生物分子相互作用的电化学研究及相关新型生物传感器的研制

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1、血红蛋白在双十八烷基二甲基溴化铵膜中的电化学性质及其对NO的电催化作用 血红蛋白(Hb)被成功地包埋在由双十八烷基二甲基溴化铵(DOAB)组成的类脂膜中,并修饰在热解石墨电极(PG)表面。在循环伏安图上可见一对明显的、来源于血红蛋白的准可逆氧化还原峰;在pH5.0的磷酸缓冲溶液中,表观标准电极电位为-235 mV(vs.SCE)。血红蛋白和电极间的电子传递速率是0.10 s<-1>。紫外吸收的Soret峰位置显示Hb在DOAB膜中可保持天然的二级结构,同时,Hb在DOAB膜中具有NO还原酶的活性,NO浓度和催化还原电流成正比,其伏安响应电流能够用来检测NO的浓度。 2、三种血红素类蛋白质在羟基纤维素膜中的电化学性质及其对过氧化氢的电催化作用 由羟基纤维素(HEC)形成的薄膜可以稳定地吸附在热解石墨电极的表面,并且能够用来包埋血红素类蛋白(血红蛋白、肌红蛋白、辣根过氧化物酶)用以研究它们的电化学特性。实验结果证实HEC能够极大地促进蛋白质与电极之间的电子转移效率,且蛋白质可在HEC膜中显示出薄层电化学行为。同时,三种蛋白质在HEC膜中都显示出对低浓度的过氧化氢催化还原能力。但是,过氧化氢浓度较高时,酶活性显示出受过氧化氢毒性的抑制作用。该研究还比较了三种蛋白质在HEC膜中的电化学性质以及对过氧化氢的催化能力,优化了实验条件,为研制过氧化氢生物传感器打下基础。 3、卵磷脂膜对辣根过氧化物酶电子传递能力和催化性能的增强作用的研究 利用蛋白质伏安法对包埋在卵磷脂膜中的辣根过氧化物酶的直接电化学行为进行了研究,发现辣根过氧化物酶的电子传递能力被大大地增强。循环伏安图中可见一对准可逆的氧化还原峰,在pH5.0的磷酸缓冲溶液中还原峰和氧化峰电位分别为-261mV和-180mV(vs.SCE)。紫外可见吸收光谱表明辣根过氧化物酶的血红素微环境在卵磷脂膜中保持着与自然态的相似状态。进一步研究表明,修饰电极对NO有着很好的催化还原作用,催化还原NO的峰电流跟溶液中的NO的浓度成线性关系,可以用来检测溶液中的NO浓度。 4、维生素B<,12>作为生物模拟酶催化几种生物分子的研究 维生素B<,12>在裸石墨电极上的吸附性能并不是很好,然而通过和β-环糊精形成包合物,然后共吸附在石墨电极上,不仅可大大提高维生素B<,12>在电极表面的吸附量,而且可得到维生素B<,12>的直接电化学信号。进一步研究表明,维生素B<,12>在较大的pH范围内都有较好的响应,在循环伏安过程中,发生一个单电子的氧化还原过程。同时,维生素B<,12>表现出金属氧化还原酶的性质。在此基础上研究了维生素B<,12>对一氧化氮,亚硝酸根离子和三氯乙酸的催化作用。 5、DNA作为分子导线促进黄嘌呤氧化酶电子传递能力的研究 黄嘌呤氧化酶(XOD)具有多个活性中心。其中Fe<,2>-S<,2>中心深埋在蛋白的骨架结构中,而FAD和Mo中心却与蛋白表面有特定的通道。原则上,这些电活性中心都可发生氧化还原反应,但至今仍没有同时获得他们的电化学响应的报道。在本研究中,我们利用DNA包埋XOD,同时得到了它的FAD和Mo中心的电化学响应。不但如此,在DNA膜中XOD酶还保持了它对于次黄嘌呤的催化活性。研究认为DNA在XOD的电子传递过程中起到一种分子导线的作用,促进了电极表面和酶活性中心间之间的电子转移。 6、卵磷脂膜内细胞色素c对NO的催化还原机理的研究 利用卵磷脂膜形成的生物膜固定细胞色素c(Cyt c),不仅可获得Cyt c的直接电化学响应,而且得到了Cyt c对NO的催化还原活性。在此基础上,我们模拟了Cyt c催化NO还原的过程,结果表明,包埋在卵磷脂膜中的Cyt c对NO的催化还原分两个步骤,可产生两种产物,在循环伏安图上分别产生两个还原峰,其中位于-510 mV(vs.SCE)的还原峰,是NO还原产生羟胺的过程,而位于-690 mV的峰,是NO还原产生氨的过程。这两个过程互相关联,反应速率分别受控于电化学还原过程中的中间体进一步接受电子的再还原和中间体分解两个过程。
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