2=0.99);同时,头孢曲松钠溶液C_n和含药物的微生物热谱图曲线主峰斜率的归一化值(β)存在负相关线性关系(R^2=0.89)。微量热法检测的测试药品体外抑菌活性比罗氏芬相比低约8%,其结果与传统管碟法测试结果相同。X射线衍射粉末衍射结果显示两者晶型组成不同。结论:微量热技术具有灵敏度高及精密度好的特点,可实时检测抗生素体外抑菌活性,在快速评价抗生素效价领域具备较好的应用前景。

圆二色和等温滴定微量热技术研究盐酸麻黄碱、盐酸伪麻黄碱与人血清白蛋白的作用机制

在模拟储存温度(25℃)和生理温度(37℃)条件下,利用圆二色和等温滴定微量热技术获得了人血清白蛋白与盐酸麻黄碱、盐酸伪麻黄碱相互作用的热力学参数,探索了蛋白质二级结构的变化及其作用机制。圆二色光谱实验检测到人血清白蛋白与盐酸麻黄碱、盐酸伪麻黄碱相互作用后的二级结构发生变化,这种构象变化在25℃~37℃区间内的温度依赖性不明显。ITC检测获得一系列有关分子相互作用的热力学信息,包括结合常数(Kb)、反应的化学计量数(N)、熵(ΔS)和焓(ΔH)。发现人血清白蛋白在与盐酸伪麻黄碱结合时,表现出比盐酸麻黄碱更好的活跃度。圆二色和等温滴定微量热技术的联用为建立一套快速药物分析方法提供了可行性基础。

圆二色与等温滴定微量热技术检测3种微量元素与人血清白蛋白的结合

在体外,利用圆二色和等温滴定微量热技术获得人血清白蛋白与钙、镁、锌三种人体微量元素相互作用的二级结构信息与热力学参数。圆二色检测到不同浓度Ca2+、Mg2+、Zn2+与HSA相互作用后二级结构存在差异,Ca2+、Mg2+的浓度比例变化对HSA二级结构变化作用不大,但受到Zn2+离子浓度变化的影响;进而所进行的ITC实验获得了结合常数(Kb)、反应的化学计量数(N)、熵(ΔS)和焓(ΔH)等一系列分子相互作用的热力学信息,发现Zn2+-HSA表现出了更好的亲和力和结合稳定性。因此,对于重度或急症缺锌患者血液注射将比口服治疗获得更迅速疗效。验证了HSA是人体内是重要的Zn2+转运载体,而Ca2+、Mg2+在体内的转运并不以HSA为主,Ca2+、Mg2+与蛋白的结合方式相似。两种技术的联用为探索一套快速、高效的人体微量元素血液研究的系统方法提供理论基础。

微量热技术在微生物和细胞研究方面的应用

用热力学和动力学原理及微量热技术研究微生物和细胞的生长代谢规律,及外界因素对其生长代谢的影响是一项新兴的研究方法。微量热分析可以绘制生物体生长热谱图,通过建立数学生长模型,可以得到生长速率常数k,最小抑菌浓度MIC,最大发热功率Pm,及总发热量Qtot等一系列热动力学参数,能定性和定量的说明问题。微量热技术是一项灵敏度高、测量准确的热分析技术,具有定量、实时、在线、动态描述等特点,已经在生命科学领域得到了广泛的应用,文章重点介绍微量热技术在微生物和细胞研究方面的应用。

基于等温滴定微量热技术的玉米脱落酸受体检测体系

脱落酸(ABA)是响应逆境胁迫及调控植物生长发育的重要激素,其受体的发现以及在不同植物中的比较研究具有重要的理论与实际意义。等温滴定微量热技术(ITC)是鉴定和筛选ABA受体的重要技术之一,该方法对受体蛋白的纯度和生物活性要求较高。该文探讨了超声波破碎条件对受体蛋白得率以及ABA和受体蛋白浓度对二者亲和力的影响。结果表明,通过超声波破碎获得的原核表达玉米(Zea mays)ABA受体蛋白Zm PYL1含量高,蛋白质图谱条带清晰。超声波破碎适宜的条件为:菌悬液浓度100 mg·m L–1,破碎总时长15分钟,单次破碎时长为3秒,间歇时长10秒;ITC检测结果发现,(±)-ABA与玉米受体Zm PYL1的结合反应为吸热过程,推测该受体蛋白Zm PYL1为二聚体,4 mmol·L–1(±)-ABA与0.1 mmol·L–1受体蛋白Zm PYL1反应结合效果较好,反应的解离常数Kd值为72.46μmol·L–1。研究结果为筛选和鉴定植物ABA受体奠定了重要技术基础。

微量量热技术在含能材料寿命评估领域的技术进展和发展趋势

评述了微量量热技术在含能材料寿命评估领域的应用，以及该技术在特征参数选择、试验方法优化和临界点确定等方面的技术进展，并展望了微量量热技术在这一研究领域未来的发展趋势。

微量量热技术在医药筛选和检验中的应用

基于物质间相互作用时存在的热能效应,几年来,本文用 MS-80标准型Calvet 微量量热计进行了一系列药物与人体细胞某些生物大分子相互作用的热动力学实验。这些实验包括:1.抗癌药物(去甲斑蟊酸钠[ASN],螺旋藻活性提取[Sp.P]和[Sp.S]等)以癌细胞(宫颈癌传代细胞[Hela])、人乳腺癌细胞[Bcap-37]和[MCF-7]、人胃癌细胞[SGc-7901]等)以及正常人体细胞(人体胚肺二倍体细胞[2BS]等)作用的热动力学研究;2.具有抗单胺氧化酶活性的生物碱类药物(骆驼篷碱[HL]、去氢骆驼篷碱[HM]等)在水溶液中对小牛胸腺 DNA 嵌插结合及其焓变的研究;3.长效医药(长效避孕药-复方甲基炔诺酮[HQ]等)和缓释医药(康太克[Contac]-复方盐酸苯丙醇胺)与生理盐水(0.9%的氯化钠水溶液)作用的研究。所有的实验结果都给出了各自的特征热动力学图谱及相互作用的焓变。通过实验结果的分析和总结,作者提出了将微量量热技术用于筛选和检验医药的新方法。文章中阐述了方法实施的科学依据,同时简单叙述了实验的过程及操作,并对实验结果进行了一些必要的讨论,与其他筛选和检验医药的方法相比,微量量热法有其明显的特点及优越性。

四逆汤微量生物热技术加减配伍对细菌生长代谢影响的研究

目的:将微量生物热技术引入中药四逆汤加减配伍对细菌生长代谢影响的研究中。方法:模型菌采用大肠杆菌,建立热动力学模型,分析大肠杆菌在单药、附子配伍及四逆汤中的热动力学参数变化。结果:附子、干姜可增加大肠杆菌的代谢功率,甘草可使大肠杆菌的代谢功率略增加。附子与干姜配伍,可明显增加大肠杆菌的代谢功率;附子与甘草配伍后,可略降低大肠杆菌的代谢功率。四逆汤可明显增加大肠杆菌的代谢功率。结论:本研究结果可印证中医关于"附子性大热,干姜性热,甘草性平"及"附子无干姜不热,得甘草则缓"的理论,为中药配伍加减提供理论基础。

aprE基因表达的分子生物学和微量热法分析

利用分子生物学方法(SDS-PAGE和酶活检测法)未检测到所克隆的aprE基因在大肠杆菌中的表达产物(碱性蛋白酶),而微量热法检测结果发现:重组菌株的生长代谢产热曲线之间存在明显的差异.根据这些差异,分析了该基因的上、下游调控序列对该基因在大肠杆菌中表达的重要作用,从而进一步对该基因进行了亚克隆,得到了生物学方法可检测到的表达产物.由此推测,微量热技术有可能为检测外源基因表达及其调控,以及为指导进一步基因工程操作提供一种新的快速灵敏的技术和方法.

纳米氧化锌热力学函数的微量热法及电化学法测量

采用微乳液-水热辅助法制备了形貌和尺寸均匀的纳米氧化锌分级结构,并对其进行了表征.利用微量热技术和电化学方法分别测定了纳米Zn O在298.15 K下的热力学函数(标准摩尔生成焓、标准摩尔生成Gibbs自由能及标准摩尔熵).采用微量热方法测定纳米材料热力学函数主要基于纳米反应体系与对应块体反应体系的过渡态相同;采用电化学方法测定纳米材料热力学函数主要基于纳米材料与对应块体材料组成电池后的电极电势不同.结果表明,采用微量热法及电化学法获取的产物的热力学函数在误差允许范围内近似相等.由此证明了微量热技术及电化学方法获取纳米材料热力学函数的科学性及有效性,同时也进一步说明纳米Zn O反应体系与块体Zn O反应体系所经历的过渡态相同.

甲硝唑前体药物脂质体及微量量热法药效学研究

将抗滴虫药物甲硝唑进行疏水性修饰，制成甲硝唑月桂酸酯，将此前体药物载于脂质体中，包封率提高近１０倍。体外抗滴虫试验采用微量量热技术，测定用药后滴虫代谢产生热量改变，确定药物的抗滴虫作用。结果显示脂质体中前体药物最低于游离药物量１／６０，抗滴虫作用却强于后者，证实了前体药物脂质体的优越性，并说明微量量热法在药效学研究中有广泛应用前景。

花生状微/纳米CaMoO_4的表面热力学性质

采用室温反相微乳液法制备了3种不同尺寸的花生状微/纳米CaMoO4.基于纳米CaMoO4与块体CaMoO4热力学性质的本质差异,结合化学热力学基本理论及热动力学原理,推导出纳米CaMoO4摩尔表面热力学函数的关系式.在此基础上,采用原位微量热技术获得了花生状微/纳米CaMoO4的摩尔表面热力学函数.结果表明,花生状微/纳米CaMoO4的表面热力学性质变化具有尺寸效应,即随着尺寸的减小,摩尔表面焓、摩尔表面Gibbs自由能、摩尔表面熵均增加.

明胶与海藻酸钠的静电复合机制及热动力学分析

为探明明胶(gelatin,GEL)与海藻酸钠(sodium alginate,AG)静电作用机制及影响因素,对不同GEL和AG质量比(r)、不同pH值的液体体系进行常温浊度滴定、Zeta电位测定及亚甲基蓝吸收光谱实验等,研究复合物形成的影响因素,并利用等温滴定微量热技术对GEL与AG结合过程进行热动力学分析。结果表明,常温下GEL与AG结合是以强烈的静电相互作用为主的焓驱动放热过程;NaCl通过静电屏蔽作用,在低浓度(<0.02 mol/L)时促进GEL与AG的结合,高浓度时抑制其结合。环境pH值通过调整GEL与AG所带的净电荷从而影响其静电作用,低pH值时形成不溶性复合物,高pH值时形成可溶性复合物;提高r或者提高GEL和AG总浓度可以促进其相互作用,r=7∶3时,可以在较高pH值下形成稳定的复合物悬浊液,pH值在2.5~3.5变化对悬浊液影响较小。本实验为GEL-AG基生物材料的开发及其在食品、医药领域应用提供理论依据。

Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC23270与矿物吸附过程的热量变化及不同条件下代谢热的基础研究

用微量热技术研究了不同条件下Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC23270（以下简写为A.ferrooxidans ATCC23270）与硫化矿吸附过程的热量变化以及不同细菌浓度、不同的初始pH值及不同的培养条件下细菌的代谢产热情况。研究发现,矿浆浓度0.03g/mL,细菌浓度1.7×10^8个/mL的时候细菌与矿物的吸附放热最大。不同条件培养的细菌胞外多聚物的组成不同,与矿物吸附的反应热也不相同,黄铁矿培养细菌胞外多聚物含量最高,反应热也最高,说明细菌胞外多聚物在吸附过程中起重要作用。用微量热法能够很好地反映出细菌生长代谢过程中每个微观时刻的热量变化。对于A.ferrooxidans ATCC23270,最佳的代谢产热条件为：pH值为2.0和2.3,细菌浓度为3.0×10^8个/mL。不同培养条件下的细菌的生长代谢热不同,2039＋FeSO4培养的代谢热最大、放热最快。

Ag_3PO_4微晶表面热力学函数的温度及形貌效应

在室温下采用离子交换法制备了四足状、立方体状和十二面体状Ag3PO4微晶及Ag3PO4块体,并进行了表征.以Ag3PO4微/纳米和块体材料热力学性质的区别为基础,结合化学热力学理论和热动力学基本原理,导出摩尔表面热力学关系式.在此基础上,采用原位微量热技术获取Ag3PO4的化学反应动力学信息和表面热力学函数,讨论了形貌和温度对表面热力学性质变化的影响.结果表明,四足状Ag3PO4的摩尔表面焓(Hsm)、摩尔表面Gibbs自由能(Gsm)和摩尔表面熵(Ssm)最大,立方体状次之,十二面体状最小;Hsm和Ssm随温度的升高而增大,Gsm则随温度的升高而减小.

单微乳体系中钼酸锰纳米材料的原位生长热动力学研究

采用微量热技术研究了单微乳液法合成不同形貌尺寸MnMoO_4纳米材料原位生长过程的特征热谱,结合FESEM技术探讨了不同反应参数对MnMoO_4纳米材料形貌尺寸及原位生长过程热动力学行为的影响规律,利用热动力学方程获取了生长参数,并且与形貌进行关联,进一步诠释纳米材料的形成机理,最终为发展纳米材料的可控生长提供有力的科学依据.

乌头碱的热解及半衰期研究

采用微量热技术及热重法,结合液质联用技术,探讨了乌头碱的热降解机理、水解机理的热效应等,求出乌头碱的半衰期。结果表明,乌头碱在空气氛围中不稳定,碱性溶液中易水解t1/2=0.973 h。空气环境中热分解分3步,其分解温度区间分别为185~213℃,248~468℃和484~579℃。相应的反应级数分别为n=1/4、n=4、n=2。对应的活化能分别是154.53,100.97和120.08 k J·mol-1。乌头碱应尽可能储存于低温干燥并隔绝空气的环境中。