Au NPs對Cyt c直接電化學(xué)的作用研究.pdf

1、細胞色素c(Cyt c)在線粒體呼吸鏈中起著非常重要的作用,對它的研究備受關(guān)注。Cyt c固定在自組裝分子層上可以作為模型研究其電子傳遞行為,Cyt c在羧基為末端的自組裝單層修飾的金電極上的電化學(xué)行為被廣泛研究。羧基為末端的自組裝單層表面帶有負電荷,這種單層被證明是固定和電化學(xué)表征Cyt c的有效平臺。人們采用電化學(xué)和譜學(xué)電化學(xué)的方法研究了Cyt c直接電子轉(zhuǎn)移過程中熱力學(xué)和動力學(xué)方面的信息。
　　 金納米粒子(Au NPs)

2、具有易于制備、導(dǎo)電性高、生物兼容性好等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,如DNA檢測、酶的固定、信號放大等。但也有研究表明,生物分子和Au NPs長時間接觸會導(dǎo)致生物分子構(gòu)象變化、部分解折疊、甚至變性。一個有效的改進方法是Au NPs的表面修飾,如在.Au NPs表面修飾一些有效的“阻擋層”,避免Au NPs和生物分子直接接觸,從而減小生物分子變性的可能性。
　　 pH值對生物分子的結(jié)構(gòu)有很大影響,研究不同pH值下生物分子的物理化

3、學(xué)性質(zhì)將幫助人們認識生物分子隨著pH值變化的規(guī)律,從而對生物分子的應(yīng)用提供一定的指導(dǎo)。普遍認為Au NPs的生物兼容性好而被廣泛引入到Cyt c體系,然而AuNPs對吸附態(tài)Cyt c隨pH變化產(chǎn)生怎樣的影響,這是一個值得關(guān)注的問題。
　　 本工作研究了Cyt c的直接電化學(xué)以及氧化還原過程中構(gòu)象的變化,并在體系中引入Au NPs,研究了AuNPs對Cyt c構(gòu)象和電化學(xué)活性的影響,并研究了pH對Cyt c和Cyt c-Au NP

4、s復(fù)合物體系構(gòu)象的影響。此外,我們采用一步法和兩步法制備了金修飾電極,并研究了Cyt c在修飾電極上的直接電化學(xué)行為。主要研究內(nèi)容和結(jié)論分為以下三個部分:
　　 (1)采用石英晶體微天平(QCM)、循環(huán)伏安(CV)以及電化學(xué)表面等離子體共振(EC-SPR)技術(shù)研究了Cyt c在電極表面的組裝以及直接電化學(xué)行為。在QCM的測試中,我們測得Cyt c總的表面覆蓋度為21.0 pmol·cm-2,通過CV積分,得到電極上顯示電活性Cy

5、t c的表面覆蓋度為6.4 pmol·cm-2,電活性Cyt c在總的Cyt c的固定量中所占的比例是30.5％,表明電極上吸附的Cyt c只有部分顯示電活性。從而推測了Cyt c在自組裝膜上的吸附取向。EC-SPR研究了Cyt c在氧化還原過程中構(gòu)象的變化,Cyt c氧化還原過程中對應(yīng)的SPR角度的變化是0.0048°,相應(yīng)的蛋白質(zhì)層膜厚度的變化是0.024 nm。AuNPs吸附在電極表面之后,EC-SPR的角度變化和電位變化的關(guān)系呈

6、S形,對應(yīng)的角度變化是0.009°,研究表明,Au NPs能夠增強SPR信號,其作用機理為Au NPs的局域表面等離子體和金膜表面?zhèn)鞑サ牡入x子體耦合作用的結(jié)果。
　　 (2)制備了粒徑均勻、平均粒子尺度為4.7±0.6 nm,表面修飾3-巰基丙酸(MPA)的AuNPs。利用電化學(xué)和紫外-可見吸收光譜研究了pH和Au NPs對Cyt c結(jié)構(gòu)的影響。紫外-可見(UV-Vis)吸收光譜結(jié)果表明,pH為7.5-3.0時,Cyt c和Cy

7、tc-Au NPs復(fù)合物的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯變化。當pH=2.0時,Cyt c和Cyt c-Au NPs復(fù)合物的Soret譜峰位置均發(fā)生明顯移動,說明pH誘導(dǎo)其構(gòu)象發(fā)生變化。CV結(jié)果表明,表面修飾了MPA的AuNPs能促進Cyt c和電極之間的電子傳輸,與修飾了檸檬酸根的AuNPs相比,其生物兼容性更好。pH的變化會引起CV中Cytc峰電流的改變和峰電位的移動。隨著pH值的降低,Cyt c電活性的量逐漸減小,并且pH誘導(dǎo)Cyt c發(fā)生不可

8、逆變性。Au NPs的引入使自由態(tài)的Cyt c耐酸性增強,而使得吸附態(tài)的Cyt c耐酸能力減弱。
　　 (3)我們在本體金電極上采用循環(huán)伏安法沉積Au NPs制備了金修飾電極,對比分別沉積0、150、320和520圈電極的CV,結(jié)果表明,隨著沉積圈數(shù)的增多,響應(yīng)的電極面積逐漸增大。對應(yīng)沉積圈數(shù)為0、150、320和520的電極面積分別為1.12、1.55、1.94和3.04 cm2。我們對修飾電極進行了Cyt c的組裝,對比了各

9、修飾電極的氧化還原峰電位,結(jié)果表明Cyt c在修飾電極上的電子傳輸能力明顯增強。我們將濃縮的Au NPs滴到電極表面的方法對本體金電極進行了修飾,采用CV檢測了滴加不同次數(shù)的金修飾電極的面積,結(jié)果表明,隨著滴加次數(shù)的增加,相應(yīng)的電極面積也逐漸增大,未修飾前的電極面積是1.192 cm2,滴加了9次Au NPs之后的電極面積是4.874 cm2。Cyt c固定在修飾了9次Au NPs的電極上,50mV·s-1時Cyt c氧化還原峰電位的差