稀土离子与微过氧化物酶-8相互作用机理的研究

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稀土微肥在农业上的应用,为我国科学家首创。大量生物机理的研究表明,稀土微肥在一定浓度范围内能增强一些酶,如过氧化物酶(POD)等的生物活性,但其化学机理尚不明白,这方面的研究也较少。其主要原因是由于这些酶具有高化学活性、结构复杂性、构象易变性等特点,使研究这些酶与稀土离子相互作用比较困难。因此,本论文选取了与POD具有相似活性中心和生物活性的化合物,微过氧化物酶-8(MP-8)为模型化合物,以La3+或Eu3+为代表性的稀土离子,通过紫外-可见(UV-vis)吸收光谱和电化学技术研究了MP-8与La3+或Eu3+的相互作用,为今后进一步研究稀土离子及其配合物与酶的相互作用打下基础。得到的主要结果如下: 1.La3+或Eu3+与MP-8相互作用的机理 (1) UV-vis吸收光谱的结果表明,La3+或Eu3+与MP-8的相互作用后,使MP-8的Soret带峰位红移,吸光度下降,表明由于血红素上的两个丙酸基团的羧基氧暴露程度大和带负电荷,La3+或Eu3+优先与MP-8分子中这两个羧基氧发生强的键合作用,使血红素卟啉环的非平面性增加,π-π*跃迁所需要的能量减少,π-π*电子跃迁几率降低。由于肽链中氢键的作用,使肽链上的羰基基团被包埋在MP-8分子的疏水基团中,暴露程度小,所以,La3+或Eu3+与MP-8肽链中的羰基氧发生弱的相互作用,加上肽链上的羰基离血红素卟啉环较远,因此,对卟啉环的结构基本上没有影响。另外,La3+或Eu3+和MP-8摩尔比与Soret带吸光度的关系曲线证明,两个La3+或Eu3+与一个MP-8分子血红素上的两个丙酸基团的羧基氧键合。 (2) 比较Eu3+及Eu3+和MP-8摩尔比为10溶液的循环伏安曲线,发现混合溶液中的Eu3+的还原峰面积比Eu3+溶液中的Eu3+的还原峰面积小20%左右,说明约有20%的Eu3+与MP-8分子中的含氧基团发生强的键合作用,这进一步证明了两个Eu3+与一个MP-8分子中血红素基团上两个丙酸基中的羧基氧发生强的键合作用,因此不能在原来的电位范围内发生电化学反应。这也证明Eu3+与MP-8肽链上的羰基氧的键合作用较弱。这结果与UV-vis吸收光谱的结果是一致的。 2.La3+或Eu3+对MP-8电化学行为与电催化活性的影响 MP-8溶液中加入La3+或Eu3+后,MP-8电化学反应的峰电位差,△Ep减小,摘要氧化还原峰峰电流增加,说明La3+或Eu3十能促进MP一8电化学反应。另外,L扩十能提高MP一8对。:还原的电催化的活性,这是由于L扩十和MP一8的相互作用时,La3+与MP一8分子中血红素叶琳环上的两个梭基氧发生强的键合作用,使血红素叶琳环的非平面性增加,导致血红素叶琳环中Fe的暴露程度增加而引起的。3.MP一8分子的聚集程度对La3+或Eu卜与Mp一8相互作用的影响(l) UV-vis吸收光谱的结果表明,在没有La3+或Eu3+的MP一8溶液中,Nacl的加入并不使MP一8的Soret带峰位位移,但吸光度降低,这证明NaCI使MP一8的聚集程度增加,导致MP一8分子中血红素的暴露程度降低,因此,Soret带的吸光度降低。电化学研究表明,随NaCI浓度增加,MP一氧化还原峰峰电流降低,这进一步证明NaCI能使MP一8的聚集程度增加。因为当NaCI的浓度增加时,由于MP一8分子的聚集程度增加,导致MP一8聚集体的扩散系数降低和活性中心的暴露程度降低,因此,峰电流降低。(2) uv-vis吸收光谱研究表明,在NaCI溶液中,L扩十或E矿十的加入使soret带红移程度和吸光度减小程度比在纯水中小。这是由于NaCI所产生的两个作用引起的。一方面,NaCI增加了MP一8分子的聚集程度,使L扩十或Eu3十与MP一8分子相互作用引起MP一8分子中血红素叶琳环的非平面性增加的程度降低,兀一矿跃迁几率降低的程度也减小。另一方面,在NaCI溶液中,MP一8聚集体被大量的Na+包围,使L扩十或E矿十与MP一8分子中血红素上丙酸基中的梭基氧键合的量随之减少。(3) Uv-vis吸收光谱和电化学研究表明,在纯水溶液中,当L扩十和E矿十与淤一8摩尔比分别为3时,L扩十和Eu3+与MP一8分子中血红素上的两个丙酸基团的梭基氧键合反应完全,但在0.10mol.L’lNaCl溶液中,当L扩十和Eu3+与Mp一8摩尔比分别为10和5左右时,键合反应才能完全。这进一步证明,MP一8分子聚合程度的增加,增加了La3+或Eu3+与MP一8分子中血红素上丙酸基中的梭基氧键合的难度。(4) UV-vis吸收光谱研究表明,在纯水溶液中,甲醇的加入使Soret带的吸光度增加,但峰位不变,这表明甲醇能降低MP一8的聚集程度,使MP一8分子中血红素的暴露程度增加的缘故。电化学研究发现,当在MP一8溶液中加入一定量的甲醇时,MP一8的氧化还原峰峰电流增加,氧化还原式电位,Eo,发生正移。峰电流增加表明甲醇的加入使MP一8分子聚集程度降低,Eo’正移一方面表明甲醇使MP一8周围环境摘要的疏水性增加。(5)虽然在水溶液中加入甲醇能降低MP一8分子的聚集程度,但在含和不含甲醇的溶液中,L扩十的加入使soret带峰位红移和吸光度降低的程度相差不大,说明当MP一8分子的聚集程度小到一定程度后,继续减小MP一8分子的聚集程度,对L扩十与MP一8相互作用引起MP一8结构变化的影响较小
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