肉桂醛及其衍生物对酪氨酸酶抑制作用及生物学效应研究

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酪氨酸酶(EC1.14.18.1)是一种含铜的氧化还原酶,广泛分布于微生物,动物,植物和人体中,是生物体生命活动的关键酶。若人体中酪氨酸酶异常表达能引起雀斑和黑色素沉积等皮肤病,且其在昆虫的蜕皮及果蔬褐变中起了关键的作用,因此酪氨酸酶抑制剂的研究引起了广泛的关注。肉桂醛主要存在于天然樟科植物桂皮中,在农业、医药上具有重要的作用。  本文首先以蘑菇酪氨酸酶为对象,研究了肉桂醛及其α位C上取代的三种衍生物:α-溴代肉桂醛、α-氯代肉桂醛和α-甲基肉桂醛对酶的抑制作用,结果表明四者抑制50%单酚酶活性的浓度(IC50)分别为1.210,0.075,0.140,0.440mmol/L;对二酚酶的IC50分别为0.160,0.040,0.110,0.450mmol/L。在对二酚酶的抑制类型上,肉桂醛和α-氯代肉桂醛为非竞争型抑制,抑制常数分别为0.163和0.116 mmol/L;α-溴代肉桂醛为混合型抑制,K1和KIS分别为0.044和0.063mmol/L;α-甲基肉桂醛为反竞争抑制类型,抑制常数为0.194 mmol/L。接着采用邹氏方法研究抑制效果较好的α-溴代肉桂醛和α-氯代肉桂醛对酪氨酸酶二酚酶的抑制作用动力学,构建动力学模型,测定抑制剂与游离酶(E)和酶-底物复合物(ES)结合的微观速度常数。  我们进一步采用紫外可见光谱、荧光猝灭、铜离子相互作用和计算机模拟分子对接技术探讨肉桂醛及其衍生物对蘑菇酪氨酸酶的抑制机理。结果发现四种化合物均能与酶活性中心重要的氨基酸残基结合,改变酶活性中心的微环境,虽不与双铜离子相互作用,也能有效的降低酶的催化活力。同时,还能够与L-DOPA氧化的产物结合,形成无色复合物,造成黑色素产量的降低,从而表现出抑制酶活性的现象。  酪氨酸酶在昆虫体内参与表皮黑化,骨针形成,伤口愈合以及对外源病原体的包被吞噬等重要生命活动。本论文以棉铃虫为对象,研究肉桂醛及其衍生物对棉铃虫生长发育及体内保护酶和消化酶的影响,结果表明α-溴代肉桂醛和α-氯代肉桂醛对棉铃虫生长有良好的抑制作用,且能抑制虫体内保护酶和消化酶的活力。而肉桂醛、α-甲基肉桂醛对虫的生长发育没有影响,两者能在一定程度上抑制虫体内的保护酶活力,但对消化酶没有抑制。  黑色素能保护细菌的细胞的孢子免受紫外线的伤害,还能螯合重金属离子以消除重金属离子对细菌细胞的伤害。本论文以枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌为研究对象,测定肉桂醛及其衍生物对这四种菌的抑制效应。结果表明,α-溴代肉桂醛对供试菌的抑制效果最优,且革兰氏阳性菌对其更为敏感;其次是α-氯代肉桂醛;再次是肉桂醛;而α-甲基肉桂醛几乎没有抑菌效果。  综上,通过本课题的研究,发现了α-溴代肉桂醛同时具备良好的抑制酪氨酸酶效果和杀虫抑菌作用,在生物农药及果蔬保鲜剂的等方面具有潜在的应用价值。
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