膠原蛋白和牛血清蛋白溫度穩(wěn)定性的太赫茲介電譜研究.pdf

1、蛋白質(zhì)的生物功能與其氨基酸殘基的空間構(gòu)象密切相關(guān),而這些構(gòu)象易于受到環(huán)境溫度影響發(fā)生變化。研究蛋白質(zhì)在制備、生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化及失活機(jī)制對(duì)蛋白質(zhì)藥物的安全使用具有重要價(jià)值。目前用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能研究的檢測(cè)技術(shù)主要有色譜法和光譜法等。色譜法檢測(cè)手段雖明確,但需要繁瑣的預(yù)處理過(guò)程;光譜法如紫外和拉曼等一般只能反映特定基團(tuán)或芳香族側(cè)鏈所處環(huán)境的結(jié)構(gòu)信息,缺乏直接提供對(duì)蛋白質(zhì)功能起決定作用的分子整體構(gòu)象和分子間作用信息的能力。研

2、究發(fā)現(xiàn)反映蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的分子集體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)能位于太赫茲波段,太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)測(cè)量可得到樣品的復(fù)介電譜,直接反映與分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的分子偶極極化響應(yīng)。太赫茲介電譜對(duì)分子結(jié)構(gòu)變化非常敏感,分析介電弛豫過(guò)程可以了解分子運(yùn)動(dòng)的特征時(shí)間,獲得與分子結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)相關(guān)的大量信息。本文研究了固體膠原蛋白和牛血清蛋白在低溫過(guò)程、升溫過(guò)程及其加熱變性前后的太赫茲介電譜;利用生物分子的介電弛豫理論建立介電譜模型,獲得蛋白質(zhì)的介電弛豫時(shí)間和活化能,分析了蛋白

3、質(zhì)的構(gòu)象變化受溫度影響的變化規(guī)律。
　　本文的研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)主要包括:
　　(1)利用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)對(duì)固體膠原蛋白和牛血清蛋白進(jìn)行了低溫和升溫過(guò)程中的介電譜測(cè)量。低溫利用液氮來(lái)調(diào)節(jié),室溫及以上利用電阻絲加熱,溫度控制范圍為90K-390K。另外還分別對(duì)自然態(tài)和加熱處理后結(jié)構(gòu)態(tài)的兩種固體蛋白質(zhì)進(jìn)行了室溫下的太赫茲介電譜測(cè)量,蛋白質(zhì)的加熱處理溫度為110℃。并利用差示掃描量熱儀(DSC)和傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)對(duì)

4、兩種狀態(tài)下的蛋白質(zhì)進(jìn)行了測(cè)量。
　　(2)利用介電譜理論建立的一階Debye模型,擬合固體膠原蛋白和牛血清蛋白在低溫和升溫過(guò)程中測(cè)量得到的太赫茲介電譜,獲得相應(yīng)的介電弛豫時(shí)間,研究發(fā)現(xiàn)介電弛豫時(shí)間隨著溫度的升高逐漸變大,與溫度變化引起的固體蛋白質(zhì)分子內(nèi)部構(gòu)象的解折疊過(guò)程相對(duì)應(yīng),得到了蛋白質(zhì)構(gòu)象變化受溫度影響的漸變過(guò)程。弛豫時(shí)間隨溫度變化滿足介電性質(zhì)的溫度依存性,符合Arrhenius方程,由此擬合獲得膠原蛋白在低溫、升溫過(guò)程中的活

5、化能分別為3.32×103 J/(K·mol)和5.53×103 J/(K·mol);牛血清蛋白在低溫、升溫過(guò)程中的活化能分別為1.16×103 J/(K·mol)和6.52×103 J/(K·mol)。此能量不僅可以作為衡量蛋白質(zhì)穩(wěn)定性強(qiáng)弱的指標(biāo),還可以定量地表征固體蛋白質(zhì)加熱變性過(guò)程的難易程度。
　　(3)利用一階Debye模型擬合固體蛋白質(zhì)在自然態(tài)和加熱后結(jié)構(gòu)態(tài)的室溫太赫茲介電譜,獲得相應(yīng)的介電弛豫時(shí)間,發(fā)現(xiàn)變性后的蛋白質(zhì)吸