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。

等温滴定微量热法在中药研究中的应用

等温滴定微量热(ITC)是近年发展的一项热分析技术,该技术灵敏度高、测量准确,且可做到实时、定量、在线和动态描述反应过程。本文简述了ITC技术的发展背景及优缺点,重点探讨了ITC在中药研究领域中的应用,以冀为中药现代化研究提供一项新型分析技术。

等温滴定微量热检测中样品预处理的优化研究

等温滴定微量热法(ITC)是近年来发展起来的一种研究生物分子相互作用的重要方法。在研究蛋白质与外源小分子的相互作用时,优化样品的预处理,通过将蛋白质进行3次透析、准确定量蛋白质实际浓度、调控pH值和使用第3次透析缓冲溶液作为溶剂,实现了"相对零背景"的反应系统。将未优化组和优化处理组样品所进行的ITC检测结果进行比较,表明进行样品预处理的优化对获得有效的检测结果十分必要。

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。

等温滴定微量热法在雷公藤红素微乳制备中的应用

用等温滴定微量热法测定雷公藤红素微乳中水的体积,微乳中乳化剂为蓖麻油聚氧乙烯醚(ELP),助乳化剂为正丁醇,油相为油酸乙酯,研究ELP与正丁醇质量比分别为1∶1、1.5∶1、2∶1、3∶1下形成微乳时各组分的质量,根据混合溶液与水滴定过程中的热量变化曲线,判断微乳是否形成,得出形成微乳时水的质量,做出4个比例下的伪三元相图,确定最优处方。最优处方比例配制的微乳稳定性好,粒径符合微乳的尺度,证明等温滴定微量热法在雷公藤红素微乳制备中具有可行性。

光谱法联合分子对接和等温滴定微量热法研究全氟壬酸与人血清白蛋白的相互作用（英文）

全氟壬酸(PFNA)是在血清中检测到第三多的全氟烷酸类(PFAAs)新型有毒环境污染物。目前PFNA对人血清白蛋白(HSA)结构甚至是功能的影响还处于起步阶段,借助于多光谱、分子对接和等温滴定微量热(ITC)技术研究了PFNA和HSA相互作用的结合机理。所有荧光数据均进行了内滤光校正以获得更准确的结合参数。荧光结果表明PFNA通过动静态猝灭方式可以猝灭HSA的内源荧光。取代实验和分子对接结果表明,PFNA主要通过极性键、疏水力和卤素键键合在HSA亚域ⅡA疏水腔中,最佳对接自由能为-26.54kJ·mol-1,表明PFNA分子与HSA有较大的结合亲和力。ITC表明两者的结合属于两类结合位点模型并给出了相应的热力学参数:第一类结合位点有较大的亲和力,属于焓驱动,静电力和卤键作为主要驱动力;第二类结合位点亲和力较小,主要驱动力是疏水力。三维荧光光谱揭示PFNA与HSA生成复合物后,可以改变HSA的构象,引起Trp和Tyr残基微环境疏水性增强。圆二色谱(CD)定量测定了HSA与PFNA作用前后的二级结构含量:α-螺旋、β-折叠和β-转角含量分别降低14.3%,5.3%和3.5%,无规卷曲含量从14.4%增加到37.5%。以上结果表明,PFNA与HSA的结合可以改变HSA的二级结构,进而可能影响HSA的生理功能。结果阐述了PFNA与HSA相互作用机理,并且为PFNA在体内的运输和分配提供了可靠的生物物理和生物化学的相关依据。

等温滴定量热法在分子印迹技术中的应用

分子印迹技术是一种制备对特定分子有特异性结合能力聚合物的新兴技术,近年来受到广泛关注。本文即对等温滴定微量热法在分子印迹技术中的应用做一综述,介绍微量热法的基本原理、特点,以及其应用于评价分子印迹聚合物的印迹效果、筛选单体和交联剂、优化反应条件等方面的研究进展。

等温滴定微量热法测定腐殖酸与不同含氧量碳纳米管的相互作用

利用批次吸附实验和等温滴定微量热技术(ITC)测定了碳纳米管(CNT)与腐殖酸(HA)相互作用的热力学参数,并研究了碳纳米管含氧量和离子强度的影响.批次吸附实验结果表明,碳纳米管与腐殖酸的结合强度和平衡吸附量随碳纳米管含氧量的增加而降低,随离子强度的增加而升高,证明了疏水作用力对二者的结合起了重要作用.ITC结果表明二者结合是放热反应,能形成稳定的CNT-HA复合物,加入腐殖酸后,体系的有序度增加,而负的熵变和焓变表明二者之间形成了氢键.以上结果有助于理解和研究腐殖质对碳纳米管在自然水体中迁移特性的影响.

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。

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。

环糊精包合三丁酸甘油酯的分子机制研究

以环糊精(cyclodextrin,CD)为主体,三丁酸甘油酯(tributyrin,TB)为客体,采用共沉淀法制备CD/TB包合物,通过核磁共振、相溶解度、等温滴定微量热及分子模拟对其包合机制进行研究。结果表明,单一环糊精(α-CD、β-CD、γ-CD)均可与三丁酸甘油酯形成包合比为1∶1的包合物,其中β-CD最适于包合三丁酸甘油酯;环糊精包合三丁酸甘油酯是自发进行的微放热过程,焓熵协同驱动促进环糊精包合三丁酸甘油酯,其中熵驱动在包合过程中占主导地位,疏水作用力为主要作用;复配环糊精(α-CD∶β-CD∶γ-CD=2∶7∶1,物质的量之比)包合三丁酸甘油酯过程中的熵变(24.3 cal/mol K)比单一环糊精(β-CD为17.8 cal/mol K)提高了36.52%,同时包合稳定常数提高了79.21%,说明复配环糊精可提供更多与三丁酸甘油酯分子尺寸相匹配的疏水空腔,包合能力更强,从而达到更稳定的包合效果;最终,通过解析单一环糊精包合三丁酸甘油酯的分子对接模型,推测出复配环糊精协同包合三丁酸甘油酯的包合构象。该研究为环糊精包合体系的机制研究提供了参考依据。

丹皮酚及其两种同分异构体与牛血清白蛋白相互作用的热力学研究

在298.15K下利用等温滴定微量热法研究了丹皮酚(2'-羟基-4'-甲氧基苯乙酮,Pae)及其两种同分异构体(2'-羟基-5'-甲氧基苯乙酮,Hma;4'-羟基-3'-甲氧基苯乙酮,Ace)与牛血清白蛋白(BSA)在缓冲溶液(pH≈7.0)中的相互作用.从药物分子在蛋白质分子上有多种类型相互独立的结合位点的假定出发,应用Langmuir吸附模型对这三种同分异构体与BSA相互作用的量热数据进行了处理.结果表明,有两类结合位点存在,同时计算出了两类结合模式的结合常数、焓变、熵变及吉布斯自由能变等热力学数据.这两类结合主要以焓驱动为主,并且在同一类结合位点上,Pae,Hma以及Ace与BSA结合过程的焓变绝对值依次减小,这主要是由于客体分子苯环上取代基的相对位置不同而引起热力学数据的差异.圆二色谱研究表明这三种同分异构体的加入均使BSA的二级结构发生变化,说明这种生物大分子-药物分子相互作用既包含结合反应也包含小分子诱导BSA分子部分结构改变的过程.

抗肿瘤药物5-氟尿嘧啶与人血清白蛋白相互作用的热力学研究

在298.15K下,根据本结合过程的假设和Langmuir结合理论,用等温滴定微量热和圆二色谱分析法研究了抗肿瘤药物5-氟尿嘧啶(5-FU)与人血清白蛋白(HSA)的相互作用.研究结果表明,蛋白质(HSA)与药物配体5-氟尿嘧啶的相互作用存在两类结合位点.第一类结合,结合位点数N=71±0.1,结合常数K=(1.46±0.016)×105L·mol-1,结合焓·H=(39.61±0.220)kJ·mol-1,结合熵·S=(231.68±0.025)J·mol-1·K-1,结合自由能·G=(-29.48±0.030)kJ·mol-1.结合过程为熵驱动过程,疏水相互作用是过程的主要推动力;第二类结合,结合位点数N=140±0.2,结合常数K=(1.49±0.032)×105L·mol-1,结合焓·H=(-19.31±0.103)kJ·mol-1,结合熵·S=(34.30±0.055)J·mol-1·K-1,结合自由能·G=(-29.53±0.041)kJ·mol-1,结合过程为焓-熵协同驱动过程,氢键和静电相互作用是过程的主要推动力.圆二色谱分析结果表明,在两类结合过程中,药物5-氟尿嘧啶(5-FU)的作用致使蛋白质(HSA)二级结构单元的相对含量发生了变化.

5-氟尿嘧啶与牛血清白蛋白的相互作用

根据合理的假设和Langmuir结合理论,在298.15K下,以等温滴定微量热(ITC)实验数据为依据,应用非线性最小方差拟合方法确定了抗肿瘤药物5-氟尿嘧啶(5-FU)与牛血清白蛋白(BSA)相互作用的热力学性质的改变.研究结果表明,牛血清白蛋白(BSA)与5-氟尿嘧啶相互作用存在两类结合位点.第一类结合,N=(54.0±0.3),ΔH0=(30.0±0.4)kJ·mol-1(吸热),ΔS0=(196.0±2.6)J·mol-1·K-1(熵增),ΔG0=(-28.4±0.3)kJ·mol-1;第二类结合,N=(77.0±0.4),ΔH0=(-20.0±0.4)kJ·mol-1(放热),ΔS0=(28.6±0.3)J·mol-1·K-1(熵增),ΔG0=(-28.5±0.2)kJ·mol-1.结合体系的圆二色谱(CD)分析结果说明,抗肿瘤药物5-氟尿嘧啶与BSA的相互作用诱导蛋白质(BSA)二级结构单元的相对含量发生了一定程度的变化.

抗肿瘤药物替加氟与牛血清白蛋白相互作用的热化学研究

在298.15K下,以等温滴定微量热(ITC)实验数据为依据,根据合理假设和Langmuir结合理论,应用非线性最小方差拟合方法测定了抗肿瘤药物替加氟(Tegafur)与牛血清白蛋白(BSA)结合过程热力学性质的改变.研究结果表明,牛血清白蛋白与替加氟相互作用存在两类结合位点:(1)N=52.00±0.12,K=(9.83±0.13)×104L/mol,ΔH=(30.10±0.17)kJ/mol>0,ΔS=(196.00±0.65)J/(mol·K)>0,ΔG=(-28.50±0.66)kJ/mol<0,表现为熵驱动过程,疏水相互作用为过程的主要推动力;(2)N=86.00±0.14,K=(9.35±0.13)×104L/mol,ΔH=(-19.80±0.17)kJ/mol<0,ΔS=(28.30±0.50)J/(mol·K)>0,ΔG=(-28.40±0.43)kJ/mol<0,表现为焓-熵协同过程,氢键和静电相互作用为过程的主要推动力.圆二色谱(CD)分析结果表明,抗肿瘤药物替加氟诱导蛋白质(BSA)二级结构单元的相对含量发生了一定程度的变化.

设计合成亚胺类化合物用于金属阳离子逻辑门识别及双控荧光分子开关构建

报道了首次设计合成希夫碱还原产物N,N-双(4-甲氧基苯)乙基-1,2-二胺受体分子L。通过考察L与12种金属阳离子作用时的荧光性质变化,发现Cu2+和Fe3+对L有显著的荧光猝灭作用,Zn2+和Cd2+对L有明显的荧光增强作用;因此可构建受体分子L对两对金属阳离子的"OR"逻辑门作用关系,形成逻辑识别体系。测定了ZnL的单晶结构(单斜晶系,CCDC No.747994),结合波谱表征手段推测了其他同系列金属配合物的分子结构。依据ZnL良好的荧光特性及与邻近金属元素离子的可逆交换作用,设计了Zn2+/ZnL/Co2+,Zn2+/ZnL/Ni2+双控荧光分子开关。作者希望该工作能对促进分子计算机和生物智能化医疗检测理论与配套设备研制的发展起到积极作用。

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。

黄酮类化合物与DNA作用的热力学研究

本文应用等温滴定微量热法研究了4种黄酮类化合物(山奈酚,槲皮素,桑色素,杨梅黄酮)分别与小牛胸腺DNA之间的相互作用,测定了反应的热力学函数,研究表明黄酮类化合物的平面结构使得其B环穿透DNA螺旋结构,嵌入相邻碱基之间,具有B环邻二羟基结构的黄酮类化合物与DNA分子形成氢键。

秋水仙碱与DNA的相互作用

298.15K下,应用等温微量热法研究了抗肿瘤药物秋水仙碱(COL)与小牛胸腺DNA(ctDNA)结合作用,测定了药物与DNA分子的结合比、结合常数、结合焓变(△H°)、熵变(△S°)及吉布斯自由能变(△G°)等热力学参数.结合应用紫外-可见吸收光谱及荧光光谱研究了秋水仙碱与小牛胸腺DNA的分子间相互作用,探讨了药物对DNA分子构象的影响.