生物大分子溶液行为的研究

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生物大分子包括蛋白、DNA、多糖等是构成生物体的重要组分,研究生物大分子在溶液中的行为对于了解其在生物体中的功能有重要意义。在本论文中,我们主要使用分析型超速离心(AUC)中的沉降速率法(SV)和微量差示扫描量热法(US-DSC),研究了生物大分子在水溶液中的动力学和热力学行为。本论文主要结果如下:  (1)利用分析型超速离心中的沉降速率法,研究了在不同价态的阳离子以及同价态不同种类的阳离子溶液中DNA单-双链的转化过程。对于单价阳离子(LiCl,NaCl,KCl,CsCl)溶液,从单链DNA到双链DNA转化率随着离子强度的增大而增大。离子强度I=0.01M时,转化率接近100%,即这四种阳离子有类似作用。然而,单价阳离子种类对于转化平衡常数有一定影响,表明转化具有离子特异性。在MgC12溶液中,双链DNA含量同样随着离子强度增大而增加,且完全转化时的离子强度(~5×10-4M)远比在NaCl中低,这是由于二价离子具有更强的屏蔽作用,并对不同DNA链有连接作用。我们还研究了无互补链存在情况下单链DNA在单价和二价阳离子溶液中的动力学行为。  (2)利用沉降速率法,我们研究了pH诱导i-motif DNA的构象变化。pH=6-7时,随着pH的增大,DNA链的流体力学半径(Rh)迅速增大,而其摩尔质量保持不变,表明DNA从i-motif变为无规线团,而不发生聚集。当DNA浓度大于1.0μM,pH从7.5降至4.5时,DNA会形成相对稳定的二聚体,且其百分含量随DNA初始浓度的增加而增大。  (3)利用微量量热和沉降速率法,研究了溶菌酶的热变性过程。随着加热次数的增加,变性的不可逆程度增大。即多次加热破坏了蛋白的空间结构,使其不能折叠复原。由于溶菌酶的热变性是一个非热力学平衡过程,加热速率影响变性温度(Td)和焓变(△H)。通过将加热速率外推到零,可以得到准平衡态的Td和△H。在稀溶液中,变性只导致蛋白的解折叠但不会引起聚集。当浓度高于某一值时(~15.0mg/mL),加热将导致三聚体或者更高级聚集体的形成。pH>6时,溶菌酶呈伸展构象,进而形成大的不可逆聚集体。
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